現(xiàn)代防雷技術(shù)第六章 配電網(wǎng)防雷保護(hù)

1、.第六章第六章 配電網(wǎng)防雷保護(hù)配電網(wǎng)防雷保護(hù)n 635kV網(wǎng)絡(luò)是我國(guó)主要的配電網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)主要承擔(dān)面向廣大用戶直接提供電能的任務(wù)。但是由于該網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過的地形、地貌多樣，有如蛛網(wǎng)般的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，線路的絕緣水平低，線路的運(yùn)行維護(hù)都與110kV及以上的輸電線路有差距。因此，配電網(wǎng)很容易遭受雷害事故，引起停電事故，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人們生活帶來嚴(yán)重的損失，根據(jù)對(duì)該方面資料的統(tǒng)計(jì)，配電線路中因雷害事故造成的停電事故占配電線路事故的21.91%，為了確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，采取有效的防雷保護(hù)措施，作好配電線路的防雷保護(hù)措施是相當(dāng)有必要的。n 在防雷措施方面，635kV配電線路與110kV及以上的輸電線路

2、相比較，配電線路沒有避雷線、耦合地線、線路避雷器等相關(guān)的保護(hù)措施，僅僅在部分線路的進(jìn)線段與重要的配電設(shè)備處有保護(hù)措施。根據(jù)對(duì)湖南某地區(qū)的10kV配電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)10kV配電網(wǎng)絡(luò)絕大部分的線路的進(jìn)線段沒有采取任何防護(hù)措施，在配電變壓器與柱上開關(guān)等重要配電設(shè)備的防雷保護(hù)措施也存在不足之處。.n 配電線路受雷電過電壓的影響主要分為直擊雷與感應(yīng)雷。由于配電網(wǎng)的絕緣水平低，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且配電線路沒有避雷線、耦合地線、線路避雷器等保護(hù)措施，因此，配電線路遭受直擊雷時(shí)根本無(wú)法防護(hù)，因?yàn)橹睋衾走^電壓，即雷電直接擊中電氣設(shè)備，或線路，這種過電壓的幅值一般較高，高達(dá)數(shù)百千伏，雷電流高達(dá)數(shù)十千安，這種

3、過電壓的破壞性極大，造成的損壞也較大，直擊雷過電壓的雷擊跳閘率為100%。n 但是在配電線路中發(fā)生直擊雷事故所占比例并不高，根據(jù)資料顯示，635kv架空配電線路由雷擊引起的線路閃絡(luò)或故障的主要因素不是直擊雷過電壓而是感應(yīng)過電壓，感應(yīng)過電壓導(dǎo)致的故障比例超過90%。因此，配電線路的防雷保護(hù)的側(cè)重點(diǎn)應(yīng)放在感應(yīng)雷過電壓的防護(hù)上。n 感應(yīng)雷是指在雷云形成過程中，雷云與大地之間的感應(yīng)電場(chǎng)、雷云對(duì)地放電和雷云與雷云之間放電時(shí)，雷閃電流產(chǎn)生的強(qiáng)大電磁場(chǎng)作用于各種傳輸線路上感應(yīng)出過電壓、過電流并經(jīng)線路進(jìn)入電氣設(shè)備而形成的雷電過電壓稱為感應(yīng)雷過電壓。感應(yīng)雷過電壓可由“靜電感應(yīng)”的效應(yīng)產(chǎn)生，也可由“電磁感應(yīng)”的效

4、應(yīng)產(chǎn)生，但大部分的情況是由這兩種效應(yīng)的綜合作用而成。.n 感應(yīng)雷電過電壓幅值與雷云對(duì)地放電時(shí)的電流大小、雷擊點(diǎn)與線路間相對(duì)位置、雷擊點(diǎn)周圍環(huán)境（如土壤電阻率）、遭受感應(yīng)雷擊的線路的長(zhǎng)度、線路位置、設(shè)備接地裝置的電阻等諸多因素有關(guān)系。直擊雷具有高電壓、大電流、破環(huán)力巨大的特點(diǎn)，但其幾率卻大大小于感應(yīng)雷，這是因?yàn)橹睋衾字话l(fā)生在雷云對(duì)地閃擊時(shí)才會(huì)對(duì)地面造成災(zāi)害，而感應(yīng)雷則不論是雷云對(duì)地閃擊，或者雷云對(duì)雷云之間閃擊，都有可能發(fā)生并造成災(zāi)害。n 此外直擊雷由于其放電的機(jī)理所致，一次只能襲擊一至兩處小范圍的目標(biāo)，而一次雷閃擊卻可以在比較大的范圍內(nèi)的多個(gè)局部同時(shí)激發(fā)感應(yīng)雷過電壓現(xiàn)象，并且這種感應(yīng)高電壓可以通

5、過電力線路等金屬導(dǎo)線傳輸?shù)胶苓h(yuǎn)致使雷害范圍擴(kuò)大。.n n第一節(jié) 配電所防雷保護(hù)n6.1.1 配電所進(jìn)線段防雷保護(hù)配電所進(jìn)線段防雷保護(hù)n 配電所的全部保護(hù)措施，可根據(jù)配電線路、被保護(hù)的高壓設(shè)備及結(jié)構(gòu)方式等具體條件確定。n 對(duì)35kV無(wú)避雷線的線路，為了保護(hù)配電所的安全，應(yīng)在配電所的進(jìn)線段12km長(zhǎng)度內(nèi)加裝避雷線，其保護(hù)角一般小于20o，這樣在這一段雷繞擊或反擊于導(dǎo)線的機(jī)會(huì)就會(huì)大大減少。圖61是進(jìn)線段的保護(hù)方式。在進(jìn)線以外落雷時(shí)，由于進(jìn)線段導(dǎo)線的阻抗，使避雷器電流IBL受到限制，而且沿導(dǎo)線的來波陡度也將由于沖擊電暈作用而大為降低。此外，導(dǎo)線及大地的電阻抗對(duì)波的衰減變形也會(huì)有一定的影響。n 有些配電

6、所的進(jìn)線保護(hù)段是較老的線路，從桿塔條件來看架設(shè)避雷線有困難，或由于線路經(jīng)過地區(qū)的土壤電阻率較高（），降低接地電阻很不容易，進(jìn)線保護(hù)段所需耐雷水平很難到達(dá)要求時(shí)，可以考慮在進(jìn)線保護(hù)段的終端桿上安裝一組電抗線圈來代替進(jìn)線保護(hù)段，如圖6-2所示。.圖61 35kV無(wú)全線架設(shè)避雷線線路的進(jìn)線保護(hù).圖62 用電抗線圈代替變電站進(jìn)線段的接線.n n 長(zhǎng)期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，電抗線圈對(duì)電力設(shè)備的防雷保護(hù)作用是很顯著的，不論是保護(hù)發(fā)電機(jī)還是變壓器都十分有效，所以有些地區(qū)把電抗線圈稱作“防雷線圈”。n 如果配電所的進(jìn)出線采用電纜，在電纜和架空線路的連接處應(yīng)裝設(shè)避雷器保護(hù)，其接地必須與電纜的金屬外皮相聯(lián)接。三芯與單芯

7、電纜保護(hù)接線不同，圖63（a）為三芯電纜保護(hù)接線，圖63（b）為單芯電纜保護(hù)接線。但線路傳來雷電波、產(chǎn)生操作過電壓或發(fā)生短路故障時(shí)，電纜金屬外皮上感應(yīng)的高電壓可以由電纜一端的接地和另一端接地體或間隙來保護(hù)。當(dāng)電纜長(zhǎng)度超過50m或經(jīng)過驗(yàn)算裝設(shè)一組避雷器即能滿足保護(hù)要求時(shí)，可只裝一組。. 圖6-3 具有35kV及以上電纜段的變電站進(jìn)線保護(hù)接線 （a）三芯電纜保護(hù)接線；（b）單芯電纜保護(hù)接線若電纜長(zhǎng)度超過50m，且斷路器在雷季有時(shí)開路運(yùn)行時(shí)，應(yīng)在電纜末端加裝避雷器保護(hù)。此外，靠近電纜段的500-1000m線路桿塔上還應(yīng)裝設(shè)避雷線保護(hù)。為使保護(hù)電纜頭上的避雷器易于放電，條件許可時(shí)可在電纜與架空線連接處

