高电压技术-第八章

1、第八章第八章 电力系统防雷保护电力系统防雷保护 中国石油大学信控学院中国石油大学信控学院 薛永端薛永端主要内容主要内容第一节第一节 输电线路的防雷保护输电线路的防雷保护第二节第二节 发电厂和变电所的防雷保护发电厂和变电所的防雷保护第三节第三节 旋转电机的防雷保护旋转电机的防雷保护（发电机、调相机、变频机、电动机）（发电机、调相机、变频机、电动机）8.1 输电线路防雷保护输电线路防雷保护 基本知识（基本知识（1）输电线路雷击是线路跳闸的主要起因。输电线路雷击是线路跳闸的主要起因。原因：分布广，易受雷击原因：分布广，易受雷击在我国跳闸率比较高的地区的高压线路由雷击引起的次数约在我国跳闸率比较高的地

2、区的高压线路由雷击引起的次数约占占4070，在多雷、土壤电阻率高、地形复杂的地区，雷击事故率更高在多雷、土壤电阻率高、地形复杂的地区，雷击事故率更高在日本在日本50以上电力系统事故是由于雷击输电线路引起的以上电力系统事故是由于雷击输电线路引起的雷击经常引起双回同时停电，雷击经常引起双回同时停电，2030的输电线路故障发生在双回输电线路的输电线路故障发生在双回输电线路美国、前苏联等十二个国家，雷害事故占总事故的美国、前苏联等十二个国家，雷害事故占总事故的60据据275500kV总长为总长为32700km输电线路连续三年的运行资料输电线路连续三年的运行资料基本知识（基本知识（2）线路雷击过电压分为

3、：感应雷过电压、直击雷过电压。线路雷击过电压分为：感应雷过电压、直击雷过电压。感应雷过电压：雷击线路附近地面或塔顶但未发生反击，由电磁感应感应雷过电压：雷击线路附近地面或塔顶但未发生反击，由电磁感应引起的过电压。引起的过电压。直击雷过电压：雷击于线路引起的过电压。雷击塔杆、避雷线及绕击直击雷过电压：雷击于线路引起的过电压。雷击塔杆、避雷线及绕击反击雷击杆塔或避雷线反击雷击杆塔或避雷线,造成绝缘子接地端电位比导线高造成绝缘子接地端电位比导线高绕击绕开避雷线，雷电直接击中导线绕击绕开避雷线，雷电直接击中导线直击雷的危害更为严重。直击雷的危害更为严重。输电线路耐雷性能和防雷措施效果衡量标准：耐雷水平

4、、雷输电线路耐雷性能和防雷措施效果衡量标准：耐雷水平、雷击跳闸率。击跳闸率。耐雷水平耐雷水平：雷击线路时绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值：雷击线路时绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值耐雷水平越高，防雷性能越好。耐雷水平越高，防雷性能越好。雷击跳闸率雷击跳闸率：折算为统一条件（每年：折算为统一条件（每年40雷暴日、雷暴日、100km线路）线路）下，因雷击而引起的线路跳闸次数。下，因雷击而引起的线路跳闸次数。由于雷电放电的复杂性，相对于计算结果，实际运行经验更为重要由于雷电放电的复杂性，相对于计算结果，实际运行经验更为重要 输电线路防雷的四道防线输电线路防雷的四道防线 雷击输电线路的危害：雷击输电线路的

5、危害：引起线路跳闸，影响正常供电引起线路跳闸，影响正常供电雷电波侵入变电站，破坏设备绝缘，造成停电事故。雷电波侵入变电站，破坏设备绝缘，造成停电事故。危害更大危害更大输电线路防雷措施又称为线路防雷的四道防线输电线路防雷措施又称为线路防雷的四道防线 防止雷直击导线。防止雷直击导线。措施：避雷线、避雷针，或电缆线路措施：避雷线、避雷针，或电缆线路防止雷击塔顶或避雷线后引起绝缘闪络。防止雷击塔顶或避雷线后引起绝缘闪络。措施：降低接地电阻、增大耦合系数、增强线路绝缘、采用线路型避措施：降低接地电阻、增大耦合系数、增强线路绝缘、采用线路型避雷器雷器防止闪络后转为稳定的工频电弧，以免跳闸。防止闪络后转为稳

6、定的工频电弧，以免跳闸。增加绝缘子片数、采用不接地或经消弧线圈接地增加绝缘子片数、采用不接地或经消弧线圈接地防止线路中断供电。防止线路中断供电。自动重合闸、双回路、环网供电自动重合闸、双回路、环网供电应用时须根据具体情况，选择合适的保护措施。应用时须根据具体情况，选择合适的保护措施。如：线路电压等级、供电重要程度、雷电活动强弱等。如：线路电压等级、供电重要程度、雷电活动强弱等。 感应雷过电压的产生感应雷过电压的产生 （1）感应雷过电压的产生分为：静电分量和电磁分量感应雷过电压的产生分为：静电分量和电磁分量 感应雷过电压的静电分量。感应雷过电压的静电分量。雷云接近线路上空时，由于静电感应，与雷云

