高電壓技術(shù)-第6章-電力系統(tǒng)防雷保護(hù)

高電壓技術(shù)_第6章_電力系統(tǒng)防雷保護(hù)第一頁，共38頁。第一節(jié)

架空輸電線路防雷保護(hù)第二節(jié)變電所的防雷保護(hù)本章主要內(nèi)容第二頁，共38頁。第一節(jié)架空輸電線路防雷保護(hù)輸電線路耐雷性能指標(biāo)分析線路的耐雷性能時(shí)，首先要估計(jì)線路一年中究竟會(huì)遭受多少次雷擊。每100km線路的年落雷次數(shù)Nγ—地面落雷密度b—為兩根避雷線之間的距離h—為避雷線的平均對地高度第三頁，共38頁。第一節(jié)架空輸電線路防雷保護(hù)耐雷水平（I）耐雷水平——指雷擊線路時(shí)，其絕緣尚不至于發(fā)生閃絡(luò)的最大雷電流幅值或能引起絕緣閃絡(luò)的最小雷電流幅值，單位為kA我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各級電壓線路應(yīng)有的耐雷水平值見表8-1第四頁，共38頁。第一節(jié)架空輸電線路防雷保護(hù)雷擊跳閘率（n）導(dǎo)致線路跳閘需要具備雙重條件：首先雷擊電流必須超過線路耐雷水平，引起線路絕緣發(fā)生絕緣閃絡(luò)。它的持續(xù)時(shí)間只有幾十微秒，線路開關(guān)還來不及跳閘沖擊閃絡(luò)繼而轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的工頻電弧，才會(huì)導(dǎo)致線路跳閘注意：這些過程都有隨機(jī)性，工程設(shè)計(jì)中采用雷擊跳閘率作為一個(gè)綜合指標(biāo)，來衡量輸電線路防雷性能的優(yōu)劣。第五頁，共38頁。第一節(jié)架空輸電線路防雷保護(hù)跳閘率n——指在雷暴日Td=40的情況下、100km的線路每年因雷擊而引起的跳閘次數(shù)，其單位為[次/(100km·40雷暴日]”建弧率η——沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的工頻續(xù)流的概率式中：E—絕緣子串平均運(yùn)行電壓梯度(kV/m)式中：

Un—系統(tǒng)額定電壓；l1—絕緣子串長度（m）；l2—木橫擔(dān)線路的線間距離（m）。對鐵橫擔(dān)，l2

=0第六頁，共38頁。第一節(jié)架空輸電線路防雷保護(hù)線路耐雷性能的分析計(jì)算按雷擊點(diǎn)的不同，雷擊有避雷線線路的三種情況第七頁，共38頁。第一節(jié)架空輸電線路防雷保護(hù)繞擊導(dǎo)線當(dāng)避雷線的屏蔽作用失效，可能發(fā)生雷繞過避雷線擊中導(dǎo)線的情況，通常稱為繞擊。⑴繞擊及其危害第八頁，共38頁。第一節(jié)架空輸電線路防雷保護(hù)⑵繞擊率Pa繞擊率Pa——雷閃繞過避雷線直接擊中導(dǎo)線的概率平原線路山區(qū)線路式中：

——保護(hù)角（o）；ht——桿塔高度（m）。第九頁，共38頁。式中：I—實(shí)測的雷電流幅值第一節(jié)架空輸電線路防雷保護(hù)⑶繞擊過電壓O假設(shè)Z0≈Z/2，取Z=400Ω，則有第十頁，共38頁。第一節(jié)架空輸電線路防雷保護(hù)⑷繞擊耐雷水平I2繞擊耐雷水平：繞擊時(shí)，線路所能承受的雷電流幅值，由線路絕緣子沖擊放電電壓決定。令UA=U50%（線路絕緣子串的50%沖擊放電電壓）注意：雖然繞擊的概率很低，發(fā)生繞擊時(shí)雷電流的幅值較小，但是一旦繞擊形成很高的沖擊過電壓，就有可能使線路絕緣子閃絡(luò)，或侵入變電站危及電氣設(shè)備的安全。第十一頁，共38頁。式中N——落雷總次數(shù)；Pa——繞擊率；P2