8、加裝一組電抗線圈，避雷器應(yīng)裝在電抗線圈的外側(cè)。.n6.1.2 配電所的內(nèi)部防雷保護(hù)配電所的內(nèi)部防雷保護(hù)n（1）開閉所的防雷保護(hù)n 城市高層建筑和大型公共建筑的不斷涌現(xiàn)使城市功能越來越趨向完善和復(fù)雜化，電力用戶對(duì)中壓配電網(wǎng)的供電可靠性提出了更高的要求。為解決高壓變電所中壓配電出線開關(guān)柜數(shù)量不足、出線走廊受限，減少相同路徑的電纜條數(shù)，建設(shè)開閉所是很有必要的。開閉所宜建于城市主要道路的路口附近、負(fù)荷中心區(qū)和兩座高壓變電所之間，以便加強(qiáng)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)，提高供電可靠性。開閉所可以結(jié)合配電站建設(shè)，亦可單獨(dú)建設(shè)。開閉所的接線力求簡(jiǎn)化，一般采用單母線分段，兩路進(jìn)線，610路出線。而且城市配電網(wǎng)處于發(fā)展變化中，配電網(wǎng)

9、實(shí)際線路與開閉所、電纜分接箱的配置較復(fù)雜，配電網(wǎng)建設(shè)的隨機(jī)性較大，混合形式多，配電網(wǎng)接線與開閉所的配置沒有嚴(yán)格的界線。中壓配電網(wǎng)中，雙電源、多電源等供電方式越來越多，接線方式從單電源樹干放射式接線逐步向單環(huán)網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)及其多分段多聯(lián)絡(luò)網(wǎng)格式接線發(fā)展。n 隨著配電網(wǎng)的發(fā)展越來越復(fù)雜化，線路的隨機(jī)性增大，開閉所作為加強(qiáng)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)，提高供電可靠性的重要手段，它的防雷的要求也越來越高。根據(jù)開閉所結(jié)構(gòu)特征，開閉所防雷應(yīng)在母線側(cè)安裝母線避雷器，并在開閉所進(jìn)線與出線側(cè)安裝避雷器對(duì)雷電過電壓進(jìn)行保護(hù)。.（2）配電所直擊雷保護(hù)配電所的屋外配電裝置，較高建（構(gòu)）筑物以及易燃易爆對(duì)象，都應(yīng)加直擊雷保護(hù)。獨(dú)立避雷針（線）

10、與被保護(hù)物之間應(yīng)有一定距離，以免雷擊避雷針（線）時(shí)造成反擊。如圖6-46-4。 圖64 獨(dú)立避雷針.n在雷擊避雷針時(shí)，避雷針上離被保護(hù)物最近的A點(diǎn)的電位為n （61） n式中，L為從A到地面這段避雷針的電感；取雷電流i的幅值為150kA，波頭為斜角坡，波頭長(zhǎng)2.6s。即=。避雷針的電感取為1.3h（H）（h是A點(diǎn)高度，m），于是n （62） n上式右側(cè)前一項(xiàng)存在時(shí)間較長(zhǎng)（波尾），后一項(xiàng)存在時(shí)間較短（波頭）。對(duì)前項(xiàng)，空氣的耐壓約為500kV/m；對(duì)后者空氣的耐壓約為750kV/m。于是可求出不發(fā)生反擊的空氣距離Sk為n （63）n獨(dú)立避雷針的接地裝置與被保護(hù)物的接地裝置之間在土中也應(yīng)保持一定距離

11、Sd（如圖634所示），以免擊穿，Sd應(yīng)為n （64） AchdiuiRLdt15075AchuRh150750.30.1 ( )500750chkchRhSRh m0.3( )dchSRm.n 在一般情況下，Sk不應(yīng)小于5m，Sd不應(yīng)小于3m。有時(shí)由于布置上的困難，Sd無(wú)法保證，此時(shí)可將兩個(gè)接地裝置相連。但為避免設(shè)備反擊，該連接點(diǎn)到35kV及以下設(shè)備的接地線入地點(diǎn)，沿接地體的地中距離應(yīng)大于15m。因沖擊波沿地中埋線流動(dòng)15m后，在時(shí)，幅值可衰減到原來的20%左右，一般不會(huì)引起事故。n 對(duì)于60kV級(jí)以上的配電裝置，由于絕緣較強(qiáng)，不易反擊，一般可將避雷針（線）裝設(shè)在架構(gòu)上。裝于架構(gòu)上的避雷針利

12、用配電所的主接地網(wǎng)接地，但應(yīng)根據(jù)土質(zhì)，在附近加設(shè)35根垂直接地體或水平接地帶。由于主變壓器的絕緣較弱而且設(shè)備重要，所以在變壓器的門形架上不應(yīng)安裝避雷針。其它構(gòu)架避雷針的接地引下線入地點(diǎn)到變壓器接地線入地點(diǎn)，沿接地體的地中距離應(yīng)大于15m。.n在安裝避雷針時(shí)還應(yīng)注意：n（1）獨(dú)立避雷針應(yīng)距道路3m以上，否則應(yīng)鋪碎石或?yàn)r青路面（厚58cm），以保人身不受跨步電壓的危害。n（2）嚴(yán)禁將架空照明線、電話線、廣播線、天線等裝在避雷針上或其下的架構(gòu)上。n（3）如在獨(dú)立針上或在裝有針的架構(gòu)上裝有照明燈，這些燈的電源必須用鉛皮電纜，或?qū)⑷繉?dǎo)線裝在金屬管內(nèi)，并應(yīng)將電纜或金屬管直接埋入地中長(zhǎng)度10m以上，才允許

13、與35kV及以下配電裝置的接地網(wǎng)相連，或者與屋內(nèi)低壓配電裝置相連。機(jī)力通風(fēng)冷卻塔上電動(dòng)機(jī)的電源線也照此辦理，煙囪下引風(fēng)機(jī)的電源線也應(yīng)如此辦理。n（4）發(fā)電廠主廠房上一般不裝設(shè)避雷針，以免發(fā)生感應(yīng)或反擊使繼電保護(hù)誤動(dòng)作或造成絕緣損壞。.n6.1.3 配電所的接地配電所的接地n 配電所接地的好壞直接關(guān)系到設(shè)備與人身安全，在防雷措施中屬于非常重要的一環(huán)，應(yīng)當(dāng)給予充分的重視。因?yàn)榻拥鼐W(wǎng)的缺陷，在電力系統(tǒng)中多次發(fā)生過嚴(yán)重的事故，事故原因既有地網(wǎng)接地電阻方面的原因，也有地網(wǎng)均壓方面的問題，隨著電網(wǎng)的發(fā)展，配電所內(nèi)的微機(jī)保護(hù)、綜合自動(dòng)化設(shè)備的大量應(yīng)用，這些弱電元件對(duì)接地網(wǎng)要求更高，為了保證配電所的可靠必須解

14、決以下問題：n （1）地網(wǎng)的接地電阻問題，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到工頻接地短路電流和雷電流的入地時(shí)的地電位的升高。n （2）地網(wǎng)的均壓?jiǎn)栴}，特別是雷電流入地時(shí)造成的地電位升高造成弱電設(shè)備干擾與對(duì)二次電纜反擊造成的保護(hù)設(shè)備的損壞而發(fā)生的事故。n （3）設(shè)備接地問題，特別是有的防雷設(shè)備，如避雷線、避雷器的接地做不好的話會(huì)引起很高的反擊過電壓。n （4）接地網(wǎng)的腐蝕問題，由于接地裝置在地下運(yùn)行，運(yùn)行條件惡劣，特別是在一些土壤腐蝕性比較嚴(yán)重的地方極易造成腐蝕，發(fā)生腐蝕后的接地網(wǎng)的電氣參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，甚至?xí)斐呻姎庠O(shè)備的接地與地網(wǎng)之間，地網(wǎng)各部分之間形成電氣上的開路，因此也應(yīng)該特別的注意。n 根據(jù)DL/T621

15、1997交流電氣裝置的接地規(guī)程中的規(guī)定，35kV配電所接地電阻目標(biāo)值應(yīng)不高于4，且應(yīng)滿足配電所內(nèi)跨步電壓與設(shè)備接觸電壓公式如下：.n n （6-5）n (6-6)n 變電所土壤電阻率，。n 在配電所接地裝置防腐方面，計(jì)及腐蝕影響后，接地裝置的設(shè)計(jì)使用年限，應(yīng)與地面工程設(shè)計(jì)使用年限相當(dāng)；接地裝置的防腐設(shè)計(jì)，應(yīng)按照當(dāng)?shù)氐母g數(shù)據(jù)進(jìn)行；在腐蝕嚴(yán)重的地區(qū)敷設(shè)在電纜溝中的接地線和敷設(shè)在屋內(nèi)或者地面上的接地線，應(yīng)采用熱鍍鋅，對(duì)埋入地下的接地體宜采用適當(dāng)?shù)姆栏胧缭诮拥伢w四周施加降阻防腐劑，接地線與接地極或接地極之間的焊接點(diǎn)，應(yīng)涂上防腐材料。n在配電所接地網(wǎng)形式方面，人工接地網(wǎng)的外緣應(yīng)閉合，外緣各角作成