7、异号的正电荷被吸引雷云接近线路上空时，由于静电感应，与雷云异号的正电荷被吸引到靠近先导通道的一段导线上，形成束缚电荷。而异号电荷则被排到靠近先导通道的一段导线上，形成束缚电荷。而异号电荷则被排斥到线路远方或流入大地斥到线路远方或流入大地先导放电速度较慢，电荷移动速度较慢，对应的电压、电流波可忽略先导放电速度较慢，电荷移动速度较慢，对应的电压、电流波可忽略导线仍保持原有电位导线仍保持原有电位主放电开始后，先导通道中的负电荷被快速中和。静电场突然消失，主放电开始后，先导通道中的负电荷被快速中和。静电场突然消失，被束缚的电荷瞬间成了自由电荷，形成电压波迅速向线路两侧传播。被束缚的电荷瞬间成了自由电荷

8、，形成电压波迅速向线路两侧传播。感应雷过电压的电磁分量。感应雷过电压的电磁分量。主放电时，雷电流冲击波产生强烈的脉冲磁场，其磁通与导线相交主放电时，雷电流冲击波产生强烈的脉冲磁场，其磁通与导线相交时，即产生一定的感应电压。时，即产生一定的感应电压。由于主放电通道与导线基本垂直，故电磁分量较小，通常由于主放电通道与导线基本垂直，故电磁分量较小，通常只考虑静电分量只考虑静电分量 感应雷过电压的产生感应雷过电压的产生 （2）电荷聚集过程速度较慢，可忽略对应波过程电荷聚集过程速度较慢，可忽略对应波过程电荷释放过程速度快，形成明显的波过程电荷释放过程速度快，形成明显的波过程与先导放电和主放电的速度对应与

9、先导放电和主放电的速度对应无避雷线时的感应雷过电压无避雷线时的感应雷过电压 （1）当雷击点与电力线路之间的水平距离当雷击点与电力线路之间的水平距离d65m时，感应雷过时，感应雷过电压的最大值可为：电压的最大值可为： Ui=25Ih/d I雷电流幅值，雷电流幅值， h导线对地平均高度，导线对地平均高度，d雷击点与导线间雷击点与导线间的水平距离的水平距离由于雷击点自然接地电阻较大，由于雷击点自然接地电阻较大，I最大可按最大可按100kA估算估算可以推算：感应雷过电压是直击雷的可以推算：感应雷过电压是直击雷的1/10左右。左右。当当d50m，易击中线路本身（受线路吸引），易击中线路本身（受线路吸引）

10、当当d50m，且未击中线路本身，感应雷过电压的最大值为：，且未击中线路本身，感应雷过电压的最大值为： Ui=ah=Ih/2.6a感应过电压系数，单位为感应过电压系数，单位为kV/m。数值上等于雷电流的时间陡度。数值上等于雷电流的时间陡度平均值，即平均值，即 I/2.6(单位单位kA/us)。对公式的理解对公式的理解无避雷线时的感应雷过电压无避雷线时的感应雷过电压 （2）实测表明，感应雷过电压幅值一般不超过实测表明，感应雷过电压幅值一般不超过300400kV可使可使35kV及以下水泥杆线路出现闪络及以下水泥杆线路出现闪络对对110kV及以上线路，一般不会构成威胁及以上线路，一般不会构成威胁感应雷

11、的极性与雷云极性相反，一般为正。感应雷的极性与雷云极性相反，一般为正。不同相导线产生的感应雷同极性，故相间不存在不同相导线产生的感应雷同极性，故相间不存在电位差，只会对地闪络电位差，只会对地闪络 有避雷线时的感应雷过电压（有避雷线时的感应雷过电压（1） 导线上方挂有避雷线时，感应的束缚电荷和电压均减小导线上方挂有避雷线时，感应的束缚电荷和电压均减小雷电先导电荷产生的电力线部分被避雷线截住雷电先导电荷产生的电力线部分被避雷线截住或者：避雷线聚集的电荷降低了先导电荷对导线的电场强度或者：避雷线聚集的电荷降低了先导电荷对导线的电场强度避雷线起到屏蔽线的作用。避雷线起到屏蔽线的作用。如果避雷线与导线一

12、样未接地，其感应雷过电压与导线的如果避雷线与导线一样未接地，其感应雷过电压与导线的计算过程类似。计算过程类似。由于聚集电荷间的影响，感应电压适度降低由于聚集电荷间的影响，感应电压适度降低二者过电压电荷极性相同二者过电压电荷极性相同但实际上，避雷线通过杆塔接地，其电位为零。但实际上，避雷线通过杆塔接地，其电位为零。从行波角度看，仅指到达杆塔接地点及以后为零。从行波角度看，仅指到达杆塔接地点及以后为零。在感应电压波到达杆塔（接地点）之前，不为零。在感应电压波到达杆塔（接地点）之前，不为零。复习：行波传播的知识复习：行波传播的知识有避雷线时的感应雷过电压（有避雷线时的感应雷过电压（2） 避雷线感应电

