電力系統(tǒng)大氣過(guò)電壓及保護(hù)

1、第二篇電力系統(tǒng)過(guò)電壓及其防護(hù),第五章 電力系統(tǒng)大氣過(guò)電壓及保護(hù),主要內(nèi)容,1 雷電放電過(guò)程及雷電參數(shù) 2 防雷保護(hù)裝置 3 輸電線路的防雷保護(hù) 4 輸電線路的防雷措施 5 發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù) 6 變壓器的防雷保護(hù),1 雷電放電過(guò)程及雷電參數(shù),1.1 雷擊時(shí)計(jì)算雷電流的等值電路 1.2 雷電流波形 1.3 雷電日與雷電小時(shí) 1.4 地面落雷密度和輸電線路落雷次數(shù),1.1 雷擊時(shí)計(jì)算雷電流的等值電路,1.1 雷擊時(shí)計(jì)算雷電流的等值電路（續(xù)1）,流經(jīng)物體的電流波與被擊 物體的波阻抗有關(guān) 當(dāng)Zj=0時(shí)，流經(jīng)被擊物體 的電流定義為雷電流,1.1 雷擊時(shí)計(jì)算雷電流的等值電路（續(xù)2）,1.1 雷擊時(shí)計(jì)

2、算雷電流的等值電路（續(xù)3）,規(guī)程建議雷電通道的波阻抗為300400 雷電流為非周期沖擊波，其幅值與氣象、自然條件等有關(guān)，只有通過(guò)大量實(shí)測(cè)才能正確估計(jì)其概率分布規(guī)律,1.2 雷電流波形,我國(guó)規(guī)定在防雷設(shè)計(jì)中采用2.6/40s的波形，波長(zhǎng)對(duì)防雷計(jì)算結(jié)果幾乎無(wú)影響，為簡(jiǎn)化計(jì)算，一般可視波長(zhǎng)為無(wú)限長(zhǎng) 雷電流陡度對(duì)過(guò)電壓有直接影響，雷電流波前的平均陡度為 電氣設(shè)備的防雷保護(hù)中一般均按負(fù)極性進(jìn)沖擊過(guò)電壓波進(jìn)行分析,1.2 雷電流波形（續(xù)1）,經(jīng)簡(jiǎn)化和典型化后得到三種常用計(jì)算波形,1.2 雷電流波形（續(xù)2）,標(biāo)準(zhǔn)沖擊波形 斜角平頂波 等值半余弦波,1.3 雷電日與雷電小時(shí),為評(píng)價(jià)某地區(qū)雷電活動(dòng)的強(qiáng)度，常用該

3、地區(qū)多年統(tǒng)計(jì)所得到的平均出現(xiàn)雷暴日或雷暴小時(shí)來(lái)估計(jì)的 在一天內(nèi)或一小時(shí)內(nèi)只要聽(tīng)到雷聲就作為一個(gè)雷電日或一個(gè)雷電小時(shí) 由于不同年份的雷電日數(shù)變化很大，所以均采用多年平均值年平均雷電日,1.4 地面落雷密度和輸電線路落雷次數(shù),地面落雷密度指每個(gè)雷電日每平方公里的地面上的平均落雷次數(shù)（單位：次/平方公里雷電日） 輸電線路年平均遭受雷擊的次數(shù) 單位：次/100公里年,2 防雷保護(hù)裝置,2.1 避雷針和避雷線 2.2 避雷器 2.3 防雷接地,2.1 避雷針和避雷線,避雷針 保護(hù)原理：當(dāng)雷云放電時(shí)使地面電場(chǎng)畸變，在避雷針頂端形成局部場(chǎng)強(qiáng)集中的空間以影響雷電先導(dǎo)放電的發(fā)展方向，使雷電對(duì)避雷針?lè)烹姡俳?jīng)過(guò)接

4、地裝置將雷電流引入大地從而使被保護(hù)物體免遭雷擊 保護(hù)范圍：由模擬試驗(yàn)確定，它只有相對(duì)的意義，不能認(rèn)為在保護(hù)范圍內(nèi)的物體就完全不受雷直擊，在保護(hù)范圍外的物體就完全不受保護(hù) 繞擊率：雷電繞過(guò)避雷裝置而擊于被保護(hù)物體的現(xiàn)象，規(guī)程推薦的保護(hù)范圍是對(duì)應(yīng)0.1%繞擊率而言 避雷針保護(hù)第一要對(duì)直擊雷屏蔽，第二要防止反擊,2.1 避雷針和避雷線（續(xù)1）,避雷線 作用原理同避雷針，主要用于輸電線路的保護(hù)，也可用于保護(hù)發(fā)電廠和變電所 保護(hù)范圍的長(zhǎng)度與線路等長(zhǎng)，而且兩端還有其保護(hù)的半個(gè)圓錐體空間 在架空輸電線路上多采用保護(hù)角來(lái)表示避雷線的保護(hù)程度 保護(hù)角：避雷線的鉛垂線與避雷線和邊導(dǎo)線連線的夾角， 越小，雷擊導(dǎo)線的

