輸電線路的防雷保護

輸電線路的防雷保護第一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三衡量輸電線路防雷性能的指標耐雷水平(I)：線路遭受雷擊時，其絕緣不發(fā)生閃絡的最大雷電流幅值（kA）雷擊跳閘率(n)：每100km線路每年（40雷電日）因雷擊引起的跳閘次數(shù)（次/100km·年）第二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三教學目標1.了解線路的直擊雷過電壓及其耐雷水平計算方法、掌握其特點2.掌握耐雷水平與雷擊跳閘率影響因素3.掌握線路防雷基本措施第三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三架空線地處曠野、縱橫交錯，極易遭受雷擊第四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三引起跳閘可能的過壓直擊——繞擊（1）擊桿頂——反擊（2）擊避雷線檔距中央——（3）感應過壓——（4）第五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三輸電線路的雷電過電壓分類直擊雷過電壓雷直擊輸電線路桿塔，避雷線，導線，產(chǎn)生的過電壓稱為直擊雷過電壓感應雷過電壓雷擊導線水平距離65m以外的大地時，由于空間電磁場的急劇變化，在導線上感應出的過電壓，稱為感應雷過電壓第六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三直擊雷（1）雷擊輸電線路無避雷線的線路最易發(fā)生，但即使有避雷線，雷電仍可能繞過避雷線的保護范圍而擊于導線（繞擊）（2）雷擊桿塔或避雷線桿塔電位升高，造成絕緣子閃絡，形成反擊第七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三（3）雷擊輸電線路附近大地S>65m感應雷過電壓S<65m直擊雷過電壓感應雷過電壓第八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三直擊雷和感應雷過電壓產(chǎn)生的危害（1）引起線路跳閘，影響正常供電引起絕緣子閃絡，導線對地短路，工頻續(xù)流沿放電通道放電，在形成穩(wěn)定燃燒的電弧后，則繼電保護裝置將使斷路器跳閘，影響正常送電（2）雷電波侵入變電站侵入變電站，經(jīng)復雜的折反射后，造成電氣設備過電壓，危及設備絕緣，造成事故第九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三送電線路防雷防線

1.

首先要保護導線不受雷擊．為此可以采用避雷器、避雷針或改用電纜。

2．其次是如果避雷線受雷擊后最好不要使線路的絕緣發(fā)生閃絡。為此，需要改善避雷線的接地，適當加強線路的絕緣，個別桿塔可以使用避雷器。

3．第三道防線是即使線路絕緣因雷擊發(fā)生閃絡也不要轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的工頻電弧，即線路上不要發(fā)生短路故障，所以不會跳閘。為此應該減少絕緣上的工頻電場強度或電網(wǎng)中性點采用不直接接地的方式。

4．最后一道防線是即使跳閘也不要中斷電力的供應。為此，可以采用自動重合閘裝置，或用雙回路或環(huán)網(wǎng)供電。第十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三感應雷過電壓感應雷過電壓=靜電分量＋電磁分量第十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三感應雷過電壓大小避雷線對感應雷過電壓有屏蔽作用，可使導線感應過壓↓（1-K）倍無避雷線時：有避雷線時：第十二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三感應雷過電壓特點幅值≤500KV（僅對35KV及以下系統(tǒng)有威脅）

極性與雷電流極性相反三相導線上同時出現(xiàn)上升速度較慢，波頭幾～幾十μs第十三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三雷擊桿塔時導線上的感應過電壓桿塔有引雷作用，故S<65m的雷擊會被吸引到桿塔α為感應系數(shù)（kV/m)取值為雷電流陡度（α

