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KVILVal洗代速統电气No.6Vol.10(SerialNo.l142019•防雷技术•110kV以上电压等级变电站避雷针折线法与滚球法保护半径对比分析李舟鑫，李彦霖，李婧，王烨(黔西南州气象局，贵州兴义5624〇0主商要：根据国家相关规范的要求，探讨了变电站采用折线法和滚球法对变电站—次进线及室外电气设备防直击雷保护的差距，可为电力系统的防雷减灾工作提
供科学依据。李舟鑫（1972—男,高级工程师，从事雷关键词：避雷针；折线法；滚球法；对比分析电防御技术工作。中图分类号：TU856文献标志码：B文章编号：1674-8417(201906"004(M5
DOI：10.16618/j.cnki.1674-8417.2019.06.010〇引言1折线法计算避雷针的保护范围随着社会经济的高速发展，电力成为支撑发折线法计算单支避雷针的保护范围如图1
展的主要能源，110kV以上电压等级的变电系统所示。成为电网的主要结构形式。然而，雷电对电力系(1避雷针在地面上的保护半径统的危害，严重影响电力设备的正常运行，因此r二1.5h
(1防雷保护对保障电网安全、可靠运行显得十分重式中：r—避雷针对地面的保护半径，m;要[1]。对于避雷针的保护范围，各国的计算方h—避雷针对地面的高度，m。法各有不同，大体上分为直线法、折线法、曲线(2避雷针在心高度的平面上的保护半法、滚球法。折线法计算避雷针的保护范围是我国早期防雷设计规范中使用的计算方法，实践证明其有一定的局限性，但在经济不发达的情况下适合我国国情。1994年后我国建筑防雷设计规范开始采用滚球法计算避雷针的保护范围，但电力部门一直还在使用折线法设计变电站的防雷保护范围。本文经分析计算，探讨折线法和滚球法对变电站一次进线及室外电气设备防直击雷保护的差距，可为电力系统服务提供科学
依据。图1折线法计算单支避雷针的保护范围李彦霖（1995—男，技术员，从事电气工程及其自动化方面的工作。李婧（1973—），女，工程师,从事雷电防护方面的工作。•40•
洗代速統电气•防雷技术•No.6Vol.10(SerialNo.1142019径计算。①式中：G当时，有当高度超过120m时，以上公式已不适合。
rx=
半径，m;=h-hx
(2目前,电力系统各变电站采用的避雷针高度都在24~35m
之间。一避雷针在心高度平面上的保护一避雷针有效高度，m;被保护物咼度，m。2折线法与滚球法的保护差距110kV变电站电气设备的高度约为10m，
KK③
对相同高度避雷针在相同保护高度的最低保护高度和保护宽度进行对比计算，两种保护方式所(3提供的保护范围有所差距，使变电站存在雷击②当<<6/2时，有rx=L5h-2hx
=5.5//h
当30rr^/i专120m时，将式（1、式(2、隐患[2_3]。典型110kV变电站避雷针布置图如图2式(3求得的结果乘以高度系数p。p
(4所示。图2典型110kV变电站避雷针布置图避雷针位置间距参数如表1所示。2.1折线法时相同避雷针的保护参数(16^(12=1.5(/i0(1_2-/i;t=l.5x(18.57-10m=12.86m〇(2l#-3#避雷针保护边缘最低点的最低保-3=(25-84.55/7m=12.93m，避1#~2#避雷针保护边缘最低点的最低保护高度、丨雷针在10m保护平面中心线上的最小保护宽度护高度ft0(1-2=九-D/7=(25-45/7m=18_57m，避雷针在10m保护平面中心线上的最小保护宽度^*(i-3=1-5x(12.93-10m=4.39m〇•41•
現代速疚电气No.6V〇1.10(SerialNo.l142019•防雷技术•表i避雷针位置间距参数低点的最低保护高度大于被保护平面的高度，且避雷针高度/m间距Z/m中心点被保护平在保护平面中心线上的最小保护宽度只要大于位置/m面高度/m〇,则处于该平面内的所有被保护物都能得到避1#~2#2545.0022.5010雷针的有效保护。经计算，nokV变电站在10m1#~3#2584.5542.2810高平面内设备都能得到有效的防雷保护，但事实1#~4#2568.5534.2810上变电站受直接雷击的危害在这样的保护模式下比较严重。2*-3*2568.7034.35102.2滚球法时相同避雷针的保护参数2#~4#2582.0041.0010110kV变电站属二类防雷建筑物，滚球半径3#~4#2549.5024.7510~=45m,则高/25m避雷针到地面的保护半径(31#4#避雷针保护边缘最低点的最低保护高度〜(丨4=(25-68.55/7m=15.21m，避r0=y/h(2hr-h=40.31m雷针在10m保护平面中心线上的最小保护宽度(1l#-2#避雷针保护边缘最低点的最低保=1.5x(15.21-10m=7.82m。护高度(42#-3#避雷针保护边缘最低点的最低保K^-2=K-J(K-h2+(y=14.9m护髙度、(2—3〉=(25-68.70/7m=15.19m，避l#-2#避雷针在地面上每侧的最小保护宽度雷针在10m保护平面中心线上的最小保护宽度6X(2_3=1.5x(15.19-10m=7.78m〇6〇(i-2=Jh(2hT~h-