16、圓弧形，圓弧的半徑不能小于均壓帶間距的一半，接地網(wǎng)內(nèi)應(yīng)敷設(shè)水平均壓帶，接地網(wǎng)埋深不能小于0.6m，有條件的埋深應(yīng)達(dá)1m。在配電所敵網(wǎng)邊緣有行人通行的走道外應(yīng)敷設(shè)礫石、瀝青路面或者在地下裝設(shè)兩條與地網(wǎng)想連的均壓帶。skU2.050 500.05ssUs.n在配電所接地裝置防腐方面，計(jì)及腐蝕影響后，接地裝置的設(shè)計(jì)使用年限，應(yīng)與地面工程設(shè)計(jì)使用年限相當(dāng)；接地裝置的防腐設(shè)計(jì)，應(yīng)按照當(dāng)?shù)氐母g數(shù)據(jù)進(jìn)行；在腐蝕嚴(yán)重的地區(qū)敷設(shè)在電纜溝中的接地線和敷設(shè)在屋內(nèi)或者地面上的接地線，應(yīng)采用熱鍍鋅，對(duì)埋入地下的接地體宜采用適當(dāng)?shù)姆栏胧缭诮拥伢w四周施加降阻防腐劑，接地線與接地極或接地極之間的焊接點(diǎn)，應(yīng)涂上防腐材料

17、。n在配電所接地網(wǎng)形式方面，人工接地網(wǎng)的外緣應(yīng)閉合，外緣各角作成圓弧形，圓弧的半徑不能小于均壓帶間距的一半，接地網(wǎng)內(nèi)應(yīng)敷設(shè)水平均壓帶，接地網(wǎng)埋深不能小于0.6m，有條件的埋深應(yīng)達(dá)1m。在配電所敵網(wǎng)邊緣有行人通行的走道外應(yīng)敷設(shè)礫石、瀝青路面或者在地下裝設(shè)兩條與地網(wǎng)想連的均壓帶。.第二節(jié) 配電設(shè)備防雷保護(hù)n6.2.1 配電變壓器的防雷保護(hù)配電變壓器的防雷保護(hù)n 635kV配電網(wǎng)絡(luò)，是我們國(guó)家的主要配電網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)由于網(wǎng)狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)且電網(wǎng)的絕緣水平較低，最容易發(fā)生雷害事故。配電網(wǎng)最為頻繁的雷害事故是雷擊跳閘和配電設(shè)備被雷電擊壞。n配電變壓器是向廣大用戶分配電能、變換電壓的主要設(shè)備。在配電網(wǎng)中，經(jīng)常發(fā)

18、生的雷害事故就是雷電擊壞配電變壓器事故，每年都要損壞幾百臺(tái)，其影響范圍是很廣的，經(jīng)濟(jì)損失也很大。.n 一般配電變壓器高壓側(cè)裝設(shè)氧化鋅避雷器保護(hù)，避雷器應(yīng)靠近變壓器裝設(shè)，其接地線應(yīng)與變壓器的金屬外殼以及低壓側(cè)中性點(diǎn)（變壓器中性點(diǎn)絕緣時(shí)則為中性點(diǎn)的擊穿保險(xiǎn)器的接地端）連在一起共同接地。之所以要三點(diǎn)連在一起共同接地，是考慮到在雷電波侵襲時(shí)，避雷器動(dòng)作，若避雷器獨(dú)立接地，則雷電流通過接地電阻的壓降可能比避雷器上的殘壓還大，變壓器將承受這兩者疊加的過電壓作用，危害性大大增加?，F(xiàn)將避雷器接地線連至變壓器外殼上，則變壓器絕緣只承受避雷器的殘壓，只是外殼電位大大增加，其值等于通過避雷器雷電流在接地裝置上的壓降

19、，可能會(huì)反擊低壓繞組，為此，需將低壓側(cè)中性點(diǎn)與外殼連接，免除逆閃絡(luò)。這種共同接地的缺點(diǎn)是避雷器動(dòng)作時(shí)引起的地電位升高，可能危害低壓用戶的安全，應(yīng)加強(qiáng)低壓用戶的接地保護(hù)措施。n在運(yùn)行中，按上述接法裝設(shè)避雷器，變壓器絕緣和避雷器特性都合格，仍有不少變壓器遭受雷擊損壞，經(jīng)分析其原因如下：n（1）雷電直擊低壓線路或低壓線有感應(yīng)雷過電壓，低壓側(cè)絕緣被損壞；n（2）低壓側(cè)線路落雷時(shí)，由于沒有避雷器的保護(hù)，雷電波沿線直接侵入低壓繞組，經(jīng)其中性點(diǎn)接地體入地，雷電流在接地電阻上產(chǎn)生壓降，使低壓側(cè)中性點(diǎn)電位偏移。 .n此壓降一方面疊加在低壓繞組相電壓上，另一方面通過鐵芯按電磁感應(yīng)定律以變比的倍數(shù)升高到高壓側(cè)，與高

20、壓繞組相電壓疊加，使高壓繞組出現(xiàn)危險(xiǎn)過電壓，這種引起高壓側(cè)中性點(diǎn)過電壓的現(xiàn)象叫“正變換” 過電壓。此電壓的大小與進(jìn)波電壓的幅值、變比成正比，與接地電阻的大小成反比。根據(jù)雷電侵入波幅值的大小， 高壓繞組中性點(diǎn)附近電位約高于額定值的十幾倍，導(dǎo)致變壓器高壓繞組絕緣擊穿。n圖65 配電變壓器的保護(hù)接線.n（a）逆變換過電壓n 即當(dāng)310kV側(cè)侵入雷電波,引起避雷器動(dòng)作時(shí),在接地電阻上流過大量的沖擊電流,產(chǎn)生壓降,這個(gè)壓降作用在低壓繞組的中性點(diǎn)上,使中性點(diǎn)電位升高,當(dāng)?shù)蛪壕€路比較長(zhǎng)時(shí),低壓線路相當(dāng)于波阻抗接地。因此,在中性點(diǎn)電位作用下,低壓繞組流過較大的沖擊電流,三相繞組中流過的沖擊電流方向相同、大小相

21、等,它們產(chǎn)生的磁通在高壓繞組中按變壓器匝數(shù)比感應(yīng)出數(shù)值極高的脈沖電勢(shì)。三相脈沖電勢(shì)方向相同、大小相等。由于高壓繞組接成星形,且中性點(diǎn)不接地,因此在高壓繞組中,雖有脈沖電勢(shì),但無(wú)沖擊電流。n 沖擊電流只在低壓組中流通,高壓繞組中沒有對(duì)應(yīng)的沖擊電流來平衡。因此,低壓繞組中的沖擊電流全部成為激磁電流,產(chǎn)生很大的零序磁通,使高壓側(cè)感應(yīng)很高的電勢(shì)。由于高壓繞組出線端電位受避雷器殘壓固定,這個(gè)感應(yīng)電勢(shì)就沿著繞組分布,在中性點(diǎn)幅值最大。因此,中性點(diǎn)絕緣容易擊穿。同時(shí),層間和匝間的電位梯度也相應(yīng)增大,可能在其他部位發(fā)生層間和匝間絕緣擊穿。這種過電壓首先是由高壓進(jìn)波引起的,再由低壓電磁感應(yīng)至高壓繞組,通常稱之為

22、逆變換。此逆變換過電壓幅值取決于進(jìn)波電流幅值、波長(zhǎng)、接地電阻及變壓器變比等因素。此電壓可達(dá)到額定值十幾倍，大大超過了變壓器絕緣的耐壓值，導(dǎo)致變壓器中性點(diǎn)附近的絕緣擊穿。.n（b）正變換過電壓n 所謂正變換過電壓,即當(dāng)雷電波由低壓線路侵入時(shí),配電變壓器低壓繞組就有沖擊電流通過,這個(gè)沖擊電流同樣按匝數(shù)比在高壓繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),使高壓側(cè)中性點(diǎn)電位大大提高,它們層間和匝間的梯度電壓也相應(yīng)增加。這種由于低壓進(jìn)波在高壓側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)過電壓的過程,稱為正變換。試驗(yàn)表明,當(dāng)?shù)蛪哼M(jìn)波為10kV,接地電阻為5時(shí),高壓繞組上的層間梯度電壓有的超過配電變壓器的層間絕緣全波沖擊強(qiáng)度一倍以上,這種情況,變壓器層間絕緣肯定

