第5講 雷擊跳閘的防治措施(二)

線路運(yùn)行與檢修第五講雷擊跳閘的防治措施(二)1復(fù)習(xí)：雷擊跳閘的防治措施(一)。架設(shè)避雷線降低桿塔的接地電阻架設(shè)耦合地線安裝線路避雷器本學(xué)時(shí)待解決問題：雷擊跳閘的防治措施(二)。按裝招弧角加裝桿塔拉線采用避雷針采用多針系統(tǒng)可控放電避雷針加強(qiáng)線路絕緣自動(dòng)重合閘雷電定位系統(tǒng)的開發(fā)2五、安裝招弧角招弧角主要用在輸電線路上，用以防止絕緣子閃絡(luò)造成損壞。招弧角的伏秒特性應(yīng)低于絕緣子串的伏秒特性，以期在各種雷電波下都對(duì)絕緣子串起到保護(hù)作用。一般取招弧角擊穿電壓為絕緣子串擊穿電壓的85%來進(jìn)行絕緣配合。采用招弧角后，閃絡(luò)路徑不再沿絕緣子串表面，從而避免了大電弧電流可能對(duì)絕緣子造成的損壞，使絕緣子零值率大大減少，從而明顯減少了線路的潛在絕緣故障，提高了線路的安全運(yùn)行率。英國、德國、土耳其、日本等國一直在輸電線路絕緣子串上采用招弧角，尤其是日本幾乎所有的各個(gè)電壓等級(jí)的絕緣子串都采用招弧角。3六、加裝桿塔拉線試驗(yàn)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，裝設(shè)桿塔拉線能降低雷擊跳閘率，是一項(xiàng)有效的防雷改進(jìn)措施。由于桿塔拉線具有較大的分流作用，同時(shí)又相當(dāng)于增大了桿塔的等效半徑，使桿塔波阻抗減小。試驗(yàn)證明，4

根桿塔拉線的分流可達(dá)10%~20%，其分流效果與拉線在桿塔上的連接位置及接地狀況有自直接關(guān)系。拉線桿塔頂越近，拉線的接地電阻越小，則分流的效果越好。拉線的接地裝置可設(shè)置成單獨(dú)的接地裝置，對(duì)降低塔頂電位的效果更明顯，而且運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，桿塔拉線不僅具有分流作用，而且對(duì)桿塔附近的導(dǎo)線可起到一定的屏蔽作用對(duì)某些已經(jīng)投運(yùn)的易雷擊桿塔，若地形條件適合加裝拉線，則可作為一項(xiàng)防雷改進(jìn)措施加以應(yīng)用。4七、采用避雷針因受一些偶然因素影響，在雷電光導(dǎo)發(fā)展初期，發(fā)展方向還不固定，但發(fā)展到距地面高為定向高度時(shí)（如避雷針高），先導(dǎo)通道的頭部至地面上某一感應(yīng)電荷的集中點(diǎn)，或至地面上某一高聳物的端部間的電場強(qiáng)度就超過了其他方向的電場強(qiáng)度．先導(dǎo)通道的發(fā)展就大致沿其頭部到達(dá)感應(yīng)電荷集中點(diǎn)的連線發(fā)展，使放電通道的發(fā)展有了定向，雷擊便有了選擇。避雷針是直接接地的，針的高度高于線路，當(dāng)雷云密集時(shí)針頂將成為感應(yīng)電荷集中點(diǎn)，于是先導(dǎo)通道將沿著避雷針頂端方向發(fā)展，使雷電通過針進(jìn)行放電。所以避雷針是吸引雷電，避免線路遭雷擊的裝置。避雷針一般裝在終端塔上或線路雷害特別嚴(yán)重的地區(qū)。5七、采用避雷針易繞擊的桿塔應(yīng)調(diào)整避雷線的保護(hù)角，但運(yùn)行的線路調(diào)整避雷線的保護(hù)角很困難，可在容易遭受繞擊桿塔的橫擔(dān)處固定角鋼在橫擔(dān)上，伸出邊相絕緣子串約3m

左右。實(shí)踐證明，側(cè)向避雷針安裝方便，能有效地防止繞擊的發(fā)生。但安裝側(cè)向避雷針后其引雷效果增大，為了防止反擊事故，可增加絕緣子串的片數(shù)，提高絕緣子的沖擊放電電壓值，同時(shí)裝側(cè)向避雷針桿塔應(yīng)作接地降阻處理。

