输电线路防雷保护

1、输电线路的雷闪过电压及其防护,衡量指标：耐雷水平和雷击跳闸率,耐雷水平：雷击线路时，线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值。 雷击跳闸率：每100km线路每年由雷击引起的线路跳闸次数,防雷的原则及措施：防止雷击导线 防止避雷线受雷击后引绝缘闪络 防止雷击闪络后建立工频短路电弧防止线路中断供电,一、输电线路的感应雷击过电压,1、无避雷线时 当雷击点离开线路的距离大于米时，导线上的感应雷过电压最大值按下式计算,感应电压一般不超过500kV，对35kV及其以下的水泥杆线路可能会引起闪络事故，对110kV及其以上线路，由于线路绝缘水平较高，所以一般不会引起闪络事故,二、有避雷线时,K为避雷线与导线间的耦合

2、系数，线间距离愈近，耦合系数K就愈大。 由于避雷线的屏蔽作用，可使导线上的感应电压降低,三、雷击线路杆塔 Ugd=ahd a为感应过电压系数，kV/m，数值为IL/2.6 有避雷线时,二、输电线路的直击雷过电压 1、雷直击导线时的过电压 作用于线路绝缘上的电压最大值Ug=100I。 用绝缘的50%冲击闪络电压U50%代替Ug，那么IL就能代表引起绝缘闪络的雷电流幅值，通常称为线路在这情况下的耐雷水平。：IL= U50%/100 绕击率： 对平原地区： 对山区地区： 山区的绕击率为平原的3倍，或保护角增大80 减少绕击率：减小保护角，降低杆塔高度,2、雷击杆顶时的过电压 雷击杆顶的耐雷水平,绕击

3、率：雷电绕过避雷装置而击于被保护物体的现象，规程推荐的保护范围是对应0.1%绕击率而言,三、输电线路的防雷措施 1、310kV线路防雷保护 不架设避雷线，可利用水泥杆的自然接地，为提高供电可靠性可投入自动重合闸。在雷电特别强烈地区可因地制宜采用高一电压等级的绝缘子，或顶相用针式两边改用两片悬式绝缘子，也用采用瓷横担，以提高线路的绝缘水平。对特殊用户应用用环形供电或不同杆双回路供电，必要时改为电缆供电,2、35kV线路防雷保护 一般不装设避雷线，进变电站（电站）12km设置避雷线为进线段保护。采用小接地系统运行，若线路长电容电流大则 经消弧线圈接地。装设自动重合闸，环网供电,3、110500kV

4、线路防雷保护 110kV线路一般沿全线架设避雷线，在雷电活动特别强烈地区，宜架设双避雷线，其保护角取200；在少雷区或运行经验证明雷电活动轻微的地区，可不全线架设避雷线，但应装设自动重合闸装置,习题：某厂有两个原油罐，一个高为12米、直径为6米，另一个高10米、直径10米，两油罐的净距为16米。试设计采用单支避雷针保护的最佳方案，并绘出避雷针的平面保护范围,习题：某变电站内有两根等高避雷针，高度为25米、针间距离为45米。某被保护物位于两针之间，被保护物高度为11米。试计算避雷针在被保护物高度水平面上的保护范围,发电厂、变电所的防雷,发电厂、变电所的雷害事故来源： 一是雷击于发电厂、变电所的导

5、线或设备。防护措施是采用避雷针或避雷线 二是雷击线路后沿线路向发电厂、变电所传来的雷电波。防护措施是装设氧化锌避雷器，以限制流过避雷器的雷电流和限制入侵雷电波的陡度,一、直击雷保护 原则：所有的被保护设备均应处于避雷针的保护范围之内，以免遭受雷击。当雷击避雷针时，雷电流通过避雷针入地，使避雷针对地电位升高，此时应防止避雷针至被保护设备发生反击,二、变电所的进线保护,如无避雷线，当雷击于变电所附近线路的导线上时，沿线路入侵流经避雷器的雷电流可能超过5kA，且陡度也可能超过允许值，因此在靠近变电所的一段进线上，必须装设避雷线，称为进线段保护,三、三绕组变压器和自耦变压器的雷闪过电压保护,三绕组变压

6、器的保护 一般在低压绕组任一相的直接出口处加装一只避雷器,2、自耦变压器的防雷保护 考虑各种运行方式下：如高低绕组运行，中压开路，这时中压侧套管与断路器之间装设一组避雷器。高压侧开路时，中压侧来波，高压侧感应kU电压，这时高压侧套管与断路器之间也应加装一组避雷器,3、变压器中性点保护 三相同时进波时，中性点不接地的变压器中性点电位可能达到绕组端电压的2倍，所以中性点需保护。 110kV及上变压器中性点加装Y1W或Y1.5W系列的氧化锌避雷器保护中性点绝缘,4、配变变压器的防雷保护 三点共同接地：避雷器的接地引下线、配变外壳、低压绕组的中性点连接在一起。 逆变换，解决方法：低压侧某一相装设一只避

