第10章 输电线路的防雷-2014

1、高电压工程基础高电压工程基础 施围 邱毓昌 张乔根（西安交通大学）编著 王倩（西安理工大学）制作 第10章 输电线路的防雷保护 10.1 输电线路防雷的原则和措施 10.2 线路感应雷过电压 10.3 输电线路的直击雷过电压 10.4 输电线路雷击跳闸率的计算 高电压工程基础 高电压工程基础 10.1 输电线路防雷的原则和措施输电线路防雷的原则和措施 雷击线路 附近地面 雷击 塔顶 雷击档距中央 的避雷线 雷击 导线 输电线路防雷的任务：输电线路防雷的任务： 采用技术上与经济上的合理措施，使系统雷害降低到运行 部门能够接受的程度，保证系统安全可靠运行。 感应雷过电压 直击雷过电压 高电压工程基

2、础 输电线路防雷的措施（输电线路防雷的措施（“四道防线四道防线”）：）： 防止雷直击导线 沿线架设避雷线，有时还要装避雷针与其配合 (2) 防止雷击塔顶或避雷线后引起绝缘闪络 降低杆塔的接地电阻，增大耦合系数，适当加强线路绝缘， 在个别杆塔上采用避雷器等 (3) 防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧 适当增加绝缘子片数，减少绝缘子串上工频电场强度，电 网中采用不接地或经消弧线圈接地方式 (4) 防止线路中断供电 采用自动重合闸，或双回路、环网供电等措施 高电压工程基础 衡量输电线路防雷性能的两个指标：衡量输电线路防雷性能的两个指标： 耐雷水平（单位：kA） 雷击线路不致引起绝缘闪络的最大雷电流幅

3、值，称为 线路的耐雷水平。线路的耐雷水平愈高，线路绝缘发生闪 络的机会就愈小。 雷击跳闸率（单位：次/ l00km40雷电日） 雷击跳闸率是指折算为统一的条件下，因雷击而引起 的线路跳闸的次数。此统一条件规定为每年 40 个雷电日 和 l00km 的线路长度。 高电压工程基础 10.2 线路感应雷过电压线路感应雷过电压 静电场突然消失静电场突然消失静电分量静电分量 主放电产生脉冲磁场主放电产生脉冲磁场静电分量静电分量 高电压工程基础 无避雷线时的感应雷过电压无避雷线时的感应雷过电压 实测表明，感应过电压峰值最大可达300 400kV。这 对35kV及以下的水泥杆线路可能引起闪络事故；110kV

4、及 以上的线路，由于绝缘水平较高，一般不会引起闪络事故， 且感应过电压同时存在于三相导线上，故相间不存在电位 差，只能引起对地闪络。 感应过电压系数，kV/m，其值等于以kA/s为单位的雷电流平 均陡度值，即 = I / 2.6。 hd 导线平均高度，m。 雷击线路附近地面： d 25 Ih U s 雷击杆塔或线路附近避雷线： d Uh 高电压工程基础 有避雷线时的感应雷过电压有避雷线时的感应雷过电压 cc (1)UUK UK U Kc 为避雷线与导线之间的耦合系数。如前所述，其值 只决定于导线间的相互位置与几何尺寸。线间距离越近， 则耦合系数 Kc 愈大，导线上感应过电压愈低。 避雷线在导线

5、上 耦合出来的电压 高电压工程基础 10.3 输电线路的直击雷过电压输电线路的直击雷过电压 无避雷线时的直击雷过电压无避雷线时的直击雷过电压 雷击点电压：100 2 24 A I ZIZ UI 输电线耐雷水平： 50% 100 U I 1. 雷击导线的过电压及耐雷水平雷击导线的过电压及耐雷水平 高电压工程基础 塔顶电位： chgtchgt d (/2.6) d I UIRLI RL t 导线电位： dd 2.6 I Uhh 绝缘子承受电压塔顶电位导线电位 jchgtd ()(/2.6/2.6)UUUI RLh 耐雷水平： 50% chgtd /2.6/2.6 U I RLh 2. 雷击塔顶时的

6、过电压及耐雷水平雷击塔顶时的过电压及耐雷水平 高电压工程基础 有避雷线时的直击雷过电压有避雷线时的直击雷过电压 1. 雷绕过避雷线击于导线的过电压及耐雷水平雷绕过避雷线击于导线的过电压及耐雷水平 雷击点电压：100 2 24 A I ZIZ UI 输电线耐雷水平： 50% 100 U I 此时，避雷线只起到降低 绕击率的作用： 平原线路： a lg3.90 86 h p 山区线路： a lg3.35 86 h p 高电压工程基础 2. 雷击塔顶时的过电压及耐雷水平雷击塔顶时的过电压及耐雷水平 塔顶电位： gtgchgtggchgt d (/2.6) d i uiRLI RL t 导线电位： c

