输电线路设计课程课件

线路运行与检修韩昆仑第3章导线和电缆的力学计算本章预览3-1有关导线运行的一些计算3-2输电线路的电晕计算3-3绝缘子基础知识3-4输电线路对绝缘子的技术要求3-5电力线路绝缘子的选择3-6绝缘子机械强度的安全系数计算3.1有关导线运行的一些计算3.1.1导线、避雷线振动频率和运行应力的计算（1）导线、避雷线的振动频率dvf/200=（2）导线、避雷线的年平均运行应力)2(minmaxσσσ+=av3.1有关导线运行的一些计算（3）导线的安全系数mavxKσσ=3.1有关导线运行的一些计算3.1.2架空导线拉断力计算（1）普通绞线拉断力SaFbdσ=拉断力：架空导线在拉力增加的情况下，首次出现任一单线断裂时的拉力3.1有关导线运行的一些计算3.1有关导线运行的一些计算（2）组合绞线拉断力ggdddSSFσσ85.095.0+=3.2输电线路的电晕计算3.2.1电晕的产生因为不平滑的导体产生不均匀的电场，在不均匀电场周围曲率半径小的电极附近，电压升高到一定值时，空气游离引发放电，形成电晕采用分裂导线，增大导线半径，避免和减少电晕3.2输电线路的电晕计算（1）双分裂导线rShrSrSrUEm22)2(ln])(221[−+=分裂导线表面最大电位梯度的计算3.2输电线路的电晕计算（2）三分裂导线])2(ln[])(2321[232rShrSrSrUEm−+=rCUEem0147.0=*线路每相采用单导线时*采用分裂导线且子导线按多边形排列时]sin)1(21[ndrnEpEmπ−+=其中，导线表面平均最大电位梯度rCUENm0147.0=3.2输电线路的电晕计算emRhrSrUE2ln2)21(+=3.2.2超高压直流输电线路最大电位梯度计算（1）单极双分裂导线的最大电位梯度DrDRe4/=emRhrSrUE2ln2)21(+=（2）单极三分裂导线的最大电位梯度3/28.0DrDRe=3.2输电线路的电晕计算3.2.3电晕起始电位梯度计算（1）表面粗糙的超高压交流输电线路)298.01(3.300δδrmE+=电晕起始电位梯度：开始全面发生电晕时的导线表面电位梯度（2）表面粗糙的超高压直流输电线路)3.01(3.303/20rmE+=δ3.2输电线路的电晕计算3.2.4好天气电晕损失计算1.超高压交流线路计算电晕损失的近似公式)(4.60UUfCUP−=公式一FfUdSP22)]/2[lg(0000542.0=公式二5210)(252440×−+=UUsrfPδ公式三3.2输电线路的电晕计算2.超高压直流线路计算电晕损失的计算δ2210)(203025.00=×−×=EEEUnrKPm单极线路)/2arctan(/2)(2)1(2025.00ShKEEnrKKUPmπ=−×+=双极线路20)(244.0SUUUP−=公式一公式二3.2输电线路的电晕计算3.2.5不良天气电晕损失计算∑∑∑++=nhEKRJrUPP152)()]1ln(3[61.13.2.6不同中性点接地方式下内部过电压极限值3.3绝缘子基础知识3.3.1绝缘子的分类按连接方式分按绝缘子介质材料分按承载能力大小分球形连接绝缘子槽型连接绝缘子钢化玻璃绝缘子瓷质悬式绝缘子半导体釉绝缘子合成绝缘子棒悬式绝缘子40、60、70、100、160、210、300kN7个等级3.3绝缘子基础知识3.3.2绝缘子的标识含义及构造1.绝缘子的标识含义字母，绝缘子特征数字，机电破坏负荷字母，绝缘子类型3.3绝缘子基础知识2.盘形悬式绝缘子的构造一般由钢帽、钢脚、绝缘介质和填充料构成绝缘子的机电破坏负荷与绝缘件内孔承力面面积有关承力面面积S：22111)(4)()(212)(rhddddLddS−+−+=×+=ππ3.4输电线路对绝缘子的技术要求3.4.1对机械强度的要求绝缘子机械强度安全系数的计算TTKR/1=3.4输电线路对绝缘子的技术要求绝缘子的残余强度：运行中的悬式绝缘子，其瓷裙或玻璃裙因各种原因造成损伤或破碎，使绝缘子机械强度降低，这种不是完全破坏的绝缘子还具有继续承受线路机械荷载的能力。