6七、采用避雷針?biāo)拇ㄊ|北面的電網(wǎng)的一個(gè)例子。塔頂避害針的主要作用如下：

(1

）增大了塔頭附近導(dǎo)線保護(hù)角，116

號(hào)為側(cè)針負(fù)保護(hù)角，118號(hào)保護(hù)角由原來的19o降低到10o

，有效地屏蔽了塔頭附近導(dǎo)線。(2

）根據(jù)哥魯?shù)吕碚?，雷擊距離與雷電流幅值有一定關(guān)系。雷電流大時(shí)，雷擊的選擇性較強(qiáng)，避雷針的接閃作用顯著．這樣，較大的雷電流將引向避雷針，從而減少了這一地段的繞擊事故。(3

）增大了塔頭附近導(dǎo)、地線間的韌合系數(shù)，減少了作用在絕緣子串上的電壓。事實(shí)證明，采取上述措施后，運(yùn)行11

年的裝針?biāo)丛侔l(fā)生雷擊事故，運(yùn)行安全可靠。

7八、采用多針系統(tǒng)多針系統(tǒng)綜合防雷裝置是一種綜合裝置，它由一個(gè)或兩個(gè)半球形放射式多針系統(tǒng)和一側(cè)或兩側(cè)放射形屏蔽針共同構(gòu)成，前者安裝于線路塔頂，后者可視桿塔所處的實(shí)際地形該裝置因地制宜進(jìn)行安裝，通常以水平或略上翹的形式安裝于桿塔橫擔(dān)端絕緣子懸掛點(diǎn)上方，向外側(cè)伸展1~1.5m

。塔頂加裝半球形放射式的多針系統(tǒng)防雷裝置后，相當(dāng)于把塔頭附近的避雷線向外拓展，可以減小保護(hù)角。8可控放電避雷針是近年來輸電線路防雷的新技術(shù)。1、概念：雷云對(duì)地面物體放電有上行雷閃和下行雷閃兩種方式。下行雷閃一般先導(dǎo)自上而下發(fā)展，主放電過程發(fā)生在地面（或地面物體）附近，所以電荷供應(yīng)充分，放電過程迅速，雷電流大（平均限值為30~44kA)