5、概率越小，對(duì)導(dǎo)線的屏蔽保護(hù)越可靠,2.2 避雷器,對(duì)避雷器的基本技術(shù)要求 過(guò)電壓作用時(shí)，避雷器先于被保護(hù)電力設(shè)備放電，這需要由兩者的伏秒特性的配合來(lái)保護(hù) 避雷器應(yīng)具有一定的熄弧能力，以便可靠地切斷在某次過(guò)零時(shí)的工頻續(xù)流，使系統(tǒng)恢復(fù)正常 以上兩條對(duì)有間隙的避雷器（保護(hù)間隙、管型避雷器、閥型避雷器）是適宜的，對(duì)于MOA的基本要求則不同 無(wú)間隙，長(zhǎng)期工作在系統(tǒng)工作電壓和間或承受各種過(guò)電壓，工頻下流過(guò)很小的泄漏電流，過(guò)電壓下殘壓應(yīng)小于被保護(hù)設(shè)備沖擊絕緣強(qiáng)度，它必須具有長(zhǎng)時(shí)間工頻穩(wěn)定性和過(guò)電壓下的熱穩(wěn)定性,2.2 避雷器（續(xù)1）,1. 保護(hù)間隙,2.2 避雷器（續(xù)2）,2. 閥型避雷器 （1）工作原理,

6、2.2 避雷器（續(xù)3）,（2）基本元件 火花間隙 火花間隙的并聯(lián)電阻 閥片（非線性電阻） 閥片的作用：限制工頻續(xù)流，保證火花間隙可靠熄??；當(dāng)雷電過(guò)電壓擊穿時(shí)，電壓不至于突然下降形成截?cái)嗖?（3）主要參數(shù),2.2 避雷器（續(xù)4）,3. 金屬氧化物避雷器,2.2 避雷器（續(xù)4）,（1）MOA的主要優(yōu)點(diǎn) 無(wú)間隙 無(wú)續(xù)流 電氣設(shè)備所受過(guò)電壓可降低 通流容量大 特別適用于直流保護(hù)和SF6電器保護(hù) （2）MOA的電氣特性,2.3 防雷接地,1. 接地、接地電阻、接地裝置 （1）接地與分類 接地是指將地面上的金屬或電氣回路中的某一節(jié)點(diǎn)通過(guò)導(dǎo)體與大地保持等電位 分類： 工作接地：根據(jù)系統(tǒng)正常運(yùn)行要求設(shè)置（0.

7、510） 保護(hù)接地：為保障人身安全而將電氣設(shè)備金屬外殼等接地，它在故障條件下才發(fā)揮作用（110） 防雷接地：用來(lái)將雷電流順利瀉入大地，以減小引起的過(guò)電壓（130）,2.3 防雷接地（續(xù)1）,2.3 防雷接地（續(xù)2）,（2）接地裝置 垂直接地體 水平接地體 接地網(wǎng),2.3 防雷接地（續(xù)3）,2. 防雷接地及有關(guān)計(jì)算 當(dāng)雷電流流過(guò)接地裝置時(shí)，接地體和土壤所呈現(xiàn)的響應(yīng)不同于工頻響應(yīng)，即沖擊接地電阻一般不等于工頻接地電阻 火花效應(yīng)和電感效應(yīng) 常用沖擊系數(shù)表示沖擊接地電阻與工頻接地電阻關(guān)系,3. 輸電線路的防雷保護(hù),3.1 輸電線路的感應(yīng)雷過(guò)電壓 3.2 輸電線路直擊雷過(guò)電壓 3.3 輸電線路的雷擊跳閘

8、率,3. 輸電線路的防雷保護(hù)（續(xù)1）,雷擊過(guò)電壓分類： 感應(yīng)雷過(guò)電壓、直擊雷過(guò)電壓 輸電線路的耐雷性能和所采用防雷措施效果在工程上用耐雷水平和雷擊跳閘率來(lái)衡量 耐雷水平：雷擊線路時(shí)線路絕緣不發(fā)生閃絡(luò)的最大雷電流幅值 雷擊跳閘率：折算為統(tǒng)一條件（規(guī)定每年40個(gè)雷電日和100km的線路長(zhǎng)度）下，因雷擊而引起的線路跳閘的次數(shù),3. 輸電線路的防雷保護(hù)（續(xù)1）,輸電線路防雷措施 防止雷直擊導(dǎo)線 防止雷擊塔頂或避雷線后引起絕緣閃絡(luò) 防止雷擊閃絡(luò)后轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的工頻電弧 防止線路中斷供電,3.1 輸電線路的感應(yīng)雷過(guò)電壓,1. 感應(yīng)雷過(guò)電壓的產(chǎn)生（靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)）,3.1 輸電線路的感應(yīng)雷過(guò)電壓（續(xù)1）,

