第六章输电线路的防雷保护(2012级)

1、第六章第六章 输电线路的防雷保护输电线路的防雷保护输电线路上出现的大气过电压有两种：u感应过电压：雷击线路附近地面，由于电磁感应所引起的。u直击雷过电压：雷直击于线路引起的。6.1输电线路的感应雷过电压输电线路的感应雷过电压感应过电压 当雷击线路附近大地时，由于电磁感应，在线路上的导线会产生感应过电压。6.1.1雷击线路附近大地时，线路上的感应过电压雷击线路附近大地时，线路上的感应过电压6.1.2雷击线路杆塔时，导线上的感应过电压雷击线路杆塔时，导线上的感应过电压 根据理论分析与实测结果，当雷击点离开线路的距离 时，导线上的感应雷过电压最大值 可按下式计算。mS65gUkVShIUdLg 25

2、雷电流幅值导线悬挂的平均高度雷击点离线路的距离 感应雷过电压与雷电流成正比；与导线悬挂平均高度成正比；感应雷过电压与雷击点到线路的距离成反比。6.1.1雷击线路附近大地时，线路上的感应过电压雷击线路附近大地时，线路上的感应过电压 如果导线上方挂有避雷线，则由于其屏蔽的效应，导线上的感应电荷会减少，导线上的感应过电压就会降低。 避雷线是通过基杆塔接地的，可以设想在避雷线上有一 电位，以此来保持避雷线为零电位，由于避雷线与导线耦合作用，此 将在导线上产生耦合电压 ， 为避雷线与导线的耦合系数。因此，导线上的电位将为：ShIUbLbg25ShIUdLdg25dbdgbghhUUbgUbgU)(bgU

3、KK)1 ()1 (KUhhKUKUUUdgdbdgbgdgdg 接地避雷线的存在，可使导线上的感应过电压下降。耦合系统K越大，则导线上的感应过电压越低。6.1.2雷击线路杆塔时，导线上的感应过电压雷击线路杆塔时，导线上的感应过电压 雷击线路杆塔时，由于雷电通道所产生的电磁场迅速变化，将在导线上感应出与雷电流极性相反的过电压，其计算问题至今尚有争论，不同方法计算的结果差别很大，也缺乏实践数据。目前，规程建议对一般高度（约40M以下）无避雷线的线路，此感应过电压最大值可用下式计算ddgahU感应过电压系数6 . 2LIa 有避雷线时，由于其屏蔽效应，则：)1 (KahUddg6.2输电线路的直击

4、雷过电压和耐雷水平输电线路的直击雷过电压和耐雷水平雷直击于有避雷线线路的情况可分为三种：u雷击杆塔塔顶u雷击避雷线档距中央u雷绕过避雷线击于导线（绕击）雷击杆塔雷击避雷线绕击导线6.2.1雷击杆塔塔顶时的过电压和耐雷水平雷击杆塔塔顶时的过电压和耐雷水平 在线路落雷总次数中雷击杆塔的次数与避雷线的根数和经过地区的地形有关。 击杆率：雷击杆 塔次数与雷击线路总次数的比值，称为击杆率g 避雷线根数地形012平原1/21/41/6山区11/31/4 雷击杆塔塔顶时，雷电流通道中的负电荷与杆塔及避雷线上的正感应电荷迅速中和形成雷电流，雷击瞬间自雷击点（塔顶）：l有一只雷电流波沿杆塔向下运动有一只雷电流波

5、沿杆塔向下运动；l另有两个相同的负电流波分别自塔顶沿两侧避另有两个相同的负电流波分别自塔顶沿两侧避雷线向相邻杆塔运动雷线向相邻杆塔运动；l与此同时自塔顶有一正雷电流波沿雷电流通道向上运动，此正雷电流波的数值与3个负电流波数值之总和相等。 线路绝缘上的过电压即由这几个电流波所引起。 由雷电通道中正电流波的运动在导线上所产生的感应过电压已如上节所述，这里主要分析流经杆塔和地线中的雷电流所引起的过电压。（1）塔顶电位 对于一般高度（40m以下）的杆塔，在工程近似计算中，常将杆塔和避雷线以集中参数电感 和 来代替。bLgtLchRgtL0ZbZgtiLi2/2bbiLbL22/bigtLbLchRgt

