基本信息
- 项目名称：
- 输电线路防绕击避雷针设计
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本输电线路防绕击避雷针可用于输电线路防雷保护领域，主要提高避雷线的引雷能力，增强其屏蔽能力，降低雷绕击概率，减少雷击跳闸事故的发生，从而增强输电线路运行的稳定性。
- 详细介绍：
- 随着输电线路电压等级的升高，雷绕击事故成为引起输电线路雷击跳闸的主要原因，是输电线路防雷保护的关键性问题。针对高压及超高压输电线路上存在的避雷线引雷能力不足、存在绕击现象的缺陷，本项目完成了输电线路防绕击避雷针的装置设计。该避雷针装置通过特制场畸变外套和内设自控放电装置的方法提高引雷能力，通过铁杆对称结构和平衡锤的采用提高平衡性能。在实验室试验的基础上，提出输电线路防绕击避雷针的应用方案，并通过在多条线路的实际挂网运行对本避雷针高效防绕击的效果进行验证。本防绕击避雷针对推动防雷保护研究的发展和提高电力系统的稳定性具有积极作用。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 输电线路的基本防雷措施是架设避雷线。但是避雷线引雷能力不足，保护范围有限。为了降低雷绕击跳闸率，按照常规的方法，通过改造杆塔结构减小避雷线保护角，属于重大结构调整，钢材耗费大，在实际工程中不具备切实可行性。而ZnO避雷器虽然防雷效果好，但是价格昂贵，经济性差。我们构想：在避雷线上加装具有防绕击性能的侧向避雷针，希望可以提高引雷能力、增大保护范围，达到高效防绕击的目的，而且具有生产和安装费用低的优点，具备切实可行性。基于以上分析，在设计中我们主要考虑以下几点：（1）提高避雷针的引雷能力；（2）避雷针针长的确定；（3）应具备良好的机械特性及平衡性能；（4）尽量减小装置的重量。结合以上思路，我们设计出了侧向安装于避雷线的输电线路防绕击避雷针。采用对称结构，两端套有绝缘套管，针体串联自控放电装置，自带平衡锤。 作品创新点： （1）内设自控放电装置，针尖特制场畸变外套，引雷能力增强10倍左右，有效解决雷绕击问题。 （2）针杆对称结构，自带平衡锤，平衡性能好。 （3）重量轻，不会对避雷线造成损伤，可抗覆冰扭转，握着力>2.5kN，在地线上不滑移。应用可靠性高。 项目技术关键： （1）场畸变绝缘外套的设计，增强场畸变能力； （2）自控放电小气隙的设计，产生强烈的上行先导；（3）对称结构及平衡锤的设计，解决平衡问题。 主要技术指标： 单边(针)长300mm 总重1.4kg 通流容量100kA(4/10μs) 握着力>2.5kN
科学性、先进性
- 目前输电线路上采用的防雷措施有：架设避雷线，降低杆塔接地电阻，架设耦合地线，ZnO避雷器，可控放电杆塔避雷针等。降低杆塔接地电阻和架设耦合地线可行性低；可控式避雷针对于距杆塔15～20m处的高绕击区域不起作用；ZnO避雷器虽然能够较好地解决雷击问题，但价格昂贵，经济性差。 本避雷针用于输电线路防雷保护领域，主要提高避雷线的引雷能力，增强其屏蔽能力，降低雷绕击概率，减少雷击跳闸事故的发生，从而增强输电线路运行的稳定性。 特点： （1）通过场畸变绝缘外套和自控放电装置的采用，引雷能力强、保护范围大，应用于高压及超高压输电线路可以降低输电线路雷击跳闸率，减少经济损失。（2）生产成本低至万元以下，是ZnO避雷器的1/70，而且安装方便，维护周期长。（3）在防雷绕击领域和线路型避雷针研究领域，本输电线路防绕击避雷针的设计均处于国内领先水平。 我们通过大量的电气试验和机械试验，验证了输电线路防绕击避雷针的能力。
获奖情况及鉴定结果
