摘 要

在配电系统中，10kV配电线路担任着将电能从变电站往终端配电站传输的功能。然而其绝缘水平的低下、线路走廊环境的特殊性，尤其是雷雨天气出现在处于山区的架空线路区域时，就很容易导致断线或跳闸等雷害事故的出现；而雷害事故的出现不仅会对电力设备造成无法修复的伤害，还会对人们的正常用电带来威胁。

从各种等级配电网来看，10kV架空配电网就要相对特殊的性质，主要是网络结构的复杂性伴随着较低绝缘水平，在这样的特殊性质下，在遭受直击雷时，就很容易发生雷害事故，同时感应雷的干扰也能诱发跳闸事故。为了提升10kV架空配电线路的防雷保护水平，本文对此类线路的避雷线架设方案进行了探讨。

本文基于雷击跳闸率的原理，通过研究分析雷电放电过程以及对10kV架空配电线路架设避雷线后的耐雷水平的提升效果进行分析，在几种典型的地形地貌的条件下，得出相对全面的数据，从而统计分析得出避雷线架设的最优方案。

本文最终目的是建立基于Visual C 6.0高级编程语言来制作出便于使用者选择10kV架空配电线路避雷线架设方案的软件系统；此次设计建立了初步符合使用要求的系统，能够在录入架设避雷线基本信息后，得出应力分析结果并得到相应的最优避雷线架设方案。

出于对更加优质的体验的考量，此次设计还有许多可以提升的地方，其中主要有：个性化设计提升用户体验舒适度、优化数据库更新的方式便于更新等等，这样这款软件才能真正地起到便捷架设避雷线的作用。

关键词：10kV配电网；避雷线；软件设计；架空线路；雷击

Abstract

In distribution system, 10 kV distribution line is used to transmit electric energy from substation to terminal distribution station. However, the low insulation level and the particularity of the environment of the line corridor, especially when the thunderstorm weather appears in the overhead line area in the mountain area, will easily lead to the occurrence of lightning damage accidents such as breakage or tripping. The occurrence of lightning accident will not only cause irreparable damage to power equipment, but also threaten people's normal power consumption.

From the view of various grades of distribution networks, the 10kV overhead distribution network will have relatively special properties, mainly because the complexity of the network structure is accompanied by lower insulation level. Under such special characteristics, lightning accidents are easy to occur when directly struck by lightning. At the same time, the interference of induced lightning can also induce tripping accidents. In order to improve the lightning protection level of 10kV overhead distribution line, this paper discusses the lightning protection scheme of this kind of line.

Based on the principle of lightning tripping rate, this paper analyzes the process of lightning discharge and the effect of lightning resistance of 10kV overhead distribution line after installing lightning protection line, under several typical terrain and geomorphological conditions. The relative comprehensive data are obtained, and the optimal scheme of lightning protection line erection is obtained by statistical analysis.

The final purpose of this paper is to establish a software system based on Visual C 6.0 advanced programming language to make it convenient for users to select the installation scheme of lightning protection lines for 10kV overhead distribution lines. After inputting the basic information of the lightning protection line, the stress analysis results can be obtained and the corresponding optimal lightning protection line erection scheme can be obtained.

Due to the consideration of more high-quality experience, there are still many areas that can be improved in this design, such as personalized design to enhance user experience comfort, optimization of the way to update the database to facilitate updating, and so on. In this way, the software can really play a convenient role in the installation of lightning protection lines.

Key words: 10kV distribution network; Lightning protection line; Software design; overhead line; Lightning stroke