6、igtibiLichR塔顶电位可由下式计算： 为分流系数。由于避雷线的分流作用，流经杆塔的电流 将小于雷电流 。gtiLiLgtii6 . 2LgtLchLgtLchgtgtgtchtdILiRdtdiLiRdtdiLiRU（2）导线电位和线路绝缘上的电压 当塔顶电位为 时，则与塔顶相连的避雷线上也将有相同的电位 。由于避雷线与导线间的耦合作用，导线上将产生耦合电压 ，此电压与雷电流同极性。此外，由于雷电通道电磁场的作用，导线上尚有感应过电压 ，此电压与雷电流异极性，所以导线电位的幅值为：)1 (KhKUUdtddtdUtdUtdKU)1 (Khd 线路绝缘子串上两端电压为塔顶电位与导线电位之

7、差，故线路绝缘上的电压幅值为： 雷击时导、地线上电压较高，将出现冲击电晕，K值应采用电晕修正后的数值。)1)()1 (KhUKhKUUUUUdtddtdtddtdj（3）耐雷水平的计算 线路绝缘上电压的幅值 随雷电流增大而增大，当 大于绝缘子串冲击闪络电压时，绝缘子串将发生闪络，由于此时杆塔电位较导线电位为高，故此类闪络称为“反击”。雷击杆塔的耐雷水平 可由 等于线路绝缘子串的50冲击闪络电压 时求得： 雷击杆塔时的耐雷水平与分流系数，杆塔等值电感，杆塔冲击接地电阻，导地线间的耦合系数和绝缘子串的50冲击闪络电压有关。6 . 2)6 . 2()1 (%501dgtchhLRKUI1IjUjUj

8、U%50U 对一般高度杆塔，冲击接地电阻上的电压降是塔顶电位的主要成分，因此降低接地电阻可以有效地减小塔顶电位和提高耐雷水平。 增加耦合系数K可以减少绝缘子串上电压和减小感应过电压，同样也可以提高耐雷水平。 常用措施是将单避雷线改为双避雷线，或在导线下方增设架空地线称为耦合地线，其作用主要是增强导、地线间的耦合作用，同时也增加了地线的分流作用。6 . 2)6 . 2()1 (%501dgtchhLRKUI6.2.2雷击避雷线档距中央时的过电压雷击避雷线档距中央时的过电压l 雷击避雷线档距中央，雷击点阻抗为 （ 为避雷线波阻抗），流入雷击点的雷电流波 为：故雷击点的电压为：2/bZbZZi02/

9、1ZZiibLZbbLbZAZZZZiZiu0022l 由于避雷线与导线间的耦合作用，在导线上将产生耦合电压 ，故雷击处避雷线与导线间的空气间隙S上所承受的最大电压 为： 可见，雷击避雷线档距中央时，雷击处避雷线与导线间的空气间隙S上的电压与耦合系数、雷电流陡度以及档距长度有关，当此电压超过空气间隙S的放电电压时，间隙将被击穿造成短路事故。)1 (KUUAsAKUsU 经过我国多年运行经验的修正，规定按下式确定应有的S值:当发生雷击避雷线档距中央时，一般不会出现击穿事故。 对于大跨越档距，若 大于雷电流波头，则相邻杆塔来的负反射波到达雷击点A时，雷电流已过峰值，故雷击点的最高电位由雷电流峰值所

