输电线路防雷保护

1、相关规程与手册：相关规程与手册： u交流电气装置的过电压保护和绝缘配合u交流电气装置的接地u220500kv变电所设计技术规程u导体和电器选择设计技术规定u110750kv架空输电线路设计技术规程u电力工程高压送电线路设计手册u电气工程电气设计手册，一次部分13耐雷水平：耐雷水平：雷击线路但不至引起绝缘闪络的最大雷电流雷击线路但不至引起绝缘闪络的最大雷电流峰值峰值(ka)(ka)。第九章第九章 输电线路的防雷保护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雷击跳闸占电网总事故的比例有时可达60%以上。以上。 雷击跳闸事故过程：雷击跳闸事故过程：（1）线路绝缘闪络；）线路绝缘闪络；（2

2、）形成工频电弧，跳闸；）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。）跳闸后线路绝缘不能恢复，则发生停电。4表表1 19841995年十年间俄罗斯年十年间俄罗斯500kv1150kv线路线路按照跳闸率原因分类运行数据（节选）按照跳闸率原因分类运行数据（节选）跳闸原因跳闸原因500kv线路线路750kv线路线路1150kv稳定稳定跳闸数跳闸数合计合计稳定稳定跳闸数跳闸数合计合计稳定稳定跳闸数跳闸数合计合计雷电引起雷电引起的跳闸的跳闸17 (12.23%)67(17.49%)1 (5.26%)9 (23.07%)6(75.0%)16(84.21%)其它原因其它原因引起的引起的跳闸

3、跳闸122 (87.77%)316 (82.51%)18 (94.74%)30 (76.93%)2(25.0%)3(15.79%)合计合计139 (100%)383 (100%)19 (100%)39 (100%)8 (100%)19 (100%)5感应雷击中杆塔雷绕过避雷线击中导线雷击中避雷线lr反击引起的闪络直击雷和感应雷6雷 云+雷云发出的下行先导，其中有大量负电荷下行先导负电荷在导线上感应出束缚电荷，极性为正9.1 9.1 输电线路感应雷过电压输电线路感应雷过电压一一 、雷击线路附近大地时、雷击线路附近大地时7雷 云+导线上束缚电荷失去束缚开始向两侧自由流动，其电流在导线波阻抗上形成过

4、电压主放电发生后下行先导中负电荷全部被中和 静电分量：与极性相反静电分量：与极性相反 电磁分量：相互垂直，较小电磁分量：相互垂直，较小25(65)ldgihukvsms 8（2 2）实际避雷线电位为）实际避雷线电位为0 0，可看成避雷线上存在，可看成避雷线上存在u ugbgb的电压，的电压，耦合作用下导线感应电位为耦合作用下导线感应电位为k k0 0u ugbgb的，所以总感应的对地电压的，所以总感应的对地电压shiudlgd 25shiublgb 25gddbgbuhhu000(1)(1)bgdgdgbgdgddhuuk uukukh 避雷线的影响（1）若避雷线不接地）若避雷线不接地9u电磁

5、分量增大，计算方法尚有争论。电磁分量增大，计算方法尚有争论。行业标准建议，（行业标准建议，（1 1）无避雷线时，导线感应过电压最大值）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，由于其屏蔽效应有避雷线时，由于其屏蔽效应(40 )gddduahhm0(1)gdduahk 二二. 雷击杆塔时导线上的感应过电压雷击杆塔时导线上的感应过电压 一般不超过一般不超过500kv，仅对，仅对35kv及以下线路的绝缘有一定及以下线路的绝缘有一定威胁（雷电耐受水平为威胁（雷电耐受水平为350kv）。）。109. 2 9. 2 输电线路的直击雷过电压和耐雷水平

6、输电线路的直击雷过电压和耐雷水平11避雷线根数避雷线根数12平平 原原山山 区区1/41/31/61/4一、雷击杆塔时的反击过电压一、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 g12chrchrgtlgtigtibl2bl22bi2bililiblbigtl lgtii()gttdchgtgtlch lgtdiurildtdir ildt 2.6lldiiadt()tdchlgtur ial hdhdchlhdchlgtgthur ialr ialh13导线总电位幅值：0(1)bdtdddhukuahkh 避雷线与塔顶电位避雷线与塔顶电位utd相等相等 避

7、雷线与导线间的耦合，导线电位（同避雷线与导线间的耦合，导线电位（同极性）极性）k0utd 雷击杆塔时，导线上产生反极性的感应雷击杆塔时，导线上产生反极性的感应电位电位ahd(1-k0)14（三）（三）工程中工程中对于对于220kv及以下线路，工作电压值所占比例不大，可以忽及以下线路，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，则不可忽略。略不计。但对超高压线路而言，则不可忽略。 6 . 2lia ddbgtgthdlchdhdjahhhkalkhhirkuuu01)1 (6 . 216 . 2)1 (0ddbgtgthdchljhhhklkhhrkiu15 uj大于绝缘子串冲击闪

