电力系统防雷

电力安全技术主讲老师：周富龙—发电厂及电力系统专业职业教育教学资源库—雷击是除自然灾害和外力破坏之外影响电网安全运行的首要因素，而电离系统的安全、稳定运行，对我们的日常生活、工作至关重要。因此，世界各国电系统都投入很大的人力物力开展有关研究以应对雷电影响。序论接地概述第一章防雷装置第二章目录页输电线路防雷第三章

发电厂和变电站的防雷第四章防雷装置第五章变压器的防雷第一章接地的概述接地概述一、工作接地

为保证电力系统正常工作而采取的接地，即中性点接地运行方式。中性点直接接地、中性点不接地、中性点经消弧线圈接地中性点运行方式：电力系统的中性点:

是指星形连接的变压器或发电机的中性点。1、中性点直接接地电力系统1)正常运行时，中性点无电流通过；

2)单相接地时，出现了另一个接地点，构成了短路回路，接地相短路电流很大，各相之间电压不再是对称的。为了防止损坏设备，需要由继电保护装置将故障线路切除3）优点：单相接地时，中性点电位不变(保持地电位），非故障相对地电压接近于相电压，可降低电网的绝缘投资。适用：110KV及以上电网一般都采用这种接地方式。（角钢或钢管）接地概述2、中性点不接地电力系统1）优点：运行可靠。发生单相接地时，不能构成短路回路；接地相电流不大，不必立即切除故障线路，但不允许超过2小时，以免发展为相间短路。2）非故障相的对地电压升为相电压的倍，要求线路绝缘要按线电压设计，投资大。1）电压小于500V的装置（380/220V照明装置除外）。2）3～10kV电网，当单相接地电流小于30A时，发电机直配系统，接地电流小于5A时。3）35kV电网，单相接地电流小于10A时。适用：接地概述当中性点不接地系统单相接地电流较大时，可采用中性点经消弧线圈接地。减小接地电流，使电弧易于自灭。故障相接地电流为容性电流：三种补偿方式：1）全补偿（），但易产生串联谐振（过电压）；2）欠补偿（），也可能出现串联谐振；（因为当出现部分线路突然断开时，C变小。）3）过补偿（），采用较多。3、中性点经消弧线圈接地电力系统接地概述二、保护接地1、人体的触电2、保护接地的作用人体，,通过人体的电流几乎等于零。

交流电在10mA以上开始对人有危害，当超过50mA时对人就有致命危险。

人所接触的电压只要达到0.05×（800～1000）＝40～50V，就有致命的危险。

若电源的中性点不接地，电机的外壳绝缘损坏时，人若触及外壳，就有危险，图（a）所示。接地概述3、对接地电阻的要求1）大接地短路电流系统中：流经接地装置的入地短路电流，A。2）小接地短路电流系统中:1000V以下中性点直接接地系统:当变压器容量不超过100kVA时:1000V以下中性点不接地系统:3）接地网电压不得超过2000V、250V接地概述

当发生接地故障时，人在分布电压区域内跨开一步，两脚间（相距0.8m）所承受的电压称为跨步电压US。在小接地短路电流系统中：4、跨步电压在大接地短路电流系统中：土壤的电阻率接地短路电流的持续时间允许值如下：