7、雷器,四、旋转电机的防雷保护 直接与架空线相连的旋转电机称为直配电机,1、旋转电机防雷保护的特点 电机的绝缘裕度小：为了保护匝间绝缘，必须将入侵波陡度限制在5kV/S以下；60000kW以上的发电机不允许与架空线直接要连。 作用电压类型：一是与电机相连的线路上的感应雷过电压；二是雷直接击于与电机相连的架空线而引起的过电压,2、防雷措施 1）在每台发电机出线的母线处装设一组电站型氧化锌避雷器，以限制侵入波幅值 2）在发电机电压母线上装设电容器，以限制侵入波陡度，从而保护电机匝间绝缘及中性点绝缘，同时降低了感应过电压。 3）进线段保护,电力系统内部过电压及其限制措施,内部过电压：由于断路器的操作或

8、故障，使系统参数发生变化，引起电磁能量的转化或传递，在系统中出出过电压，这种过电压称为内部过电压。 一般持续时间在0.1S内的过电压称为操作过电压，持续时间长的过电压则称为暂时过电压 。 能量来源：电网本身,5.1电力系统工频过电压,什么叫工频过电压：指频率为工频或接近工频时，电压升高可能在正常或故障时产生，幅值超过最大工作相电压，持续时间的变化范围很大。 影响： 1）伴随着工频电压升高而同时发生的操作过电压却会达到很高的幅值，所以工频电压升高将直接影响操作过电压的幅值。 2）工频电压升高是决定保护电器工作条件的重要因素。 3）工频电压升高使断路器操作时流过其并联电阻的电流增大。 4）工频电压

9、升高持续时间长,常见类型：空载线路电容效应引起的电压升高； 不对称短路时正常相上的工频电压升高 甩负荷引起发电机加速而产生的电压升高,一、空载线路电容效应引起的电压升高 电容效应：在无负载电流的情况下，回路中流过容性电流，于是线路末端将有较大的电压升高。 即空载线路末端电压恒比首端电压高，且线路越长，末端电压越高，这种现象称为长输电线路的电容效应，又称为费兰梯效应 双电源的线路中，合闸时电源容量大的一侧先合闸，从电源容量小的一侧先分闸,二、不对称短路引起的工频电压升高 对于中性点不接地系统，当单相接地时，健全相的工频电压升高约为线电压的1.1倍，因此，在选择避雷器时，灭弧电压取110%的线电压

10、，称为110%避雷器 对中性点经消弧线圈接地系统在过补偿时，单相接地时健全相上电压接近线电压，因此在选择避雷器灭弧电压时，取100%的线电压，称为100%避雷器 对中性点直接接地系统单相故障接地时，健全相电压约为0.8倍线电压，对于该系统避雷器的最大灭弧电压取为最大线电压的80%，称为80%避雷器,三、甩负荷时引起的工频电压升高,四、工频电压升高的限制措施 1、利用并联电抗器补偿空载线路的电容效应 2、利用静止补偿装置（SVC)限制工频过电压 3、采用良导体地线降低输电线路的零序阻抗,电力系统的操作过电压,操作过电压：是由系统中断路器操作中各种故障产生的过渡过程引起的。 特点：幅值高、存在高频

11、振荡、强阻尼、持续时间短的特点。 常见类型：空载线路合闸过电压、切空载线路过电压、切空载变压器过电压及中性点不接地系统弧光接地过电压,一、空闸线路合闸过电压及其限制措施 、计划合闸 合闸瞬间电源通过电感向电容充电，充电过程是无阻尼的振荡过程。振荡频率 。 电容上电压值为,最严重情况：E值为最大值。当t=/0时，为2Emax,2、自动重合闸 最严重情况：重合闸时电源电压恰好与线路残余电压反极性，并且为峰值Em，则重合闸时的过渡过程中最大过电压为,3、影响因素 1）合闸相位 2）残余电荷 3）断路器合闸的不同期 4）回路耗损 5）电容效应,4、限制过电压的措施 1）降低工频电压升高 2）断路器触头

12、并联电阻 3）消除线路上的残余电荷 4）装设避雷器,二、切除空载线路过电压及其限制措施 主要原因：电弧重燃 影响因素：断路器的性能、电网中性点的运行方式 、接线方式的影响、电晕的影响、线路侧的电磁式电压互感器 限制措施：选用灭弧能力强的快速断路器 采用带 并联电阻的断路器,三、切除空载变压器过电压 原因：开关突然截断了电感中的电流 截流电压最大值为： ZT为变压器的特性阻抗 影响因素：断路器的性能、变压器的特性阻抗 限制的措施：在变压器的任一侧装设一组普通阀式避雷器,四、弧光接地过电压及其限制措施 电弧接地过电压：中性点不接地的电网，如果发生单相金属性接地，将引起健全相的电压升高到线电压。如果