，陡度高（24~40kA/us）。上行雷閃一般沒有自上而下的主放電，其放電電流由不斷向上發(fā)展的先導(dǎo)過程產(chǎn)生。所以相對(duì)下行雷閃而言，上行雷閃放電電流幅值?。ㄒ话阈∮?kA）、陡度低（一般小于5kA/us)。另外，上行雷閃不繞擊，因?yàn)樗韵露习l(fā)展的先導(dǎo)或者直接進(jìn)入雷云電荷中心，或者攔截向雷云向下發(fā)展的先導(dǎo)，這樣中和雷云電荷的反應(yīng)在上空進(jìn)行，自雷云向下的先導(dǎo)就不會(huì)延伸到被保護(hù)對(duì)象上。九、可控放電避雷針91、概念：所以上行雷閃的上行先導(dǎo)對(duì)地面物體還具有屏蔽作用?？煽胤烹姳芾揍樉褪抢眠@些特點(diǎn)通過巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)引發(fā)上行雷閃放電，達(dá)到中和雷云電荷、保護(hù)各類被保護(hù)對(duì)象的目的。2、工作原理：可控放電避雷針由針頭、接地引下線、接地裝置構(gòu)成一套保護(hù)系統(tǒng)，它的針頭不再是單針，而由主針、動(dòng)態(tài)環(huán)、儲(chǔ)能元件組成九、可控放電避雷針10九、可控放電避雷針2、工作原理：可控放電避雷針由針頭、接地引下線、接地裝置構(gòu)成一套保護(hù)系統(tǒng)，它的針頭不再是單針，而由主針、動(dòng)態(tài)環(huán)、儲(chǔ)能元件組成。11九、可控放電避雷針2、工作原理：當(dāng)可控放電避雷針安裝處附近的地向電場強(qiáng)度較低時(shí)（如雷云離可控放電避雷針及被保護(hù)對(duì)象距離較遠(yuǎn)等情況），雷云不會(huì)對(duì)地面物體發(fā)生放電。此時(shí)可控放電避雷針針頭的儲(chǔ)能元件處于儲(chǔ)存雷云電場能量工況。由于動(dòng)態(tài)環(huán)的作用，針頭上部部件（動(dòng)態(tài)環(huán)和主針針尖）處于電位浮動(dòng)狀態(tài)，與周圍大氣電位差小，因此幾乎不發(fā)生電暈放電，確保引發(fā)前針頭附近空間電荷少。12九、可控放電避雷針2、工作原理：當(dāng)雷云電場上升到預(yù)示它可能對(duì)可控針及周圍被保護(hù)物發(fā)生雷閃時(shí)，儲(chǔ)能元件立即轉(zhuǎn)入釋能工況，使主針針尖的場強(qiáng)瞬間上升數(shù)百倍附近空氣形成的強(qiáng)放電脈沖因無空間電荷阻礙而在雷云電場作用下快速向上發(fā)展成上行先導(dǎo)，去攔截雷云底部先導(dǎo)或進(jìn)人雷云電荷中心。如第一次脈沖未能引發(fā)上行先導(dǎo)，儲(chǔ)能元件再進(jìn)人儲(chǔ)能狀態(tài)，同時(shí)使第一次脈沖形成的空間電荷得以消散，準(zhǔn)備第二次脈沖產(chǎn)生如此循環(huán)，直至引發(fā)上行雷。13十、加強(qiáng)線路絕緣1、優(yōu)點(diǎn)：有利于提高絕緣子的閃絡(luò)電壓和線路的耐雷水平，降低雷擊跳閘率2、不足：受制于桿塔頭部的結(jié)構(gòu)和尺寸，高海拔和雷電活動(dòng)強(qiáng)烈地段才采用。桿塔變高，大地和地線屏蔽作用弱化，導(dǎo)致繞擊概率增大。14十、加強(qiáng)線路絕緣3、絕緣子老化問題絕緣子因長期處在交變電場的作用下，絕緣性能會(huì)逐漸下降，及時(shí)進(jìn)行線路絕緣子的維護(hù)也是加強(qiáng)線路絕緣的一項(xiàng)重要工作。

（1）瓷絕緣子存在零值，需定期檢測。存在零值絕緣子的絕緣子串會(huì)因炸裂而引起絕緣子脫落。而瓷絕緣子經(jīng)電弧燒傷后，表面釉層剝落，露出粗糙的瓷體，容易積污滲水，難以擦掉，運(yùn)行時(shí)會(huì)導(dǎo)致絕緣性能下降。15十、加強(qiáng)線路絕緣3、絕緣子老化問題（2）而玻璃絕緣子是不可擊穿的，因?yàn)椴ＡЫ^緣子具有零值自爆的特點(diǎn)，使得它的外絕緣水平小于內(nèi)絕緣水平而不擊穿。另外，玻璃絕緣子有較好的耐電弧性能，由于玻璃是熔融體，質(zhì)地均勻，燒傷后的表面仍是光滑的玻璃體，凡燒傷的玻璃絕緣子表面深度不超過5mm

者，仍可安全運(yùn)行，無需更換，（3）合成絕緣子也不可擊穿由于其傘裙直徑較小，因而對(duì)于相同高度來說，其干弧距離總是小于瓷（玻璃）絕緣子，也即耐雷水平小于同長度的瓷（玻璃）絕緣子，這種不利因素對(duì)長度越短的合成絕緣子越明顯。16十一、自動(dòng)重合閘輸電線路自動(dòng)重合閘裝置是在線路發(fā)生雷擊網(wǎng)絡(luò)等情況后，保持供電的極有效的設(shè)施，是防雷的最后一道保護(hù)。為了進(jìn)一步降低線路故障率，提高線路的運(yùn)行可靠性，應(yīng)抓好線路自動(dòng)重合閘裝置投運(yùn)、校驗(yàn)、試驗(yàn)與運(yùn)行巡視檢查工作，避免發(fā)生拒動(dòng)、誤動(dòng)，確保線路自動(dòng)重合聞裝置正常有效地運(yùn)行。17十二、雷電定位系統(tǒng)（LLS）是一套全自動(dòng)、大面積、高精度、實(shí)時(shí)雷電監(jiān)測系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)遙測并顯示云對(duì)地放電（地閃）的時(shí)間、位置、雷電流的值和極性、回?fù)舸螖?shù)以及每次回?fù)舻膮?shù)，雷擊點(diǎn)的分時(shí)彩色圖能清晰地顯示雷暴的運(yùn)動(dòng)軌跡。LLS