当人触及漏电外壳，加于人的手与脚之间的电压称为接触电压Utou。

接地概述5、保护接零

在中性点直接接地的三相四线制380/220V系统中，常采用保护接零。

在电路未断开以前，因接零回路中的电阻远小于人体电阻，短路电流几乎全部通过接零回路，使人体的安全得到保证。

若用电设备（如电动机）的一相绝缘损坏发生碰壳时，该相回路中产生单相短路电流，熔断器迅速熔断或自动空气开关自动跳开，用电设备被切除。接地概述避免零线断线，采用重复接地。（1）额定电压为1kV及以上的高压配电装置中的设备，在一切情况下均应采用保护接地。（2）额定电压为1kV以下的低压配电装置中的设备，在中性点不接地电网中，应采用保护接地；在中性点直接接地的电网中，应采用保护接零。在没有中性线的情况下，亦可采用保护接地。保护接地和保护接零的适用范围如下：接地概述第二章防雷装置一、避雷针1、用途为了防止设备免受直接雷击，通常采用装设避雷针（或避雷线）的措施，避雷针高于被保护物。其作用是将雷电引向自身，并把雷电流引入大地，从而保护了设备。防雷装置避雷针：由接闪器、引下线、接地体组成。（2）双支等高避雷针**（3）两支不等高避雷针**2、避雷针的保护范围（1）单支避雷针

在高度为的空间，其保护范围的半径：高度影响系数防雷装置二、避雷线（又称架空地线）1、用途用于保护线路，也可用以保护发电厂、变电所。2、保护范围（单根）防雷装置三、避雷器作用：限制过电压以保护电气设备。

保护间隙和管型避雷器主要用于限制大气过电压，一般用于配电系统、线路和变电所进线段的保护。

阀型避雷器和氧化锌避雷器用于变电所和发电厂的保护。主要类型：有保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器、氧化锌避雷器等几种。防雷装置1、保护间隙与管型避雷器

保护间隙由两个电极（即主间隙和辅助间隙）组成，常用的角型间隙及其与保护设备相并联的接线如图所示:

主间隙主间隙辅间隙瓷瓶被保护设备形式一形式二

当雷电波入侵时，间隙先击穿，避免被保护设备的电压升高。缺点：由于间隙不能自行灭弧（工频电弧），将引起断路器跳闸。防雷装置

管型避雷器实质上是一种具有较高熄弧能力的保护间隙：外间隙内间隙环形电极母线棒形电极管体

过电压消失后，工频电弧使管内的产气材料分解出大量高压气体，使电弧熄灭。防雷装置

基本元件为间隙和非线性电阻，间隙和非线性电阻元件（又称阀片）相串联。电阻阀片间隙阀型避雷器分普通型和磁吹型两类，2、阀型避雷器电流愈大电阻愈小。过电压消失后，电阻阀片的电阻变大了，工频电弧电流小了，间隙就能切断电弧。利用磁吹电弧来加强灭弧，性能较好。防雷装置3、氧化锌避雷器氧化锌避雷器，其阀片以氧化锌为主要材料。氧化锌具有很理想的非线性伏安特性。