目 录

第一章 绪论 1

1.1研究目的及意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1避雷线架设 2

1.2.2提高线路绝缘水平 3

1.2.3加装避雷器 3

1.2.4降低杆塔接地电阻 4

1.2.5不平衡绝缘 4

1.2.6并联间隙保护技术 5

1.2.7装设耦合地线 5

1.2.8防雷措施分析 5

1.3论文的主要内容 6

第二章 10kV架空配电线路雷击保护 7

2.1 雷电机理 7

2.1.1雷云形成 7

2.1.2雷电放电 8

2.1.3雷电参数 8

2.1.4了解雷电放电 10

2.2 雷击跳闸 10

2.2.1基本原因分析 11

2.2.2接地方式影响 11

2.3 耐雷水平 12

2.3.1耐雷水平影响因素 12

2.3.2耐雷水平对于雷击保护的意义 13

2.4 本章小结 13

第三章 避雷线架设信息 14

3.1杆塔形式 14

3.2档距 16

3.3绝缘子信息 17

3.3.1外形设计 17

3.3.2结构与间隙 18

3.4应力分析 18

3.4.1避雷线架设高度 18

3.4.2架设高度计算分析 20

3.5避雷线耦合性能分析 22

3.5.1避雷线耦合性能 22

3.5.2不同支架高度耦合系数计算 22

3.6本章小结 24

第四章 软件界面设计 25

4.1软件介绍 25

4.2界面功能介绍 25

4.2.1登录界面 25

4.2.2信息录入界面 26

4.2.3方案设计界面 30

4.3本章小结 31

第五章 总结 32

参考文献 33

致 谢 34

第一章 绪论

在雷电防护方面，架空配电网的避雷线架设不仅对于电力系统而言是非常重要的措施，

还在与其他各种防雷措施防雷效果对比中比较好的措施，同时对于居民用电的安全性和稳定性也是一个非常重要的措施。在考虑到这些关系的基础上，本章对10kv架空配电线路的防雷措施进行了研究，并分析了避雷线架设的优势，同时对避雷线架设软件设计进行了探究。

1.1研究目的及意义

通常，闪电的放电将会产生电压特别高的闪电高压，而这闪电高压可能会破坏输电线网络上的绝缘设备，引起一系列事故，从而最终导致我们所说的电力故障。对于雷电的了解，人类还只是处于比较低下的水平，因此对于雷电发生的规律，人类还无法掌握；同时，针对雷电的防御还不是特别的有效，所以降低雷电的击中率，是现阶段所需要研究考虑的重中之重。

10 kV架空配电线路由于自身的原因在电力系统配电网中处于相当重要的地位，但是由于它的防雷水平不够导致雷击跳闸率总是无法有效降低。根据相关的统计，雷击跳闸事故占所有配电网事故的60%。由此可知，电力系统对于配电线路雷击保护的研究工作占据配电线路整体稳定性方面的工作中很重要的部分。

当前，10 kV配电网仍然大量地使用着配电用避雷器，从而避免配电设备在雷电过电压下出现损坏的情况。在运行的过程中，因为避雷器的质量问题以及后期运行维护工作的不到位的情况从而导致部分的避雷器发生雷击击穿的故障。当避雷器出现击穿现象时，避雷器会导致线路接地短路，而想要隔离故障只能够进行停电处理，这对配电线路可靠性的影响相当大。相较而言避雷线在预防避免雷电直击和提升线路耐雷击水平具有显著的更好的效果，因此，会选择避雷线来实现架空配电线的防雷保护措施。

避雷线架设一般通过分流的效果，降低流经杆塔的雷电流，最终实现杆塔的对地电位的降低，这就是避雷线的基本原理；额外，利用耦合导线的方式，可以使得出现在导线上的感应过电压相对降低，从而在感应过电压方面保护导线；更多还对导线起到电磁屏蔽的保护效果，进一步对导线上出现的感应过电压进行削减，从更深层次的方面来保护导线。由此可见，架设避雷线不仅可以很大程度上的减小直击雷的过电压，从而提升耐雷水平，还在限制感应雷过电压幅值方面具有极大的作用。

由于在所有的输电线的电力事故中，由雷击输电线引起的事故所占比例相当大，因此研究者们的许多注意力放在了对输电线的雷击耐受等级的相关理论评估和雷击跳闸率以及雷击保护的方法上。因此此次选题是为了通过建立基于Visual C 6.0高级编程语言来制作出便于使用者选择10kV架空配电线路避雷线架设方案的软件系统。

对于避雷线架设的方案选择是一个值得关注的问题，从这个问题出发，建立一个10kV架空配电线路的避雷线架设的方案选择的软件就显得非常地有意义。合理的方案选择以及快捷的系统操作会增加架空配电线路避雷线架设的效率；同时，人性化的操作界面也会更加便于使用者的使用，在这样的基础上，软件的可升级更新性也使未来预期的10kV架空配电线路的雷击保护有了更好的延续性。由此，通过这样快捷、高效、广泛地软件使用和软件升级，便可以提升10kV架空配电线路的避雷线架设的效率，由此可以使输电线电力事故相对减少或者将雷击现象造成的损失降到最低，也可以更加好地保护人民财产。