23、要擊穿。n 在配電變壓器低壓側(cè)加裝金屬氧化物避雷器。這種保護(hù)方式的接線為:變壓器高、低避雷器的接地線、低壓側(cè)中性點(diǎn)及變壓器金屬外殼四點(diǎn)連接在一起接地(或稱四點(diǎn)共一體)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)研究表明,對(duì)絕緣良好的配電變壓器,僅在高壓側(cè)裝設(shè)避雷器時(shí),仍有發(fā)生由于正、逆變換過電壓造成的雷害事故。這是因?yàn)楦邏簜?cè)裝設(shè)的避雷器對(duì)于正變換或逆變換過電壓都是無(wú)能為力的。正、逆變換過電壓作用下的層間梯度,與變壓器的匝數(shù)成正比,與繞組的分布有關(guān),繞組的首端、中部和末端均有可能破壞,但以末端較危險(xiǎn)。低壓側(cè)加裝避雷器可以將正、逆變換過電壓限制在一定范圍之內(nèi)。而且，無(wú)論發(fā)生正變換或逆變換過程，都能保護(hù)高壓繞組，顯然，在低壓側(cè)

24、裝設(shè)氧化鋅避雷器是十分必要的。.n 由上可知，限制低壓繞組兩端的過電壓值，不僅能保護(hù)低壓繞組，而且無(wú)論發(fā)生正變換或反變換過程，都能保護(hù)高壓繞組。顯然，在低壓側(cè)裝設(shè)氧化鋅避雷器是十分必要的。尤其是在多雷區(qū)，更應(yīng)如此。低壓側(cè)避雷器的連接方式與高壓側(cè)類似。n6.3.2 柱上開關(guān)的防雷保護(hù)柱上開關(guān)的防雷保護(hù)n 隨著配電網(wǎng)的發(fā)展，為了電網(wǎng)運(yùn)行方面的需要，線路分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)大量投運(yùn)，這對(duì)保證電網(wǎng)運(yùn)行方式的靈活性，提高供電的可靠性起了很大的作用，但是大部分配電網(wǎng)線路僅在開關(guān)的一側(cè)裝設(shè)了避雷器。從運(yùn)行記錄中可以看出，當(dāng)發(fā)生雷擊故障時(shí)，經(jīng)常有柱上開關(guān)、刀閘、避雷器等設(shè)備在雷電活動(dòng)時(shí)損壞。n 隨著線路分段開關(guān)

25、和聯(lián)絡(luò)開關(guān)大量投運(yùn)，特別是聯(lián)絡(luò)開關(guān)一般處于斷開狀態(tài)，當(dāng)斷路器一側(cè)線路遭受雷擊，雷電波沿線路傳播，到開關(guān)或刀閘開斷處，將發(fā)生雷電波的全反射，如圖6-6所示。雷電波在開斷的斷路器處由于全反射作用幅值形成2倍的過電壓，該電壓會(huì)危及開關(guān)或刀閘的絕緣，會(huì)使開關(guān)內(nèi)部或外部絕緣發(fā)生擊穿或閃絡(luò)。可能造成開關(guān)損壞，因此，開關(guān)兩側(cè)都必須安裝避雷器。.n 線路開路末端處電壓加倍、電流變零的現(xiàn)象也可以從能量關(guān)系來n理解：因?yàn)?， ，全部能量反射回去，反n射波返回后單位能量與磁場(chǎng)能量相等，因此反射波返回單位長(zhǎng)度線路儲(chǔ)存的總能量為n （6-7）斷開點(diǎn) uququqn圖6-6開關(guān)開斷處波的反射222010 1011112

26、()2 2222qqqWC uL iC u 2Z 2220quPZ.n 因?yàn)榉瓷洳ㄟ_(dá)到后線路電流為零，故磁場(chǎng)能量為零，全部磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能量，因此，電場(chǎng)能量增加到原來的4倍，即電壓增大到原來的2倍。過電壓波在開路末端的加倍升高對(duì)絕緣是很危險(xiǎn)的，在考慮過電壓防護(hù)措施時(shí)對(duì)此應(yīng)給予充分的注意。n6.3.3 其他配電設(shè)備防雷保護(hù)其他配電設(shè)備防雷保護(hù)n 電纜分支箱是配電線路中，電纜與電纜，電纜與其它電器設(shè)備連接的中間部件，其連接組合方式簡(jiǎn)單方便，靈活，具有全絕緣、全封閉、防腐蝕、免維護(hù)、安全可靠等性能，廣泛用于商業(yè)中心、工業(yè)園區(qū)、城市住宅小區(qū)及大量的城市電網(wǎng)改造工程。n 環(huán)網(wǎng)柜是一組高壓開關(guān)設(shè)備裝在

27、鋼板金屬柜體內(nèi)或做成拼裝間隔式環(huán)網(wǎng)供電單元的電氣設(shè)備，其核心部分采用負(fù)荷開關(guān)和熔斷器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低、可提高供電參數(shù)和性能以及供電安全等優(yōu)點(diǎn)。它被廣泛使用于城市住宅小區(qū)、高層建筑、大型公共建筑、工廠企業(yè)等負(fù)荷中心的配電站以及箱式變電站中。.n 環(huán)網(wǎng)柜適用于工廠、車間、小區(qū)住宅。高層建筑等場(chǎng)所的配電系統(tǒng)、環(huán)網(wǎng)供電或雙電源輻射供電系統(tǒng)，起接受、分配和保護(hù)作用，也適用于箱式變電站中。為提高供電可靠性，使用戶可以從兩個(gè)方向獲得電源，通常將供電網(wǎng)連接成環(huán)形。這種供電方式簡(jiǎn)稱為環(huán)網(wǎng)供電。在工礦企業(yè)、住宅小區(qū)、港口和高層建筑等交流10KV配電系統(tǒng)中，因負(fù)載容量不大，其高壓回路通常采用負(fù)荷開關(guān)或

28、真空接觸器控制，并配有高壓熔斷器保護(hù)。該系統(tǒng)通常采用環(huán)形網(wǎng)供電，所使用高壓開關(guān)柜一般習(xí)慣上稱為環(huán)網(wǎng)柜目前環(huán)形柜產(chǎn)品種類很多。n 由于電力系統(tǒng)的發(fā)展，上述設(shè)備在配電線路中的使用越來越廣泛，它的防雷問題也成一個(gè)突出的問題。在10kV電纜化的環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)中，需采取措施抑感應(yīng)雷過電壓，通常的措施是采用避雷器，其保護(hù)點(diǎn)位置的選擇有兩種做法，一是在整個(gè)環(huán)網(wǎng)回路中的每個(gè)單元均安裝避雷器，該方法由于環(huán)網(wǎng)回路中安裝的避雷器數(shù)量較多，降低了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性且增加成本。方法二則有選擇地在環(huán)網(wǎng)單元安裝避雷器保護(hù)。上述兩種避雷器安裝措施應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行選擇，但是如果在環(huán)網(wǎng)回路中有一段架空線路的話，則應(yīng)在架空線路

29、的兩端的環(huán)網(wǎng)單元安裝避雷器進(jìn)行保護(hù)。在避雷器選擇方面，具備防爆脫離功能和免維護(hù)的無(wú)間隙金屬氧化鋅避雷器更是首選。通常在10kV配電設(shè)備中選用HYSW一17/50型避雷器，該型號(hào)的避雷器具有防水、耐污、防爆和密封性能好等特點(diǎn)，且體積小，重量輕，易安裝，目前已得到廣泛采用。 .第三節(jié)、配電網(wǎng)防雷存在問題分析n6.3.1 絕緣水平對(duì)配電網(wǎng)防雷的影響絕緣水平對(duì)配電網(wǎng)防雷的影響n 配電網(wǎng)主要采用P10、P15、P20和X45四種型號(hào)的絕緣子，其中P10、P15、P20為針式絕緣子，而X45為懸式絕緣子。上述四種型號(hào)絕緣子在絕緣性能上存在著差異，從研究試驗(yàn)結(jié)果中可以看出，根據(jù)試驗(yàn)可以得出P10絕緣子的沖擊

30、放電電壓為132.74kV，P15絕緣子的沖擊放電電壓為157.79kV，P20絕緣子的沖擊放電電壓為192.36kV，X45絕緣子的沖擊放電電壓為220.34kV。而配電線路中絕緣子是決定配電線路絕緣水平的主要設(shè)備，在湖南地區(qū)配電線路的事故中，因絕緣子閃絡(luò)或者爆炸造成的事故占了很大一部分，某地區(qū)在2007年一年中，因絕緣子造成的線路故障發(fā)生了25次，其中絕緣子閃絡(luò)14次，絕緣子閃絡(luò)與絕緣子沖擊放電電壓水平是密切相關(guān)的，因此，增加線路的絕緣水平對(duì)減少絕緣子閃絡(luò)事故是很有作用的。.配電網(wǎng)架空線路主要采用P10、P15、P20和X45四種型號(hào)的絕緣子，其中P10、P15、P20為針式絕緣子，而X4

