第六章輸電線路的防雷保護(hù)(2012級)

1、第六章第六章 輸電線路的防雷保護(hù)輸電線路的防雷保護(hù)輸電線路上出現(xiàn)的大氣過電壓有兩種：u感應(yīng)過電壓：雷擊線路附近地面，由于電磁感應(yīng)所引起的。u直擊雷過電壓：雷直擊于線路引起的。6.1輸電線路的感應(yīng)雷過電壓輸電線路的感應(yīng)雷過電壓感應(yīng)過電壓 當(dāng)雷擊線路附近大地時，由于電磁感應(yīng)，在線路上的導(dǎo)線會產(chǎn)生感應(yīng)過電壓。6.1.1雷擊線路附近大地時，線路上的感應(yīng)過電壓雷擊線路附近大地時，線路上的感應(yīng)過電壓6.1.2雷擊線路桿塔時，導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓雷擊線路桿塔時，導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓 根據(jù)理論分析與實測結(jié)果，當(dāng)雷擊點(diǎn)離開線路的距離 時，導(dǎo)線上的感應(yīng)雷過電壓最大值 可按下式計算。mS65gUkVShIUdLg 25

2、雷電流幅值導(dǎo)線懸掛的平均高度雷擊點(diǎn)離線路的距離 感應(yīng)雷過電壓與雷電流成正比；與導(dǎo)線懸掛平均高度成正比；感應(yīng)雷過電壓與雷擊點(diǎn)到線路的距離成反比。6.1.1雷擊線路附近大地時，線路上的感應(yīng)過電壓雷擊線路附近大地時，線路上的感應(yīng)過電壓 如果導(dǎo)線上方掛有避雷線，則由于其屏蔽的效應(yīng)，導(dǎo)線上的感應(yīng)電荷會減少，導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓就會降低。 避雷線是通過基桿塔接地的，可以設(shè)想在避雷線上有一 電位，以此來保持避雷線為零電位，由于避雷線與導(dǎo)線耦合作用，此 將在導(dǎo)線上產(chǎn)生耦合電壓 ， 為避雷線與導(dǎo)線的耦合系數(shù)。因此，導(dǎo)線上的電位將為：ShIUbLbg25ShIUdLdg25dbdgbghhUUbgUbgU)(bgU

3、KK)1 ()1 (KUhhKUKUUUdgdbdgbgdgdg 接地避雷線的存在，可使導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓下降。耦合系統(tǒng)K越大，則導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓越低。6.1.2雷擊線路桿塔時，導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓雷擊線路桿塔時，導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓 雷擊線路桿塔時，由于雷電通道所產(chǎn)生的電磁場迅速變化，將在導(dǎo)線上感應(yīng)出與雷電流極性相反的過電壓，其計算問題至今尚有爭論，不同方法計算的結(jié)果差別很大，也缺乏實踐數(shù)據(jù)。目前，規(guī)程建議對一般高度（約40M以下）無避雷線的線路，此感應(yīng)過電壓最大值可用下式計算ddgahU感應(yīng)過電壓系數(shù)6 . 2LIa 有避雷線時，由于其屏蔽效應(yīng)，則：)1 (KahUddg6.2輸電線路的直擊

4、雷過電壓和耐雷水平輸電線路的直擊雷過電壓和耐雷水平雷直擊于有避雷線線路的情況可分為三種：u雷擊桿塔塔頂u雷擊避雷線檔距中央u雷繞過避雷線擊于導(dǎo)線（繞擊）雷擊桿塔雷擊避雷線繞擊導(dǎo)線6.2.1雷擊桿塔塔頂時的過電壓和耐雷水平雷擊桿塔塔頂時的過電壓和耐雷水平 在線路落雷總次數(shù)中雷擊桿塔的次數(shù)與避雷線的根數(shù)和經(jīng)過地區(qū)的地形有關(guān)。 擊桿率：雷擊桿 塔次數(shù)與雷擊線路總次數(shù)的比值，稱為擊桿率g 避雷線根數(shù)地形012平原1/21/41/6山區(qū)11/31/4 雷擊桿塔塔頂時，雷電流通道中的負(fù)電荷與桿塔及避雷線上的正感應(yīng)電荷迅速中和形成雷電流，雷擊瞬間自雷擊點(diǎn)（塔頂）：l有一只雷電流波沿桿塔向下運(yùn)動有一只雷電流波