=33.44m(52#4#避雷针保护边缘最低点的最低保(2l#-3#避雷针保护边缘最低点的最低保护高度=(25-82.00/7m=13.29m，避护高度雷针在10m保护平面中心线上的最小保护宽度=1.5x(13.29-10m=4.94m。^0-3,=45-^(45_252+(¥2m--1.76m(63#4#避雷针保护边缘最低点的最低保此计算值说明避雷针已不能对地面上任何护髙度/»。(34=(25-49.5/7m=17.93m，避雷物体提供防雷保护。针在10m保护平面中心线上的最小保护宽度1#-3#避雷针在地面上每侧的最小保护宽度=1.5x(17.93-10m=11.89m。折线法保护模式下的保护参数如表2所示。6_=^25x(90-25-(^2m,
表2折线法保护模式下的保护参数不存在（公式失效）(3避雷针保护边缘最低点的最低保避雷针高度间距最低保护最小保被保护平/mD/m高度/m护宽度/m面高度/m护高度1#-2#2545.0018.5712.8610=45-^(45-252+(^52m=5.32m1、3#2584.5512.934.39101#4#避雷针在地面上每侧的最小保护宽度2568.5515.217.82102#-3#2568.7015.197.7810々25x(90-25-(^^2m=21.22m2U#2582.0013.294.9410(42#-3#避雷针保护边缘最低点的最低保3U#2549.5017.9311.8910护高度折线法保护模式下，只要避雷针保护边缘最^(2.3=45-1(45-252+(^2m=5.27m•42•
現代玫统电气•防雷技术•No.6V〇1.IO(SerialNo.U420192#-3#避雷针在地面上每侧的最小保护宽度(拦截率不可能达到100%。60(2.3=^25x(90-25-(^52m=21.09m3折线法与滚球法的保护差距(52#4#避雷针保护边缘最低点的最低保折线法与滚球法两种保护模式在理论基础护高度上都出现偏差。折线法是定义在避雷针高与保K(2A=45-^(45-252
+(^2m=-0.62m护范围成正比的理论基础上，规定其保护角度按防雷类别依次分为:一类30°保护角，二类45°保此计算值说明避雷针已不能对地面上任何护角，三类60°保护角。在保护类别确定的情况物体提供防雷保护。下，避雷针越高其保护范围越大。滚球法是定义2#4#避雷针在地面上每侧的最小保护宽度在避雷针高与保护范围成二次方根的理论基础-^25x(90-25-(^〇〇2m,上，避雷针的保护范围在一定范围内与避雷针高成二次函数关系，但是受滚球半径的约束，规定不存在（公式失效）其滚球半径按防雷类别依次为:一类30m，二类(63#4#避雷针保护边缘最低点的最低保45m，三类60m。当避雷针高度大于2倍滚球半护高度径时，数学表达式失效，说明在此保护模式下避=45-^/(45-252+(^^2m=13.16m雷针的保护范围与避雷针高不成正比关系。折线法与滚球法模式下避雷针保护参数差距如表43#4#避雷针在地面上每侧的最小保护宽度所示。i0(3Jt=^25x(90-25-=31.79m表4折线法与滚球法模式下避雷针保护参数差距滚球法保护模式下的保护参数如表3所示。折线法滚球法避雷针最低保护最小保护
最低保护最小保护
表3滚球法保护模式下的保护参数高度/m宽度/m高度/m宽度/m18.5712.8614.9033.44避雷针高度间距
最低保最小保护被保护平
1#~2#/
mD/
m护高度/m宽度/m面高度/m1#~3#12.934.39-1.76不存在1*-2*2545.0014.9033.44101#〜4#15.217.825.3221.221#~3#2584.55-1.76不存在102#~3#15.197.785.2721.091#~4#2568.555.3221.22102#〜4#13.294.94-0.62不存在2#~3#2568.705.2721.09103#~4#17.9311.8913.6131.792#〜4#2582.00-0.62不存在103#~4#2549.5013.6131.7910最小保护高度如图3所示。112