13、单相通过不稳定的电弧接地，即接地点的电弧间歇性熄灭和重燃，则在电网健全相和故障相上都会产生过电压,1、电弧接地过电压发展的物理过程 建全相的最大过电压为-3.5U，故障相最大过电压为2U。在实际情况下，由于过渡过程的衰减、残余电荷的泄漏以相间电容的限压作用，燃弧相位不等等原因，过电压值应低些,2、限制过电压的措施 产生原因：电网产生间歇性电弧，中性点有电位偏移。 解决方法：将中性点直接接地，使发生单相接地故障时形成单相短路电流，将线路断开，待故障消除后恢复供电流。 中性点采用经消弧线圈接地 消弧线圈的基本作用：1）补偿流过故障点的短路电流，使电弧自行熄灭，系统自行恢复正常工作状态。 2）降低故

14、障相上的恢复电压上升速度，减小电弧重燃的可能性。 补偿方式：过补偿,5.3 电力系统谐振过电压,谐振：振荡系统中的一种周期性的或准周期性的运行状态，其特征是某一个或几个谐波幅值的急剧上升。 特点：是一种稳态现象，不仅会在操作或事故的过渡过程中产生，而且还可能在过渡过程结束后较长时间内稳定存在，直到发生新的操作，谐振条件受到破坏为止，持续时间长，后果严重。 类型：线性谐振、铁磁谐振、参数谐振,一、线性谐振 特点：电路中的参数是常数，不随电压或电流的变化而变化,当自振频率与电源频率相等时，回路的感抗等于容抗时出现线性谐振，此时过电压最大，其电压倍数,自振频率,解决方法：在设计或运行时避开谐振范围,

15、二、参数谐振过电压 特点：系统中某些元件的电感参数在外界因素的影响下发生周期性变化。当接有电容性负载，参数配合不当，就可能发生参数谐振。 1）谐振所需的能量由改变参数的原动机供给，不需要单独的电源；同时只要回路中具有某些残余的电场或磁场能量，就足以使谐振的发生和发展。 2）实际电网中存在一定的电阻，因此要求每次变化所引入的能量必须足够大，才能在补偿电阻能量损耗外，还使回路中的储能愈积愈多，促使谐振的进一步发展,影响：威胁电气设备的绝缘和损坏避雷器，而且使电机与其他电源不能实现并列运行。 解决方法：发电机投入运行之前，进行自激校核,三、铁磁谐振过电压 特点：电力系统的振荡回路中，由于铁芯电感的磁

16、路饱和引起本身电感值发生变化，因而激发起持续性的较高幅值的铁磁谐振过电压。可以是基波、高次谐波谐振，也可是分次谐波谐振,影响：单相、两相或三相对地电压升高，或低频摆动引起避雷器爆炸。也可能产生高值零序电压分量，出现虚幻接地和不正确的接地指示，或在电压互感器上产生过电流，引起FU熔断等现象,产生谐振的必要条件,只有满足以上条件，伏安特性曲线UL和UC才有可能相交。即：当满足以上条件在电感未饱和时电路的自振频率低于电源频率,当谐振时线圈中的电流增加，电感值下降，使回路自振频率正好等于或接近电源频率。回路中元件的压降和电源电势平衡的条件可得,在一定的电势E作用下，可能有三个平衡点,据分析：铁磁谐振回

17、路在稳态时可能有两个稳定的工作状态： 1、非谐振工作状态a1点，回路中的ULUC，整个回路属于电感性的，这时作用在电感和电容上的电压都不高，不会产生过电压。 2、谐振工作状态a3点，这时ULUC，回路是电容性的，此时不仅回路电流较大，而且在电容和电感上都会发生较大的过电压,当存在两个工作点时，若电源电势没有扰动，则只能处在a1点为建立起稳定的谐振点，回路必须经过强烈的过渡过程，如电源突然合闸等。这种需要经过过渡过程来建立谐振的现象称为铁磁谐振的激发,存在现象：当电势E由零逐渐增加时，回路的工作点将由O点逐渐上升到m点，然后突变到n点，回路电流将由感性突变成容性，这种回路电流相位发生1800的突

18、变称为相位反倾现象，同时回路电流及电容和电感上的电压将突然的大幅度的提高,特点：1)对铁磁谐振电路，在相同的电源电势作用下，回路可能有不只一种稳定的工作状态。 2)非线性铁磁特性是产生铁磁谐振的根本原因，但铁磁元件饱和效应本身也限制了过电压的幅值。 3)谐振的必要条件是：电感和电容的伏安特性曲线有交点，即,4)由于谐振回路的电感不是常数，在同样的回路中即可产生谐振频率等于电源频率的基波振荡，也可能产生倍频谐振和分频谐振，具有各谐波的可能性,解决办法： 1)选择励磁特性好的电压互感器或改用电容式电压互感器。 2)在电压互感器开口三角,形绕组中短时接入阻尼电阻，或在电压互感器一次绕组中性点接入电阻以阻尼振荡。 3)可在10kV及以下电压等级母线上装设一组三相对地电容器，或利用电缆代替架空