31、5為懸式絕緣子。上述四種型號(hào)絕緣子在絕緣性能上存在著差異，為了了解這四種絕緣子的雷電沖擊放電電壓我們?cè)诟邏涸囼?yàn)室取現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中的四種絕緣子做了雷電沖擊試驗(yàn)。其試驗(yàn)結(jié)果如下：表6 1 P10絕緣子U50%沖擊放電電壓 沖擊電壓發(fā)生器每級(jí)電壓峰值絕緣是否擊穿20kV/級(jí)117.54 kV擊穿15 kV/級(jí)115.88 kV未擊穿17kV/級(jí)126.85kV未擊穿18 kV/級(jí)132.74 kV擊穿19 kV/級(jí)150.29 kV擊穿.表62 P15絕緣子U50%沖擊放電電壓 沖擊電壓發(fā)生器每級(jí)電壓峰值絕緣是否擊穿26kV/級(jí)158.68 kV擊穿24 kV/級(jí)165.22 kV擊穿23 kV/級(jí)16

32、9.62 kV擊穿22 kV/級(jí)166.03 kV擊穿21 kV/級(jí)157.79 kV擊穿20.5 kV/級(jí)154.93 kV未擊穿.沖擊電壓發(fā)生器每級(jí)電壓峰值絕緣是否擊穿30kV/級(jí)187.78 kV擊穿25kV/級(jí)180.39 kV未擊穿28kV/級(jí)194.91kV擊穿27kV/級(jí)192.36kV擊穿26kV/級(jí)188.12 kV未擊穿表63 P20絕緣子U50%沖擊放電電壓 .表64 X45絕緣子U50%沖擊放電電壓 沖擊電壓發(fā)生器每級(jí)電壓峰值絕緣是否擊穿35kV/級(jí)224.86 kV擊穿30kV/級(jí)220.34 kV擊穿28kV/級(jí)204.96kV未擊穿28kV/級(jí)201.16kV未擊

33、穿29kV/級(jí)209.26 kV未擊穿.n試驗(yàn)結(jié)果分析n（1）根據(jù)試驗(yàn)可以得出P10絕緣子的沖擊放電電壓為132.74kV，P15絕緣子的沖擊放電電壓為157.79kV，P20絕緣子的沖擊放電電壓為192.36kV，X45絕緣子的沖擊放電電壓為220.34kV。n（3）P15絕緣子的沖擊放電電壓比P10絕緣子的沖擊放電電壓高18.8%，P20絕緣子的沖擊放電電壓比P15絕緣子的沖擊放電電壓高21.9%，X45絕緣子的沖擊放電電壓比P20絕緣子的沖擊放電電高14.5%，由此可見，使用沖擊放電電壓高的絕緣子有利于提高線路的絕緣水平，增強(qiáng)配電線路的耐雷水平。n（3）當(dāng)絕緣子上敷上水膜后，絕緣子的沖擊

34、放電電壓有所降低，P10絕緣子的沖擊放電電壓為121.38kV，P15絕緣子的沖擊放電電壓為146.82kV，P20絕緣子的沖擊放電電壓為178.24kV，X45絕緣子的沖擊放電電壓為206.98kV。.n（4）在絕緣子上敷上水膜后，P10絕緣子的沖擊放電電壓降低了9.3%，P15絕緣子的沖擊放電電壓降低了7.1%，P20絕緣子的沖擊放電電壓降低了7.9%，X45絕緣子的沖擊放電電壓降低了6.5%。有上述數(shù)據(jù)可見，絕緣子上的積污在雷雨情況下，將會(huì)造成線路的絕緣水平的下降，因此，做好日常的絕緣子清污與維護(hù)工作是非常重要的。n絕緣子閃絡(luò)或者爆炸事故除與絕緣子沖擊放電電壓水平相關(guān)外，還與絕緣子的日常

35、運(yùn)行維護(hù)有重要的關(guān)系。配電網(wǎng)絡(luò)中普遍采用P10、P15與X45絕緣子，以湖南某地區(qū)兩條線路為例，線路中主要采用P15與X45兩種型號(hào)，n 但是由于配電線路對(duì)于運(yùn)行狀態(tài)的絕緣子沒有采用任何監(jiān)測(cè)措施；也沒有制訂相應(yīng)的輪修、輪檢和輪換制度，且線路投運(yùn)時(shí)間長(zhǎng)，線路老化嚴(yán)重，線路中還有大量老式絕緣子仍然在運(yùn)行中，老式絕緣子不論在絕緣性能還是機(jī)械性能方面都比P15等絕緣子要低很多；線路投運(yùn)時(shí)間過長(zhǎng)暴漏出來的另一個(gè)問題就是線路缺少維護(hù)，線路中將會(huì)出現(xiàn)大量劣質(zhì)絕緣子，劣化絕緣子是由于電熱老化機(jī)理引起的，同瓷絕緣子掛網(wǎng)時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)，在平時(shí)正常天氣狀況下能保持正常運(yùn)行，但是在出現(xiàn)過電壓情況下，就會(huì)造成絕緣子內(nèi)部擊

36、穿，從而產(chǎn)生低值或者是零值絕緣子，雷擊產(chǎn)生的瞬時(shí)短路電流嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引起低值絕緣子的過熱爆炸，劣質(zhì)絕緣子的存在對(duì)將會(huì)造成配電線路絕緣水平的降低，當(dāng)線路遭受雷電過電壓的時(shí)候易發(fā)生雷擊跳閘事故。.n運(yùn)行環(huán)境的影響,配電線路一般都位于道路傍邊,運(yùn)行環(huán)境惡劣,由于配電線路位于路邊且桿塔都比較低(相對(duì)于輸電線路)車輛蕩起的塵埃很容易被吸附到絕緣子上,對(duì)絕緣子造成嚴(yán)重的污染.對(duì)配電網(wǎng)來說由于污染不會(huì)向輸電網(wǎng)哪樣引起大面積的停電、因而沒有得到應(yīng)有的重視，但配電網(wǎng)絕緣子污染后，會(huì)使泄漏電流加大，電網(wǎng)損耗加大，當(dāng)絕緣子的泄漏電流達(dá)到一定程度后，會(huì)使絕緣子迅速劣化或炸裂，發(fā)生接地短路，形成單相接地或相間短路故障，

37、配電網(wǎng)經(jīng)常發(fā)生的，絕緣子炸裂故障大都是這種原因造成的。n配電設(shè)備外絕緣不可避免的會(huì)落上大氣中煙塵、揚(yáng)灰等各種污穢物，大氣污染越嚴(yán)重的地區(qū)，絕緣子的積污也越嚴(yán)重。一般來說，絕緣子積污是一個(gè)緩慢變化的過程。盡管到目前為止，有關(guān)沿絕緣污染表面的放電機(jī)理還沒有統(tǒng)一的看法，但大都認(rèn)為，沿絕緣子濕潤(rùn)污穢表面的閃絡(luò)現(xiàn)象己不是一種單純的空氣間隙擊穿，而是一種與電、熱、化學(xué)因素有關(guān)的污穢表面氣體電離以及局部電弧發(fā)生、發(fā)展的熱動(dòng)平衡過程.絕緣子的濕潤(rùn)加大了，表面污層的導(dǎo)電性能，使得通過絕緣子表面的泄漏電流增大，污層發(fā)熱。發(fā)熱將從正、反兩個(gè)方面來改變表面污層的導(dǎo)電性能，一方面由于表面污層的烘干將使電導(dǎo)率減?。?n

38、而另一方面卻因污層中正溫度系數(shù)電解質(zhì)的影響，隨著溫度的升高而使電導(dǎo)率增加。因?yàn)槲鄯x沿絕緣子表面的分布通常是不均勻的，即使污穢均勻分布，常用絕緣子沿泄漏路徑的等效直徑也有所變化，因此絕緣子各個(gè)區(qū)段的泄漏電流密度是不相同的，這就使得表面污層的自身加熱也是不均勻的。n 在某些污層薄的地方或潮濕程度輕的地方，特別是在絕緣子表面泄漏電流密度最大的區(qū)段(例如盤形懸式絕緣子的干燥區(qū)，如圖 6-7 所示)，它將承受絕大部分外加電壓，從而改變了絕緣子的電壓分布。當(dāng)絕緣子表面污層形成烘干區(qū)后，取決于作用電壓大小的不同，表面物理過程的繼續(xù)發(fā)展是不相同的。當(dāng)線路遭受雷害時(shí)，加在絕緣子上的電壓將達(dá)到上百千伏，在這種情況

