输电线路防雷保护

1、相关规程与手册：,交流电气装置的过电压保护和绝缘配合 交流电气装置的接地 220500kV变电所设计技术规程 导体和电器选择设计技术规定 110750kV架空输电线路设计技术规程 电力工程高压送电线路设计手册 电气工程电气设计手册，一次部分,1,3,雷害事故在系统跳闸停电事故中占很大比重。 电力系统防雷包含线路、变电站、发电厂等环节。,耐雷水平：雷击线路但不至引起绝缘闪络的最大雷电流峰值(kA)。,第九章 输电线路的防雷保护,雷击跳闸占电网总事故的比例有时可达60%以上。 雷击跳闸事故过程： （1）线路绝缘闪络； （2）形成工频电弧，跳闸； （3）跳闸后线路绝缘不能恢复，则发生停电。,4,表1

2、 19841995年十年间俄罗斯500kV1150kV线路 按照跳闸率原因分类运行数据（节选）,5,直击雷和感应雷,6,9.1 输电线路感应雷过电压,一 、雷击线路附近大地时,7,静电分量：与极性相反 电磁分量：相互垂直，较小,8,（2）实际避雷线电位为0，可看成避雷线上存在Ugb的电压，耦合作用下导线感应电位为k0Ugb的，所以总感应的对地电压,避雷线的影响,（1）若避雷线不接地,9,电磁分量增大，计算方法尚有争论。 行业标准建议，（1）无避雷线时，导线感应过电压最大值 a感应过电压系数(kV/m)， aIL/2.6 （2）有避雷线时，由于其屏蔽效应,二. 雷击杆塔时导线上的感应过电压,一般

3、不超过500kV，仅对35kV及以下线路的绝缘有一定威胁（雷电耐受水平为350kV）。,10,9. 2 输电线路的直击雷过电压和耐雷水平,11,一、雷击杆塔时的反击过电压,塔顶（横担）电位与导线电位差引起绝缘子串闪络反击。,击杆率 g,12,(1)塔顶及横担电位,避雷线的分流作用:igtiL,塔顶电位:,横担电位:,13,导线总电位幅值：,(2)导线电位,避雷线与塔顶电位utd相等 避雷线与导线间的耦合，导线电位（同极性）k0utd 雷击杆塔时，导线上产生反极性的感应电位ahd(1-k0),14,（三）,工程中,对于220kV及以下线路，工作电压值所占比例不大，可以忽略不计。但对超高压线路而言

4、，则不可忽略。,(3)线路绝缘子串两端电压,15,Uj大于绝缘子串冲击闪络电压时，绝缘子串将发生闪络； U50%为正极性时（负极性雷）的值较低。 雷击杆塔耐雷水平：,(4)耐雷水平的计算,远离避雷线的导线，耦合系数小，易发生反击，最具危险性。,提高雷击杆塔（反击）耐雷水平,降低冲击接地电阻Rch,提高导、地线间的耦合系数k,16,二、雷击避雷线挡距中央时的过电压,避雷线的半径较小，产生强烈的电晕；衰减很快，当过电压波传播到杆塔时，已不足以使绝缘子串击穿，因此通常只需考虑雷击点避雷线对导线的反击问题。,17,在反射波到达之前，可用彼得逊等值电路计算。,最高电位时间点,取斜角波头i=at ，避雷线

5、最高电位,长期运行经验表明，如果间隙距离满足： 则雷击避雷线档距中央引起空气间隙闪络的事例非常少见。,间隙电压,18,我国规程建议绕击概率：,平原地区,山区,为保护角（）；h为杆塔高度（m）。,山区线路的绕击率约为平原线路的3倍，或相当于保护角增大了8,（一）绕击概率,19,（二）绕击耐雷水平,绕击耐雷水平,我国技术规程建议Zd2Z0,20,21,9. 3 输电线路的雷击跳闸率,线路雷击跳闸的两个条件： 雷电流超过耐雷水平 冲击电弧转换为稳定的工频电弧 一、建弧率- 冲击闪络转化成稳定的工频电弧概率 与工频弧道中的电场强度和去游离条件有关,E为绝缘子串的平均运行电压梯度，kV/m,对于中性点有

6、效接地的系统：,对于中性点非有效接地的系统：,22,二、有避雷线线路的雷击跳闸率,1 雷击杆塔时的跳闸率 每100km线路每年的遭受雷击的次数为：,次/100km年,击中杆塔引起的跳闸次数：,2 雷绕击导线时的跳闸率,g为击杆率，P1为雷电流幅值超过雷击杆塔耐雷水平I1的概率,P为绕击率，P2为雷电流幅值超过绕击耐雷水平I2的概率，,3 线路总跳闸率,23,24,例题：,平原地区一条220kV线路，绝缘子串13片，正极性50%放电电压为1410kV；杆塔冲击接地电阻为7，避雷线半径为5.5mm，弧垂7m，导线弧垂12m。求该线路的耐雷水平和雷击跳闸率。,解：（1） 求耦合系数,避雷线的平均高度

