高电压技术第6章电力系统防雷保护

高电压技术,第六章电力系统防雷保护,第一节架空输电线路防雷保护第二节变电所的防雷保护,本章主要内容,第一节架空输电线路防雷保护,输电线路耐雷性能指标,分析线路的耐雷性能时，首先要估计线路一年中究竟会遭受多少次雷击。,每100km线路的年落雷次数N,地面落雷密度b为两根避雷线之间的距离h为避雷线的平均对地高度,第一节架空输电线路防雷保护,耐雷水平（I）,耐雷水平指雷击线路时，其绝缘尚不至于发生闪络的最大雷电流幅值或能引起绝缘闪络的最小雷电流幅值，单位为kA,我国标准规定的各级电压线路应有的耐雷水平值见表8-1,第一节架空输电线路防雷保护,雷击跳闸率（n）,导致线路跳闸需要具备双重条件：首先雷击电流必须超过线路耐雷水平，引起线路绝缘发生绝缘闪络。它的持续时间只有几十微秒，线路开关还来不及跳闸冲击闪络继而转化为稳定的工频电弧，才会导致线路跳闸,注意：这些过程都有随机性，工程设计中采用雷击跳闸率作为一个综合指标，来衡量输电线路防雷性能的优劣。,第一节架空输电线路防雷保护,跳闸率n指在雷暴日Td=40的情况下、100km的线路每年因雷击而引起的跳闸次数，其单位为次/(100km40雷暴日”,建弧率冲击闪络转变为稳定的工频续流的概率,式中：E绝缘子串平均运行电压梯度(kV/m),式中：Un系统额定电压；l1绝缘子串长度（m）；l2木横担线路的线间距离（m）。对铁横担，l2=0,第一节架空输电线路防雷保护,线路耐雷性能的分析计算,按雷击点的不同，雷击有避雷线线路的三种情况,第一节架空输电线路防雷保护,绕击导线,当避雷线的屏蔽作用失效，可能发生雷绕过避雷线击中导线的情况，通常称为绕击。,绕击及其危害,第一节架空输电线路防雷保护,绕击率Pa,绕击率Pa雷闪绕过避雷线直接击中导线的概率,式中：I实测的雷电流幅值,第一节架空输电线路防雷保护,绕击过电压,假设Z0Z/2，取Z=400，则有,第一节架空输电线路防雷保护,绕击耐雷水平I2,绕击耐雷水平：绕击时，线路所能承受的雷电流幅值，由线路绝缘子冲击放电电压决定。,令UA=U50%（线路绝缘子串的50%冲击放电电压）,注意：虽然绕击的概率很低，发生绕击时雷电流的幅值较小，但是一旦绕击形成很高的冲击过电压，就有可能使线路绝缘子闪络，或侵入变电站危及电气设备的安全。,式中N落雷总次数；Pa绕击率；P2雷电流幅值超过绕击耐雷水平I2的概率建弧率,第一节架空输电线路防雷保护,雷绕击导线时的跳闸率n2,第一节架空输电线路防雷保护,雷击挡距中央的避雷线,雷击避雷线最严重的情况是雷击点处于档距中央时。雷击避雷线档距中央只有10%的概率一般不考虑跳闸问题。因为雷击避雷线档距中央时在雷击点产生很高的过电压，但由于避雷线半径较小，雷击点离杆塔较远，强烈的电晕衰减作用，使过电压波传播到杆塔时，已不足于使绝缘子闪络。,只要导线和避雷线线间的空气距离S满足下式的要求，雷击避雷线档距中央引起的线路闪络跳闸率可以忽略不计,第一节架空输电线路防雷保护,雷击杆塔,从雷击线路接地部分而引起达绝缘子串闪络的角度来看，最严重的条件应为雷击杆塔的塔顶，因为这时大部分雷电流将从该杆塔入地，产生的雷电过电压最大,击杆率g,击杆率雷击杆塔次数占雷击线路总数的比值；与避雷线根数和地形有关,地形,第一节架空输电线路防雷保护,雷击塔顶产生的反击,在雷击塔顶的先导放电阶段如图所示，导线、避雷线和杆塔上虽然都会感应出异号的束缚电荷，但是由于先导放电的发展速度较慢，如果不计工频工作电压，导线上的电位仍为零，避雷线和杆塔的电位也为零，因此线路绝缘上不会电位差。