是當(dāng)代雷電預(yù)警、監(jiān)測及防護(hù)領(lǐng)域具有劃時(shí)代意義的高新技術(shù)，已在電力、航天、氣象等部門獲得廣泛的應(yīng)用。雷電定位監(jiān)測技術(shù)解決了困擾電網(wǎng)多年的雷擊故障快速準(zhǔn)確定位、真假雷害事故鑒別和雷電基礎(chǔ)數(shù)據(jù)自動(dòng)收集難題，LLS

已成為我國電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行中一項(xiàng)新的技術(shù)手段。目前，我國已有25

個(gè)省電力公司建立了省域性LLS

，國家電網(wǎng)公司LLS

已經(jīng)聯(lián)網(wǎng)，形成了對(duì)華北、華東、華中地區(qū)，以及陜西省有效覆蓋的雷電監(jiān)側(cè)網(wǎng)。18十二、雷電定位系統(tǒng)（LLS）1

．系統(tǒng)構(gòu)成LLS

的組成主要由四部分構(gòu)成：探測站、數(shù)據(jù)處理及系統(tǒng)控制中心（簡稱中心站）、用戶工作站、雷電信息系統(tǒng)。除此之外，通信系統(tǒng)是組成LLS

的重要支撐環(huán)節(jié)，目前廣泛采用光纖、微波、衛(wèi)星、網(wǎng)絡(luò)及電信ADSL

和移動(dòng)GPRS

多種通信手段。探測站由電磁場天線、雷電波形識(shí)別及處理單元、高精度晶振及GPS

時(shí)鐘單元、通信、電源及保護(hù)單元構(gòu)成。探側(cè)站測定地閃波的特征量并輸出每次回?fù)舻倪_(dá)到時(shí)間（10-7s）、方向（正北向?yàn)?o

）、相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度（反比地閃距離）等，并將原始測量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到中心站。中心站前置處理機(jī)接收和處理多路探測站接收的信號(hào)，并送中心站分析主機(jī)定位計(jì)算．19十二、雷電定位系統(tǒng)（LLS）中心站將定位計(jì)算的結(jié)果（地閃的時(shí)間、位置、雷電流峰值和極性、回?fù)舸螖?shù)等）發(fā)給用戶工作站、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)器。LLS

用戶工作站有3

種結(jié)構(gòu)方式：專業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)用戶工作站、客戶／服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和網(wǎng)站式開放型用戶終端。20十二、雷電定位系統(tǒng)（LLS）2、工作原理：雷電發(fā)生時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的光、聲和電磁輻射，最適合大范圍監(jiān)側(cè)的信號(hào)就是電磁輻射場．雷電電磁輻射場主要沿地球表面方式傳播，其傳播范圍可達(dá)數(shù)百千米，取決于其放電能量．地閃和云閃是雷電放電的主要形態(tài)，地閃危害地面物體安全。地閃由主放電和后續(xù)放電構(gòu)成，現(xiàn)代觀測表明有超過50

%后續(xù)放電在接近地面時(shí)會(huì)掙脫主放電通道，形成新的對(duì)地放電點(diǎn)。LLS

是采用多個(gè)探測站同時(shí)遙測雷電電磁輻射場，剔除云閃信號(hào)，對(duì)地閃進(jìn)行定位。探測站的寬頻（1kH~1MHz）天線系統(tǒng)和專門設(shè)計(jì)的電子電路，識(shí)別地閃信號(hào)并對(duì)地閃的每次回?fù)舨ǖ姆逯等?，使測量值對(duì)應(yīng)回?fù)舨ㄐ纬傻拈_始部分，亦即對(duì)應(yīng)相對(duì)垂直的回?fù)敉ǖ赖妮^低部分，這時(shí)對(duì)應(yīng)的電高層折反射、通道的水平分支的影響最小，從而在理論和技術(shù)上保證測量雷擊點(diǎn)和雷電流峰值的準(zhǔn)確性。