39、下極易造成絕緣子的閃絡(luò)。.圖6-7絕緣子鋼帽附近的電流分布.n在城鄉(xiāng)結(jié)合部，工業(yè)大部分位于城鄉(xiāng)結(jié)合部，常有大量化工廢氣排放，空氣質(zhì)量相對(duì)比較差，污穢嚴(yán)重，并且由于沒有制訂相應(yīng)的絕緣子除污清掃措施，絕緣子上的積污非常嚴(yán)重，絕緣水平下降，在發(fā)生雷雨天氣情況下，由于積污，降水等綜合原因的影響，當(dāng)遭受雷電過電壓時(shí)，將會(huì)造成絕緣子閃絡(luò)。n在運(yùn)行過程中，其內(nèi)部瓷件出現(xiàn)裂縫或通透性損傷，損傷部位進(jìn)潮，絕緣子內(nèi)部擊穿電壓遠(yuǎn)小于沿面放電電壓，在雷閃、情況下，內(nèi)部產(chǎn)生碰撞游離和熱游離形成導(dǎo)電通道，閃絡(luò)放電的大電流就通過絕緣內(nèi)部，大量的熱量產(chǎn)生高溫引起爆炸，使瓷件破碎。n樹木的影響,由于配電線路大都位于街道兩邊,或

40、路邊、 而這里正是街道或道路綠化的地方，于是線樹矛盾就十分突出，特別是一些速生樹木在春夏季節(jié)，樹木的新生枝條在風(fēng)的作用下經(jīng)常掃向線路，造成線路單相接地或相間短路故障，更有甚者在風(fēng)雨天氣下有些樹木倒向線路，使線路倒桿斷線的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生，因此可以說由線路下的樹木使配電網(wǎng)發(fā)生故障，占配電網(wǎng)故障的比例相當(dāng)大。.n6.4.2 架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線分析架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線分析n 架空絕緣導(dǎo)線是介于裸導(dǎo)線與電纜線路之間的配電型導(dǎo)線，與裸導(dǎo)線相比，它能有效地降低“線樹矛盾”引起的停電事故；與電纜相比，它可避免道路開挖，投資少，且架空絕緣導(dǎo)線的絕緣水平較架空裸導(dǎo)線高，在雷電過電壓情況下能減小發(fā)生閃絡(luò)的機(jī)率。n

41、 基于上述優(yōu)點(diǎn)，在配網(wǎng)中開始大量應(yīng)用架空絕緣導(dǎo)線，但是，隨著配電網(wǎng)絡(luò)絕緣化工作的深入開展，雷擊斷線問題日益突出。長(zhǎng)沙地區(qū)配電網(wǎng)中大量使用了架空絕緣導(dǎo)線，衡陽(yáng)地區(qū)的架空絕緣導(dǎo)線占配電線路中比例雖然并不高，但是大量使用架空絕緣導(dǎo)線的將是一種必然的趨勢(shì)。n 隨著架空絕緣導(dǎo)線在配電線路中越來越廣泛的應(yīng)用，由于雷電過電壓造成的絕緣導(dǎo)線斷線的事故也越來越多。其中，衡陽(yáng)地區(qū)2007年中發(fā)生了4次上述事故，長(zhǎng)沙地區(qū)的大托線于2007年3月23日發(fā)生一起典型的雷電過電壓造成的架空絕緣導(dǎo)線斷線事故。.n n 雷電過電壓閃絡(luò)時(shí)，瞬時(shí)的雷電流很大，但時(shí)間很短，僅在架空絕緣導(dǎo)線上形成擊穿孔，不會(huì)燒斷導(dǎo)線。當(dāng)發(fā)生雷電過電

42、壓閃絡(luò)，特別是在兩相或三相（不一定在同一電桿上）之間發(fā)生閃絡(luò)過后，沿著雷電擊穿而形成的短路通道在電網(wǎng)工頻電壓作用下流過工頻續(xù)流，電弧能量將劇增，此時(shí)，由于架空絕緣導(dǎo)線絕緣層阻礙電弧在其表面滑移，高溫弧根被固定在絕緣層的擊穿點(diǎn)灼燒，產(chǎn)生局部過熱，燒熔，最后導(dǎo)至斷線。而對(duì)于裸導(dǎo)線，電弧在電磁力的作用下，高溫弧根沿導(dǎo)線表面不斷滑移，不會(huì)集中在某一點(diǎn)燒灼，因此不會(huì)嚴(yán)重?zé)齻麑?dǎo)線。這樣，裸導(dǎo)線通常在工頻續(xù)流燒斷導(dǎo)線或損壞絕緣子之前就會(huì)引起斷路器動(dòng)作，切斷電弧。這也是裸導(dǎo)線的斷線故障率明顯低于架空絕緣電纜的原因。n 工頻短路電流產(chǎn)生的弧根溫度為10005000 ，鋁的熔點(diǎn)為660 ，鋁具有高溫強(qiáng)度低，塑性差

43、，在脆性溫區(qū)易產(chǎn)生裂紋的物理特性。由感應(yīng)雷過電壓引起的絕緣子閃絡(luò)極易在電弧通道位置形成絕緣皮針孔，并同時(shí)在導(dǎo)體表面形成裂紋痕。持續(xù)的工頻短路電流產(chǎn)生高溫的弧根在穿孔處因絕緣皮的阻隔持續(xù)一點(diǎn)不停的灼烤熔點(diǎn)為660 的鋁導(dǎo)線，使其脆化，擴(kuò)大熱裂紋的深度，從而降低導(dǎo)線拉斷強(qiáng)度。 .n弧根溫度很高，相間短路開關(guān)跳閘時(shí)間t(一般為1 s)很短，弧根所產(chǎn)生的熱量()不足以熔化鋁導(dǎo)線，雷擊絕緣導(dǎo)線出現(xiàn)整齊斷裂現(xiàn)象說明了這一點(diǎn)；弧根既是熱源，也是力源，高、低壓電極形成的電弧通道所產(chǎn)生的電磁推力方向總是由小截面(高阻抗)處指向大截面(低阻抗)處，電磁推力大小隨工頻50HZ的正負(fù)半波而交變，與工頻短路電流的平方成

44、正比；根據(jù)作用力與反作用力相等的原理，與電弧電磁推力反向的垂直分量-F1(即沖擊載荷)在1 s內(nèi)交變100次，反復(fù)作用在電弧固定處的導(dǎo)線截面上。另外，截面處受到因自重而產(chǎn)生的軸向張力T1、T2(對(duì)于240 導(dǎo)線，當(dāng)安全系數(shù)取3時(shí)，張力約8 kN)，大小相等，方向相反。當(dāng)材料處于單向拉伸應(yīng)力下，呈現(xiàn)塑性，當(dāng)材料處于3向拉伸應(yīng)力下，則易呈現(xiàn)脆性，尤其處于交變應(yīng)力，工頻電磁推力屬于交變應(yīng)力。這樣，以上以上4種原因促成了絕緣導(dǎo)線整齊斷裂種原因促成了絕緣導(dǎo)線整齊斷裂(見圖見圖6-8)。金屬脆性斷裂的特征是，斷裂時(shí)沒有明顯的塑性變形，兩個(gè)斷口能夠吻合得很好，并且斷口顏色光亮，呈結(jié)晶狀；金屬韌性斷裂的特征是

45、，斷裂時(shí)有明顯的塑性變形，吸收的能量大，斷口形貌是灰暗色，纖維狀。根據(jù)多次絕緣導(dǎo)線雷擊斷線情況，由多股絞合而成的導(dǎo)線斷口特征介于脆性斷裂和韌性斷裂之間，說明斷裂是綜合原因促成的。單純的固定弧根高溫熔斷或燒斷，斷裂面應(yīng)呈不規(guī)則狀，不會(huì)出現(xiàn)整齊斷裂現(xiàn)象。在發(fā)生架空絕緣導(dǎo)線斷線后，在導(dǎo)線張力作用下絕緣層因來不及熔化、炭化，鋁絞線因?yàn)閺埩υ蚩s進(jìn)絕緣層內(nèi)，電源側(cè)絕緣導(dǎo)線斷頭后不一定接地，因此線路不發(fā)生相間短路或者單相接地信號(hào)，此類情況很可能會(huì)引起人身觸電傷亡事故。.移象負(fù)荷側(cè)電弧通道弧根感應(yīng)雷電流弧根電弧通道電源側(cè)圖6-8架空絕緣導(dǎo)線斷線分析示意圖.n6.5.3 雷擊配電線路建弧率問題雷擊配電線路建弧

