高電壓技術-第八章-xueyd課件

1、第八章第八章 電力系統(tǒng)防雷保護電力系統(tǒng)防雷保護 主要內容主要內容第一節(jié)第一節(jié) 輸電線路的防雷保護輸電線路的防雷保護第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)電廠和變電所的防雷保護發(fā)電廠和變電所的防雷保護第三節(jié)第三節(jié) 旋轉電機的防雷保護旋轉電機的防雷保護（發(fā)電機、調相機、變頻機、電動機）（發(fā)電機、調相機、變頻機、電動機）8.1 輸電線路防雷保護輸電線路防雷保護 基本知識（基本知識（1）輸電線路雷擊是線路跳閘的主要起因。輸電線路雷擊是線路跳閘的主要起因。原因：分布廣，易受雷擊原因：分布廣，易受雷擊在我國跳閘率比較高的地區(qū)的高壓線路由雷擊引起的次數(shù)約在我國跳閘率比較高的地區(qū)的高壓線路由雷擊引起的次數(shù)約占占4070，在多雷、土

2、壤電阻率高、地形復雜的地區(qū)，雷擊事故率更高在多雷、土壤電阻率高、地形復雜的地區(qū)，雷擊事故率更高在日本在日本50以上電力系統(tǒng)事故是由于雷擊輸電線路引起的以上電力系統(tǒng)事故是由于雷擊輸電線路引起的雷擊經(jīng)常引起雙回同時停電，雷擊經(jīng)常引起雙回同時停電，2030的輸電線路故障發(fā)生在雙回輸電線路的輸電線路故障發(fā)生在雙回輸電線路美國、前蘇聯(lián)等十二個國家，雷害事故占總事故的美國、前蘇聯(lián)等十二個國家，雷害事故占總事故的60據(jù)據(jù)275500kV總長為總長為32700km輸電線路連續(xù)三年的運行資料輸電線路連續(xù)三年的運行資料基本知識（基本知識（2）線路雷擊過電壓分為：感應雷過電壓、直擊雷過電壓。線路雷擊過電壓分為：感應

3、雷過電壓、直擊雷過電壓。感應雷過電壓：雷擊線路附近地面感應雷過電壓：雷擊線路附近地面,或塔頂?shù)窗l(fā)生反擊，由電磁感應或塔頂?shù)窗l(fā)生反擊，由電磁感應引起的過電壓。引起的過電壓。直擊雷過電壓：雷擊于線路引起的過電壓。雷擊塔桿、避雷線及繞擊直擊雷過電壓：雷擊于線路引起的過電壓。雷擊塔桿、避雷線及繞擊反擊雷擊桿塔或避雷線反擊雷擊桿塔或避雷線,造成絕緣子接地端電位比導線高造成絕緣子接地端電位比導線高繞擊繞開避雷線，雷電直接擊中導線繞擊繞開避雷線，雷電直接擊中導線直擊雷的危害更為嚴重。直擊雷的危害更為嚴重。輸電線路耐雷性能和防雷措施效果衡量標準：耐雷水平、雷輸電線路耐雷性能和防雷措施效果衡量標準：耐雷水平

4、、雷擊跳閘率。擊跳閘率。耐雷水平耐雷水平：雷擊線路時絕緣不發(fā)生閃絡的最大雷電流幅值：雷擊線路時絕緣不發(fā)生閃絡的最大雷電流幅值耐雷水平越高，防雷性能越好。耐雷水平越高，防雷性能越好。雷擊跳閘率雷擊跳閘率：折算為統(tǒng)一條件（每年：折算為統(tǒng)一條件（每年40雷暴日、雷暴日、100km線路）線路）下，因雷擊而引起的線路跳閘次數(shù)。下，因雷擊而引起的線路跳閘次數(shù)。由于雷電放電的復雜性，相對于計算結果，實際運行經(jīng)驗更為重要由于雷電放電的復雜性，相對于計算結果，實際運行經(jīng)驗更為重要 輸電線路防雷的四道防線輸電線路防雷的四道防線 雷擊輸電線路的危害：雷擊輸電線路的危害：引起線路跳閘，影響正常供電引起線路跳閘，影響正

5、常供電雷電波侵入變電站，雷電波侵入變電站，破壞設備絕緣，造成停電事故破壞設備絕緣，造成停電事故。危害更大危害更大輸電線路防雷措施又稱為線路防雷的四道防線輸電線路防雷措施又稱為線路防雷的四道防線 防止雷直擊導線。防止雷直擊導線。措施：避雷線、避雷針，或電纜線路措施：避雷線、避雷針，或電纜線路防止雷擊塔頂或避雷線后引起絕緣閃絡。防止雷擊塔頂或避雷線后引起絕緣閃絡。措施：降低接地電阻、增大耦合系數(shù)、增強線路絕緣、采用線路型避措施：降低接地電阻、增大耦合系數(shù)、增強線路絕緣、采用線路型避雷器雷器防止閃絡后轉為穩(wěn)定的工頻電弧，以免跳閘。防止閃絡后轉為穩(wěn)定的工頻電弧，以免跳閘。增加絕緣子片數(shù)、采用不接地或經(jīng)