5、沿桿塔向下運(yùn)動；l另有兩個相同的負(fù)電流波分別自塔頂沿兩側(cè)避另有兩個相同的負(fù)電流波分別自塔頂沿兩側(cè)避雷線向相鄰桿塔運(yùn)動雷線向相鄰桿塔運(yùn)動；l與此同時自塔頂有一正雷電流波沿雷電流通道向上運(yùn)動，此正雷電流波的數(shù)值與3個負(fù)電流波數(shù)值之總和相等。 線路絕緣上的過電壓即由這幾個電流波所引起。 由雷電通道中正電流波的運(yùn)動在導(dǎo)線上所產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓已如上節(jié)所述，這里主要分析流經(jīng)桿塔和地線中的雷電流所引起的過電壓。（1）塔頂電位 對于一般高度（40m以下）的桿塔，在工程近似計算中，常將桿塔和避雷線以集中參數(shù)電感 和 來代替。bLgtLchRgtL0ZbZgtiLi2/2bbiLbL22/bigtLbLchRgt

6、igtibiLichR塔頂電位可由下式計算： 為分流系數(shù)。由于避雷線的分流作用，流經(jīng)桿塔的電流 將小于雷電流 。gtiLiLgtii6 . 2LgtLchLgtLchgtgtgtchtdILiRdtdiLiRdtdiLiRU（2）導(dǎo)線電位和線路絕緣上的電壓 當(dāng)塔頂電位為 時，則與塔頂相連的避雷線上也將有相同的電位 。由于避雷線與導(dǎo)線間的耦合作用，導(dǎo)線上將產(chǎn)生耦合電壓 ，此電壓與雷電流同極性。此外，由于雷電通道電磁場的作用，導(dǎo)線上尚有感應(yīng)過電壓 ，此電壓與雷電流異極性，所以導(dǎo)線電位的幅值為：)1 (KhKUUdtddtdUtdUtdKU)1 (Khd 線路絕緣子串上兩端電壓為塔頂電位與導(dǎo)線電位之

7、差，故線路絕緣上的電壓幅值為： 雷擊時導(dǎo)、地線上電壓較高，將出現(xiàn)沖擊電暈，K值應(yīng)采用電暈修正后的數(shù)值。)1)()1 (KhUKhKUUUUUdtddtdtddtdj（3）耐雷水平的計算 線路絕緣上電壓的幅值 隨雷電流增大而增大，當(dāng) 大于絕緣子串沖擊閃絡(luò)電壓時，絕緣子串將發(fā)生閃絡(luò)，由于此時桿塔電位較導(dǎo)線電位為高，故此類閃絡(luò)稱為“反擊”。雷擊桿塔的耐雷水平 可由 等于線路絕緣子串的50沖擊閃絡(luò)電壓 時求得： 雷擊桿塔時的耐雷水平與分流系數(shù)，桿塔等值電感，桿塔沖擊接地電阻，導(dǎo)地線間的耦合系數(shù)和絕緣子串的50沖擊閃絡(luò)電壓有關(guān)。6 . 2)6 . 2()1 (%501dgtchhLRKUI1IjUjUj