1.2国内外研究现状

一般说来，闪电的放电将会产生电压特别高的闪电高压，而这闪电高压可能会破坏输电线网络上的绝缘设备，引起一系列事故，从而最终导致我们所说的电力故障。对于雷电的了解，人类还只是处于比较低下的水平，因此对于雷电发生的规律，人类还无法掌握；同时，针对雷电的防御还不是特别的有效，所以降低雷电的击中率，是现阶段所需要研究考虑的重中之重。

长时间以来，研究人员为了减少雷害发生的次数，同时提高居民供电可靠性，对架空线路的保护一直以来都是国内国外相关研究工作者十分重视的，并经过这些人的许多研究和设计，产生了许多不同种类的雷击防护方法，为架空配电线路的常规运行保驾护航。比如常见的有：避雷线架设、降低接地电阻阻值以及加装避雷器等方法；对于这些比较常见的方式，本文做了分类阐述。

1.2.1避雷线架设

在配电线路中，避雷线又名地线，它主要是设置在相导线之上，将相导线保护起来，利用避雷线拦截雷电电击，从而保护相导线免受雷电的直击，在避雷线的保护下，相导线可以更加安全稳定地进行电力输送。

在加装避雷线的基础上，为了将雷电直接击中的可能性大幅减小，更加有效果地完成雷击保护，需要完成的是将避雷线的每一个杆塔都实现接地。

装设避雷线的一般条件为：

条件一：整个避雷线的绝缘设计必须良好，而处于相导线到塔顶(或接地引下线顶部)之间的雷电的泄雷电压按照比例必须要达到足够高的要求，才能有足够的抗雷击的能力；

条件二：杆塔的接地电阻必须满足比较小的要求。

避雷线的作用主要包括以下几点：

避雷线架设一般通过分流的效果，降低流经杆塔的雷电流，最终实现杆塔的对地电位的降低，这就是避雷线的基本原理；额外，利用耦合导线的方式，可以使得出现在导线上的感应过电压相对降低，从而在感应过电压方面保护导线；更多还对导线起到电磁屏蔽的保护效果，进一步对导线上出现的感应过电压进行削减，从更深层次的方面来保护导线。

通过各种研究，可以表示出，当雷电电击发生在杆塔以及避雷线上时，避雷线上会出现电晕，电晕会不断衰减，都是由雷电过电压造成的。而当杆塔遭受避雷线传输过来的雷击过电压时，在这样的情况下，可能会出现反击，而这样的反击是由过电压导致的绝缘子闪络造成的。而当雷电的电击发生在避雷线的档距之间时，如果保证有一定的距离存在于避雷线和导线之间的空气间隙上，就可以使绝缘子很难发生闪络。由此可见，人们所要考虑的只有第一情况，即是雷电电击发生在杆塔以及避雷线上时的情况。

对于配电网络而言，避雷线的架设是解决针对雷电直击问题的最直接且最有效的方法。着重分析一下避雷线架设在配电线路上的原理和作用：在配电网遭受雷电直击时，避雷线利用自身引导雷电流向着各个杆塔分流，从而就直接降低导线上的雷电流，直接可见地使配电线路耐雷水平有了大幅增加。更加值得一提的是，避雷线的特别的电磁屏蔽效果，可以有效地降低线路相导线上因为感应雷干扰而产生的感应过电压。

通过上面的研究分析，避雷线不仅能在雷电直击时对导线起到良好的保护作用，而且在对于感应雷过电压幅值的限制方面发挥着不可忽视的效果。可是我国国内现阶段的现状是：对于避雷线的架设仍然还是比较少数的选择。

1.2.2提高线路绝缘水平

对于配电网来说，绝缘子对于线路绝缘水平的影响是绝对的；而想要提高线路的绝缘水平，离不开对更高绝缘性能的绝缘子的选择。从目前国内使用绝缘子的情况来看，瓷横担当属最被广泛运用的种类，瓷横担的绝缘水平远高于另一种比较普遍的绝缘子-针式绝缘子是造成这样的现象的根本原因；因此对于较前期10kV配电线路而言，瓷横担是首要之选，利用瓷横担来提升线路的绝缘水平，以此增强防雷保护的效果。随着技术的发展和时间的推移，瓷横担已经无法满足绝缘线路的要求，因此，为了打造更好的绝缘线路，新型材料或者新一代的绝缘子的出现是必不可少的。

