输电线路的防雷保护

1、电力系统的防雷保护包括了线路、变电所、发电厂等各个环节。第五章 电力系统防雷保护 输电线路的防雷保护输电线路的防雷保护 发电厂和变电所的防雷保护发电厂和变电所的防雷保护 旋转电机的防雷保护旋转电机的防雷保护第一节 输电线路的防雷保护 输电线路耐雷性能的若干指标 线路雷害事故、发展过程及防护措施 线路耐雷性能的分析计算一条100km长的架空输电线路在一年中遭到数十次雷击。线路的雷击事故在电力系统总的雷害事故中占有很大的比重。 一、输电线路耐雷性能的若干指标每100km线路的年落雷次数 NdThbN104次/(100km.年) 为地面落雷密度（一般取0.07）； b 为两根避雷线之间的距离（若为单

2、根避雷线，取b=0）；h 为避雷线（或导线）的平均对地高度； Td 为雷暴日数（取每年40个雷暴日）I1、耐雷水平（ ）耐雷水平：是指雷击线路时，其绝缘尚不至于发生闪络的最大雷电流幅值或能引起绝缘闪络的最小雷电流幅值，单位为kA（耐雷水平（耐雷水平防雷性能防雷性能）我国标准规定的各级电压线路应有的耐雷水平值见表2、雷击跳闸率雷击跳闸率：是指在雷暴日数Td40的情况下、100km的线路每年因雷击而引起的跳闸次数，其单位为“次/(100km40雷暴日)”实际线路长度L不是100km，雷暴日数也不正好是40时必须换算到某一相同的条件下(100km，40雷暴日)，才能进行比较但是雷电流超过了线路耐雷水

3、平，只会引起冲击闪络，只有在冲击闪络之后还建立工频电弧，才会引起线路跳闸由冲击闪络转变成稳定工频电弧的概率为建弧率( ),它与沿绝缘子串或空气间隙的平均运动电压梯度 E 有关。可由下式求得 275. 010)145 . 4(E275. 010)145 . 4(E绝缘子串的平均运动电压梯度 E ，单位为kV（有效值）/m 对有效接地系统，有： iN3 lUE对中性点绝缘或经消弧线圈接地系统，有： miN2llUE建弧率建弧率 ：式中， ilNUml线路额定电压（kV） 绝缘子串的放电距离（m） 横担线路的线间距离，对于铁横担和钢筋混凝土横担线路，取0（m） 二、线路雷害事故、过电压产生及防护措施

4、1、雷击输电线路的方式u发生短路接地故障u雷电波侵入变电所，破坏设备绝缘，造成停电事故2、雷击输电线路的后果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占4070，尤其是在多雷、土壤电阻率高、地形复杂的地区，雷击事故率更高3、输电线路的雷击事故在日本50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，2030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的电压为275500kV总长为32700km输电线路连续三年的运行资料中指出，雷害事故占总事故的60 直击雷过电压：雷电直接击中杆塔、避雷线或导线引起的线路过电压反击雷击杆塔或避雷线,造成绝缘子接地端电位比

5、导线高绕击雷电击中导线 感应雷过电压：雷击线路附近大地，由电磁感应在导线上产生的过电压 衡量线路防雷性能的优劣耐雷水平：线路遭受雷击所能耐受不至于引起闪络的最大雷电流（kA）雷击跳闸率：每100km线路每年因雷击引起的跳闸次数4、雷电过电压产生v静电感应v电磁感应输电线路的感应过电压输电线路的感应过电压先导放电过程主放电过程v 在雷电放电的先导阶段，线路处于雷云及先导通道与大地构成的电场之中。由于静电感应，最靠近先导通道的一段导线上感应形成束缚电荷感应过电压-静电感应v 主放电开始以后，先导通道中的负电荷自下而上被迅速中和。相应电场迅速减弱，使导线上的正束缚电荷迅速释放，形成电压波向两侧传播v

6、 由于主放电的平均速度很快，导线上的束缚电荷的释放过程也很快，所以形成的电压波u iZ 幅值可能很高。这种过电压就是感应过电压的静电分量感应过电压-电磁感应在主放电过程中，伴随着雷电流冲击波，在放电通道周围空间出现甚强的脉冲磁场，其中一部分磁力线穿过导线大地回路，产生感应电势，这种过电压为感应过电压的电磁分量电磁分量较小，通常只考虑其静电分量（1）d 65m时dIhUci25（2）d 50m 易击中线路本身aahUcci)(：感应过电压系数（陡度）6 . 2/Ia 感应过电压的特点 感应雷过电压的极性与雷云的极性相反； 相邻线路产生相同极性的感应雷过电压，相间不存在电位差，只会发生对地闪络，但