8、络电压时，绝缘子串将发生闪络；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。为正极性时（负极性雷）的值较低。 雷击杆塔耐雷水平：雷击杆塔耐雷水平： 远离避雷线的导线，耦合系数小，易发生反击，最远离避雷线的导线，耦合系数小，易发生反击，最具危险性。具危险性。6 . 216 . 2)1 (0%501ddbgtgthdchhhhklkhhrkui16二、雷击避雷线挡距中央时的过电压二、雷击避雷线挡距中央时的过电压避雷线的半径较小，产生强烈的避雷线的半径较小，产生强烈的电晕电晕；衰减很快，当；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，过电压波

9、传播到杆塔时，已不足以使绝缘子串击穿，因此因此通常只需考虑雷击点避雷线对导线的反击问题。通常只需考虑雷击点避雷线对导线的反击问题。 bzl2asbz0zil17u在反射波到达之前，可用彼得逊等值电路计算。在反射波到达之前，可用彼得逊等值电路计算。0ziaau2bz00l00222bbabbzzz zuiizzzz 最高电位时间点bbvlvlt22取斜角波头i=at ，避雷线最高电位bbbazzzzvlau002)1 (200kzzzzlaubbbs间隙电压18我国规程建议我国规程建议绕击概率绕击概率：（一）绕击概率（一）绕击概率9 . 386lggthp35. 386lggthp19（二）绕击

10、耐雷水平（二）绕击耐雷水平200dazzziidddaazzzziziu0022ddlazzzziu002ddzzzzui00%5022我国技术规程建议我国技术规程建议zd2z01004%50%502uzuid20 线路电压等级/kv35110220330500反击（击杆）耐雷水平/ka20-3040-7575-110110-150 125-175绕击耐雷水平/ka3.571216.4521.38u50%/kv350700120016452138219. 3 9. 3 输电线路的雷击跳闸率输电线路的雷击跳闸率线路雷击跳闸的两个条件：线路雷击跳闸的两个条件：1雷电流超过耐雷水平雷电流超过耐雷水平

11、2冲击电弧转换为稳定的工频电弧冲击电弧转换为稳定的工频电弧一、建弧率一、建弧率- - 冲击闪络转化成稳定的工频电弧概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电场强度和去游离条件有关0.754.514%e e为绝缘子串的平均运行电压梯度，kv/mn1u3el 对于中性点有效接地的系统：对于中性点非有效接地的系统：n12u2ell 22二、有避雷线线路的雷击跳闸率二、有避雷线线路的雷击跳闸率1 雷击杆塔时的跳闸率雷击杆塔时的跳闸率 每100km线路每年的遭受雷击的次数为：blb(4)1000.28(4)1000bhntbh 次/100km年 击中杆塔引起的跳闸次数：1l

12、1nn gp 2 雷绕击导线时的跳闸率雷绕击导线时的跳闸率2l2nn p p 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 线路总跳闸率线路总跳闸率)(2121ppgpnnnnl23标称电压标称电压 kv500330220110杆塔型式杆塔型式保护角保护角142016.525避雷线数量避雷线数量双双双单单杆塔绝缘杆塔绝缘绝 缘 子 个数25xp216019xp110013x707x70u50%（正极性）kv213816451200700档距长度档距长度 m400400400300冲击接地电阻（冲击接地电阻（ ）715715

13、715715雷击杆塔耐雷水平雷击杆塔耐雷水平ka177125155105110766341建弧率建弧率100%100%91.8%85%平原线路平原线路绕击率0.112%0.238%0.144%0.238%击杆率1/61/61/61/4跳闸率0.0810.120.250.83绕击率0.40%0.84%0.5%0.82%24例题：例题：平原地区一条平原地区一条220kv220kv线路，绝缘子串线路，绝缘子串1313片，正极性片，正极性50%50%放电电压为放电电压为1410kv1410kv；杆塔冲击接地电阻为；杆塔冲击接地电阻为7 7 ，避雷线半径为，避雷线半径为5.5mm5.5mm，弧垂，弧垂7

14、m7m，导线弧垂导线弧垂12m12m。求该线路的耐雷水平和雷击跳闸率。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mfhbb5 .247321 .29321 .29导线的平均高度mfhdd4 .1512324 .23324 .23避雷线1、2对导线3的几何耦合系数为：229. 0ln602ln60ln60ln60121223231313121123130ddrhddddzzzzkbb25例题：例题：经冲击电晕修正后：286. 025. 10kk（2） 查表，求等值电感和分流系数hlgt5 .141 .295 . 088. 0(3) 耐雷水平雷击塔顶的反击耐雷水平：绕击