10、决定。导地线间的距离S将由雷击点的最高电位和间隙平均击穿强度所决定。mlS1012. 0bvl /6.2.3绕击时的过电压和耐雷水平绕击时的过电压和耐雷水平绕击率 装设避雷线的线路，使三相导线都处于它的保护范围之内，仍然存在雷绕过避雷线而直接击中导线的可能性，发生这种绕击的概率称为绕击率 。 一旦出现这种情况，则往往会引起线路绝缘子串的闪络。模拟试验、运行经验和现场实测均证明： 之值与避雷线对边相导线的保护角 ，杆塔高度 及线路通过地区的地形地貌等因素有关：对平原对山区apaphhap9 . 386lghpa35. 386lghpaadZZidZ 绕击时雷击点阻抗为 （ 为导线波阻抗），流经雷

11、击点的雷电流波为：导线上电压为：其幅值为：02/1ZZiidLZddLdzdZZZZiZiu00222/dZdZddLdZZZZIU002 绕击时导线上电压幅值 随雷电流幅值的增加而增加，若超过线路绝缘子串的冲击闪络电压，则绝缘子串将发生闪络，绕击时的耐雷水平 可令 等于绝缘子串50%的闪络电压 来计算。 “规程”认为故 根据规程的计算方法，35，110，220，330KV线路的绕击耐雷水平分别为3,5,7,12和16KA左右，其值较雷击杆塔时的耐雷水平小得多ddZZZZUI00%50222IdU%50U2/0dZZ 1004%50%502UZUIddU6.3输电线路的雷击跳闸率输电线路的雷击

12、跳闸率研究线路雷击跳闸率须考虑的重要因素 当输电线路着雷时，若雷电流超过线路耐雷水平，则线路绝缘发生冲击闪络，雷电流经闪络通道入地，但由于时间只有几十微秒，线路开关来不及动作，只有当沿闪络通道流过的工频短路电流的电弧持续燃烧时，线路才会跳闸停电。 研究线路雷击跳闸率时，必须考虑上述诸因素。6.3.1建弧率建弧率 当线路着雷后，由冲击闪络转为工频电弧的概率与弧道中的平均电场强度有关，也与闪络瞬间工频电压的瞬时值和去游离条件有关。根据实验和运行经验，冲击闪络转为稳定工频电弧的概率，称为建弧率：)%145 . 4(75. 0E（有效值）压梯度，绝缘子串的平均运行电mkVE/6.3.2有避雷线线路雷击

13、跳闸率的计算有避雷线线路雷击跳闸率的计算116 . 0pghnb（1）雷击杆塔时的跳闸率 每100km有避雷线的线路每年（40个雷电日）落雷次数为 次，若击杆率为 ，则每100km线路每年雷击杆塔的次数为 次，若雷击杆塔时的耐雷水平为 ，雷电流幅值超过 的概率为 ，建弧率为 ，则100km线路每年雷击杆塔的跳闸次数 为：bhN6 . 0gghNbg6 . 01I1I1p1n226 . 0pphnab（2）绕击跳闸率 设绕击率为 ，100km线路每年绕击次数 ，绕击时的耐雷水平为 ，雷电流幅值超过 的概率为 ，建弧率为 ，则每100km线路每年的绕击跳闸次数为 ：2IapabpphNa6 . 0

14、2I2p年公里次100/)(6 . 02121ppgphnnnab（3）线路雷击跳闸率 若避雷线与导线在档距中央处的空气间隙距离 ，则雷击避雷线档距中央一般不会发生击穿事故，其跳闸率可视为零。 因此，线路雷击跳闸率n为：mls1012. 06.4输电线路的防雷措施输电线路的防雷措施u架设避雷线u降低杆塔接地电阻u架设耦合地线u采用不平衡绝缘方式u装设自动重合闸u采用消弧线圈接地方式u装设管型避雷器u加强绝缘6.4.1架设避雷线避雷线的作用 避雷线是高压和超高压输电线路最基本的防雷措施，其主要目的是防止雷直击导线，此外，避雷线对雷电流有分流作用，可以减小流入杆塔的雷电流，使塔顶电位下降；通过对导