9、2. 無(wú)避雷線時(shí)的感應(yīng)雷過(guò)電壓 規(guī)程建議：當(dāng)雷擊點(diǎn)與電力線路之間的水平距離d65m時(shí)，導(dǎo)線上的感應(yīng)雷過(guò)電壓的最大值為 雷擊點(diǎn)接地電阻較大，最大雷電流幅值可采用I100kA進(jìn)行估算 感應(yīng)雷過(guò)電壓極性與雷云的極性相反 相鄰導(dǎo)線同時(shí)產(chǎn)生相同極性的感應(yīng)雷過(guò)電壓，因此相間不存在電位差，只存在對(duì)地閃絡(luò)的可能，但如果兩相或三相同時(shí)對(duì)地閃絡(luò)，就會(huì)轉(zhuǎn)化為相間閃絡(luò)事故 在d50m以內(nèi)雷將被線路吸引而擊中線路本身,3.1 輸電線路的感應(yīng)雷過(guò)電壓（續(xù)2）,當(dāng)雷直擊于導(dǎo)線以外的任何位置而不產(chǎn)生反擊時(shí)，由于空中電磁場(chǎng)的變化，將會(huì)在導(dǎo)線上產(chǎn)生很高的感應(yīng)雷過(guò)電壓。研究指出：它與導(dǎo)線的平均高度成正比 當(dāng)無(wú)避雷線時(shí)，對(duì)一般高度的

10、線路可用下式計(jì)算感應(yīng)雷過(guò)電壓最大值： a為感應(yīng)過(guò)電壓系數(shù)（kV/m），數(shù)值上等于雷電流的時(shí)間陡度平均值，即aI/2.6（kV/s）,3.1 輸電線路的感應(yīng)雷過(guò)電壓（續(xù)2）,3. 有避雷線時(shí)的感應(yīng)雷過(guò)電壓 當(dāng)導(dǎo)線上方掛有接地的避雷線時(shí)，由于先導(dǎo)電荷產(chǎn)生的電力線有一部分被避雷線截住，即避雷線的屏蔽作用，因而導(dǎo)線上的感應(yīng)束縛電荷減少，相應(yīng)的感應(yīng)電壓也減少。 導(dǎo)線上的實(shí)際感應(yīng)雷過(guò)電壓為,3.2 輸電線路直擊雷過(guò)電壓,3.2 輸電線路直擊雷過(guò)電壓（續(xù)1）,1. 雷擊桿塔塔頂時(shí)的過(guò)電壓和耐雷水平,3.2 輸電線路直擊雷過(guò)電壓（續(xù)2）,塔頂電位幅值 導(dǎo)線電位幅值 線路絕緣子串上兩端電壓,3.2 輸電線路直擊

11、雷過(guò)電壓（續(xù)3）,耐雷水平 有避雷線 無(wú)避雷線 工程實(shí)用中往往以降低Ri和提高k值作為提高輸電線路耐雷水平的主要途徑,3.2 輸電線路直擊雷過(guò)電壓（續(xù)4）,2. 雷擊避雷線檔距中央時(shí)的過(guò)電壓,3.2 輸電線路直擊雷過(guò)電壓（續(xù)5）,流入雷擊點(diǎn)的雷電流波為 雷擊點(diǎn)的電壓 取雷電流為斜角波頭：iL=at 雷擊處避雷線與導(dǎo)線間的空氣間隙上所承受的最大電壓,3.2 輸電線路直擊雷過(guò)電壓（續(xù)6）,3. 雷繞過(guò)避雷線擊于導(dǎo)線時(shí)的過(guò)電壓,3.2 輸電線路直擊雷過(guò)電壓（續(xù)7）,流經(jīng)雷擊點(diǎn)的雷電流波為 導(dǎo)線上電壓為 幅值 繞擊時(shí)耐雷水平,3.3 輸電線路的雷擊跳閘率,1. 建弧率 2. 有避雷線線路雷擊跳閘率的計(jì)算 （1）雷擊桿塔時(shí)的跳閘率 （2）繞擊跳閘率 （3）線路的雷擊跳閘率 次/100km年,4 輸電線路的防雷措施,1. 架設(shè)避雷線 2. 降低桿塔接地電阻 3. 架設(shè)耦合地線 4. 采用不平衡絕緣的方式 5. 自動(dòng)重合閘 6. 采用消弧線圈接地方式 7. 架設(shè)線路避雷器 8. 加強(qiáng)絕緣,5 發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù),5.1 發(fā)電廠、變電所的直擊雷保護(hù) 5.2 發(fā)電廠、變電所的雷電侵入波保護(hù),5.1 發(fā)電廠、變電所的直擊雷保護(hù),5.2 發(fā)電廠、變電