8、U%50U 對一般高度桿塔，沖擊接地電阻上的電壓降是塔頂電位的主要成分，因此降低接地電阻可以有效地減小塔頂電位和提高耐雷水平。 增加耦合系數(shù)K可以減少絕緣子串上電壓和減小感應(yīng)過電壓，同樣也可以提高耐雷水平。 常用措施是將單避雷線改為雙避雷線，或在導(dǎo)線下方增設(shè)架空地線稱為耦合地線，其作用主要是增強(qiáng)導(dǎo)、地線間的耦合作用，同時也增加了地線的分流作用。6 . 2)6 . 2()1 (%501dgtchhLRKUI6.2.2雷擊避雷線檔距中央時的過電壓雷擊避雷線檔距中央時的過電壓l 雷擊避雷線檔距中央，雷擊點(diǎn)阻抗為 （ 為避雷線波阻抗），流入雷擊點(diǎn)的雷電流波 為：故雷擊點(diǎn)的電壓為：2/bZbZZi02/

9、1ZZiibLZbbLbZAZZZZiZiu0022l 由于避雷線與導(dǎo)線間的耦合作用，在導(dǎo)線上將產(chǎn)生耦合電壓 ，故雷擊處避雷線與導(dǎo)線間的空氣間隙S上所承受的最大電壓 為： 可見，雷擊避雷線檔距中央時，雷擊處避雷線與導(dǎo)線間的空氣間隙S上的電壓與耦合系數(shù)、雷電流陡度以及檔距長度有關(guān)，當(dāng)此電壓超過空氣間隙S的放電電壓時，間隙將被擊穿造成短路事故。)1 (KUUAsAKUsU 經(jīng)過我國多年運(yùn)行經(jīng)驗的修正，規(guī)定按下式確定應(yīng)有的S值:當(dāng)發(fā)生雷擊避雷線檔距中央時，一般不會出現(xiàn)擊穿事故。 對于大跨越檔距，若 大于雷電流波頭，則相鄰桿塔來的負(fù)反射波到達(dá)雷擊點(diǎn)A時，雷電流已過峰值，故雷擊點(diǎn)的最高電位由雷電流峰值所

10、決定。導(dǎo)地線間的距離S將由雷擊點(diǎn)的最高電位和間隙平均擊穿強(qiáng)度所決定。mlS1012. 0bvl /6.2.3繞擊時的過電壓和耐雷水平繞擊時的過電壓和耐雷水平繞擊率 裝設(shè)避雷線的線路，使三相導(dǎo)線都處于它的保護(hù)范圍之內(nèi)，仍然存在雷繞過避雷線而直接擊中導(dǎo)線的可能性，發(fā)生這種繞擊的概率稱為繞擊率 。 一旦出現(xiàn)這種情況，則往往會引起線路絕緣子串的閃絡(luò)。模擬試驗、運(yùn)行經(jīng)驗和現(xiàn)場實測均證明： 之值與避雷線對邊相導(dǎo)線的保護(hù)角 ，桿塔高度 及線路通過地區(qū)的地形地貌等因素有關(guān)：對平原對山區(qū)apaphhap9 . 386lghpa35. 386lghpaadZZidZ 繞擊時雷擊點(diǎn)阻抗為 （ 為導(dǎo)線波阻抗），流經(jīng)雷

11、擊點(diǎn)的雷電流波為：導(dǎo)線上電壓為：其幅值為：02/1ZZiidLZddLdzdZZZZiZiu00222/dZdZddLdZZZZIU002 繞擊時導(dǎo)線上電壓幅值 隨雷電流幅值的增加而增加，若超過線路絕緣子串的沖擊閃絡(luò)電壓，則絕緣子串將發(fā)生閃絡(luò)，繞擊時的耐雷水平 可令 等于絕緣子串50%的閃絡(luò)電壓 來計算。 “規(guī)程”認(rèn)為故 根據(jù)規(guī)程的計算方法，35，110，220，330KV線路的繞擊耐雷水平分別為3,5,7,12和16KA左右，其值較雷擊桿塔時的耐雷水平小得多ddZZZZUI00%50222IdU%50U2/0dZZ 1004%50%502UZUIddU6.3輸電線路的雷擊跳閘率輸電線路的雷擊