1.2.3加装避雷器

作为比较重要的防雷措施，避雷器主要包括放电间隙、普通阀式避雷器以及金属氧化物避雷器等不同的种类，这些不同的避雷器分别在不同的时期有着比较重要的作用。

放电间隙作为一种早期最为流行的避雷器，不仅仅在当时被大为使用，对于现在一些地区还是被人们所沿用，沿用的同时也在不断改进结构和形式。放电间隙存在的问题是它逐渐被取代的主要原因，主要问题是工频续流电弧无法自动熄灭，针对放电间隙的这一问题，人们做出了相应的改进来提升避雷器，不仅针对无法自动熄灭电弧的问题实现了突破，还提升了对过电压的限制能力。

管型避雷器作为一种保护间隙，拥有比较好的自动灭弧能力；管型避雷器分别包含两个间隙，一个是放置在空气中的外间隙，相对应的另一个是安装在气管内部的内间隙，将这两个间隙串联起来就构成了管型避雷器；其中，外间隙用于分隔工作电压，来保护产气管免受泄露的工频电流的毁坏。值得一提的是，管型避雷器的灭弧能力受工频续流电流大小的影响。

阀式避雷器结构设计特点在于安置在密封良好的瓷套中的火花间隙和电阻阀片，这样设计的原因在于排除外界影响因素对阀式避雷器造成的扰动。对于该避雷器的运行情况有如下的描述，线路处于正常工作运行状态时，间隙的存在将电阻阀片和工作母线隔离；当线路出现问题导致较高过电压出现在母线上的情况下，如果过电压的幅值高于间隙的放电电压时，间隙会出现击穿现象，引起冲击电流入地的问题出现。

氧化锌的压敏特性被人们发现之后，伏安特性良好的金属氧化物电阻片产业如雨后春笋般高速发展，带动了金属氧化物避雷器技术的不断提升。如今，仅仅只有比较少数的存在时间比较长的线路中，还存在着使用阀型避雷器运行的情况，而绝大部分的配电线路已经采用氧化锌避雷器。在气候环境的不断变化过程中，人们对于避雷器绝缘水平的要求不断提高，因此对于制造氧化锌避雷器所需要的材料的材质的要求被持续提高。

1.2.4降低杆塔接地电阻

为了提升防雷保护的效果，降低杆塔电阻，对于接地体来说，人们在制作材料上的选择非常的多元，主要是铜质材料和热镀锌材料等。这些材料因为自身特性的原因可以有效地降低接地电阻，并且对于保护接地体免受腐蚀和延长接地体使用时间具有良好的效果。在材料之间的对比中，铜质材料在增加接地体耐腐蚀性方面具有比其他的材料更加优异的效果，能够完美地化解接地体腐蚀的问题，不过相对的，铜质材料的购买成本比较高，不能够在经济性方面满足要求，同时无法对土壤的电阻率的进行调控也是铜质材料的一个缺陷，因此铜质材料很难达到普及使用的目的。

在实际运用中，一般比较早期的接地装置是采用界面为25mm²的铜线来制作暴露在地表以上的部分，虽然这样的选择的接地效果相对比较好，然而由于铜线的价值比较高很容易引发偷盗现象，从而导致线路失去本该有的接地。针对这样的现象，目前的解决方式是更多地选择在郊区采用钢芯铝绞线来代替铜线，并通过使用其专用的接线耳，来使得整体接地电阻水平比较接近于使用铜线时的接地电阻水平。这样不仅降低了接地电阻水平，并且可以大幅度减少偷盗情况的发生，从而可以使得线路接地能够长期稳定地存在。

1.2.5不平衡绝缘

如果当线路的绝缘情况处于平衡时，在线路遭受雷击时，雷击将会造成的两相闪络大概率出现在两回线路当中；而线路的绝缘不平衡度也比较低的时候，同样会出现以上的情况；具体的来说就是在这样的情况下每回线路都各会出现一相闪络；然而一般情况下，两相间产生的闪络会因为两相在绝缘水平方面相差程度大小而相对集中于在绝缘水平较低的一侧。

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