13、压行波避雷线感应电压行波Ui(g)到达杆塔时，将产生一个到达杆塔时，将产生一个-Ui(g)反射电压波。反射电压波。行波的折反射行波的折反射反射电压行波反射电压行波-Ui(g)将在导线上产生一个耦合电压将在导线上产生一个耦合电压-kUi(g)。即，导线的实际感应雷过电压为：即，导线的实际感应雷过电压为：k为避雷线与导线间的几何耦合系数为避雷线与导线间的几何耦合系数总体而言，由于避雷线的屏蔽作用，导线上感应电压下降。总体而言，由于避雷线的屏蔽作用，导线上感应电压下降。避雷线与导线间距越小，耦合系数越大，导线上的过电压越小避雷线与导线间距越小，耦合系数越大，导线上的过电压越小 计及电晕影响后，耦合系

14、数需要修正。计及电晕影响后，耦合系数需要修正。)1)()()()( cgiiiihhkcugkucucu输电线路直击雷过电压输电线路直击雷过电压以中性点直接接以中性点直接接地系统为例地系统为例雷击杆塔杆顶雷击杆塔杆顶雷击避雷线雷击避雷线位于塔杆挡距之位于塔杆挡距之间间雷绕过避雷线击雷绕过避雷线击于导线于导线绕击绕击雷击塔杆杆顶的过程雷击塔杆杆顶的过程 雷电流大部分经被击塔杆及其接地电阻流入大地，小部分雷电流大部分经被击塔杆及其接地电阻流入大地，小部分经相邻两塔杆入地经相邻两塔杆入地 从绝缘子串闪络的角度看，雷击塔杆杆顶比雷击避雷线更从绝缘子串闪络的角度看，雷击塔杆杆顶比雷击避雷线更最严重，过电

15、压最高。最严重，过电压最高。由于杆塔不高，接地电阻由于杆塔不高，接地电阻R较小，接地点反射电流立即达较小，接地点反射电流立即达到塔顶，入射电流加倍。到塔顶，入射电流加倍。另一方面，避雷线有分流作用另一方面，避雷线有分流作用流经杆塔的电流流经杆塔的电流it 冲击闪络冲击闪络-时时间几十间几十us，开关来不及动作，开关来不及动作-如果工频续流，则跳闸如果工频续流，则跳闸-如果无工频续流，则不跳闸如果无工频续流，则不跳闸是否发生工频续流，取决于是否发生工频续流，取决于弧道中的平均电场强度弧道中的平均电场强度闪络瞬间工频电压值（相位）闪络瞬间工频电压值（相位）去游离条件（气温、风速等）去游离条件（气温

16、、风速等）雷击跳闸原因：反击或绕击雷击跳闸原因：反击或绕击反击跳闸主要是：雷击杆塔反击跳闸主要是：雷击杆塔绕击：绕击导线。绕击：绕击导线。 雷击避雷线一般不发生跳闸雷击避雷线一般不发生跳闸雷击杆塔的跳闸率雷击杆塔的跳闸率 雷击跳闸率：折算为统一条件（每年雷击跳闸率：折算为统一条件（每年40雷暴日、雷暴日、100km线线路）下，因雷击而引起的线路跳闸次数。路）下，因雷击而引起的线路跳闸次数。每每100km有避雷线的线路每年（有避雷线的线路每年（40个雷暴日）的落雷次数：个雷暴日）的落雷次数：N=2.8hg。hg为避雷线对地平均高度为避雷线对地平均高度击杆率击杆率g ：雷击杆塔次数：雷击杆塔次数/

17、雷击线路总次数。雷击线路总次数。1/61/2。不同条件下的击杆率见不同条件下的击杆率见P196表表8-2 雷电流幅值超过雷击塔顶耐雷水平的概率为雷电流幅值超过雷击塔顶耐雷水平的概率为 P1可查阅P169图7-2 建弧率建弧率 ：绝缘击穿后存在工频续流的概率。：绝缘击穿后存在工频续流的概率。 每每100km线路每年雷击杆塔跳闸次数线路每年雷击杆塔跳闸次数 118 . 2Pghng275. 010)145 . 4(E绕击跳闸率绕击跳闸率 每每100km线路每年绕击跳闸次数：线路每年绕击跳闸次数：Pa为绕击率。绕击次数为绕击率。绕击次数/雷击线路总次数雷击线路总次数 平原线路绕击率：平原线路绕击率：

