架空输电线路防雷保护PPT课件

第八章电力系统防雷保护电力系统的防雷保护包括了线路 变电所 发电厂等各个环节 雷击输电线路的方式 大气过电压 直击雷过电压 感应雷过电压 其中 只对35KV以下线路有危害大气过电压带来的后果 发生短路接地故障雷电波侵入变电所 破坏设备绝缘 造成停电事故衡量线路防雷性能的优劣 耐雷水平 线路遭受雷击所能耐受不至于引起闪络的最大雷电流 kA 雷击跳闸率 每100km线路每年因雷击引起的跳闸次数 输电线路的雷击事故 在我国跳闸率比较高的地区的高压线路由雷击引起的次数约占40 70 尤其是在多雷 土壤电阻率高 地形复杂的地区 雷击事故率更高在日本50 以上电力系统事故是由于雷击输电线路引起的 雷击经常引起双回同时停电 20 30 的输电线路故障发生在双回输电线路美国 前苏联等十二个国家的电压为275 500kV总长为32700km输电线路连续三年的运行资料中指出 雷害事故占总事故的60 一 输电线路的感应过电压1 雷击线路附近大地时 静电感应电磁感应 感应过电压 静电感应分量 在雷电放电的先导阶段 假设为负先导 线路处于雷云及先导通道与大地构成的电场之中 由于静电感应 最靠近先导通道的一段导线上感应形成束缚电荷主放电开始以后 先导通道中的负电荷自下而上被迅速中和 相应电场迅速减弱 使导线上的正束缚电荷迅速释放 形成电压波向两侧传播由于主放电的平均速度很快 导线上的束缚电荷的释放过程也很快 所以形成的电压波u iZ幅值可能很高 这种过电压就是感应过电压的静电分量 感应过电压 电磁感应分量 在主放电过程中 伴随着雷电流冲击波 在放电通道周围空间出现甚强的脉冲磁场 其中一部分磁力线穿过导线 大地回路 产生感应电势 这种过电压为感应过电压的电磁分量 感应过电压计算 无避雷线时感应过电压为 导线越高 感应过电压越高 一般Ug 500kV 在110kV线路上不引起闪络 避雷线对感应过电压的屏蔽作用 2 避雷线接地时 实际上 避雷线与大地连接保持地电位 电位为0 可以假设为避雷线上再叠加了 Ugb的感应电压 Ugb在导线上耦合电压为 KUgb导线上的实际感应电压 1 避雷线不接地时 即避雷线的屏蔽效应使导线上的感应电荷减少 感应电压降低了 1 K 倍 2 雷击塔顶时的感应过电压 S 65m 雷击塔顶时迅速向上发展的主放电引起周围空间电磁场的突然变化 会在导线上感应出与雷电流极性相反的电压 以静电感应分量为主无避雷线时 有避雷线时 导线上的感应过电压 由于屏蔽效应 感应电压降低了 1 K 倍 二 输电线路直击雷过电压和耐雷水平1 雷击杆塔塔顶 雷击塔顶时雷电流可通过下列途径的分流 避雷线杆塔闪络后相导线也可分流 雷击塔顶的过电压分析 波头部分塔顶电位最高塔顶电位 2 雷击杆塔时导线的电位 避雷线耦合到导线上的电位 u1 kutd 避雷线与塔顶电位相同 k 几何耦合系数 雷击塔顶时雷电先导在导线上的的感应电位 U2 hd 1 k U2为负的理由 雷电先导在导线上产生感应过电压的极性 感应出正电荷 与流入杆塔中的电流极性相反导线电位 绝缘子串的作用电压 Uj 塔顶电位Utd 导线电位Ud Utd KUtd hd 1 k Utd hd 1 K IL Rch Lgt 2 6 ILhd 2 6 1 K IL Rch Lgt 2 6 hd 2 6 1 K 3 绝缘子串上作用的过电压 4 线路绝缘子耐雷水平 当作用在线路绝缘子上的电压Uj 绝缘子串冲击闪络电压Uj50 绝缘子将发生闪络 由于塔顶电位高于导线电位 闪络将从杆塔向导线发展 故称为反击 耐雷水平 雷击杆塔时绝缘子串上承受最大雷电冲击电压所对应的雷电流 反击耐雷水平与导线 地线间的耦合系数k 杆塔分流系数 杆塔冲击接地电阻Rch 杆塔等值电感Lgt以及绝缘子串的50 放电电压Uj50 等因素有关还必须考虑工频电压的作用以及触发相位距离远 耦合系数小 一般以外侧或下方导线计算通常以降低Rch 提高k为提高反击耐雷水平的主要手段提高耦合系数K的方法 1 将单避雷线改成双避雷线2 在导线下放增设架空地线 耦合地线 也起到分流作用 反击耐雷水平 35kV 20 30kA110kV 40 75kA220kV 75 110kA330kV 100 150kA500kV 125 175kA 二 雷击避雷线档距中央 避雷线雷击点A的电压 1 当雷电波头长度大于档距时 Z0 A Zb 2 避雷线雷击点A的电压 雷击点最高点电位出现在从杆塔反射回来的负电压波到达时刻 此时雷电流iL t L Vb间隙S承受的最大电压 感应过电压与下列因素有关 雷电波陡度 档距长度 