7、也会转化为相间闪络事故； 感应过电压幅值一般不超过300400kV，35kV及以下水泥杆塔出现闪络事故，110kV及以上线路一般不会出现威胁。无避雷线时的感应雷过电压 可用I100kA进行估算。一般认为Ui300400kV。有避雷线时的感应雷过电压 存在接地避雷线先导电荷产生电力线被避雷线截住（屏蔽作用）导线感应的束缚电荷感应电压 避雷线感应雷过电压：ui(g) 导线感应雷过电压: ui(c)，耦合电压：-k0ui(g) 导线上的实际感应过电压为： )1 (0)()(0)()(cgcigicicihhkuukuuk0：避雷线与导线之间的几何耦合系数，线间距离越近，k0越大，感应过电压越低hg：

8、避雷线对地的平均高度hc：导线的对地平均高度输电线路直击雷过电压输电线路直击雷过电压 以中性点直接接地系统中有避雷线的线路为例，介绍以中性点直接接地系统中有避雷线的线路为例，介绍直击雷的作用。直击雷的作用。雷击杆塔顶端雷击杆塔顶端雷击避雷线挡距中间雷击避雷线挡距中间雷绕过避雷线击于导线（绕击）雷绕过避雷线击于导线（绕击） 雷击杆塔顶端时的过电压和耐雷水平大部分雷电流经被击杆塔及其接地电阻流入大地小部分雷电流经过避雷线由两相邻杆塔入地 该种方式产生的雷电过电压最高，对于引起绝缘子闪络而言是最严重的。 杆塔不高，Ri较小接地点的反射波立即达到塔顶入射波加倍总雷电流i为沿雷道波阻抗传播入射电流的两倍

9、。iit=0.860.92（杆塔分流系数）（1）塔顶电位的计算utop 当有避雷线时：)6 . 2( )(tititttitopLRIdtdiLiRdtdiLiRu当无避雷线时：)6 . 2(titopLRIu 由上面的分析可知，由于避雷线的分流作用，降低了雷击塔顶时塔顶的电位。 与塔顶相连的避雷线的电位也是utop。杆塔电感波阻抗杆塔电感波阻抗（2）导线电位的计算Uc 导线的电位分为两部分，分别是避雷线与导线的耦合电压（与雷电流同极性）和导线上的感应电压（与雷电流反极性）)1 ()1 (kahkUhhkahkUUctopcgctopc注：k 为考虑电晕影响的耦合系数（3）绝缘子串两端电压的计

10、算uli 绝缘子串两端电压为塔顶电压和导线电位电压之差)1)(6 . 26 . 2()1)( )1 (khLRIkahukahkuuuuuctictopctoptopctopli)1)(6 . 26 . 2(khLRIuctili 对于以上公式的说明： 各电压分量的幅值均在同一时刻出现； 没有计入系统工作电压； 绝缘子上端电压用杆塔顶端电位代替，忽略塔顶和横担间的电位差； 将utop电压波沿避雷线传播而在导线上产生的耦合电压波的耦合作用系数与避雷线对电压波的屏蔽作用而在导线上产生的感应过电压的耦合作用系数视为同一个k值处理。)1)(6 . 26 . 2(khLRIuctili当uli大于绝缘子

11、串50%冲击放电电压U50%时，绝缘子串将发生闪络（反击），与其相对应的雷电流幅值I为此线路雷击杆塔时的耐雷水平（反击耐雷水平）I1当无避雷线时：)1)(6 . 26 . 2(%501khLRUIcti6 . 26 . 2%501ctihLRUI由分析可知，有避雷线的线路耐雷水平得到提高（4）提高线路反击耐雷水平的措施 增大耦合系数 将单避雷线改为双避雷线，加强架空地线，可减小绝缘子串上的电压和感应雷击过电压 降低Ri（降低Ri便可以减小塔顶电位） 加强线路绝缘（提高U50%） 增大地线分流以降低杆塔分流系数 常用措施是将单避雷线改为双避雷线或在导线下方加装耦合地线 主要采用措施1和措施2。)