7、gtcgchgtdc cgchgtdc (/2.6)(1) (/2.6)(1) 2.6 K UKI RLhK I KI RLhK g (1)i gi 绝缘子承受电压： jgchgtcdc (/2.6)(1)(1) 2.6 I UI KLKhK gchggtdc (/2.6/2.6)(1)IRLhK 输电线路耐雷水平： 50% cgchgtd (1)(/2.6)/2.6 U I KRLh 高电压工程基础 分流系数：分流系数： chggtgbg d()/dRtLLttt 额定电压 (kV)110220330500 单避雷线0.900.92 双避雷线0.860.880.880.865 0.822 g

8、 gt ch bb 1 1 L R t LL g gt ch bb 1 11.3 L R LL t 取 0 2.6 s的平均值 高电压工程基础 3. 雷击避雷线档距中央的过电压及空气间隙雷击避雷线档距中央的过电压及空气间隙 (0.0121)slm Ass 1d1 2d2 I ULL t sAcsc 1 (1)(1) 2 UUKLK 电力系统多年的运行经验表明，间距只要满足上式要求， 雷击档距中央避雷线时，导线与避雷线间一般不会发生闪络。 所以，在计算雷击跳闸率时，不计及这种情况。 高电压工程基础 10.4 输电线路雷击跳闸率的计算输电线路雷击跳闸率的计算 根据模拟试验和运行经验，一般高度线路的

9、避雷线和导 线对地面的遮蔽宽度取4hd + b，hd是上导线的平均高度，b为 避雷线之间的宽度，这样 ，l00km输电线路对地面的遮蔽面积， 或受雷害面积（km2）为： 3 dd (4) 101000.1(4)Ahbhb 地面落雷密度为 0.07，如果取每年40个雷暴日作为标准 值，每年l00km输电线路受到的雷击次数（次次/ (100km40雷雷 电日电日)）为： d 0.28(4)Nhb 2da2 0.28(4)nhb pp 高电压工程基础 反击跳闸率反击跳闸率n1（次次/ 100km40雷电日雷电日 ） 1d1 0 .2 8 (4)nhbgp 雷击次数击杆率建弧率 雷电流幅值 大于雷击塔

10、 顶的耐雷水 平 I1 的概率 绕击跳闸率绕击跳闸率n2（次次/ 100km40雷电日雷电日 ） 雷击次数绕击率建弧率 雷电流幅值 大于雷绕击 的耐雷水平 I2 的概率 高电压工程基础 12d1a2 0.28(4) ()nnnhbgpp p 电压等级（kV）500330220110 雷击杆塔时耐雷水 平（kA） 125 175100 15075 11040 75 平原跳闸率 （次/百公里年） 0.0810.1210.2520.833 山区跳闸率 （次/百公里年） 0.17 0.420.27 0.600.43 0.951.18 2.01 架空输电线路典型杆塔的耐雷水平及雷击跳闸率 运行经验表明：

11、随电压等级的提高，由于线路耐受反击 能力大大提高，使得绕击在线路雷击跳闸中比例加大。 注意： 按照规程法计算330kV及以上电压等级的雷击跳闸率存在 类似的问题。基于此，出现了“绕击的电气几何模型”（又 称“等击距”模型）。 尽管该模型与实验之间存在一定的差异，但是可以很好 地解释线路“绕击”率增加的问题。 高电压工程基础 例10-1 某 220kV 线路，假定杆塔冲击接地电阻 Rch = 7，绝缘 串由 13 片 X-7组成。其正极性冲击放电电压 U50% 为 1410kV， 负极性冲击放电电压 U50% 为 1560kV。架设双避雷线，避雷线 弧垂为 7m ，导线弧垂为 12m ，避雷线半径为 5.5mm 。求该线 路的耐雷水平及雷电跳闸率。 解：1计算几何参数 （l）避雷线与导线的平均高度 bpbb 22 29.1724.5 33 hhf dpdd 22 23.41215.4 33 hhf （2）避雷线对外侧导线的耦合系数 c0c1c0 1.25 0.2290.286KK K gt 0.5 29.114.5L （3）杆塔电感 Lgt 高电压工程基础 2雷击塔顶时分流系数查表 g 0.88 3雷击塔顶时的耐雷水平 I1 50% 1 gchgtdpc 116 (/2.6)/2.6(1) U I RLhK 1 4.8%p 5计算绕击耐雷水平I2 2 15.6I 4雷电流