0□折线法滚球法计算避雷针的保护范围并不是高度
5■滚球法0越高其保护范围越大，多针联合保护时其保护范5围、最低保护高度、最小保护宽度受〜的限制，只0有当间距〇<2r。时,才可能存在保护模式，但能I
5l*-4*2*-3*2*-4*3*-4#否保证被保护平面内的设备、设施的主要参数是最低保护高度？滚球法规定，只有最低保护高度图3最小保护高度大于被保护平面高度时，被保护平面内的设备、从以上分析可以看出，两种保护模式的最小设施才能受避雷针的防直击雷保护，但保护效果保护高度存在较大差距，在相同间距、避雷针高•43•
現代造統老气No.6Vol.10(SerialNo.l142019.防雷技术.度、保护平面高度的情况下，折线法能保护的平求按标准GB5〇057—2010设计各电压等级变电面，滚球法不一定能保护，但滚球法能保护的平站的防直击雷避雷针，但各电力设计院（所）还是面，折线法一定能保护。同时，经计算分析，滚球采用折线法模式来设计变电站避雷针。设计人法计算避雷针的保护范围时，当两针间距大于员认为雷电直接击中设备是小概率事件，但是每2r。时，其最低保护高度为负值，说明其高度在地年因雷电造成的供电事故随电压等级的大幅提平面以下，此时避雷针对地面上的任何设备、设高不断增加,认为是电力设备的耐雷电流及耐电施不能提供任何保护。当计算其最小保护宽度涌的水平差，只有当变电站受直接雷击并造成重时，在相对应滚球半径下保护高度为负值，最小大事故时才按国家标准重新整改变电站的防直保护宽度将不存在,数学表达公式失效。击雷避雷针。4结语从对比分析来看，现在大多数变电站的位置环境都会受到不同程度的制约，按规范中规定在我国还没有确定国家防雷规范标准时，供的避雷针要求可能无法满足，随不等间距接地网电部门采用折线法的保护模式来设置避雷针对的推广采用，可以允许防直击雷避雷针直接接入变电站提供防雷保护。20世纪90年代后，我国主地网，从多座变电站施工实践来看，现大多数逐渐确定和完善相关规范标准，供电部门修订和110kV以上电压等级变电站的避雷针都可安装完善DL系列的相关行业标准，并在相关条款中在门型杆上，输电线路初（始）塔的避雷线也同样说明变电站的防雷保护采用滚球法，但在实际的接入主地网。因此，了解折线法与滚球法的防直设计和施工实践中，各电压等级变电站的防雷保击雷保护差距，更容易实现变电站防直击雷保护护仍采用折线法来计算，这主要是基于如下两大中重点与全局的兼顾。因素。(1
历史因素。20世纪90年代前，我国电力系统变电站的最大变电等级为35kV,采用折线法模式来设置变电站避雷针相对实用。在考文献I35kV向110kV及以上电压级过渡的时期，全国[1]35~110kV变电所设计规范:GB50059—2011[S].建成上万座变电站，并投入使用，如果全部按滚[2]建筑物防雷设计规范:GB50057—2010[S].球法模式来设置避雷针，其整改费用大。[3]交流电气装置接地:DL/T621:1997(2005[S].(2习惯因素。现行DL规范标准中明确要收稿日期：2019-04-08ComparativeAnalysisonProtectionRadiusofLightningRodFoldingMethodandRollingBallMethodinSubstationwithVoltageAbove110kVLIZhouxin,LIYanlin,LIJing,WANGYe(MeteorologicalBureau,SouthwestGuizhou,Xingyi562400,ChinaAbstract：
Accordingtotherequirementsofrelevantnationalstandards,theprotectiongapagainstdirectlightningofprimaryincominglinesandoutdoorelectricalequipmentsinsubstationwerediscussedbyusingthefoldinglinemethodandtherollingballmethod,Itcanprovideascientificbasisforthelightningprotectionanddisasterreductionofpowersystems.Keywords：lightningrod；foldinglinemethod；rollingballmethod；comparative
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