46、率問題n由于架空線路的絕緣子大都屬于自恢復(fù)絕緣，雷電放電的時(shí)間一般只有幾十微秒，雷擊過后能否建立穩(wěn)定的接地短路電弧則取決于電網(wǎng)的工頻續(xù)流，即雷電過電壓以后沿雷電過電壓造成的絕緣子閃絡(luò)通道流過的電網(wǎng)工頻電流，即工頻續(xù)流,這個(gè)電流的大小等于電網(wǎng)單相接地電容電流IC，IC如大于熄孤臨界值（10kv電網(wǎng)的熄孤臨界值為11.4A），則不能可靠媳弧，n此時(shí)會(huì)產(chǎn)生三種結(jié)果，n一、如果IC在11.4A300A的范圍之內(nèi),都能產(chǎn)生弧光接地過電壓，這是因?yàn)榻拥仉娏髅恳淮瘟鬟^零點(diǎn)時(shí)，電弧都要有一個(gè)暫時(shí)性的熄滅，當(dāng)恢復(fù)電壓超過其恢復(fù)強(qiáng)度時(shí)將再次發(fā)生對(duì)地?fù)舸?，由于電網(wǎng)是由電感和電容元件組成的網(wǎng)絡(luò),電弧的間歇性熄滅與重燃

47、會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)電磁能的強(qiáng)烈振蕩,產(chǎn)生較高的過渡過程過電壓，即弧光接地過電壓,該過電壓可達(dá)3.5U(U:最高相電壓),且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),遍及全網(wǎng),會(huì)引起避雷器爆炸；.n二、當(dāng)IC比較大時(shí)，這一暫時(shí)性熄滅的時(shí)間微不足道，可以認(rèn)為電弧是穩(wěn)定的燃燒，如果不能可靠熄弧，電弧燃燒時(shí)間過長(zhǎng)的話將會(huì)引起相間短路，而且在同塔多回路線路形式中，因一回線路遭受雷害后線路絕緣子對(duì)地?fù)舸绻麚舸┖蠊ゎl續(xù)流比較大，n持續(xù)的接地電弧將使空氣發(fā)生熱游離和光游離，由于同桿架設(shè)的各回路之間的距離較小，那么電弧的游離會(huì)波及到其他的回路，引起同桿架設(shè)的其他回路發(fā)生短路事故，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)造成多回線路同時(shí)跳閘，極大的影響了配電線路的供電可靠性；

48、n三、當(dāng)IC11.4A時(shí)，由于絕緣強(qiáng)度恢復(fù)很快，難以再次擊穿，在雷擊過后線路立即恢復(fù)正常運(yùn)行，雷電不影響配電網(wǎng)的正常運(yùn)行。.n6.5.4 配電設(shè)備防雷保護(hù)存在的缺限n1、配電變壓器的防雷保護(hù)措施上存在的問題n 根據(jù)我們對(duì)湖南某地區(qū)配電變壓器的調(diào)研情況來看，配電變壓器的防雷保護(hù)主要集中在配電變壓器的高壓側(cè)安裝避雷器，從現(xiàn)場(chǎng)情況來看，仍存在一部分配電變壓器高壓側(cè)采用老式閥型避雷器進(jìn)行保護(hù)，而且高壓側(cè)避雷器也缺少相應(yīng)的運(yùn)行維護(hù)措施，有一部分避雷器出現(xiàn)了老化的情況，根本無(wú)法對(duì)配電變壓器進(jìn)行有效的保護(hù)。n低壓電網(wǎng)主要指0.4kV電網(wǎng)，根據(jù)對(duì)湖南某地區(qū)的調(diào)研情況顯示，這部分電網(wǎng)沒有任何的防雷保護(hù)措施，而在

49、城鄉(xiāng)結(jié)合部分低壓電網(wǎng)大部分采用架空線路形式，分布范圍廣，極易受到感應(yīng)雷過電壓的影響，而且配電變壓器的低壓側(cè)絕大部分都沒有安裝低壓避雷器進(jìn)行保護(hù)。.n在配電變壓器低壓側(cè)加裝金屬氧化物避雷器。這種保護(hù)方式的接線為:變壓器高、低避雷器的接地線、低壓側(cè)中性點(diǎn)及變壓器金屬外殼四點(diǎn)連接在一起接地(或稱四點(diǎn)共一體)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)研究表明,對(duì)絕緣良好的配電變壓器,僅在高壓側(cè)裝設(shè)避雷器時(shí),仍有發(fā)生由于正、逆變換過電壓造成的雷害事故。n這是因?yàn)楦邏簜?cè)裝設(shè)的避雷器對(duì)于正變換或逆變換過電壓都是無(wú)能為力的。正、逆變換過電壓作用下的層間梯度,與變壓器的匝數(shù)成正比,與繞組的分布有關(guān),繞組的首端、中部和末端均有可能破壞,但

50、以末端較危險(xiǎn)。低壓側(cè)加裝避雷器可以將正、逆變換過電壓限制在一定范圍之內(nèi)。而且，無(wú)論發(fā)生正變換或逆變換過程，都能保護(hù)高壓繞組。由上可知，限制低壓繞組兩端的過電壓值，不僅能保護(hù)低壓繞組，而且無(wú)論發(fā)生正變換或反變換過程，都能保護(hù)高壓繞組。n而且絕大部分配電變壓器低壓側(cè)沒有任何防雷保護(hù)措施，在雷電活動(dòng)頻繁的時(shí)間段，很有可能引起雷電過電壓造成的配電變壓器損壞事故。因此，對(duì)配電變壓器的高低壓側(cè)采取完備的防雷保護(hù)措施是非常有必要的。.nDL/T620-1997交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合推薦“配電變壓器的高壓側(cè)一般應(yīng)采用避雷器保護(hù)，避雷器的接地線和變壓器低壓側(cè)的中性點(diǎn)以及變壓器的金屬外殼三點(diǎn)應(yīng)連接在一

51、起接地?！焙?jiǎn)稱“三點(diǎn)共地”。n但是在實(shí)際的運(yùn)行中，對(duì)“三點(diǎn)共地”的操作出現(xiàn)了一些誤區(qū)，在很多地區(qū)發(fā)現(xiàn)將“三點(diǎn)共地”理解為避雷器、變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)與變壓器外殼接地分別入地后再共點(diǎn)接地，如圖6-9所示。.圖6-9 不正確的變壓器接地方式.n上述接地方法對(duì)規(guī)程中規(guī)定的理解存在誤區(qū)，實(shí)際上，應(yīng)該按照?qǐng)D6-10方法才識(shí)正確的接法，如果按照?qǐng)D6-9中的接線方法，當(dāng)雷擊變壓器高壓側(cè)時(shí)，變壓器高壓側(cè)進(jìn)線端電壓為避雷器動(dòng)作后的殘壓、接地引下線上的電壓與電流流過接地電阻形成的電壓，即：n （6-8）n配電變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)電壓為n （6-9）n兩者之間的電位差為n （6-10）n極易造成中性點(diǎn)絕緣擊穿。1diu

52、uLiRdt殘2uiR21diuuuLdt殘.n極易造成中性點(diǎn)絕緣擊穿。n采用圖6-10的接法時(shí)，壓器高壓側(cè)進(jìn)線端電壓為避雷器動(dòng)作后的殘壓、接地引下線上的電壓與電流流過接地電阻形成的電壓，即：n n （6-11）n則變壓器中性點(diǎn)與變壓器外殼上的電壓相等，為接地引下線上的電壓與電流流過接地電阻形成的電壓，即，n （6-12）n則變壓器高壓側(cè)進(jìn)線端電壓與變壓器外殼和變壓器中性點(diǎn)的電位差為n （6-13）n 避雷器動(dòng)作后的殘壓是一個(gè)很低的電壓，不會(huì)對(duì)配電變壓器的絕緣造成傷害。1d iuuLiRd t殘d iuuLiRd t殼中1uuu殼殘.圖6.-10 配電變壓器“三點(diǎn)共地”示意圖.n2、柱上開關(guān)的

53、防雷保護(hù)n隨著配電網(wǎng)的發(fā)展，為了電網(wǎng)運(yùn)行方面的需要，線路分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)大量投運(yùn)，這對(duì)保證電網(wǎng)運(yùn)行方式的靈活性，提高供電的可靠性起了很大的作用，但是由于對(duì)柱上開關(guān)等設(shè)備的防雷保護(hù)措施不足，從運(yùn)行記錄中可以看出，當(dāng)發(fā)生雷擊故障時(shí)，經(jīng)常有柱上開關(guān)、刀閘、避雷器等設(shè)備在雷電活動(dòng)時(shí)損壞。n隨著線路分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)大量投運(yùn)，特別是聯(lián)絡(luò)開關(guān)一般處于斷開狀態(tài)，當(dāng)斷路器一側(cè)線路遭受雷擊，雷電波沿線路傳播，到開關(guān)或刀閘開斷處，將發(fā)生雷電波的全反射。雷電波在開斷的斷路器處由于全反射作用幅值形成2倍的過電壓，該電壓會(huì)危及開關(guān)或刀閘的絕緣，會(huì)使開關(guān)內(nèi)部或外部絕緣發(fā)生擊穿或閃絡(luò)?？赡茉斐砷_關(guān)損壞，因此，開關(guān)兩側(cè)都必