=I/2.6μs）k為避雷線和導線的耦合系數(shù)無避雷線

有避雷線

第十四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三二、輸電線路直擊雷過電壓和耐雷水平雷擊導線：a.無避雷線，35kV及以下系統(tǒng)

b.有避雷線，繞擊1.繞擊率Pα：雷繞過避雷線擊于導線的概率平原山區(qū)第十五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三2.雷擊導線時的過電壓規(guī)程規(guī)定：Z0≈Z/2（閃絡路徑波阻抗）UA=IZ/4取Z=400Ω（導線波阻抗），則UA=100I第十六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三

耐雷水平UA與U50%比較，是否閃絡?則雷擊導線時的耐雷水平為：I=U50%/100（kA）U50%為絕緣子串沖擊放電電壓第十七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三例題雷電流超過7kA的概率為86.5％110kV線路每串6－7片絕緣子，U50%=700kV故耐雷水平I=

雷電流概率7kA第十八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三各級線路應有的耐雷水平雷直擊相應電壓等級導線時35kV220kV330kV500kV耐雷水平3.5kA

12kA16kA27.4kA超過耐雷水平雷電流概率91.2%73.1%65.8%48.8%雷直擊導線會引起幾乎所有電壓等級的線路絕緣子閃絡，我國110kV及以上線路需全線架設避雷線第十九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三導線電位（1）負極性雷電流沿桿塔向下和避雷線兩側(cè)傳播，使塔頂電位升高，并通過電磁耦合使導線電位升高（2）雷擊桿塔，在導線上產(chǎn)生與負極性雷電流極性相反的正極性感應過電壓雷擊桿塔塔頂時的過電壓和耐雷水平第二十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三雷電流iL=ib+igtigt=βiLβ為分流系數(shù)塔頂和避雷線電位最大值uA=βI（Rch+Lgt/2.6）第二十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三平行導線上電位：（1）耦合波分量kuA→與雷電流極性相同（2）雷擊桿塔在導線上的感應過電壓

αh（1－k）→與雷電流極性相反

∴uc=kuA-αh（1－k）絕緣子串電壓ui=uA-uc最高值uiu50％u50%為正極性沖擊放電電壓第二十二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三雷擊塔頂反擊時的耐雷水平：提高耐雷水平的主要措施：（1）降低桿塔接地電阻Rch（2）增大耦合系數(shù)k（3）減小分流系數(shù)β（4）加強線路絕緣一般高度桿塔其壓降是塔頂電位主要分量采用雙避雷線架裝耦合地線增加絕緣子片數(shù)采用更好的絕緣材料u50%第二十三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三三、雷擊避雷線檔距中央時的過電壓需校核避雷線與導線間的空氣間隙S能否被擊穿規(guī)程規(guī)定：S=0.012l+1（m）第二十四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三三、輸電線路的雷擊跳閘率引起感應雷直擊雷過電壓的雷電流>耐雷水平絕緣沖擊閃絡是否跳閘？沖擊閃絡持續(xù)時間只有幾十μs，繼電保護和斷路器根本來不及動作，雷電流過后，工頻電壓所產(chǎn)生的工頻電流（工頻續(xù)流）以電弧的形式流過閃絡通道，若電弧穩(wěn)定燃燒才會使繼電保護動作，斷路器跳閘沖擊閃絡穩(wěn)定工頻電弧必要條件充分條件雷擊跳閘a.弧道中的平均電場強度b.閃絡瞬間工頻電壓值（相位）c.去游離條件（氣溫、風速等）具有隨機性第二十五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三工程上用建弧率η表示沖擊閃絡轉(zhuǎn)為穩(wěn)定工頻電弧的概率式中：E為弧道中平均電場強度（kV/m）中性點直接接地系統(tǒng)，單相短路電流大易建立起穩(wěn)定電弧中性點非直接接地系統(tǒng)，單相短路電流小，不會建立穩(wěn)定的電弧，只有相間短路時短路電流很大極易建立穩(wěn)定燃燒的電弧l1為絕緣子串長度l2為木或瓷橫擔長度金屬橫擔l2＝0一般：E≤6kV/m（有效值）可認為η＝0第二十六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三雷擊跳閘率n的計算