——雷電流幅值超過繞擊耐雷水平I2的概率η——建弧率第一節(jié)架空輸電線路防雷保護(hù)⑸雷繞擊導(dǎo)線時(shí)的跳閘率n2第十二頁，共38頁。第一節(jié)架空輸電線路防雷保護(hù)雷擊擋距中央的避雷線雷擊避雷線最嚴(yán)重的情況是雷擊點(diǎn)處于檔距中央時(shí)。雷擊避雷線檔距中央只有10%的概率一般不考慮跳閘問題。因?yàn)槔讚舯芾拙€檔距中央時(shí)在雷擊點(diǎn)產(chǎn)生很高的過電壓，但由于避雷線半徑較小，雷擊點(diǎn)離桿塔較遠(yuǎn)，強(qiáng)烈的電暈衰減作用，使過電壓波傳播到桿塔時(shí)，已不足于使絕緣子閃絡(luò)。只要導(dǎo)線和避雷線線間的空氣距離S滿足下式的要求，雷擊避雷線檔距中央引起的線路閃絡(luò)跳閘率可以忽略不計(jì)第十三頁，共38頁。第一節(jié)架空輸電線路防雷保護(hù)雷擊桿塔從雷擊線路接地部分而引起達(dá)絕緣子串閃絡(luò)的角度來看，最嚴(yán)重的條件應(yīng)為雷擊桿塔的塔頂，因?yàn)檫@時(shí)大部分雷電流將從該桿塔入地，產(chǎn)生的雷電過電壓最大⑴擊桿率g擊桿率——雷擊桿塔次數(shù)占雷擊線路總數(shù)的比值；與避雷線根數(shù)和地形有關(guān)

避雷線根數(shù)012平原1/21/41/6山區(qū)—1/31/4地形第十四頁，共38頁。第一節(jié)架空輸電線路防雷保護(hù)⑵雷擊塔頂產(chǎn)生的反擊在雷擊塔頂?shù)南葘?dǎo)放電階段如圖所示，導(dǎo)線、避雷線和桿塔上雖然都會(huì)感應(yīng)出異號(hào)的束縛電荷，但是由于先導(dǎo)放電的發(fā)展速度較慢，如果不計(jì)工頻工作電壓，導(dǎo)線上的電位仍為零，避雷線和桿塔的電位也為零，因此線路絕緣上不會(huì)電位差。第十五頁，共38頁。第一節(jié)架空輸電線路防雷保護(hù)在雷擊塔頂?shù)闹鞣烹婋A段：先導(dǎo)通道中的負(fù)電荷與桿塔、避雷線以及大地中的正電荷迅速中和，形成雷電沖擊電流。如圖b一方面負(fù)極性的的雷電沖擊波沿著桿塔向下和沿著避雷線向兩側(cè)傳播，使塔頂電位不斷升高；另一方面由塔頂向雷云迅速發(fā)展的正極性雷電波，引起空間電磁場的迅速變化，又使導(dǎo)線上出現(xiàn)正極性的感應(yīng)雷電波。第十六頁，共38頁。第一節(jié)架空輸電線路防雷保護(hù)產(chǎn)生反擊作用在線路絕緣子串上的電壓為塔頂電位與導(dǎo)線電位之差。這一電壓一旦超過絕緣子串的50%沖擊閃絡(luò)電壓U50%，絕緣子串就發(fā)生閃絡(luò)此時(shí)桿塔電位（絕對值）比導(dǎo)線電位高，所以稱為反擊。第十七頁，共38頁。第一節(jié)架空輸電線路防雷保護(hù)⑶雷擊塔頂時(shí)的過電壓I—雷電流幅值，kAk—考慮沖擊電暈影響的耦合系數(shù)k0—導(dǎo)線和避雷線間的幾何耦合系數(shù)β—桿塔分流系數(shù)（流經(jīng)桿塔的電流與雷電流的比值）Ri—沖擊接地電阻，ΩLt—桿塔的總電感ha—橫擔(dān)高度，mht—桿塔的高度，mhg—避雷線平均對地高度，mhc—導(dǎo)線平均對地高度，m當(dāng)作用在絕緣子串上的電壓Uli等于線路絕緣子串的50%沖擊閃絡(luò)電壓U50%時(shí)，絕緣子發(fā)生閃絡(luò)第十八頁，共38頁。式中N——年落雷總次數(shù)Pa——繞擊率P1