18、山区线路绕击率：山区线路绕击率：为避雷线保护角，为避雷线保护角，ht为避雷线平均高度为避雷线平均高度P2为雷电流幅值超过绕击耐雷水平的概率。为雷电流幅值超过绕击耐雷水平的概率。 可查阅可查阅P169图图7-2228 . 2PPhnag9 . 386lgtahP35. 386lgtahP线路雷击跳闸率线路雷击跳闸率 线路雷击跳闸率：线路雷击跳闸率：= 雷击杆塔（反击）跳闸率雷击杆塔（反击）跳闸率 +绕击跳闸率绕击跳闸率 )(8 . 22121PPgPhnnng中性点非直接接地电网雷击跳闸率中性点非直接接地电网雷击跳闸率 无避雷线，每无避雷线，每100km线路每年线路每年40雷暴日的雷击跳闸雷暴日

19、的雷击跳闸率为率为hc上导线平均高度，上导线平均高度， 建弧率：建弧率：P1为：雷击使一相导线与塔杆闪络，再向第二相导线反为：雷击使一相导线与塔杆闪络，再向第二相导线反击且雷电流幅值超过耐雷水平的概率。击且雷电流幅值超过耐雷水平的概率。 单相闪络不跳闸。需要两相同时闪络（接地并短路）单相闪络不跳闸。需要两相同时闪络（接地并短路）才能跳闸。为什么？才能跳闸。为什么？ 18 . 2Phnc输电线路的防雷措施（输电线路的防雷措施（1）架设避雷线架设避雷线减少雷直击导线；减少雷直击导线；分流作用降低塔顶电位；分流作用降低塔顶电位；屏蔽作用降低感应过电压屏蔽作用降低感应过电压规程规定：规程规定：220k

20、V及以上全线双避雷线及以上全线双避雷线110kV除少雷区外全线架设避雷线除少雷区外全线架设避雷线保护角。保护角。110kV：20o30o； 220kV：20o ；500kV：负角：负角降低杆塔接地电阻。降低杆塔接地电阻。 一般高度杆塔特别有效一般高度杆塔特别有效架设耦合地线。架设耦合地线。降低接地电阻困难时用降低接地电阻困难时用导线下方架设一条接地线导线下方架设一条接地线具有分流作用，又加强了避雷线对导线的耦合。具有分流作用，又加强了避雷线对导线的耦合。运行经验表明，可降低雷击跳闸率运行经验表明，可降低雷击跳闸率50左右左右输电线路的防雷措施（输电线路的防雷措施（2）加强绝缘加强绝缘针对个别大

21、跨越、高杆塔，落雷机会多等情况针对个别大跨越、高杆塔，落雷机会多等情况方法：增加绝缘子片数方法：增加绝缘子片数采用不平衡绝缘方式。采用不平衡绝缘方式。同杆双回线路采用。同杆双回线路采用。方法：方法：一回普通绝缘，一回加强绝缘。一回普通绝缘，一回加强绝缘。避免同时闪络，同时跳闸。避免同时闪络，同时跳闸。装设自动重合闸装设自动重合闸我国我国110kV及以上线路重合闸成功率达及以上线路重合闸成功率达7595采用消弧线圈接地运行方式采用消弧线圈接地运行方式单相雷击闪络电弧被消弧线圈熄灭，不跳闸单相雷击闪络电弧被消弧线圈熄灭，不跳闸我国的运行经验表明，可使雷击跳闸率降低我国的运行经验表明，可使雷击跳闸率

22、降低1/3左右左右仅适用中压配电网仅适用中压配电网输电线路的防雷措施（输电线路的防雷措施（3）加装线路型避雷器加装线路型避雷器作用：实质是一种放电器，并联连接在被保护设备附近，当作用电作用：实质是一种放电器，并联连接在被保护设备附近，当作用电压超过避雷器的放电电压时，避雷器先放电，限制了过电压的发展压超过避雷器的放电电压时，避雷器先放电，限制了过电压的发展基本要求：基本要求：良好的伏秒特性，实现合理的绝缘配合良好的伏秒特性，实现合理的绝缘配合很强的绝缘强度自恢复能力，快速切断工频续流很强的绝缘强度自恢复能力，快速切断工频续流硅橡胶护套氧化锌线路避雷器已取得良好应用效果硅橡胶护套氧化锌线路避雷器

23、已取得良好应用效果输电线路的防雷措施（输电线路的防雷措施（4）加装线路型避雷器（续）加装线路型避雷器（续）线路避雷器的投资较大，难以普遍采用线路避雷器的投资较大，难以普遍采用建议优先安装在：建议优先安装在：山区线路易击段、易击点的杆塔山区线路易击段、易击点的杆塔山区线路接地电阻超过山区线路接地电阻超过100 且发生过闪络的杆塔且发生过闪络的杆塔水电站升压站出口线路接地电阻大的杆塔，大跨越高杆塔水电站升压站出口线路接地电阻大的杆塔，大跨越高杆塔多雷区双回线路易击段、易击点的一回线路上多雷区双回线路易击段、易击点的一回线路上输电线路的防雷措施（输电线路的防雷措施（5）输电线路的防雷措施（输电线路的