1.雷擊桿塔跳閘率n1每100km線路每年（40雷電日）落雷次數(shù)

N＝0.28（b+4hb)擊桿率g避雷線根數(shù)地形012平原1/21/41/6山區(qū)－1/31/4雷擊桿塔時的耐雷水平為I1，雷電流幅值超過I1的概率為P1

故：n1=0.28（b＋4hb）gηP1（η為建弧率）第二十七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三2.繞擊導線的跳閘率n2繞擊率為Pα，繞擊時耐雷水平為I2，雷電流超過耐雷水平I2的概率為P2

故：n2=0.28（b+4hb）ηPαP2所以線路雷擊跳閘率n為n=n1+n2=0.28(b+hb)η(gP1+PαP2)（次/100km.年）第二十八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三輸電線路的防雷措施一、架設避雷線作用：a.減少雷直擊導線b.分流作用降低塔頂電位c.屏蔽作用降低感應過電壓規(guī)程規(guī)定：a.220kV及以上全線雙避雷線（α＝200）b.110kV除少雷區(qū)外全線架設避雷線（α＝200－300）二、降低桿塔接地電阻一般高度桿塔特別有效三、架設耦合地線降低接地電阻困難時采用，有屏蔽和分流作用第二十九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三四、采用不平衡絕緣方式：同桿雙回線路采用五、裝設自動重合閘六、采用消弧線圈接地運行方式七、線路薄弱處裝設管型避雷器八、加強絕緣高桿塔增加絕緣子片數(shù)九、加裝線路型避雷器第三十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三第十章發(fā)電廠和變電站的防雷保護發(fā)電廠是產(chǎn)生電能的中心，變電站是分配電能的樞紐重要：（1）遭雷擊受到破壞將造成大面積停電事故（2）發(fā)電機、變壓器是系統(tǒng)中最重要最昂貴的設備，且絕緣水平也較低，一旦損壞難于修復（3）值班運行人員的安全所以比輸電線路防雷更加重要需采取防雷措施第三十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三雷害來源：（1）雷直擊發(fā)電廠和變電站的避雷針后，強大的雷電流在設備上a.產(chǎn)生感應過電壓b.避雷針電位升高對設備反擊c.產(chǎn)生跨步電壓和接觸電壓（2）雷擊線路后導線上形成雷電波侵入發(fā)電廠和變電站防雷措施：（1）選址時盡可能選擇少雷區(qū)（2）采用避雷針和避雷線作為直擊雷防護（3）采用避雷器和進線段保護作為侵入波防護第三十二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三§10－1發(fā)電廠和變電站的直擊雷保護避雷針和避雷線的接地都為獨立接地體注意校核：（1）空氣間隙Sk（2）土壤間隙Sd以免反擊另：避雷針能否架設在構(gòu)架上問題？線路終端桿塔避雷線能否進變電站問題?電壓等級土壤電阻率第三十三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三§10－2變電站的侵入波保護沿導線傳播的侵入波幅值遠遠高于變電站內(nèi)設備絕緣水平如：110kV線路一般7片絕緣子，閃絡電壓為700kV，而變壓器沖擊絕緣水平為480kV，多次全波試驗保險電壓為478kV，F(xiàn)Z-110JU沖擊＝310kV，Ur,5=332kV故需采用避雷器作為變電站內(nèi)侵入波的保護一、避雷器的保護動作過程避雷器直接并在設備旁第三十四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三避雷器動作前：ub=u(t)動作后：第三十五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三避雷器電壓第三十六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三二、避雷器與變壓器間的距離對過電壓的影響避雷器和被保護設備并在一起時，被保護設備上的過電壓就是避雷器上的電壓，但實際工程中不可能在每臺被保護設備上并一臺避雷器，也就是說避雷器與被保護設備存在一定距離距離對過電壓有影響第三十七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三第三十八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三設備上過電壓為：第三十九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三可見為了保證設備的安全，需采取如下措施：1）限制通過避雷器的雷電流，≯5kA或10kA，降低殘壓2）限制雷電流陡度a3）盡量縮短避雷器與被保護設備間的電氣距離l第四十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三三、變壓器與避雷器之間的最大允許距離由于避雷器動作以后的波的多次折反射，變壓器上的電壓為振蕩的，這種波形與全波相差較大、而與截波相似，實際中就是以變壓器承受多次截波的能力（多次截波耐壓值uj）表示承受雷電波的能力第四十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三∴變壓器上的最大沖擊電壓umax應小于多次截波耐壓值uj避雷器與變壓器之間的最大允許距離lmaxa’為空間陡度第四十二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三結(jié)論：（1）避雷器具有一定的保護范圍，最大允許距離lmax與變壓器uj和避雷器ur差值有關uj－urlmax（2）lmax與侵入波陡度a有關almax所以要a（3）其它設備lmax要大35%（4）變電站多回出線比單回出線lmax高所以實際工程中，在變電站雷電侵入波保護設計時就是選擇避雷器的布置位置，原則是在任何可能的運行方式下，變電站內(nèi)變壓器和其它設備距避雷器的電氣距離應小于最大允許電氣距離第四十三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三四、變電站的保護接線220kV及以下變電站保證每段可能單獨運行的母線都有一組避雷器500kV國內(nèi)敞開式變電站主要是雙母線帶旁路或一個半開關的電氣主接線，由于電氣距離遠，每臺避雷器只能保護與它靠近的電氣設備每條單獨運行的母線需裝一組電站型避雷器每回出線出口的線路側(cè)需裝一組線路型避雷器每臺變壓器旁需裝一組電站型避雷器線路入口的高壓并聯(lián)電抗器根據(jù)具體情況決定是否裝線路型避雷器第四十四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三第四十五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三第四十六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三§10－3變電站的進線段保護變電站電氣設備在雷電侵入時出現(xiàn)的過電壓為：需限制i雷電