,第一节架空输电线路防雷保护,在雷击塔顶的主放电阶段：先导通道中的负电荷与杆塔、避雷线以及大地中的正电荷迅速中和，形成雷电冲击电流。如图b一方面负极性的的雷电冲击波沿着杆塔向下和沿着避雷线向两侧传播，使塔顶电位不断升高；另一方面由塔顶向雷云迅速发展的正极性雷电波，引起空间电磁场的迅速变化，又使导线上出现正极性的感应雷电波。,第一节架空输电线路防雷保护,产生反击作用在线路绝缘子串上的电压为塔顶电位与导线电位之差。这一电压一旦超过绝缘子串的50%冲击闪络电压U50%，绝缘子串就发生闪络此时杆塔电位（绝对值）比导线电位高，所以称为反击。,第一节架空输电线路防雷保护,雷击塔顶时的过电压,I雷电流幅值，kAk考虑冲击电晕影响的耦合系数k0导线和避雷线间的几何耦合系数杆塔分流系数（流经杆塔的电流与雷电流的比值）Ri冲击接地电阻，Lt杆塔的总电感ha横担高度，mht杆塔的高度，mhg避雷线平均对地高度，mhc导线平均对地高度，m,当作用在绝缘子串上的电压Uli等于线路绝缘子串的50%冲击闪络电压U50%时，绝缘子发生闪络,式中N年落雷总次数Pa绕击率P1雷电流幅值超过耐雷水平I1的概率建弧率g击杆率,第一节架空输电线路防雷保护,雷击塔顶时的耐雷水平I1,雷绕击塔顶时的跳闸率n1,第一节架空输电线路防雷保护,线路的年雷击跳闸总次数,若N为每100公里线路上在40个雷暴日的条件下：N=0.28(b+4h)代入上式,中间任何一个部分防范住，则不会造成停电事故,第一节架空输电线路防雷保护,线路雷害事故防护措施,雷害事故发展过程,第一节架空输电线路防雷保护,防护措施,“四道防线”,措施：架设避雷线110kV级以上全线架有避雷线35kV级以下部分线路架有避雷线,防直击,第一节架空输电线路防雷保护,措施降低杆塔的冲击电阻架设避雷线防止雷直击导线分流作用：减少杆塔入地电流，降低塔顶电位对导线有耦合作用：降低感应过电压装设耦合底线降低杆塔接地电阻有困难时，在导线下方架设一条接地线。具有分流作用、加强避雷线对导线的耦合,防闪络,第一节架空输电线路防雷保护,装设管型避雷器一般安于线路上雷电过电压特别大的场合或绝缘薄弱点加强绝缘对个别大跨越、高杆塔，落雷机会多等情况，可增加绝缘子片数,第一节架空输电线路防雷保护,防建弧,措施加强绝缘采用消弧线圈接地方式适用110kV及以下电压等级电网大多数雷击单相闪络接地故障可被消弧线圈消除，不至发展为持续工频电弧,第一节架空输电线路防雷保护,防停电,措施自动重合闸雷击造成的冲击闪络和工频电弧使线路跳闸后会迅速消失，不会造成线路绝缘的永久性损坏，而线路绝缘具有自恢复功能，可装设自动重合闸装置防止停电事故双回路或环网供电,返回,第二节变电所的防雷保护,变电所雷电过电压来源及危害,雷电直击发电厂和变电所雷击线路产生的雷电过电压沿线路侵入变电所220kV线路的50%放电电压为1200kV，而相应的变压器全波冲击试验