——雷電流幅值超過耐雷水平I1的概率η——建弧率

g——擊桿率第一節(jié)架空輸電線路防雷保護(hù)⑷雷擊塔頂時(shí)的耐雷水平I1⑸雷繞擊塔頂時(shí)的跳閘率n1第十九頁，共38頁。第一節(jié)架空輸電線路防雷保護(hù)線路的年雷擊跳閘總次數(shù)若N為每100公里線路上在40個(gè)雷暴日的條件下：N=0.28(b+4h)代入上式第二十頁，共38頁。中間任何一個(gè)部分防范住，則不會(huì)造成停電事故第一節(jié)架空輸電線路防雷保護(hù)線路雷害事故防護(hù)措施雷電放電雷電過電壓線路絕緣沖擊閃絡(luò)工頻電弧斷路器跳閘供電中斷雷害事故發(fā)展過程第二十一頁，共38頁。第一節(jié)架空輸電線路防雷保護(hù)防護(hù)措施“四道防線”措施：架設(shè)避雷線110kV級以上全線架有避雷線35kV級以下部分線路架有避雷線⑴防直擊第二十二頁，共38頁。第一節(jié)架空輸電線路防雷保護(hù)措施降低桿塔的沖擊電阻架設(shè)避雷線防止雷直擊導(dǎo)線分流作用：減少桿塔入地電流，降低塔頂電位對導(dǎo)線有耦合作用：降低感應(yīng)過電壓裝設(shè)耦合底線降低桿塔接地電阻有困難時(shí)，在導(dǎo)線下方架設(shè)一條接地線。具有分流作用、加強(qiáng)避雷線對導(dǎo)線的耦合⑵防閃絡(luò)第二十三頁，共38頁。第一節(jié)架空輸電線路防雷保護(hù)裝設(shè)管型避雷器一般安于線路上雷電過電壓特別大的場合或絕緣薄弱點(diǎn)加強(qiáng)絕緣對個(gè)別大跨越、高桿塔，落雷機(jī)會(huì)多等情況，可增加絕緣子片數(shù)第二十四頁，共38頁。第一節(jié)架空輸電線路防雷保護(hù)⑶防建弧措施加強(qiáng)絕緣采用消弧線圈接地方式適用110kV及以下電壓等級電網(wǎng)大多數(shù)雷擊單相閃絡(luò)接地故障可被消弧線圈消除，不至發(fā)展為持續(xù)工頻電弧第二十五頁，共38頁。第一節(jié)架空輸電線路防雷保護(hù)⑷防停電措施自動(dòng)重合閘雷擊造成的沖擊閃絡(luò)和工頻電弧使線路跳閘后會(huì)迅速消失，不會(huì)造成線路絕緣的永久性損壞，而線路絕緣具有自恢復(fù)功能，可裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置防止停電事故雙回路或環(huán)網(wǎng)供電返回第二十六頁，共38頁。第二節(jié)變電所的防雷保護(hù)變電所雷電過電壓來源及危害雷電直擊發(fā)電廠和變電所雷擊線路產(chǎn)生的雷電過電壓沿線路侵入變電所220kV線路的50%放電電壓為1200kV，而相應(yīng)的變壓器全波沖擊試驗(yàn)電壓850kV,全波多次沖擊耐壓只有773kV造成大面積停電，發(fā)電機(jī)、變壓器等主要電器設(shè)備的內(nèi)絕緣大都沒有自恢復(fù)的能力高壓輸電線路允許每幾年跳閘一次第二十七頁，共38頁。第二節(jié)變電所的防雷保護(hù)變電所的直擊雷保護(hù)措施裝設(shè)避雷針：獨(dú)立避雷針、構(gòu)架避雷針使所有設(shè)備都處在避雷針保護(hù)范圍內(nèi)防止雷擊避雷針時(shí)的反擊事故反擊—由于接地部分電位升高而向附近其它設(shè)備放電的現(xiàn)象第二十八頁，共38頁。第二節(jié)變電所的防雷保護(hù)獨(dú)立避雷針的防“反擊”獨(dú)立避雷針受雷擊時(shí)，避雷針各部分都將產(chǎn)生很高的電位，若避雷針與附近設(shè)施的距離較近，它們之間便會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象，這種情況稱為“反擊”。為防止“反擊”，必須使避雷針和附近金屬導(dǎo)體間有一定的距離，使絕緣介質(zhì)的閃絡(luò)電壓大于反擊電壓獨(dú)立避雷針的空氣間隙sk和地中距離sd在一般情況下：sk≥5m，sd≥3m。Rsh——獨(dú)立避雷針的沖擊接地電阻(Ω)；h——相鄰配電裝置構(gòu)架的高度(m)。第二十九頁，共38頁。第二節(jié)變電所的防雷保護(hù)變電所的雷電侵入波保護(hù)措施“避雷器”結(jié)合“進(jìn)線段保護(hù)”閥式避雷器保護(hù)作用的分析閥式避雷器的保護(hù)作用主要是限制過電壓波的幅值⑴選擇合適閥式避雷器的前提避雷器的伏秒特性與被保護(hù)絕緣的伏秒特性有良好配合避雷器的伏安特性保證其殘壓低于被保護(hù)絕緣的沖擊電氣強(qiáng)度 被保護(hù)絕緣必須處于該避雷器的保護(hù)范圍之內(nèi)。第三十頁，共38頁。U50%設(shè)備避雷器實(shí)際變電所中，由于接在母線上的閥式避雷器離變電設(shè)備有近有遠(yuǎn)，則在保護(hù)絕緣與避雷器之間就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電壓差△U(波的多次折反射)a—進(jìn)波的時(shí)間陡度(kV/us)a’—進(jìn)波的空間陡度(kV/m)二者換算關(guān)系第二節(jié)變電所的防雷保護(hù)⑵閥式避雷器的保護(hù)范圍第三十一頁，共38頁。第二節(jié)變電所的防雷保護(hù)則為使設(shè)備絕緣不被擊穿，要滿足Uw(i)—絕緣的雷電沖擊耐壓值Uis—閥形避雷器的沖擊放電電壓若變電所出線數(shù)為1，有一定空間進(jìn)波陡度下，設(shè)備絕緣與避雷器之間最大允許距離一定距離下，最大允許空間進(jìn)波陡度第三十二頁，共38頁。第二節(jié)變電所的防雷保護(hù)若變電所出線數(shù)≥2，有一定空間進(jìn)波陡度下，設(shè)備絕緣與避雷器之間最大允許距離一定距離下，最大允許空間進(jìn)波陡度