54、須安裝避雷器。.n3、環(huán)網(wǎng)柜、電纜分支箱的防雷保護(hù)問題n電纜分支箱是配電線路中，電纜與電纜，電纜與其它電器設(shè)備連接的中間部件，其連接組合方式簡(jiǎn)單方便，靈活，具有全絕緣、全封閉、防腐蝕、免維護(hù)、安全可靠等性能，廣泛用于商業(yè)中心、工業(yè)園區(qū)、城市住宅小區(qū)及大量的城市電網(wǎng)改造工程。正是由于它具有上述優(yōu)點(diǎn)，電纜分支箱在配電線路中的使用也越來越廣泛，長(zhǎng)沙地區(qū)電纜分支箱為123臺(tái)，衡陽(yáng)地區(qū)為205臺(tái)。n環(huán)網(wǎng)柜是一組高壓開關(guān)設(shè)備裝在鋼板金屬柜體內(nèi)或做成拼裝間隔式環(huán)網(wǎng)供電單元的電氣設(shè)備，其核心部分采用負(fù)荷開關(guān)和熔斷器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低、可提高供電參數(shù)和性能以及供電安全等優(yōu)點(diǎn)。它被廣泛使用于城市住宅小

55、區(qū)、高層建筑、大型公共建筑、工廠企業(yè)等負(fù)荷中心的配電站以及箱式變電站中。在長(zhǎng)沙地區(qū)環(huán)網(wǎng)柜為2373臺(tái) 。n雖然環(huán)網(wǎng)柜、電纜分支箱得到了大范圍的應(yīng)用，但是卻沒有采用任何防雷措施對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。見圖見圖6-11 .圖圖6-11石鼓書院石鼓書院#1環(huán)網(wǎng)柜環(huán)網(wǎng)柜.n 通過上圖可以看出，環(huán)網(wǎng)柜與電纜分支箱沒有進(jìn)行防雷設(shè)施的配置。當(dāng)雷電過電壓作用于架空線路，雷電波隨架空線路侵入電纜線路，而環(huán)網(wǎng)柜與電纜分支箱中的電纜頭則是電纜線路中的絕緣薄弱點(diǎn)，極易造成擊穿，由于電纜頭的絕緣擊穿為永久性故障，絕緣不能自恢復(fù)，因此，環(huán)網(wǎng)柜與電纜分支箱的防雷保護(hù)對(duì)提高配電線路的供電可靠性是很有意義的。n6.3.5、某電場(chǎng)雷擊事故

56、分析n 在風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)場(chǎng)區(qū)，由于氣象和地勢(shì)的原因，無(wú)論是平原地區(qū)的簡(jiǎn)單地形還是山區(qū)的復(fù)雜地形，大多都是雷暴日較高的地區(qū)，再加上風(fēng)電機(jī)組高大的塔架，風(fēng)電機(jī)組及其電氣設(shè)備很容易造到雷擊，因此風(fēng)電場(chǎng)的防雷問題是一個(gè)特別值得關(guān)注的問題。2007年4月14日至4月20日凌晨，某風(fēng)電場(chǎng)先后發(fā)生三次雷擊損壞“箱變?cè)O(shè)備”的事故，造成了巨大損失。我國(guó)風(fēng)能資源儲(chǔ)量十分豐富，近十年來風(fēng)力發(fā)電事業(yè)發(fā)展非常迅猛；風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)由于所處位置、自身設(shè)備的特點(diǎn)等原因，雷害事故日益嚴(yán)重，對(duì)其防雷接地問題的研究將具有重要意義。.n1、某電場(chǎng)雷害事故概況n某風(fēng)電場(chǎng)于2007年4月14日12時(shí)發(fā)生了第一次雷害事故。10kv3#匯流線斷路器

57、跳閘，經(jīng)檢查，其中的7#，8#，9#，11#等4組“箱變”被雷擊損壞（見圖6-12）（該四臺(tái)箱變高壓側(cè)連在同一條匯流線上）。但是，因有關(guān)風(fēng)電機(jī)組的保護(hù)正常動(dòng)作，風(fēng)電機(jī)組沒有損壞。3#線上10#箱變也完好。n當(dāng)日晚上有發(fā)生了第二次雷害事故。風(fēng)電場(chǎng)10kV2#匯流線斷路器因雷擊跳閘。5#箱變被雷擊損壞，其它設(shè)備無(wú)異?，F(xiàn)象。n2007年4月20日02時(shí)，該風(fēng)電場(chǎng)又發(fā)生了第三次雷害事故。風(fēng)電場(chǎng)10kv6#匯流線斷路器因雷擊跳閘（6#線，共連接6臺(tái)風(fēng)電機(jī)和箱變），經(jīng)檢查，其中的18#箱變被雷擊損壞，其它設(shè)備無(wú)異?，F(xiàn)象。.圖612 風(fēng)電場(chǎng)被雷打壞的8號(hào)箱變（用彩色）（用彩色）.n防雷措施方面的缺陷n由于風(fēng)

58、電場(chǎng)風(fēng)機(jī)一般都很高，本站達(dá)55米，因而極易遭受雷擊。風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組與箱變是通過埋入地下的電纜相連，距離只有15米。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組遭受雷擊時(shí)，入地的雷電流將耦合至地下電纜，在電纜中產(chǎn)生雷電過電壓，傳至箱變低壓側(cè)。但由于此段電纜線路均沒有避雷器保護(hù)，過電壓不能被抑制。一旦遭受雷擊，箱變低壓側(cè)設(shè)備極易被打壞。n接地電阻過高n機(jī)組廠家（西班牙GEMISA）要求R10；按我國(guó)的防雷接地規(guī)范要求，10 kV變電所其工頻接地電阻值R4（要考慮最干燥條件下接地電阻達(dá)標(biāo)）。事故后，先后三次（分別是三個(gè)單位）對(duì)風(fēng)電機(jī)組的接地網(wǎng)接地電阻值進(jìn)行了實(shí)際測(cè)量，發(fā)現(xiàn)接地電阻普遍偏高，9#、10#風(fēng)機(jī)約9左右，而8#風(fēng)機(jī)高達(dá)91。

59、 .n 風(fēng)電機(jī)組設(shè)備接地電阻偏高，尤其是沖擊接地電阻偏高，當(dāng)雷電流入地時(shí)，會(huì)使地電位異常升高，使過電壓耦合至地下電纜，在線路中形成雷電過電壓。8#風(fēng)機(jī)接地裝置接地電阻高達(dá)91，而8#箱變因雷擊造成的損壞也最嚴(yán)重，箱體三面油漆燒焦，油箱嚴(yán)重變形，高、低壓側(cè)均被損壞；11#箱變損壞最輕，10#箱變則完好。這些都說明風(fēng)機(jī)接地裝置的接地電阻對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)防雷方面有重要意義。n3內(nèi)外過電壓的作用n、雷電過電壓通過“正變換”進(jìn)入箱變高壓側(cè)n當(dāng)雷擊某一臺(tái)風(fēng)機(jī)時(shí)，而風(fēng)機(jī)接地裝置的接地電阻超標(biāo)，雷電流入地將導(dǎo)致地電位異常升高。通過各種方式，過電壓將耦合至地下電纜，進(jìn)入箱變低壓側(cè)。由于箱變低壓側(cè)都沒有裝線路避雷器，雷

60、電流無(wú)法泄流，可能直接損壞低壓側(cè)設(shè)備。n箱變電氣接線如圖6-13所示，雷電過電壓回通過電磁感應(yīng)、電容耦合的方式使過電壓進(jìn)而使過電壓進(jìn)入箱變高壓側(cè)，損壞高壓側(cè)設(shè)備。.發(fā) 電 機(jī)6 9 0 v 電 纜1 0 k v 電 纜1 0 k v 電 纜至 另 一 臺(tái) 箱 變至 另 一 臺(tái) 箱 變箱 變 電 氣 接 線 圖至 地 面 控 制 箱圖6-13箱變電氣結(jié)構(gòu)圖.n變壓器低壓側(cè)繞組電壓將會(huì)通過變壓器的電磁耦合感應(yīng)到10kV高 壓側(cè)，則高壓側(cè)的最大電磁感應(yīng)過電壓為n （6-14）n式中，n 為感應(yīng)到變壓器高壓側(cè)的雷電過電壓，kV；n 變壓器的變壓比；nZ1變壓器低壓側(cè)線路的波阻，；nZ2變壓器高壓側(cè)線路