这种还保留的部分机械强度成为残余强度。绝缘子接收常数的计算RSXK/)645.1(−=K=０.６５可接收nXX∑=∑=−−=niiXXnS12)(113.4输电线路对绝缘子的技术要求3.4.2电气性能１.工频电压下对绝缘子的要求２.操作过电压时对绝缘子的要求３.雷电过电压时对绝缘子的要求绝缘子的电气性能：主要指在一定的过电压下不被击穿，以保证输电线路的安全运行工频电压、泄露距离第4章输电线路雷击跳闸与防治本章预览4-1雷电及其参数4-2输电线路雷击跳闸故障分析4-3雷击跳闸故障的判别4-4雷击跳闸的防治措施4.4雷击跳闸的防治措施4.4.1组织措施线路防雷工作是线路工作的重中之重，生产运行单位硬结合秋检、冬检，认真分析雷害故障原因，总结、统计、分析线路历年雷害故障及防雷措施应用效果，结合线路历年运行经验和沿线地形、地貌、地质、地势，在逐步摸清或划定雷电易击点杆塔和多雷区段区域的基础上，因地制宜地采取措施4.4雷击跳闸的防治措施4.4.2技术措施1.假设避雷线，减小保护角•无避雷线时线路感应电压dgahU=•有避雷线时，线路从避雷线磁场获得的电位KUU=2•有避雷线时线路感应雷电压)1(KahUdg−=4.4雷击跳闸的防治措施避雷线保护范围以保护角表示，随线路成带状分布作图法确定单根避雷线保护范围的步骤：（1）由避雷线向下做与其铅锤面成25°的斜面构成上部空间（2）在h/2处转折，与地面上水平距离为h的直线端相连的斜面构成下部空间（3）空间中高度为hx的水平面即为对应的避雷线两侧保护范围的宽度4.4雷击跳闸的防治措施当时，保护宽度rx为2hhx≥当时，保护宽度rx为2hhxPhhrxx)(47.0−=Phhrxx)53.1(−=两根避雷线外侧保护范围与上述相同，内侧部分如下:PDhh40−=4.4雷击跳闸的防治措施2.降低杆塔的接地电阻线路的耐雷水平随杆塔接地电阻的增加而降低4.4雷击跳闸的防治措施杆塔接地电阻增大，耐雷水平呈指数规律下降，雷击跳闸率呈指数规律上升•降低杆塔接地电阻的方法：（1）充分利用架空线路的自然接地（2）外引接地装置（3）深埋式接地极（4）填充电阻率较低的物质换土法工业废渣填充法降阻剂法（最常用）铺设水下接地装置（5）爆破接地技术4.4雷击跳闸的防治措施•爆破接地技术降低接地电阻的原理：（1）利用地下电阻率低的土壤层、地下水层及金属矿物质层来改善散流（2）低电阻率材料可以很好的与接地极及各类型的土壤及岩石层形成良好接触（4）爆破致裂形成的裂隙可将岩石中固有的节理裂隙贯通，压力灌注低电阻率材料，形成低电阻率通道，与土壤中低电阻率区域相连（3）在大范围内降低了电阻率，从而降低了土壤的散流电阻（5）压力灌注低电阻率材料形成的通道，有利于电流散流到外部岩层，从而有利于接地极或接地网的散流4.4雷击跳闸的防治措施3.架设耦合地线对于已经架设了避雷线还经常受雷害侵袭的杆段，若接地电阻受条件限制很难降低时，可在导线下方增加一条架空地线，称为耦合地线。4.安装线路避雷器分为两种：带间隙的线路避雷器和不带间隙的线路避雷器4.4雷击跳闸的防治措施线路避雷器的安装注意事项：•选择多雷区且易遭雷击的输电线路杆塔•安装时尽量不使避雷器受力，并注意保持足够安全距离•避雷器顺杆塔单独敷设接地，截面不小于25mm2，尽量减小接地电阻的影响线路避雷器投运后的维护：•结合停电定期测量绝缘电阻，历年结果不应明显变化•检查并记录计数器的运作情况•对其紧固件进行拧紧，防止松动•5年拆回进行一次直流1mA及75%参考电压下泄露电流测量4.4雷击跳闸的防治措施线路避雷器安装点的选择：•供电可靠性要求特别高，而雷击跳闸率居高不下，采用一般措施降不下来而雷击点又随机分布的线路，经技术经济分析后，可靠率权限安装线路避雷器•运行经验表明的易击段，需要仔细分析和计算，确定合理的安装方案•山区线路杆塔接地电阻超过100Ω，采取一般措施接地电阻仍降不下来，且发生过闪络的杆塔•发电厂或变电所出口线路，接地电阻过大的杆塔4.4雷击跳闸的防治措施5.