第10章 輸電線路的防雷-2014

1、高電壓工程基礎高電壓工程基礎 施圍 邱毓昌 張喬根（西安交通大學）編著 王倩（西安理工大學）制作 第10章 輸電線路的防雷保護 10.1 輸電線路防雷的原則和措施 10.2 線路感應雷過電壓 10.3 輸電線路的直擊雷過電壓 10.4 輸電線路雷擊跳閘率的計算 高電壓工程基礎 高電壓工程基礎 10.1 輸電線路防雷的原則和措施輸電線路防雷的原則和措施 雷擊線路 附近地面 雷擊 塔頂 雷擊檔距中央 的避雷線 雷擊 導線 輸電線路防雷的任務：輸電線路防雷的任務： 采用技術上與經(jīng)濟上的合理措施，使系統(tǒng)雷害降低到運行 部門能夠接受的程度，保證系統(tǒng)安全可靠運行。 感應雷過電壓 直擊雷過電壓 高電壓工程基

2、礎 輸電線路防雷的措施（輸電線路防雷的措施（“四道防線四道防線”）：）： 防止雷直擊導線 沿線架設避雷線，有時還要裝避雷針與其配合 (2) 防止雷擊塔頂或避雷線后引起絕緣閃絡 降低桿塔的接地電阻，增大耦合系數(shù)，適當加強線路絕緣， 在個別桿塔上采用避雷器等 (3) 防止雷擊閃絡后轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的工頻電弧 適當增加絕緣子片數(shù)，減少絕緣子串上工頻電場強度，電 網(wǎng)中采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式 (4) 防止線路中斷供電 采用自動重合閘，或雙回路、環(huán)網(wǎng)供電等措施 高電壓工程基礎 衡量輸電線路防雷性能的兩個指標：衡量輸電線路防雷性能的兩個指標： 耐雷水平（單位：kA） 雷擊線路不致引起絕緣閃絡的最大雷電流幅

3、值，稱為 線路的耐雷水平。線路的耐雷水平愈高，線路絕緣發(fā)生閃 絡的機會就愈小。 雷擊跳閘率（單位：次/ l00km40雷電日） 雷擊跳閘率是指折算為統(tǒng)一的條件下，因雷擊而引起 的線路跳閘的次數(shù)。此統(tǒng)一條件規(guī)定為每年 40 個雷電日 和 l00km 的線路長度。 高電壓工程基礎 10.2 線路感應雷過電壓線路感應雷過電壓 靜電場突然消失靜電場突然消失靜電分量靜電分量 主放電產(chǎn)生脈沖磁場主放電產(chǎn)生脈沖磁場靜電分量靜電分量 高電壓工程基礎 無避雷線時的感應雷過電壓無避雷線時的感應雷過電壓 實測表明，感應過電壓峰值最大可達300 400kV。這 對35kV及以下的水泥桿線路可能引起閃絡事故；110kV

4、及 以上的線路，由于絕緣水平較高，一般不會引起閃絡事故， 且感應過電壓同時存在于三相導線上，故相間不存在電位 差，只能引起對地閃絡。 感應過電壓系數(shù)，kV/m，其值等于以kA/s為單位的雷電流平 均陡度值，即 = I / 2.6。 hd 導線平均高度，m。 雷擊線路附近地面： d 25 Ih U s 雷擊桿塔或線路附近避雷線： d Uh 高電壓工程基礎 有避雷線時的感應雷過電壓有避雷線時的感應雷過電壓 cc (1)UUK UK U Kc 為避雷線與導線之間的耦合系數(shù)。如前所述，其值 只決定于導線間的相互位置與幾何尺寸。線間距離越近， 則耦合系數(shù) Kc 愈大，導線上感應過電壓愈低。 避雷線在導線

5、上 耦合出來的電壓 高電壓工程基礎 10.3 輸電線路的直擊雷過電壓輸電線路的直擊雷過電壓 無避雷線時的直擊雷過電壓無避雷線時的直擊雷過電壓 雷擊點電壓：100 2 24 A I ZIZ UI 輸電線耐雷水平： 50% 100 U I 1. 雷擊導線的過電壓及耐雷水平雷擊導線的過電壓及耐雷水平 高電壓工程基礎 塔頂電位： chgtchgt d (/2.6) d I UIRLI RL t 導線電位： dd 2.6 I Uhh 絕緣子承受電壓塔頂電位導線電位 jchgtd ()(/2.6/2.6)UUUI RLh 耐雷水平： 50% chgtd /2.6/2.6 U I RLh 2. 雷擊塔頂時的

6、過電壓及耐雷水平雷擊塔頂時的過電壓及耐雷水平 高電壓工程基礎 有避雷線時的直擊雷過電壓有避雷線時的直擊雷過電壓 1. 雷繞過避雷線擊于導線的過電壓及耐雷水平雷繞過避雷線擊于導線的過電壓及耐雷水平 雷擊點電壓：100 2 24 A I ZIZ UI 輸電線耐雷水平： 50% 100 U I 此時，避雷線只起到降低 繞擊率的作用： 平原線路： a lg3.90 86 h p 山區(qū)線路： a lg3.35 86 h p 高電壓工程基礎 2. 雷擊塔頂時的過電壓及耐雷水平雷擊塔頂時的過電壓及耐雷水平 塔頂電位： gtgchgtggchgt d (/2.6) d i uiRLI RL t 導線電位： c