由于无间隙、无续流和通流容量大；故ZnO避雷器体积小，重量轻，结构简单，运行维护方便。防雷装置第三章输电线路防雷输电线路地处旷野，长度大，易遭受雷击。据统计，雷击线路造成的跳闸事故占电网总事故的60％以上。雷击线路形成的雷电过电压波，沿线路传播侵入变电所，也是危害变电所设备安全运行的重要因素。输电线路防雷⑴雷击在输电线路附近的地面上。⑵雷击在输电线路上。它包括三种情况：雷击杆塔顶部、雷击避雷线和雷绕击导线（若没有避雷线就是雷直击导线）。绕击是指雷电绕过避雷线而直接击中导线。输电线路防雷雷击线路可能导致两种破坏性后果：一是使线路发生单相接地短路故障。雷电过电压的作用时间虽然很短，但使导线绝缘发生冲击闪络以后，工频工作电压将沿此闪络通道继续放电，进而发展成为稳定的工频续流电弧，此时继电保护装置将会动作，使断路器跳闸，影响线路正常供电。二是形成雷电过电压波沿输电线路侵入变电站，在变电站内产生复杂的折反射过程，使电力设备绝缘承受很高的过电压，导致设备绝缘闪络，造成停电事故。输电线路防雷输电线路防雷的基本原则输电线路雷害事故的形成通常要经历这样四个阶段：输电线路受到雷电过电压的作用；输电线路发生闪络；输电线路绝缘从冲击闪络转变为稳定的工频电压；线路跳闸，供电中断。1.防止雷直击导线。2.防止雷击线路后引起线路绝缘子冲击闪络。3.防止冲击闪络转为稳定的工频续流电弧。4.防止供电中断。输电线路防雷1.架设避雷线避雷线的主要作用是防止雷直击导线，此外避雷线对雷电流还有分流作用，可以减小流入杆塔的雷电流，降低塔顶电位；通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子上的电压；对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。规程规定220kV及以上电压等级输电线路应全线架设避雷线，110kV线路一般也应全线架设避雷线。输电线路的防雷措施输电线路防雷避雷线的保护角α一般采用20°~30°。220kV及330kV双避雷线线路的避雷线保护角α取20°左右，500kV超高压线路都架设双避雷线取保护角α≤15°，山区宜采用较小的保护角。35kV及以下的线路一般不全线装设避雷线。这是因为这些线路绝缘水平太低，即使装设避雷线来防止雷直击导线，也往往难以避免发生反击闪络，且降低感应雷过电压的效果也不明显。输电线路防雷2.降低杆塔接地电阻3.架设耦合地线4.采用中性点非直接接地方式5.装设自动重合闸6.采用不平衡绝缘方式7.加强绝缘8.装设管式避雷器输电线路防雷第四章发电厂和变电站的防雷发电厂和变电站可能遭受的雷害来自两个方面：一是雷电直击于发电厂和变电站的设备；二是雷击输电线路后产生的雷电过电压波沿线路侵入发电厂和变电站，即侵入波。发电厂和变电站的设备相对集中，采用避雷针或避雷线后，可以非常有效的防护直击雷过电压。由于线路落雷比较频繁，因此雷电侵入波是造成发电厂和变电站雷害事故的主要原因。一、发电厂和变电站的雷害发电厂和变电站的防雷1.直击雷防护的基本要求为了防止发电厂和变电站的电气设备及其他建筑物遭受直接雷击，需要装设避雷针或避雷线进行保护，并且还必须满足下面两个基本要求：⑴所有被保护物处于避雷针或避雷线的保护范围之内。⑵雷击避雷针或避雷线时，避雷针或避雷线不应对被保护物发生反击。2.雷击避雷针时避雷针上的电位雷击避雷针时，雷电流经避雷针及其接地装置泄入大地，巨大的雷电流在避雷针本体及其接地装置上产生很高的电位。为了防止避雷针对被保护设备或构架发生反击，一般避雷针与被保护设备的空中距离Sk