安装招弧角招弧角，用在输电线路上，防止绝缘子闪络造成损坏，其伏秒特性低于绝缘子串的伏秒特性。一般取招弧角的击穿电压为绝缘子串击穿电压的85%来进行绝缘配合。6.加装杆塔拉线杆塔拉线能降低雷击跳闸率，具有较大的分流作用，同时又相当于增大了杆塔的等效半径，使杆塔波阻抗减小。4.4雷击跳闸的防治措施7.采用避雷针•避雷针是吸引雷电，避免线路遭雷击的装置•避雷针一般装在终端塔上或线路雷害特别严重的地区塔顶避雷针的作用：•增大了塔顶附近导线保护角•雷电流大时，雷击的选择性强，避雷针接闪作用显著•增大了塔头附近导、地线之间的耦合系数，减少了作用在绝缘子串上的电压4.4雷击跳闸的防治措施8.采用多针系统9.可控放电避雷针上行雷自下而上发展的先导或者直接进入雷雨电荷中心，或者拦截雷云向下发展的先导，中和雷云电荷的反应在上空进行，自雷云向下的先导就不会延伸到被保护对象上。上行雷闪的上行先导对地面物体具有屏蔽作用。可控放电避雷针引发上行雷闪放电，达到中和雷云电荷、保护被保护对象的目的。塔顶加装半球形放射式的多针系统防雷装置后，相当于把塔头附近的避雷线向外扩展，可以减小保护角。4.4雷击跳闸的防治措施10.加强线路绝缘11.自动重合闸•有利于提高绝缘子的闪络电压和线路的耐雷水平，降低雷击跳闸率（但由于杆塔结构和高度的变化，大地及地线的屏蔽租用的弱化导致绕击概率增大，影响防雷效果）•绝缘子长期处于交变磁场下，性能会下降，及时进行线路绝缘子的维护•瓷绝缘子存在零值，需定期检测（玻璃绝缘子具有零值自爆，烧伤的表面仍是光滑的玻璃体）防雷的最后一道保护。为降低线路故障率，提高线路运行的可靠性，做好线路自动重合闸装置投运、试验、校验与运行巡视检查工作，避免发生拒动、误动，确保线路自动重合闸装置正常有效地运行。4.4雷击跳闸的防治措施12.雷电定位系统的开发和应用雷电定位系统（LightningLocationSystem，LLS），一套全自动、大面积、高精度、实时雷电检测系统，能实时遥测并显示云对地放电（地闪）的时间、位置、雷电流的值和极性、回击次数以及每次回击的参数，雷击点的分时彩色图能清晰地显示雷暴的运动轨迹。第5章外力本章预览5-1输电线路外力破坏故障现状5-2输电线路外力破坏故障分析5-3外力破坏故障的防止措施5.1输电线路外力破坏故障现状外力破坏故障主要有违章施工作业，盗窃，破坏电力设施，房障、树障、交叉跨越公路，在输电线路下焚烧农作物，山林失火及漂浮物（风筝、气球、白色垃圾）等造成。国家电网公司3年线路统计数据：•2003年，66-500kV，外力破坏跳闸641次，造成事故57次•2004年，220-500kV，外力破坏跳闸244次，造成事故92次•2005年，66-500kV，外力破坏跳闸721次，造成事故366次5.1输电线路外力破坏故障现状0%5%10%15%20%25%30%35%200320042005外力比重2003-2005年，外力破坏次数上升趋势明显，如何有效预防外力破坏，力争把破坏次数和事故次数控制在一定的数量范围内5.1输电线路外力破坏故障现状从电压等级看：•500kV线路，483条，45422.4km•220kV线路，4570条，144488km•110kV线路，10501条，166481.6km500kV线路相对220kV线路和110kV线路，数量长度均少得多，外力破坏对500kV线路的影响不使很大，220kV线路和110kV线路是防范外力破坏的重点调车碰线、违章施工、异物短路、偷盗是外力破坏的主要形式5.2输电线路外力破坏故障分析输电线路外力破坏故障的主要原因：•违章施工作业。•盗窃、破坏电力设施，危及电网安全•房障、树障、交叉跨越公路危害电网安全，清楚步履艰难•输电线路下焚烧农作物、山林失火及漂浮物，导致线路跳闸5.2输电线路外力破坏故障分析