21十二、雷電定位系統(tǒng)（LLS）3、定位方法（1）定向法地閃磁場輻射波穿過探測站的正交框形天線，在南北與東西向天線產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度HNS，和HWE,

，測量tanα求得雷擊點(diǎn)A

相對(duì)探測站的方位角。用兩個(gè)探測站的坐標(biāo)和方位角即可求得A

點(diǎn)坐標(biāo)，較多觀測量可平差求最優(yōu)值并估計(jì)誤差，定向法是LLS

早期采用的定位方法，測向精度受雷電電磁波傳播路徑和探側(cè)站場地誤差影響，實(shí)際運(yùn)行的定向定位系統(tǒng)有5o~7o測向誤差，導(dǎo)致定位誤差超過10km

。

22十二、雷電定位系統(tǒng)（LLS）2、定位方法（2）時(shí)差法圖中A

、B

、C

代表探測站，設(shè)P

為地閃位置．測量發(fā)生在P

處的地閃到達(dá)探測站的時(shí)刻，每兩站有一個(gè)時(shí)間差及對(duì)應(yīng)的距離差，構(gòu)成一條雙曲線，雷擊是這條雙曲線上的某一點(diǎn)。當(dāng)?shù)谌齻€(gè)探測站符合定位條件時(shí)，構(gòu)成了另一條雙曲線，兩條雙曲線的交點(diǎn)P

即為雷擊點(diǎn)，而P

‘是兩條雙曲線另一個(gè)數(shù)學(xué)解，即雷擊點(diǎn)假解。4

站及以上系統(tǒng)能剔出P’，可平差求最優(yōu)值并估算精度。時(shí)差定位系統(tǒng)的定位精度主要取決于時(shí)鐘同步技術(shù)與時(shí)鐘標(biāo)定技術(shù)。目前，以高穩(wěn)恒溫晶體和20~50nsGPS

授時(shí)模塊為核心部件構(gòu)成的時(shí)鐘完全能夠?qū)崿F(xiàn)10-7s精度，時(shí)鐘同步已成為成熟技術(shù)。23十二、雷電定位系統(tǒng)（LLS）2、定位方法（2）時(shí)差法相比時(shí)鐘同步，雷電波到達(dá)時(shí)刻的標(biāo)定技術(shù)更為關(guān)鍵。頻譜豐富的雷電波在傳播過程中受衰減變形影響，使到達(dá)各個(gè)探測站的地閃回?fù)籼卣鞑úǚ妩c(diǎn)產(chǎn)生不同的后移畸變，導(dǎo)致波峰點(diǎn)時(shí)鐘標(biāo)定達(dá)微秒級(jí)誤差。我國有兩種方法解決雷電波時(shí)鐘標(biāo)定誤差，一種是特征點(diǎn)實(shí)時(shí)標(biāo)定技術(shù)，另一種是波形反演方法。特征點(diǎn)實(shí)時(shí)標(biāo)定技術(shù)是依據(jù)雷電波主特征頻點(diǎn)傳播性能優(yōu)于全信號(hào)特性，采用硬件窄波濾波方法摘取雷電波主特征信號(hào)進(jìn)行標(biāo)定。其特點(diǎn)是探側(cè)與時(shí)間標(biāo)定同步，減小75

％波峰點(diǎn)時(shí)間標(biāo)定誤差。波形反演方法是依據(jù)探測站遙測的地閃特征波和傳播距離，在基于對(duì)傳播路徑、媒介的設(shè)定條件下，對(duì)地閃特征波峰值進(jìn)行反演后再進(jìn)行時(shí)鐘標(biāo)定修正。該方法的難點(diǎn)是建立雷電波傳播路徑、傳播媒介等的反演模型。目前我國正是由于這兩種時(shí)間標(biāo)定技術(shù)的LLS

并存，導(dǎo)致不同探測站的原始信號(hào)不能共享。

24十二、雷電定位系統(tǒng)（LLS）2、定位方法（3）綜合定位法。定向法的測向誤差較大，需要的觀測量較少。時(shí)差法定位精度高，需要觀側(cè)量較多。將二者綜合起來優(yōu)勢互補(bǔ)，而且在一個(gè)站上同