电压850kV,全波多次冲击耐压只有773kV造成大面积停电，发电机、变压器等主要电器设备的内绝缘大都没有自恢复的能力高压输电线路允许每几年跳闸一次,第二节变电所的防雷保护,变电所的直击雷保护,措施,装设避雷针：独立避雷针、构架避雷针使所有设备都处在避雷针保护范围内防止雷击避雷针时的反击事故反击由于接地部分电位升高而向附近其它设备放电的现象,第二节变电所的防雷保护,独立避雷针的防“反击”,独立避雷针受雷击时，避雷针各部分都将产生很高的电位，若避雷针与附近设施的距离较近，它们之间便会产生放电现象，这种情况称为“反击”。为防止“反击”，必须使避雷针和附近金属导体间有一定的距离，使绝缘介质的闪络电压大于反击电压,独立避雷针的空气间隙sk和地中距离sd在一般情况下：sk5m，sd3m。,Rsh独立避雷针的冲击接地电阻()；h相邻配电装置构架的高度(m)。,第二节变电所的防雷保护,变电所的雷电侵入波保护,措施,“避雷器”结合“进线段保护”,阀式避雷器保护作用的分析,阀式避雷器的保护作用主要是限制过电压波的幅值,选择合适阀式避雷器的前提,避雷器的伏秒特性与被保护绝缘的伏秒特性有良好配合避雷器的伏安特性保证其残压低于被保护绝缘的冲击电气强度被保护绝缘必须处于该避雷器的保护范围之内。,实际变电所中，由于接在母线上的阀式避雷器离变电设备有近有远，则在保护绝缘与避雷器之间就会出现一个电压差U(波的多次折反射)a进波的时间陡度(kV/us)a进波的空间陡度(kV/m)二者换算关系,第二节变电所的防雷保护,阀式避雷器的保护范围,第二节变电所的防雷保护,则为使设备绝缘不被击穿，要满足Uw(i)绝缘的雷电冲击耐压值Uis阀形避雷器的冲击放电电压,若变电所出线数为1，有一定空间进波陡度下，设备绝缘与避雷器之间最大允许距离一定距离下，最大允许空间进波陡度,第二节变电所的防雷保护,若变电所出线数2，有一定空间进波陡度下，设备绝缘与避雷器之间最大允许距离一定距离下，最大允许空间进波陡度K变电所出线修正系数,避雷器具体安装点选择原则：“确保重点、兼顾一般”。在诸多的变电设备中，需要确保的重点无疑是主变压器，应尽可能把阀式避雷器装得离主变压器近一些。,第二节变电所的防雷保护,变电所的进线段保护,对于全线无避雷线的35kV变电所进线，当雷击于附近的架空线时，冲击波的陡度和流过避雷器的电流必然会超过变电所电气设备绝缘所能允许的程度，这是不能允许的。所以，这种线路靠近变电所的一段进线上必须装设避雷装置,雷电过电压波在流过进线段时因冲击电晕而发生衰减和变形，降低了波前陡度和幅值；利用进线段本身阻抗限制流过避雷器的冲击电流幅值,进线段保护的原因,进线段保护的作用,第二节变电所的防雷保护,有关进线段保护的计算,根据不同电压等级进波陡度a（或a），求出变电所应有的进线段长度lpU进线始端线路绝缘的50%冲击闪络电压，kVhc进线段导线的平均对地高度，m,流过避雷器的冲击电流幅值IFVUR阀式避雷器的残压，kVn变电所母线上接的线路总条数,第二节变电所的防雷保护,计算结果作为避雷器和电气设备绝缘配合的依据,第二节变电所的防雷保护,变电所进线段保护的设置,不采用全线装设避雷线的线路，可以在进线段12km内架设避雷线，防护直接雷击，还可以使