耦合系数 S最短间隙距离从Us的50 击穿电压得到 我国规程 KV 负反射波尚未返回雷击点时 雷电流已过峰值 A点最高电位由雷电流峰值确定一般罕见雷击档距中央 2 当雷电波头长度小于档距时 三 雷击导线 绕击时的过电压 绕击过电压 幅值为 设Z0 Zd 2 取Zd 400 则UA 100IL Z0 Zd 2 A id 彼得逊法则 绕击耐雷水平 绕击耐雷水平绕击线路的耐雷水平很低500kV线路27 4kA 220kV 12kA 110kV 7kA110kV以上线路要求全线架避雷线绕击率 平原线路 山区线路 四 输电线路的雷击跳闸率 建弧率 当雷电流超过线路耐雷水平时 线路绝缘发生闪络 雷电流经闪络通道入地 时间在几十微秒 线路开关来不及动作 只有当沿闪络通道流过的工频短路电流的电弧持续燃烧时 线路才会跳闸停电 建弧率 冲击闪络转为工频电弧的概率 与弧道中的平均电场强度有关 与闪络瞬间工频电压的瞬时值和游离条件有关绝缘子串的电压梯度 100km年的雷击次数 40个雷电日 N次中击中塔顶引起线路跳闸次数g为击杆率 P1为雷电流幅值超过雷击杆塔的耐雷水平的概率绕击导线的跳闸率Pa为绕击率 P2为雷电流幅值超过绕击耐雷水平的概率线路跳闸率 五 输电线路的防雷保护措施 一 架设避雷线 屏蔽作用 引导雷电向避雷线放电 通过杆塔和接地装置将雷电流引入大地 从而使被保护物体免遭雷击 防止雷直击于导线 对雷电流有分流作用 使塔顶电位下降 对导线有耦合作用 降低雷击杆塔时绝缘子串上电压 对导线有屏蔽作用 可降低导线上感应电压110kV以上应全线架设避雷线保护角 避雷线和外侧导线的连线与垂线之间的夹角 保护角越小 对绕击雷的保护效果越好 110kV 保护角20 30 500kV负保护角 受杆塔结构的限制 二 降低杆塔接地电阻提高线路耐雷水平和减少反击概率的主要措施 杆塔的工频接地电阻一般为10 30 三 加强线路绝缘增加绝缘子串中的片数 改用大爬距悬式绝缘子 增大塔头空气间距等等 但有相当大的局限性 一般优先采用降低杆塔接地电阻的办法来提高线路耐雷水平 四 架设耦合地线 在降低杆塔接地电阻有困难时 在导线下方架设一条接地线 它具有分流作用 又加强了避雷线对导线的耦合 运行经验表明 该措施可降低雷击跳闸率50 左右和降低雷击跳闸率 五 消弧线圈一只具有分段 即带间隙的 铁心和电感可调的电抗器 接在电网中性点与大地之间 能使雷电过电压所引起来的一相对地冲击闪络不转变成稳定的工频电弧 即大大减小建弧率和断路器的跳闸次数 六 管式避雷器仅用作线路上雷电过电压特别大或绝缘薄弱点的防雷保护 它能免除线路绝缘的冲击闪络 并使建弧率降为零 七 线路阀式避雷器把合成套ZnO避雷器安装到线路杆塔上去保护线路 减少其雷击跳闸率 效果良好 八 不平衡绝缘一回路的三相绝缘子片数少于另一路的三相 雷击线路时 绝缘水平较低的那一回路将先发生冲击闪络 闪络后相当于地线 增加了对加强绝缘线路的耦合作用 提高了耐雷水平 保证正常供电 九 自动重合闸线路绝缘不会发生永久性的损坏或劣化 良好的伏秒特性 实现合理的绝缘配合良好的绝缘强度自恢复能力 利于快速切断工频续流 使电力系统得以继续运行硅橡胶护套氧化锌线路避雷器已取得良好应用效果日本总结77kV各种防雷措施效果的统计结果 增加绝缘 架设耦合地线 减少杆塔接地电阻 可使雷击跳闸次数分别降至62 56 45 安装氧化锌线路避雷器后可消除雷击跳闸事故 安装线路避雷器的基本要求 线路避雷器的应用 线路避雷器的投资较大 难以普遍采用建议优先安装在下列条件杆塔 山区线路易击段 易击点的杆塔山区线路接地电阻超过100 且发生过闪络的杆塔水电站升压站出口线路接地电阻大的杆塔大跨越高杆塔多雷区双回线路易击段 易击点的一回线路上 线路避雷器的发展 美国 美国AEP和GE公司1980年开始研制线路防雷用合成绝缘ZnO避雷器 1982年10月有75只在138kV线路上投入试运行 运行表明在装有避雷器的被保护线段没有出现绝缘子串的闪络 法国 1998年开始在63kV和90kV线路安装避雷器日本 1981 1983年研制出无间隙的77kV合成绝缘避雷器 1986年5月开始在雷电活动特别严重地区的输电线路上安装 线路没有出现任何事故 而没有安装避雷器的线路则仍有故障出现 线路避雷器的发展 日本 1988年275kV合成绝缘线路避雷器研制成功 1988年12月开始在投入运行 500kV线路避雷器1990年开发出来 1990年在双回线路的一回线路上投入运行 到1999年1月已有不同电压等级的47000多只线路避雷器在运行中 其中99