15、引起的过电压：（4） 雷电流超过耐雷水平的概率88lgipi1p15.6；i2p273.11120025.614.524.515.4(1 0.296) 0.88 70.2960.881 0.23729.12.615.42.6110.2kai 2120012ka100i 26例题：例题：(5) 落雷次数、绕击率、击杆率和建弧率保护角1.7arctan16.65.7平原地区 山区%144. 0p%5 . 0p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：10.28 (11.64 24.5) 80%5.6%0.144% 73.1%0.25/100km6n 年山区：

16、10.28 (11.64 24.5) 80%5.6%0.5% 73.1%0.43/100km4n 年279. 4 9. 4 输电线路的防雷措施输电线路的防雷措施雷害事故的发展过程及防护措施雷害事故的发展过程及防护措施（1 1） 架设避雷线：架设避雷线：最基本防雷措施u防止雷直击导线。u分流作用，减小流入杆塔电流，使塔顶电位降低；u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u提高线路击杆的耐雷水平、防止反击的有效措施。u一

17、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u提高导线与避雷线之间的耦合系数30（4）不平衡绝缘u同塔双回或以上线路。u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u由于线路绝缘具有自恢复功能。u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u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u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u能免除线路绝缘的冲击闪络，并能使建弧率降为零。u

18、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，要做到保护措施时，要做到“四道防线四道防线”，即：，即： 1防直击防直击，就是使输电线路不受直击雷。采取的措施是，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。沿线路装设避雷线。 2防闪络防闪络，就是使输电线路受雷后绝缘不发生闪络。采，就是使输电线路受雷后绝缘不发生闪络。采取的措施是加强线路绝缘、降低杆塔的接地电阻、在导线下方取的措施是加强线路绝缘、降低杆塔的接地电阻、在导线下方架设耦合地线等。架设耦合地线等。 3防建弧防建弧，就是使输电线路发生

19、闪络后不建立稳定的工，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。安装线路避雷器等。 4防停电防停电，就是使输电线路建立工频电弧后不中断电力，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。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衡量输电线路防雷性能的重要指标是耐雷水平耐雷水平和和雷击跳闸率雷击跳闸率。 输电线路上出现的雷电过电压

20、有输电线路上出现的雷电过电压有感应雷过电压感应雷过电压和和直击雷过电直击雷过电压压两种。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。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击线路附近大地时，在导线上产生感应雷过电压与雷电流雷电流幅值、导线悬挂高度成正比幅值、导线悬挂高度成正比，与，与雷击点距导线的距离成反比雷击点距导线的距离成反比，过电压幅值一般不超过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

21、电阻上压降两部分雷击杆塔时，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；耐雷水平构成：导线电位由感应分量和耦合分量组成；耐雷水平i1与与线路绝缘水平线路绝缘水平u50%、杆塔冲击接地电阻、杆塔冲击接地电阻ri、耦合系数、耦合系数k等因等因素有关。素有关。 雷绕击导线时，导线电位高，极易引起冲击闪络。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。会发生避雷线对导线的冲击闪络。 对有避雷线的输电线路，雷击跳闸共经历对有避雷线的输电线路

22、，雷击跳闸共经历雷击线路雷击线路、线路线路绝缘发生冲击闪络绝缘发生冲击闪络、在冲击闪络的弧道上、在冲击闪络的弧道上建立稳定的工频建立稳定的工频电弧电弧、继电保护动作跳闸继电保护动作跳闸四个过程。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，为了降低输电线路的雷击跳闸率，保证系统安全连续供电，可因地制宜地采取合理的线路防雷保护措施。可因地制宜地采取合理的线路防雷保护措施。thanks for your attention！例：一条平原地区的例：一条平原地区的220kv线路，杆塔线路尺寸如图所示。绝线路，杆塔线路尺寸如图所示。绝缘子串由缘子串由13片片x-7组成，其正、负极性组成

23、，其正、负极性u50%为为1410kv和和1650kv，保护角保护角 = 16.5 杆塔冲击接地电阻杆塔冲击接地电阻 ri = 7，避雷线半径，避雷线半径rg=5.5mm，避雷线弧垂，避雷线弧垂fg = 7m ，导线弧垂，导线弧垂fc = 12m。求该线路。求该线路的耐雷水平和雷击跳闸率。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：）避雷线的平均高度为：(m)5 .247325 . 32 . 24 .2332fhhtg（2）导线的平均高度为：）导线的平均高度为：(m)4 .1512324 .2332fhhtc（3）外侧导线所受的过电压较中间导线严重，取外侧导线作）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：为计算条件。双避雷线对外侧导线的耦合系数为：23. 06 .116 .1149ln60105 . 55 .242ln603 .131 . 93 .139 .39l