12、跳閘率研究線路雷擊跳閘率須考慮的重要因素 當(dāng)輸電線路著雷時，若雷電流超過線路耐雷水平，則線路絕緣發(fā)生沖擊閃絡(luò)，雷電流經(jīng)閃絡(luò)通道入地，但由于時間只有幾十微秒，線路開關(guān)來不及動作，只有當(dāng)沿閃絡(luò)通道流過的工頻短路電流的電弧持續(xù)燃燒時，線路才會跳閘停電。 研究線路雷擊跳閘率時，必須考慮上述諸因素。6.3.1建弧率建弧率 當(dāng)線路著雷后，由沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)為工頻電弧的概率與弧道中的平均電場強(qiáng)度有關(guān)，也與閃絡(luò)瞬間工頻電壓的瞬時值和去游離條件有關(guān)。根據(jù)實驗和運(yùn)行經(jīng)驗，沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)為穩(wěn)定工頻電弧的概率，稱為建弧率：)%145 . 4(75. 0E（有效值）壓梯度，絕緣子串的平均運(yùn)行電mkVE/6.3.2有避雷線線路雷擊

13、跳閘率的計算有避雷線線路雷擊跳閘率的計算116 . 0pghnb（1）雷擊桿塔時的跳閘率 每100km有避雷線的線路每年（40個雷電日）落雷次數(shù)為 次，若擊桿率為 ，則每100km線路每年雷擊桿塔的次數(shù)為 次，若雷擊桿塔時的耐雷水平為 ，雷電流幅值超過 的概率為 ，建弧率為 ，則100km線路每年雷擊桿塔的跳閘次數(shù) 為：bhN6 . 0gghNbg6 . 01I1I1p1n226 . 0pphnab（2）繞擊跳閘率 設(shè)繞擊率為 ，100km線路每年繞擊次數(shù) ，繞擊時的耐雷水平為 ，雷電流幅值超過 的概率為 ，建弧率為 ，則每100km線路每年的繞擊跳閘次數(shù)為 ：2IapabpphNa6 . 0

14、2I2p年公里次100/)(6 . 02121ppgphnnnab（3）線路雷擊跳閘率 若避雷線與導(dǎo)線在檔距中央處的空氣間隙距離 ，則雷擊避雷線檔距中央一般不會發(fā)生擊穿事故，其跳閘率可視為零。 因此，線路雷擊跳閘率n為：mls1012. 06.4輸電線路的防雷措施輸電線路的防雷措施u架設(shè)避雷線u降低桿塔接地電阻u架設(shè)耦合地線u采用不平衡絕緣方式u裝設(shè)自動重合閘u采用消弧線圈接地方式u裝設(shè)管型避雷器u加強(qiáng)絕緣6.4.1架設(shè)避雷線避雷線的作用 避雷線是高壓和超高壓輸電線路最基本的防雷措施，其主要目的是防止雷直擊導(dǎo)線，此外，避雷線對雷電流有分流作用，可以減小流入桿塔的雷電流，使塔頂電位下降；通過對導(dǎo)

15、線的耦合作用可以減小線路絕緣上的電壓；對導(dǎo)線的屏蔽作用還可以降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓。架設(shè)避雷線的要求 線路電壓愈高，采用避雷線的效果愈好，而且避雷線在線路造價中所占比重也愈低。因此規(guī)程規(guī)定:l220KV及以上電壓等級輸電線路就全線架設(shè)避雷線，110KV線路一般也應(yīng)全線架設(shè)避雷線。保護(hù)角一般采用20 30（為了提高避雷線對導(dǎo)線的屏蔽效果，減小繞擊率） 。l500KV及以上線路都架設(shè)雙避雷線，保護(hù)角=15，有時甚至采用負(fù)保護(hù)角（即避雷線位于導(dǎo)線外側(cè)）。l35KV及以下的線路一般不全線裝設(shè)避雷線。（主要因為這些線路本身的絕緣水平太低，即使裝設(shè)避雷線來截住直擊雷，往往仍難以避免發(fā)生反擊閃絡(luò)，因此效果不