12、1)(6 . 26 . 2(%501khLRUIcti有避雷线线路耐雷水平 雷击挡距中央避雷线时的过电压 此情况为雷击于避雷线最严重的情况gggAZvlaatZZiU4414雷击点电压的最大值为：A点与导线空气间隙绝缘上所承受的最大电压为：)1 (4)1 (kZvalkUUgAAB我国规定的一般挡距的线路，在挡距中央导线、地线的最小空气距离为：mld1012. 0只要d满足上述要求，便可保证雷击于此位置时，线路不会跳闸 雷绕过避雷线击于导线时的过电压（1）绕击率的计算9 . 386lgtahP（2）雷击过电压的计算雷击点电压为：IZIUA10022Z=400Z020035. 386lgtahP

13、平原线路：山区线路：（3）线路的绕击耐雷水平为：100%502UI 雷绕击的耐雷水平较雷击杆塔的小很多只要能设法制止上述发展过程中任一环节的实现，就可避免雷击引起长时间停电事故雷电过电压危害过程雷电过电压危害过程输电线路的防雷措施（四原则、四道防线）1.防止雷直击导线 避雷线+避雷针或者采用电缆线路2.防止雷击塔顶或输电线路后引起绝缘闪络 降低杆塔接地电阻+增大耦合系数+加强线路绝缘+采用线路型避雷器3.防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧 增加绝缘子片数+电网采用不接地或者经消弧线圈接地 目的：防止建立稳定的工频电弧，以引起跳闸4.防止线路中断供电 自动重合闸+双回路、环网供电 目的：防止线路

14、中断供电跳闸次数 （次/年） N 击杆率 雷电流超过绕击耐压水平 的概率 建弧率 （1）雷击杆塔跳闸率（反击） gPNn111Pg1I三、线路耐雷性能的分析计算每100km线路的年落雷次数dThbN104次/(100km.年)雷击线路的方式雷击线路的方式275. 010)145 . 4(EiN3 lUE881110IP绕击跳闸次数 （次/年） N 年落雷总数 绕击率 雷电流超过绕击耐压水平 的概率 建弧率 22PPNnP2P2I（2）绕击跳闸率 9 . 386lgtahP35. 386lgtahP平原线路：山区线路：882210IP线路雷击跳闸率为反击跳闸率和绕击跳闸率之和)(2121PPgP

15、Nnnna（3）线路雷击跳闸率线路耐雷性能计算实例 平原地区220kV双避雷线线路，绝缘子串由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 。杆塔冲击接地电阻Ri为7欧姆，避雷线和导线的弧垂分别为fg=7m和fc=12m，避雷线半径为5.5mm，求该线路的耐雷水平和雷击跳闸率。 主要的防雷措施1.架设避雷线：避雷线是高压和超高压输电线路最基本的防雷措施，我国规定： 330kV及以上应全线架设双避雷线； 220kV宜全线架设双避雷线； 110kV一般全线架设避雷线，但在少雷区或者雷电活动轻微地区可不全线架设避雷线； 35kV及以下线路一般

16、不沿全线架设避雷线； 现代超高压、特高压或高杆塔，皆采用双避雷线； 杆塔上两根避雷线间的距离不应超过导线与避雷线间垂直距离的5倍； 避雷线可采用小间隙对地绝缘，以降低正常工作时避雷线中电流引起的附加损耗，同时可将避雷线兼作通信用。2.降低杆塔接地电阻 降低杆塔接地电阻，可降低杆塔顶端电压，以降低反击的发生概率。3.架设耦合地线 在降低杆塔接地电阻有困难时，可在导线的下方架设地线，其作用为增加导线与避雷线间的耦合作用；增加对雷电流的分流作用。4.采用不平衡绝缘方式 对于双回路线路的防雷措施不能满足要求时，可采用不平衡绝缘方式降低双回路雷击同时跳闸率，以保证不同时中断供电。两回路的绝缘子串片数有一定差异，差异宜为相电压峰值的 倍。35.采用消弧线圈接地方式 对于35kV及以下的线路，一般不采用全线架设避雷线的方式，而采用中性点不接地或经消弧线圈接地运行方式。6.装设自动重合闸 雷击造成的闪络大多能在跳闸后自动恢复绝缘性能，因此重合闸的成功率较高。我国110kV及以上高压