7、gtcgchgtdc cgchgtdc (/2.6)(1) (/2.6)(1) 2.6 K UKI RLhK I KI RLhK g (1)i gi 絕緣子承受電壓： jgchgtcdc (/2.6)(1)(1) 2.6 I UI KLKhK gchggtdc (/2.6/2.6)(1)IRLhK 輸電線路耐雷水平： 50% cgchgtd (1)(/2.6)/2.6 U I KRLh 高電壓工程基礎 分流系數(shù)：分流系數(shù)： chggtgbg d()/dRtLLttt 額定電壓 (kV)110220330500 單避雷線0.900.92 雙避雷線0.860.880.880.865 0.822 g

8、 gt ch bb 1 1 L R t LL g gt ch bb 1 11.3 L R LL t 取 0 2.6 s的平均值 高電壓工程基礎 3. 雷擊避雷線檔距中央的過電壓及空氣間隙雷擊避雷線檔距中央的過電壓及空氣間隙 (0.0121)slm Ass 1d1 2d2 I ULL t sAcsc 1 (1)(1) 2 UUKLK 電力系統(tǒng)多年的運行經(jīng)驗表明，間距只要滿足上式要求， 雷擊檔距中央避雷線時，導線與避雷線間一般不會發(fā)生閃絡。 所以，在計算雷擊跳閘率時，不計及這種情況。 高電壓工程基礎 10.4 輸電線路雷擊跳閘率的計算輸電線路雷擊跳閘率的計算 根據(jù)模擬試驗和運行經(jīng)驗，一般高度線路的

9、避雷線和導 線對地面的遮蔽寬度取4hd + b，hd是上導線的平均高度，b為 避雷線之間的寬度，這樣 ，l00km輸電線路對地面的遮蔽面積， 或受雷害面積（km2）為： 3 dd (4) 101000.1(4)Ahbhb 地面落雷密度為 0.07，如果取每年40個雷暴日作為標準 值，每年l00km輸電線路受到的雷擊次數(shù)（次次/ (100km40雷雷 電日電日)）為： d 0.28(4)Nhb 2da2 0.28(4)nhb pp 高電壓工程基礎 反擊跳閘率反擊跳閘率n1（次次/ 100km40雷電日雷電日 ） 1d1 0 .2 8 (4)nhbgp 雷擊次數(shù)擊桿率建弧率 雷電流幅值 大于雷擊塔

10、 頂?shù)哪屠姿?平 I1 的概率 繞擊跳閘率繞擊跳閘率n2（次次/ 100km40雷電日雷電日 ） 雷擊次數(shù)繞擊率建弧率 雷電流幅值 大于雷繞擊 的耐雷水平 I2 的概率 高電壓工程基礎 12d1a2 0.28(4) ()nnnhbgpp p 電壓等級（kV）500330220110 雷擊桿塔時耐雷水 平（kA） 125 175100 15075 11040 75 平原跳閘率 （次/百公里年） 0.0810.1210.2520.833 山區(qū)跳閘率 （次/百公里年） 0.17 0.420.27 0.600.43 0.951.18 2.01 架空輸電線路典型桿塔的耐雷水平及雷擊跳閘率 運行經(jīng)驗表明：

11、隨電壓等級的提高，由于線路耐受反擊 能力大大提高，使得繞擊在線路雷擊跳閘中比例加大。 注意： 按照規(guī)程法計算330kV及以上電壓等級的雷擊跳閘率存在 類似的問題?；诖?，出現(xiàn)了“繞擊的電氣幾何模型”（又 稱“等擊距”模型）。 盡管該模型與實驗之間存在一定的差異，但是可以很好 地解釋線路“繞擊”率增加的問題。 高電壓工程基礎 例10-1 某 220kV 線路，假定桿塔沖擊接地電阻 Rch = 7，絕緣 串由 13 片 X-7組成。其正極性沖擊放電電壓 U50% 為 1410kV， 負極性沖擊放電電壓 U50% 為 1560kV。架設雙避雷線，避雷線 弧垂為 7m ，導線弧垂為 12m ，避雷線半徑為 5.5mm 。求該線 路的耐雷水平及雷電跳閘率。 解：1計算幾何參數(shù) （l）避雷線與導線的平均高度 bpbb 22 29.1724.5 33 hhf dpdd 22 23.41215.4 33 hhf （2）避雷線對外側導線的耦合系數(shù) c0c1c0 1.25 0.2290.286KK K gt 0.5 29.114.5L （3）桿塔電感 Lgt 高電壓工程基礎 2雷擊塔頂時分流系數(shù)查表 g 0.88 3雷擊塔頂時的耐雷水平 I1 50% 1 gchgtdpc 116 (/2.6)/2.6(1) U I RLhK 1 4.8%p 5計算繞擊耐雷水平I2 2 15.6I 4雷電流