7、,导线的平均高度,避雷线1、2对导线3的几何耦合系数为：,25,例题：,经冲击电晕修正后：,（2） 查表，求等值电感和分流系数,(3) 耐雷水平,雷击塔顶的反击耐雷水平：,绕击引起的过电压：,（4） 雷电流超过耐雷水平的概率,I1P15.6； I2P273.1,26,例题：,(5) 落雷次数、绕击率、击杆率和建弧率,保护角,平原地区,山区,击杆率：平原g=1/6，山区g=1/4,建弧率80%,(6) 线路雷击跳闸率,平原地区：,山区：,27,9. 4 输电线路的防雷措施,雷害事故的发展过程及防护措施,线路防雷设计目标：提高线路的耐雷性能，降低雷击跳闸率。,（1） 架设避雷线：最基本防雷措施 防

8、止雷直击导线。 分流作用，减小流入杆塔电流，使塔顶电位降低； 与导线之间的耦合也可降低绝缘子串上的过电压。,28,规程：110kV及以上线路一般应全线架设避雷线；500kV线路设双避雷线。 光纤复合架空地线（OPGW）：避雷线经一个小间隙对地绝缘；通信用。,29,（2）降低杆塔接地电阻 提高线路击杆的耐雷水平、防止反击的有效措施。 一般需另加人工接地装置。,（3）架设耦合地线 具有一定的分流作用 提高导线与避雷线之间的耦合系数,30,（4）不平衡绝缘 同塔双回或以上线路。 使一回路的绝缘子片数少于另一回路的三相，闪络后相当于避雷线，降低了其他回路导线电位。,（5）自动重合闸 由于线路绝缘具有自

9、恢复功能。 我国110kV及以上线路重合闸成功率高达75%95%。,31,（6）消弧线圈接地 用于中性点不直接接地的线路，减小故障接地点的单相接地电流，促进接地电弧熄灭。雷击跳闸率大约可以降低1/3左右。,（7）加强绝缘 增加绝缘子片数，用于重要线路段，如大跨越高杆塔上使用。,32,（8）安装线路避雷器 能免除线路绝缘的冲击闪络，并能使建弧率降为零。 一般用复合外套氧化锌避雷器。,针对雷害事故形成的四个阶段，现代输电线路在采取防雷保护措施时，要做到“四道防线”，即： 1防直击，就是使输电线路不受直击雷。采取的措施是沿线路装设避雷线。 2防闪络，就是使输电线路受雷后绝缘不发生闪络。采取的措施是加

10、强线路绝缘、降低杆塔的接地电阻、在导线下方架设耦合地线等。 3防建弧，就是使输电线路发生闪络后不建立稳定的工频电弧。采取的措施是系统采用消弧线圈接地方式、在线路上安装线路避雷器等。 4防停电，就是使输电线路建立工频电弧后不中断电力供应。采取的措施是装设自动重合闸、双回路线路采用不平衡绝缘方式等。,输电线路的防雷措施,本 章 小 结,衡量输电线路防雷性能的重要指标是耐雷水平和雷击跳闸率。 输电线路上出现的雷电过电压有感应雷过电压和直击雷过电压两种。 当雷击线路附近大地或线路杆塔时，由于雷电通道周围空间电磁场的急剧变化，会在导线上产生感应雷过电压。 雷击线路附近大地时，在导线上产生感应雷过电压与雷

11、电流幅值、导线悬挂高度成正比，与雷击点距导线的距离成反比，过电压幅值一般不超过300400kV。 雷击杆塔时，塔顶电位由塔身电感和接地电阻上压降两部分构成：导线电位由感应分量和耦合分量组成；耐雷水平I1与线路绝缘水平U50%、杆塔冲击接地电阻Ri、耦合系数k等因素有关。,雷绕击导线时，导线电位高，极易引起冲击闪络。 输电线路设计时，避雷线与导线间的空气距离足够大，不会发生避雷线对导线的冲击闪络。 对有避雷线的输电线路，雷击跳闸共经历雷击线路、线路绝缘发生冲击闪络、在冲击闪络的弧道上建立稳定的工频电弧、继电保护动作跳闸四个过程。 为了降低输电线路的雷击跳闸率，保证系统安全连续供电，可因地制宜地采

12、取合理的线路防雷保护措施。,Thanks for your attention！,例：一条平原地区的220kV线路，杆塔线路尺寸如图所示。绝缘子串由13片X-7组成，其正、负极性U50%为1410kV和1650kV，保护角 = 16.5 杆塔冲击接地电阻 Ri = 7，避雷线半径rg=5.5mm，避雷线弧垂fg = 7m ，导线弧垂fc = 12m。求该线路的耐雷水平和雷击跳闸率。,详细解答：,（1）避雷线的平均高度为：,（2）导线的平均高度为：,（3）外侧导线所受的过电压较中间导线严重，取外侧导线作为计算条件。双避雷线对外侧导线的耦合系数为：,（4）查表得电晕修正系数k1=1.25，则校正后的耦合系数为：,输电线路的