24、防雷措施（6）日本：总结日本：总结77kV各种防雷措施的效果，统计出：各种防雷措施的效果，统计出：增加绝缘，增加绝缘， 可使雷击跳闸次数降至可使雷击跳闸次数降至62%架设耦合地线，架设耦合地线， 可使雷击跳闸次数降至可使雷击跳闸次数降至56%减少杆塔接地电阻，可使雷击跳闸次数降至减少杆塔接地电阻，可使雷击跳闸次数降至45%安装安装MOA后可消除雷击跳闸事故后可消除雷击跳闸事故美国：美国：AEP和和GE公司公司1980年开始研制线路防雷用合成绝缘年开始研制线路防雷用合成绝缘ZnO避雷器，避雷器，1982年年10月有月有75只在只在138kV线路上投入试运行。线路上投入试运行。运行表明在装有避雷器

25、的被保护线段没有出现绝缘子串的闪络。运行表明在装有避雷器的被保护线段没有出现绝缘子串的闪络。法国：法国：1998年开始在年开始在63kV和和90kV线路安装避雷器线路安装避雷器中国：中国：1993年，清华大学研制出年，清华大学研制出110220kV无间隙的线路避雷器，无间隙的线路避雷器，1999年，年，500kV线路避雷器挂网运行线路避雷器挂网运行8.2 发电厂和变电所的防雷保护发电厂和变电所的防雷保护 变电所防雷的要求和雷害来源变电所防雷的要求和雷害来源发电厂和变电所防雷保护的要求更高：发电厂和变电所防雷保护的要求更高：线路防雷，可以是部分耐雷。线路防雷，可以是部分耐雷。线路绝缘损害主要是绝

26、缘子沿面闪络，可恢复。线路绝缘损害主要是绝缘子沿面闪络，可恢复。具体耐雷水平可视线路重要程度而定。具体耐雷水平可视线路重要程度而定。发电厂、变电所，要求是完全耐雷。发电厂、变电所，要求是完全耐雷。雷击造成的停电面积大。发电厂是电力网的心脏，变电所是枢纽。雷击造成的停电面积大。发电厂是电力网的心脏，变电所是枢纽。一些重要设备不是自恢复绝缘。一旦闪络，不可恢复。一些重要设备不是自恢复绝缘。一旦闪络，不可恢复。发电厂和变电所雷害事故的来源：发电厂和变电所雷害事故的来源：雷直击雷直击雷电波沿输电线路侵入雷电波沿输电线路侵入对直接雷的防护：避雷针、避雷线对直接雷的防护：避雷针、避雷线 + 良好的接地网良

27、好的接地网对雷电波侵入的防护：避雷器（如阀式避雷器）对雷电波侵入的防护：避雷器（如阀式避雷器）+辅助措施。辅助措施。限制过电压幅值；限制雷电流幅值；降低侵入波的陡度。限制过电压幅值；限制雷电流幅值；降低侵入波的陡度。 直击雷保护直击雷保护 方法：避雷针、避雷线方法：避雷针、避雷线+良好的接地网良好的接地网使所有设备和建筑物处于保护范围之内使所有设备和建筑物处于保护范围之内复习：避雷针和避雷线的保护范围。复习：避雷针和避雷线的保护范围。防止反击（逆闪络）发生。防止反击（逆闪络）发生。反击的概念。反击的概念。被保护物与避雷针（线）在地上和地下均留有足够的距被保护物与避雷针（线）在地上和地下均留有足

28、够的距离。离。工作接地和防雷接地要分开。工作接地和防雷接地要分开。避雷针分类：独立避雷针、构架避雷针避雷针分类：独立避雷针、构架避雷针 独立避雷针的过电压（独立避雷针的过电压（1） 在避雷针的在避雷针的A点（高度点（高度h）和）和接地装置接地装置B点的电位为：点的电位为： L0避雷针单位高度等值电感避雷针单位高度等值电感Ri接地装置冲击接地电阻接地装置冲击接地电阻 避雷针与被保护物体的空间避雷针与被保护物体的空间距离（空气间歇）应满足距离（空气间歇）应满足 E1空气击穿场强空气击穿场强一般为一般为500kV/m iBiAiRUiRdtdihLU011EUdAd1d2BRi独立避雷针的过电压（独

29、立避雷针的过电压（2）地中距离应满足：地中距离应满足： E2为大地的击穿场强为大地的击穿场强一般为一般为300kV/m 根据规程取：根据规程取：I=100kA， 平均陡度平均陡度di/dt=100/2.6（kA/uS），），L0=1.55uH/m，带入可得，带入可得d1和和d2 我国标准推荐我国标准推荐 独立避雷针的工频接地电阻不宜大独立避雷针的工频接地电阻不宜大于于10欧姆。欧姆。接地电阻增大，接地电阻增大，d1，d2增大，避雷针增大，避雷针高度增加，从技术经济角度权衡不合理高度增加，从技术经济角度权衡不合理 iiRdhRd3 . 01 . 02 . 02122EUdBd1d2BRi构架避雷