16、好；另一方面，這些線路均屬中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)，一相接地故障的后果不像中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)中那樣嚴(yán)重，因而主要依靠裝設(shè)消弧線圈和自動重合閘來進(jìn)行防雷保護(hù)。）保護(hù)角保護(hù)角避雷線和外側(cè)導(dǎo)線間連線與垂直線的夾角。避雷線和外側(cè)導(dǎo)線間連線與垂直線的夾角。 葛洲壩220kV開關(guān)站葛洲壩500kV開關(guān)站6.4.2降低桿塔接地電阻 對于一般高度的桿塔，降低桿塔接地電阻是提高線路耐雷水平防止反擊的有效措施。規(guī)程規(guī)定，有避雷線的線路，每基桿塔的工頻接地電阻，在雷季干燥時不宜超過下表所列數(shù)值。土壤電阻率土壤電阻率100及以下1005005001000100015002000以上接地電阻接地電阻1015202530 土

17、壤電阻率低的地區(qū)，應(yīng)充分利用桿塔的自然接地電阻。在高土壤率地區(qū)降低接地電阻比較困難時，可采用多根放射形接地體，或連續(xù)伸長接地體，或配合使用降阻劑降低接地電阻。6.4.3架設(shè)耦合地線 在降低桿塔接地電阻有困難時，可以采用在導(dǎo)線下方架設(shè)地線的措施，其作用是增加避雷線與導(dǎo)線間的耦合作用以降低絕緣子串上的電壓。此外，耦合地線還可以增加對雷電流的分流作用。運(yùn)行經(jīng)驗證明，耦合地線對降低雷擊跳閘率的作用是很顯著的。6.4.4采用不平衡絕緣方式 為了節(jié)省線路走廊用地，在現(xiàn)代超高壓線路中采用同桿架設(shè)雙回路的情況日益增多。對此類線路在采用通常的防雷措施尚不能滿足要求時，還可采用不平衡絕緣的原則，使兩回路的絕緣子串

18、片數(shù)有差異，這樣雷擊時絕緣子片數(shù)少的回路先閃絡(luò)，閃絡(luò)后的導(dǎo)線相當(dāng)于地線，增加了對另一回導(dǎo)線的耦合作用，提高了另一回的耐雷水平，使之不發(fā)生閃絡(luò)，以保證另一回繼續(xù)供電。一般認(rèn)為兩回路絕緣水平的差異宜為 倍相電壓（峰值），差異過大將使線路總故障率增加，差異究竟多少為宜，應(yīng)從各方面技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來決定。36.4.5裝設(shè)自動重合閘 由于線路絕緣具有自恢復(fù)功能，大多數(shù)雷擊造成的沖擊閃絡(luò)和工頻電弧在線路跳閘后能迅速去游離，線路絕緣不會發(fā)生永久性的損壞或劣化，因此裝設(shè)自動重合閘的效果很好，據(jù)統(tǒng)計，我國110KV及以上高壓線路重合成功率75%95%，35KV及以下線路約為50%80%。在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，經(jīng)驗表明，絕大多數(shù)雷擊事故是單相閃絡(luò)，所以可采用單相重合閘以減輕斷路器的檢修工作量及減輕對用戶供電的影響。6.4.6采用消弧線圈接地方式 對于雷電活動強(qiáng)烈，接地電阻又難以降低的地區(qū)，可考慮采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的方式，絕大多數(shù)的單相著雷閃絡(luò)接地故障將被消弧線圈所消除。而在二相或三相著雷時，雷擊引起第一相導(dǎo)線閃絡(luò)并不會造成跳閘，閃絡(luò)后的導(dǎo)線相當(dāng)于地線，增加了耦合作用，使未閃絡(luò)相絕緣子串上的電壓下降，從而提高了耐雷水平。6.4.7裝設(shè)管型避雷器 僅用作線路上雷過電壓特別大或絕緣弱點(diǎn)