ur

及需au進線段保護進線段：輸電線靠近變電站1－2km的線段統(tǒng)計表明：變電站侵入波事故50%是1km線路落雷造成的，71％是3km線路落雷造成的進線段保護：加強進線段防雷保護措施（無避雷線的架設避雷線，有避雷線減小保護角，增加絕緣子片數(shù)，加強檢查巡視）使進線段耐雷水平高于線路其它部分，減小進線段發(fā)生繞擊和反擊形成侵入波的概率，這樣侵入變電站的雷電波主要來自進線段之外第四十七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三侵入波經(jīng)過在進線段上傳播時，由于沖擊電暈陡度會降低，進線段的波阻抗也起著限制流過避雷器的雷電流的作用進線段作用：（1）限制雷電流（2）降低侵入波陡度一、避雷器雷電流計算進線段以外落雷，侵入波幅值被限制在進線段絕緣子串的u50%，進線段1－2km的傳播時間

故不考慮負的反射波第四十八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三220kV線路絕緣子u50%=1200kV、架空線z=400Ω

FZ-220J避雷器ur,5=664kV∴IBL=4.34kA<5kA出線越多雷電流越小第四十九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三330kV和500kV線路為分裂導線其波阻抗小些，故避雷器雷電流取10kA二、侵入波陡度的衰減計算由于u50%超過了導線上起始沖擊電暈電壓，侵入波傳播時會因沖擊電暈產(chǎn)生衰減和變形（陡度降低）時間陡度空間陡度第五十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三例：110kV終端變電站僅一回出線，進線段導線平均高度8.5m，站中變壓器距避雷器的電氣距離l=45m，進線段長度l0為1km，變壓器uj=478kV，F(xiàn)Z-110J的ur,5=332kV試校核變壓器是否受到可靠保護解：可見變壓器能得到可靠保護第五十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三三、典型接線