30、针构架避雷针 构架避雷针：避雷针架设在构架上构架避雷针：避雷针架设在构架上构架避雷针特点：造价低廉、便于布置；但离电气设备近，构架避雷针特点：造价低廉、便于布置；但离电气设备近，易发生反击。易发生反击。关于避雷器的国家规程规定：关于避雷器的国家规程规定：35kv 及以下配电装置的绝缘较弱，其架构或房顶上不宜装设避雷针，及以下配电装置的绝缘较弱，其架构或房顶上不宜装设避雷针，而应装设独立避雷针。而应装设独立避雷针。 60kv的配电装置，在大地电阻率的配电装置，在大地电阻率500m 的地区宜采用独立避雷针。的地区宜采用独立避雷针。 110kv及以上的配电装置，在土壤电阻率及以上的配电装置，在土壤电

31、阻率5m地下距离：地下距离：d23m iiRdhllhllhRd3 . 0)2/()()(16. 02 . 02221l2l避雷线分流系数雷击点到较近支柱间的距离雷击点到另一支柱间的距离iiRdlhRd3 . 0)(16. 02 . 0211发电厂、变电所雷电侵入波防护措施发电厂、变电所雷电侵入波防护措施 主要措施：避雷器。此外需附加：辅助措施。主要措施：避雷器。此外需附加：辅助措施。对带间歇类避雷器的要求：对带间歇类避雷器的要求：伏秒特性在被保护绝缘的伏秒特性之下；伏秒特性在被保护绝缘的伏秒特性之下；灭弧能力强，避免工频续流。灭弧能力强，避免工频续流。对对MOA类避雷器的要求：类避雷器的要求

32、：伏秒特性在被保护绝缘的伏秒特性之下；伏秒特性在被保护绝缘的伏秒特性之下；残压低于被保护绝缘的击穿强度。残压低于被保护绝缘的击穿强度。如果避雷器与被保护设备连接在一点，满足上述条件即可如果避雷器与被保护设备连接在一点，满足上述条件即可但实际应用中，保护效果需要进一步研究但实际应用中，保护效果需要进一步研究避雷器一般装在母线上、以保护多个设备。避雷器一般装在母线上、以保护多个设备。避雷器与被保护设备间有一定距离的电气引线。避雷器与被保护设备间有一定距离的电气引线。一般而言，由于该段线路的波过程（折射和反射），被保护设备上一般而言，由于该段线路的波过程（折射和反射），被保护设备上的电压将在一个短时

33、间内高于避雷器的残压，使避雷器的保护效果的电压将在一个短时间内高于避雷器的残压，使避雷器的保护效果打折扣或迟延。打折扣或迟延。 阀式避雷器动作后变压器上的过电压（阀式避雷器动作后变压器上的过电压（1） 避雷器和变压器的电气距离避雷器和变压器的电气距离为为l，行波传播时间为，行波传播时间为T= l /v 入射雷电波为斜角平顶波，入射雷电波为斜角平顶波，最大幅值为：最大幅值为：UT波前陡度为波前陡度为 由于由于l2.6*300=780m，在，在短时间内，可以设电压波为短时间内，可以设电压波为 6 . 2TUa attu)(忽略变压器入口电容，视其为开路。则可以根据电压波在忽略变压器入口电容，视其为

34、开路。则可以根据电压波在l的折反射分析过电压的折反射分析过电压 在在02T内，反射波未返回，避雷器电压为内，反射波未返回，避雷器电压为 u1=at变压器变压器入口电容入口电容忽略忽略避雷器避雷器阀式避雷器动作后变压器上的过电压（阀式避雷器动作后变压器上的过电压（2）由于正反射，在由于正反射，在T2T内，变压内，变压电压为电压为: u2=2a(t T)2T时刻，反射波返回避雷器，时刻，反射波返回避雷器，避雷器和变压器电压幅值相等，避雷器和变压器电压幅值相等，均为均为2aT 2T以后，二者均可表示为以后，二者均可表示为 u1= u2=2a(t T)二者曲线重合二者曲线重合避雷器上的电压是一个折线。

35、避雷器上的电压是一个折线。2T后，整个电气连线上的电压后，整个电气连线上的电压均相等，以均相等，以2a速率增加速率增加tb时，电压与避雷器的伏秒特性时，电压与避雷器的伏秒特性相交，避雷器放电，残压相交，避雷器放电，残压u1近似近似为一直线。为一直线。 阀式避雷器动作后变压器上的过电压（阀式避雷器动作后变压器上的过电压（3）避雷器放电时，相当于产生一个避雷器放电时，相当于产生一个 -2at的反射波。该反射波在经历的反射波。该反射波在经历T后，后，即时刻即时刻tb+T，才到达变压器。，才到达变压器。tb,tb+T时间内变压器电压继续升高时间内变压器电压继续升高避雷器的保护作用被减弱，或被延迟避雷器