- 作品在我校第七届“自强杯”大学生课外学术科技作品竞赛中荣获一等奖；作品在湖北省第七届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中荣获一等奖。
作品所处阶段
- 生产阶段
技术转让方式
- 技术入股
作品可展示的形式
- 实物、产品 现场演示 图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 安装输电线路防绕击避雷针时将地线线夹卡于架空地线上，拧紧螺栓即可，在架空地线上距铁塔横担±15～20m处各安装一支，每个档距共装4支，在雷绕击特别严重的线段可安装8支。 该避雷针是一种应用于避雷线上的新型避雷针： （1）针尖采用场畸变绝缘外套，针体串联自控放电小气隙。与普通避雷针相比，引雷能力提高10倍左右，可以有效降低雷绕击率。 （2）采用铁杆对称结构和平衡锤的设计，具备良好的机械性能和平衡性能，满足实际安全运行的要求。 （3）生产成本低廉，安装方便，维护周期长。 输电线路防绕击避雷针具有广阔的应用前景。可适用于110kV～500kV直至1000kV输电线路地线，截面为50～250mm2钢绞线、铝包钢绞线、良导体绞线、OPGW光纤等架空地线。 就我国现有110kV～500kV线路规模，采用输电线路防绕击避雷针可以节省上百亿元。随着目前我国输电线路电压等级的升高，高压及超高压输电线路越来越多，本防绕击避雷针的市场前景将进一步扩大。
同类课题研究水平概述
- 国外输电线路的防雷保护研究早在上个世纪就开始了，大致经历了四个阶段。第一阶段是以防止感应雷为主；第二阶段是以防止直击雷为主，也是雷电参数得以系统归纳的时期。第三阶段是由美国OVEC—345kV线路异常高的闪络率引起广泛争论和对以前的防雷计算方法和数据进行重新评估的时期，这场争论极大地推动了线路防雷研究工作的进展，使得在理论分析、现场测试、模拟试验和运行经验的积累等方面的工作有了很大的提高；第四阶段是为模拟试验，现场实测、概率统计方法和计算机综合使用阶段。 在国内，我国防雷学者一直在进行“消雷器”、“排雷器”和“限流避雷针”的研究和讨论，促进了我国防雷事业的发展进步。其中关于用辩证唯物论的思想对避雷针防雷性能的研究，如今有了较为充实的实验和理论基础。EGM理论和LPM理论在我国也有了新的发展。为了改善和提高避雷针的防雷性能，人们提出了各种类型避雷针。随着科学理论和技术的发展，避雷技术必然会得到不断的创新与完善。 随着输电线路电压等级的升高，雷绕击成为引起高压及超高压输电线路雷击跳闸的主要原因。据统计，在我国由雷击引起的高压线路跳闸次数占线路总跳闸次数的40%～70%。其中，绕击约占雷击跳闸的60%以上。 在目前防雷技术条件下，防止雷绕击导线的主要措施有：改造地线支架结构减小保护角、可控放电避雷针以及线路型ZnO避雷器等。改造地线支架结构减小保护角防止输电线路绕击的措施，属重大结构调整，费用较大，很少在实际工程上采用。可控放电避雷针的作用主要是提高杆塔的屏蔽效果，对于距杆塔15～20m处的高绕击区域作用不大；ZnO避雷器虽然能够较好地解决雷击问题，但是价格昂贵，经济性较差，无法得到广泛应用。 目前国内外在防雷绕击领域的研究还不是很成熟。为了有效降低输电线路的雷击跳闸率，必须引进新型的线路型避雷针技术。我们设计的输电线路防绕击避雷针是一种新型的地线避雷针，可有效防止雷电绕击导线而引起的闪络事故，处于领先水平。输电线路防绕击避雷针具有引雷能力强、防绕击效果显著、自平衡功能强、重量轻、生产成本低等优势，在输电线路的防雷领域具有广阔的应用前景，对推动防雷保护研究的发展和提高电力系统的稳定性具有积极作用。