15、线的耦合作用可以减小线路绝缘上的电压；对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。架设避雷线的要求 线路电压愈高，采用避雷线的效果愈好，而且避雷线在线路造价中所占比重也愈低。因此规程规定:l220KV及以上电压等级输电线路就全线架设避雷线，110KV线路一般也应全线架设避雷线。保护角一般采用20 30（为了提高避雷线对导线的屏蔽效果，减小绕击率） 。l500KV及以上线路都架设双避雷线，保护角=15，有时甚至采用负保护角（即避雷线位于导线外侧）。l35KV及以下的线路一般不全线装设避雷线。（主要因为这些线路本身的绝缘水平太低，即使装设避雷线来截住直击雷，往往仍难以避免发生反击闪络，因此效果不

16、好；另一方面，这些线路均属中性点非有效接地系统，一相接地故障的后果不像中性点有效接地系统中那样严重，因而主要依靠装设消弧线圈和自动重合闸来进行防雷保护。）保护角保护角避雷线和外侧导线间连线与垂直线的夹角。避雷线和外侧导线间连线与垂直线的夹角。 葛洲坝220kV开关站葛洲坝500kV开关站6.4.2降低杆塔接地电阻 对于一般高度的杆塔，降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平防止反击的有效措施。规程规定，有避雷线的线路，每基杆塔的工频接地电阻，在雷季干燥时不宜超过下表所列数值。土壤电阻率土壤电阻率100及以下1005005001000100015002000以上接地电阻接地电阻1015202530 土

17、壤电阻率低的地区，应充分利用杆塔的自然接地电阻。在高土壤率地区降低接地电阻比较困难时，可采用多根放射形接地体，或连续伸长接地体，或配合使用降阻剂降低接地电阻。6.4.3架设耦合地线 在降低杆塔接地电阻有困难时，可以采用在导线下方架设地线的措施，其作用是增加避雷线与导线间的耦合作用以降低绝缘子串上的电压。此外，耦合地线还可以增加对雷电流的分流作用。运行经验证明，耦合地线对降低雷击跳闸率的作用是很显著的。6.4.4采用不平衡绝缘方式 为了节省线路走廊用地，在现代超高压线路中采用同杆架设双回路的情况日益增多。对此类线路在采用通常的防雷措施尚不能满足要求时，还可采用不平衡绝缘的原则，使两回路的绝缘子串

18、片数有差异，这样雷击时绝缘子片数少的回路先闪络，闪络后的导线相当于地线，增加了对另一回导线的耦合作用，提高了另一回的耐雷水平，使之不发生闪络，以保证另一回继续供电。一般认为两回路绝缘水平的差异宜为 倍相电压（峰值），差异过大将使线路总故障率增加，差异究竟多少为宜，应从各方面技术经济比较来决定。36.4.5装设自动重合闸 由于线路绝缘具有自恢复功能，大多数雷击造成的冲击闪络和工频电弧在线路跳闸后能迅速去游离，线路绝缘不会发生永久性的损坏或劣化，因此装设自动重合闸的效果很好，据统计，我国110KV及以上高压线路重合成功率75%95%，35KV及以下线路约为50%80%。在中性点直接接地的电网中，经验表明，绝大多数雷击事故是单相闪络，所以可采用单相重合闸以减轻断路器的检修工作量及减轻对用户供电的影响。6.4.6采用消弧线圈接地方式 对于雷电活动强烈，接地电阻又难以降低的地区，可考虑采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式，绝大多数的单相着雷闪络接地故障将被消弧线圈所消除。而在二相或三相着雷时，雷击引起第一相导线闪络并不会造成跳闸，闪络后的导线相当于地线，增加了耦合作用，使未闪络相绝缘子串上的电压下降，从而提高了耐雷水平。6.4.7装设管型避雷器 仅用作线路上雷过电压特别大或绝缘弱点