36、的保护作用被减弱，或被延迟变压器的最大电压比避雷器的残压要变压器的最大电压比避雷器的残压要高高 u=2aT=2a l /v ，等于等于 实际上，变压器有一定的入口电容，实际上，变压器有一定的入口电容，波过程将更为复杂波过程将更为复杂这种波与冲击全波相差很大，对变压器这种波与冲击全波相差很大，对变压器的作用与截波相近，有较大的损害的作用与截波相近，有较大的损害 vlaUUUUR21max变压器与避雷器之间允许的最大电气距离（变压器与避雷器之间允许的最大电气距离（1） Uw(i)绝缘击穿值；UR避雷器残压；a为电压波时间陡度 ； 为电压波空间陡度 即：最大距离与变压器的多次截波耐压值、避雷器残压、

37、侵即：最大距离与变压器的多次截波耐压值、避雷器残压、侵入波的陡度有关。入波的陡度有关。避雷器残压与雷电流幅值有关避雷器残压与雷电流幅值有关侵入波的陡度与雷电流的幅值和波前时间有关。侵入波的陡度与雷电流的幅值和波前时间有关。不同类型避雷器的残压值也不同。不同类型避雷器的残压值也不同。在变压器和避雷器确定的条件下，最大距离主要和雷电流幅在变压器和避雷器确定的条件下，最大距离主要和雷电流幅值及陡度有关值及陡度有关 确定电气距离，也可计算出确定电气距离，也可计算出 雷电流波的最大容许空间陡度雷电流波的最大容许空间陡度)2/()(maxvaUUlRiwaUUlRiw2/ )(maxormkVvaa/lU

38、UaRiw2/ )(max变压器与避雷器之间允许的最大电气距离（变压器与避雷器之间允许的最大电气距离（2）其它设备与避雷器之间允许的最大电气距离为其它设备与避雷器之间允许的最大电气距离为 其它设备耐压性能更好其它设备耐压性能更好 变压器离避雷器最近变压器离避雷器最近对于中间变电所或多出线变电所，最大电气距离比终端变电对于中间变电所或多出线变电所，最大电气距离比终端变电所时要长所时要长 k为修正系数为修正系数 问题：为什么？问题：为什么？ 实际工程中，变电站雷电侵入波保护设计就是实际工程中，变电站雷电侵入波保护设计就是选择避雷器的选择避雷器的布置位置布置位置。原则是在任何可能的运行方式下，变电站

39、内变压器和其它设备距避原则是在任何可能的运行方式下，变电站内变压器和其它设备距避雷器的电气距离应小于最大允许电气距离雷器的电气距离应小于最大允许电气距离)max(max35. 1TllaUUklRiw2)(max变电所的进线段保护（变电所的进线段保护（1） 对于确定的变电所，对于确定的变电所，lmax固定。为可靠防雷，须：固定。为可靠防雷，须：减小侵入波的陡度，减小侵入波的陡度，a。减小电压波在往返减小电压波在往返lmax时间内的上升幅度。时间内的上升幅度。减小雷电流幅值。减小雷电流幅值。减小避雷器的残压，雷电流越大，残压越大。避免通流过大损坏避雷器。减小避雷器的残压，雷电流越大，残压越大。避

40、免通流过大损坏避雷器。如果没有辅助保护措施，则不能满足要求如果没有辅助保护措施，则不能满足要求变电所要求完全耐雷变电所要求完全耐雷变电站入口处发生反击，则雷电波陡度为变电站入口处发生反击，则雷电波陡度为0最大雷电流幅值可达数百最大雷电流幅值可达数百kA统计表明：变电站侵入波事故统计表明：变电站侵入波事故50%是是1km内线路落雷造成的，内线路落雷造成的，71是是3km内线路落雷造成的内线路落雷造成的即，如果雷击变电所附近导线，雷电流幅值和陡度可能超过限定值，即，如果雷击变电所附近导线，雷电流幅值和陡度可能超过限定值，影响保护效果甚至损坏避雷器影响保护效果甚至损坏避雷器一个可利用的条件：雷电流在

41、线路传输时会有一定的幅值衰一个可利用的条件：雷电流在线路传输时会有一定的幅值衰减和陡度延缓减和陡度延缓lUUaRiw2/ )(max变电所的进线段保护（变电所的进线段保护（2） 进线段保护进线段保护的含义：在靠近变电所的一段进线（的含义：在靠近变电所的一段进线（12km）上，）上，加强防雷措施，使其耐雷水平高于线路其它部分，减小进线加强防雷措施，使其耐雷水平高于线路其它部分，减小进线段绕击和反击形成侵入波的概率，使侵入变电站的雷电波主段绕击和反击形成侵入波的概率，使侵入变电站的雷电波主要来自进线段之外。要来自进线段之外。无避雷线的线路，装设避雷线、避雷针或其他防雷装置无避雷线的线路，装设避雷线