不应小于5m，地中接地体间的距离Sd

不应小于3m。发电厂和变电站的防雷3.避雷针具体装设原则避雷针按照其装设方式分为独立避雷针和构架避雷针。独立避雷针的接地装置与主接地网是分开埋设的，它与被保护物及其接地装置间的距离在空中和地下应分别满足不应小于5m和3m的要求。构架避雷针是装在配电装置构架上的避雷针的简称，它具有造价低廉，便于布置等优点，它的接地装置直接接主接地网，但应在装设避雷针的构架附近埋设辅助集中接地装置。⑴对于35kV及以下的户外配电装置，由于绝缘水平较低，为了避免反击应装设独立避雷针。⑵对于110kV及以上的配电装置，可以把避雷针装设在构架上。⑶由于变压器的绝缘较弱又是变电站中最重要的电气设备，因此在变压器的门型构架上不能装设避雷针。⑷构架避雷针的接地装置与变电站主接地网的连接点离主变压器接地装置与变电站主接地网的连接点之间的距离不应小于15m，目的是使主变压器绝缘免遭反击。⑸110kV及以上的配电装置可以将线路避雷线引至出线门型构架上；对35kV配电装置，在土壤电阻率ρ≤500Ω·m的地区，避雷线可以引至出线门型构架上，并应装设集中接地装置。⑹发电厂厂房一般不装设避雷针，以免发生反击事故和引起继电保护误动作。发电厂和变电站的防雷发电厂和变电站的侵入波防护1.主要措施装设避雷器是发电厂、变电站对雷电侵入波过电压进行防护的主要措施，它的保护作用主要是限制雷电侵入波过电压的幅值。⑴具有架空进线的35kV及以上发电厂和变电站敞开式高压配电装置中，高压配电装置采用单母线、双母线或分段的电气主接线时，只要保证每组可能单独运行的母线上装设一组氧化锌避雷器,就可以使整个变电站得到保护。⑵敞开式发电厂和变电站采用一个半断路器主接线时，氧化锌避雷器宜装设在每回线路的入口和每一主变压器回路上；如果线路入口有并联电抗器且通过断路器进行操作，在电抗器高压端也要装设一组氧化锌避雷器。发电厂和变电站的防雷⑶变电站的3~10kV配电装置，应在每组母线和架空进线上装设氧化锌避雷器并应采用如图所示的保护接线。架空进线全部在厂区内，且受到其地建筑物屏蔽时，可只在母线上装设避雷器。⑷变电站内所有氧化锌避雷器应以最短的接地线与配电装置的主接地网连接，同时应在其附近装设集中接地装置。⑸对于电压等级高、规模大、电气接线复杂的超高压或特高压变电站，雷电过电压波在传播过程中的折反射较复杂，设备绝缘上的过电压计算就比较复杂，这时可根据经验进行设计，然后通过计算机计算或模拟试验检验，确定合理的保护方案。发电厂和变电站的防雷2.辅助措施采用进线保护是发电厂、变电站对雷电侵入波过电压进行防护的辅助措施。⑴进线段保护的概念把靠近变电站1~2km的一段输电线路称为进线段，进线段保护就是在进线段上采用加强防雷保护的措施，提高其耐雷水平，降低绕击和反击的概率。⑵进线段保护的作用一是使侵入波从变电站进线段之外沿进线段线路传入变电站，利用进线段波阻抗的作用限制流过避雷器阀片的雷电流不超过标称放电电流。二是利用侵入波在进线段导线上产生的冲击电晕的衰减作用来降低雷电侵入波的陡度，确保避雷器保护的最大电气距离不降低。⑶进线段保护接线35~110kV未沿全线架设避雷线时的进线段保护发电厂和变电站的防雷110kV及以上沿全线架设避雷线时的进线段保护。进线保护段范围内的线路耐雷水平应该符合表6-10中的要求。35kV及以上电缆进线段保护接线在电缆与架空线的连接处由于侵入波的折反射形成很高的过电压，因此一般应装设一组氧化锌避雷器，其接地端应与电缆金属外皮连接。对三芯电缆，末端的金属外皮应直接接地；对单芯电缆，应经金属氧化物电缆护层保护器(FC)或保护间隙(FG)接地发电厂和变电站的防雷第五章变压器的防雷变压器中性点的防雷保护1.变压器中性点的绝缘水平变压器中性点的绝缘水平有两种情况：一种是中性点的绝缘水平与变压器绕组首端绝缘水平相同，这种变压器称为全绝缘变压器；一种是中性点的绝缘水平低于变压器绕组首端绝缘水平，这种变压器称为分级绝缘变压器。在中性点非直接接地系统中的变压器采用的是全绝缘变压器；中性点直接接地系统的变压器可以采用全绝缘变压器，也可以采用分级绝缘变压器。2.中性点防雷措施⑴全绝缘变压器的中性点一般不需要采取专门的防雷保护。⑵在中性点直接接地系统中，110~220kV中性点不接地的分级变压器应在其中性点装设雷电过电压保护装置，且宜选变压器中性点氧化锌避雷器。⑶不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统中的变压器中性点，在多雷区单进线变电站且变压器中性点引出时，宜装设保护装置。变压器的防雷三绕组变压器经常开路的低压绕组的防雷保护1.雷电过电压在绕组间的传递传递电压包括两个分量：一个是由绕组间的静电感应产生的，是静电分量；一个是由绕组间的电磁感应（按变比