K—變電所出線修正系數(shù)避雷器具體安裝點(diǎn)選擇原則：“確保重點(diǎn)、兼顧一般”。在諸多的變電設(shè)備中，需要確保的重點(diǎn)無疑是主變壓器，應(yīng)盡可能把閥式避雷器裝得離主變壓器近一些。第三十三頁，共38頁。第二節(jié)變電所的防雷保護(hù)變電所的進(jìn)線段保護(hù)對于全線無避雷線的35kV變電所進(jìn)線，當(dāng)雷擊于附近的架空線時(shí)，沖擊波的陡度和流過避雷器的電流必然會(huì)超過變電所電氣設(shè)備絕緣所能允許的程度，這是不能允許的。所以，這種線路靠近變電所的一段進(jìn)線上必須裝設(shè)避雷裝置雷電過電壓波在流過進(jìn)線段時(shí)因沖擊電暈而發(fā)生衰減和變形，降低了波前陡度和幅值；利用進(jìn)線段本身阻抗限制流過避雷器的沖擊電流幅值⑴進(jìn)線段保護(hù)的原因⑵進(jìn)線段保護(hù)的作用第三十四頁，共38頁。第二節(jié)變電所的防雷保護(hù)⑶有關(guān)進(jìn)線段保護(hù)的計(jì)算根據(jù)不同電壓等級進(jìn)波陡度a（或a’），求出變電所應(yīng)有的進(jìn)線段長度lpU－進(jìn)線始端線路絕緣的50%沖擊閃絡(luò)電壓，kV

hc－進(jìn)線段導(dǎo)線的平均對地高度，m第三十五頁，共38頁。流過避雷器的沖擊電流幅值IFV

UR－閥式避雷器的殘壓，kVn－變電所母線上接的線路總條數(shù)第二節(jié)變電所的防雷保護(hù)計(jì)算結(jié)果作為避雷器和電氣設(shè)備絕緣配合的依據(jù)第三十六頁，共38頁。第二節(jié)變電所的防雷保護(hù)⑷變電所進(jìn)線段保護(hù)的設(shè)置不采用全線裝設(shè)避雷線的線路，可以在進(jìn)線段