42、、避雷针或其他防雷装置全线有避雷线的线路，减小保护角，增加绝缘子片数，加避雷针等。全线有避雷线的线路，减小保护角，增加绝缘子片数，加避雷针等。一种辅助保护措施一种辅助保护措施进线段冲击电晕可使波前时间拉长进线段冲击电晕可使波前时间拉长 T0为原始波前时间为原始波前时间/uS，hc为线路高度为线路高度/m， l为行波行进距离为行波行进距离/km，U为电压波幅值为电压波幅值/kV 最严重的情况：反击形成的直角波最严重的情况：反击形成的直角波T0=0。根据电压波陡度。根据电压波陡度a最大值，最大值，求出进线段的最小长度。求出进线段的最小长度。lhUTTc)008. 05 . 0(01)008. 05

43、 . 0(cphUaUl变电所的进线段保护（变电所的进线段保护（3） 进线段的限流作用进线段的限流作用雷电波从进线段以外传来，变电所侵入波的幅值不超过线路绝缘子雷电波从进线段以外传来，变电所侵入波的幅值不超过线路绝缘子的的50%放电电压。放电电压。线路绝缘子承担了第一级的防雷作用线路绝缘子承担了第一级的防雷作用避免避雷器击穿时产生的负行波在雷击点往返产生的电流增大作用。避免避雷器击穿时产生的负行波在雷击点往返产生的电流增大作用。与反向传播的负电压波对应的，电流波为正，与入射电流波同极性与反向传播的负电压波对应的，电流波为正，与入射电流波同极性雷击点的电流反射系数为正，因此反射波会增大避雷器电流

44、雷击点的电流反射系数为正，因此反射波会增大避雷器电流行波在行波在12km线路上往返一次的时间为线路上往返一次的时间为6.713.3uS，远超波前时间，远超波前时间2.6uS，电流反射波到达避雷器时，原始入射波的峰值已过。，电流反射波到达避雷器时，原始入射波的峰值已过。通过增大雷电波传输距离和时间，避开折反射造成的峰值叠加通过增大雷电波传输距离和时间，避开折反射造成的峰值叠加保护机理：将雷击点推向远处，保护机理：将雷击点推向远处，使雷电波从进线段外传来，通过使雷电波从进线段外传来，通过长距离冲击电晕的衰减和畸变，长距离冲击电晕的衰减和畸变，降低波前陡度和幅值降低波前陡度和幅值变电所防雷的几个具体

45、问题（变电所防雷的几个具体问题（1）自耦变压器和三绕组变压器保护在中压侧与断路器之间加一组避雷器在中压侧与断路器之间加一组避雷器 在高压断路器的内侧加一组避雷器在高压断路器的内侧加一组避雷器高中压绕组间加一组避雷器高中压绕组间加一组避雷器变电所防雷的几个具体问题（变电所防雷的几个具体问题（2）一线一变时，一般在中性点加装一一线一变时，一般在中性点加装一个与首段相同电压等级的避雷器个与首段相同电压等级的避雷器配电变压器的保护配电变压器的保护高压侧装避雷器高压侧装避雷器低压侧装一组避雷器低压侧装一组避雷器油田油田380V/1140V配变，低压侧接电配变，低压侧接电动机、输电线路短，不用装避雷器动机

46、、输电线路短，不用装避雷器变压器中性点保护变压器中性点保护是否需要保护，应视其对地绝缘而定是否需要保护，应视其对地绝缘而定对于对于35kV60kV中性点不接地或谐振接地的变压器，其中性点为全中性点不接地或谐振接地的变压器，其中性点为全绝缘（等于绕组首段绝缘水平），不需要保护绝缘（等于绕组首段绝缘水平），不需要保护对于对于110kV及以上中性点有效接地系统，部分变压器中性点不接地且及以上中性点有效接地系统，部分变压器中性点不接地且为分级绝缘的，需采用与中性点绝缘等级相同的避雷器进行保护为分级绝缘的，需采用与中性点绝缘等级相同的避雷器进行保护变电所防雷的几个具体问题（变电所防雷的几个具体问题（3）

47、GIS变电所防雷保护（全封闭变电所防雷保护（全封闭SF6气体绝缘变电所）气体绝缘变电所） 除变压器以外，其余高压电力设备及母线封闭在一个接除变压器以外，其余高压电力设备及母线封闭在一个接地的金属壳内（内充地的金属壳内（内充0.30.4MPa压力压力SF6） 最好采用性能优异的最好采用性能优异的MOA因为因为GIS绝缘伏秒性能平坦绝缘伏秒性能平坦 要求避雷器伏秒特性、放电稳定性指标等很高要求避雷器伏秒特性、放电稳定性指标等很高需要防雷措施更可靠、在绝缘配合中应留有足够的裕度需要防雷措施更可靠、在绝缘配合中应留有足够的裕度多为稍不均匀电场，一旦出现电晕立即击穿，且不易恢复。多为稍不均匀电场，一旦出现电晕立即击穿，且不易恢复。防雷措施