电力系统防雷保护

1、高电压工程系高电压工程系刘春刘春第1010章章 电力系统防雷保护电力系统防雷保护雷害事故在现代电力系统的跳闸停电事故中占很大比重。电力系统的防雷包含了线路、变电站、发电厂等各个环节。10.1 10.1 输电线路的防雷保护输电线路的防雷保护 雷击线路造成的跳闸事故占电网总事故的60%以上。 线路上的雷过电压分为：直击雷直击雷和感应雷感应雷。 线路雷害事故的形成为：雷过电压，使线路绝缘闪络，从而使得冲击闪络转化为稳定的工频电弧，引起线路跳闸。如跳闸后线路绝缘不能恢复，则发生停电。 提高防雷性能，首要是防止线路闪络。 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

2、峰值(kA) 直击雷与感应雷的耐雷水平不同。10.1.1 10.1.1 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，线路上的、雷击线路附近大地时，线路上的感应过电压感应过电压导线dhx导线xExES雷云S雷云主放电前主放电后)(a)(bdh导线高度雷击点与导线间的距离Sdh感应雷过电压感应雷过电压感应雷过电压感应雷过电压u在主放电开始前，先导通道中的电荷形成的静电场使得导线中形成束缚电荷u主放电过程中，先导通道中的电荷流入地中，静电场消失，导线上的束缚电荷被释放u束缚电荷沿导线向两端跑，形成过电压。它为感应过电压的静电分量。u雷电流形成的空间磁场变化，使得导线上感应出过

3、电压。它称为过电压的电磁分量。u电磁分量约为静电分量的1/5。 我国的技术规程规定：当雷击点离导线 的距离超过65m时，导线上的感应雷过电压最大值可按下式计算： IL为雷电流幅值（kA），hd为导线高度（m），S为雷击点离导线的距离 实际上导线上方有避雷线。由于避雷线的屏蔽作用，导线上的感应过电压会下降。 若避雷线不接地，则导线与避雷线的感应过电压为： 实际避雷线电位为0，因此，可看成避雷线上存在Ugb的电压，该电位将在导线上产生耦合电位k Ugb。k为耦合系数。因此，导线的实际感应电位为：ShIUdLg 25ShIUdLgd 25ShIUbLgb 25gddbgbUhhU)1 ()1 (kU

4、hhkUkUUUgddbgdgbgdgd二、雷击线路杆塔时，导线上的感二、雷击线路杆塔时，导线上的感 应过电压应过电压u前面的公式只适用与S65m的情况。u对于雷击杆塔时，由于主放电通道的磁场迅速变化，将在导线上感应出与雷电流极性相反的过电压。计算方法尚有争论。 一般高度的线路，导线上感应的过电压最大值 a感应过电压系数 aIL/2.6 有避雷线时：感应过电压为： dgdahU)1 (kahUdgd10.1.2 10.1.2 输电线路的直击雷过电压和输电线路的直击雷过电压和 耐雷水平耐雷水平u以中性点直接接地系统中带避雷线的线路为例u直击雷分成三种雷击避雷线雷击杆塔绕击导线一、雷击杆塔时的反击

5、过电压一、雷击杆塔时的反击过电压雷击塔顶时，可能引起绝缘子串的闪络，即发生反击。负极性雷电流一部分沿杆塔向下传播，还有一部分沿避雷线向两侧传播；同时，自塔顶有一正极性雷电流沿主放电通道向上运动，其数值等于三个负雷电流数值之和。 线路绝缘上的过电压即由这几个电流波引起。 （一）（一） 塔顶电位塔顶电位 对于40m以下的杆塔，可用集中参数的电路计算。chRchRgtLgtigtibL2bL22bi2biLiLibLbigtL塔顶电位：)(dtdiLiRdtdiLiRuLgtLchgtgtgtchtd以 代入，则塔顶电位的幅值为6 . 2LLIdtdi)6 . 2(gtchLtdLRIU（二）（二）

6、 导线电位导线电位1） 避雷线与导线间的耦合作用，使得导线上产生与雷电流同极性的电位kUtd2) 雷击杆塔时，导线上会产生与雷电流反极性的感应过电压ahd(1-k) 因此，导线上的总电压幅值为：)1 (kahkUUdtdd（三）（三） 线路上绝缘子串两端电压线路上绝缘子串两端电压由前面的公式：)(1 ()1 ()1 (dtddtddtdjahUkkahUkUUU)6 . 26 . 2)(1 (dgtchLjhLRkIU 雷击时，导线和地线上的电位较高，将出现冲击电晕，耦合系数k 应采用修正后的数值 对于220kV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

7、，雷击时导线上的工作电压 的瞬时值应作为一随机变量加以考虑。 （四）（四） 耐雷水平的计算耐雷水平的计算u当Uj大于绝缘子串的U50%时，绝缘子串将发生闪络，发生反击 u由于90%以上的雷电流为负极性，同时绝缘子串下端（导线侧）为正极性时U50%较低，所以U50%应以下端为正极性时的值为标准。 u按照U50%的放电电压计算，根据前面的公式，得耐雷水平为：)6 . 26 . 2)(1 (%501dgtchhLRkUI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 雷击避雷线档距中央时，由于避雷线的半径较小，产生强烈的电晕；又由于雷击点离杆塔较远，当过电压波传播到杆塔时，已不足以

8、使绝缘子串击穿，因此通常只需考虑雷击点处避雷线对导线的反击问题 bZl2iASbZ0Z彼得逊等值电路彼得逊等值电路u在反射波到达之前，可用彼得逊等值电路计算。雷击点处的电压为：0ZiAAu2bZbbbbAZZZZiZZZZiu0000222雷击点A的最高电位将出现在 bbvlvlt22若雷电流取为斜角波头i=at ，雷击点避雷线的最高电位UA为bbbAZZZZvlaU002档距中央避雷线与导线间的空气间隙距离S宜按以下公式确定 1012. 0lS长期运行经验表明，雷击避雷线档距中央引起空气间隙闪络的事例非常少见 三、绕击时的过电压和耐雷水平（了解三、绕击时的过电压和耐雷水平（了解概念即可）概念

9、即可）（一）（一） 电气几何模型与绕击率电气几何模型与绕击率rsirs1rs1rsirskrskA1AiAkBiB1CiC1DiD1Krs1rsirskHodbb避雷线 d导线k6.72，p =0.8 以等击距的假设为依据 pskIr 绕击模型绕击模型电气几何模型的优点：1可发生绕击的原因2可说明保护角减小时，绕击概率减小3可说明高杆塔和山区上绕击概率异常增加的原因电气几何模型的问题：1击距的确定困难。基本上数据都不太可靠；2不能解释大电流发生绕击的现象。3而用电气几何模型解释，有效保护角随电压等级升高可以增大，而实际情况正好相反。高杆塔还要采用负保护角。经验公式计算绕击概率经验公式计算绕击概率我国规程建议采用以下公式计算绕击概率：9 . 386lghP对平原地区 对山区 35. 386lghP为保护角（单位：）；h为杆塔高度（单位：m）。 山区线路的绕击率约为平原线路的3倍，或相当于保护角增大了8 （二）（二） 绕击耐雷水平绕击耐雷