6、消弧線圈接地增加絕緣子片數(shù)、采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地防止線路中斷供電。防止線路中斷供電。自動重合閘、雙回路、環(huán)網(wǎng)供電自動重合閘、雙回路、環(huán)網(wǎng)供電應用時須根據(jù)具體情況，選擇合適的保護措施。應用時須根據(jù)具體情況，選擇合適的保護措施。如：線路電壓等級、供電重要程度、雷電活動強弱等。如：線路電壓等級、供電重要程度、雷電活動強弱等。 感應雷過電壓的產(chǎn)生感應雷過電壓的產(chǎn)生 （1）感應雷過電壓的產(chǎn)生分為：靜電分量和電磁分量感應雷過電壓的產(chǎn)生分為：靜電分量和電磁分量 感應雷過電壓的靜電分量。感應雷過電壓的靜電分量。雷云接近線路上空時，由于靜電感應，與雷云異號的正電荷被吸引雷云接近線路上空時，由于靜電感應，與

7、雷云異號的正電荷被吸引到靠近先導通道的一段導線上，形成束縛電荷。而異號電荷則被排到靠近先導通道的一段導線上，形成束縛電荷。而異號電荷則被排斥到線路遠方或流入大地斥到線路遠方或流入大地先導放電速度較慢，電荷移動速度較慢，對應的電壓、電流波可忽略先導放電速度較慢，電荷移動速度較慢，對應的電壓、電流波可忽略導線仍保持原有電位導線仍保持原有電位主放電開始后，先導通道中的負電荷被快速中和。靜電場突然消失，主放電開始后，先導通道中的負電荷被快速中和。靜電場突然消失，被束縛的電荷瞬間成了自由電荷，形成電壓波迅速向線路兩側傳播。被束縛的電荷瞬間成了自由電荷，形成電壓波迅速向線路兩側傳播。感應雷過電壓的電磁分量

8、。感應雷過電壓的電磁分量。主放電時，雷電流沖擊波產(chǎn)生強烈的脈沖磁場，其磁通與導線相交主放電時，雷電流沖擊波產(chǎn)生強烈的脈沖磁場，其磁通與導線相交時，即產(chǎn)生一定的感應電壓。時，即產(chǎn)生一定的感應電壓。由于主放電通道與導線基本垂直，故電磁分量較小，通常由于主放電通道與導線基本垂直，故電磁分量較小，通常只考慮靜電分量只考慮靜電分量 感應雷過電壓的產(chǎn)生感應雷過電壓的產(chǎn)生 （2）電荷聚集過程速度較慢，可忽略對應波過程電荷聚集過程速度較慢，可忽略對應波過程電荷釋放過程速度快，形成明顯的波過程電荷釋放過程速度快，形成明顯的波過程與先導放電和主放電的速度對應與先導放電和主放電的速度對應無避雷線時的感應雷過電壓無避

9、雷線時的感應雷過電壓 （1）當雷擊點與電力線路之間的水平距離當雷擊點與電力線路之間的水平距離d65m時，感應雷過時，感應雷過電壓的最大值可為：電壓的最大值可為： Ui=25Ih/d I雷電流幅值，雷電流幅值， h導線對地平均高度，導線對地平均高度，d雷擊點與導線間雷擊點與導線間的水平距離的水平距離由于雷擊點自然接地電阻較大，由于雷擊點自然接地電阻較大，I最大可按最大可按100kA估算估算可以推算：感應雷過電壓是直擊雷的可以推算：感應雷過電壓是直擊雷的1/10左右。左右。當當d50m，易擊中線路本身（受線路吸引），易擊中線路本身（受線路吸引）當當d50m，且未擊中線路本身，感應雷過電壓的最大值為

10、：，且未擊中線路本身，感應雷過電壓的最大值為： Ui=ah=Ih/2.6a感應過電壓系數(shù)，單位為感應過電壓系數(shù)，單位為kV/m。數(shù)值上等于雷電流的時間陡度。數(shù)值上等于雷電流的時間陡度平均值，即平均值，即 I/2.6(單位單位kA/us)。對公式的理解對公式的理解無避雷線時的感應雷過電壓無避雷線時的感應雷過電壓 （2）即無避雷線時，雷擊點距線路即無避雷線時，雷擊點距線路65m以內，其感應以內，其感應過電壓不隨距離而變化；距線路過電壓不隨距離而變化；距線路65m以上，感應以上，感應過電壓隨距離線性減小。過電壓隨距離線性減小。實測表明，感應雷過電壓幅值一般不超過實測表明，感應雷過電壓幅值一般不超過3

11、00400kV可使可使35kV及以下水泥桿線路出現(xiàn)閃絡及以下水泥桿線路出現(xiàn)閃絡對對110kV及以上線路，一般不會構成威脅及以上線路，一般不會構成威脅感應雷的極性與雷云極性相反，一般為正。感應雷的極性與雷云極性相反，一般為正。不同相導線產(chǎn)生的感應雷同極性，故相間不存在不同相導線產(chǎn)生的感應雷同極性，故相間不存在電位差，只會對地閃絡電位差，只會對地閃絡 有避雷線時的感應雷過電壓（有避雷線時的感應雷過電壓（1） 導線上方掛有避雷線時，感應的束縛電荷和電壓均減小導線上方掛有避雷線時，感應的束縛電荷和電壓均減小雷電先導電荷產(chǎn)生的電力線部分被避雷線截住雷電先導電荷產(chǎn)生的電力線部分被避雷線截住或者：避雷線聚集

12、的電荷降低了先導電荷對導線的電場強度或者：避雷線聚集的電荷降低了先導電荷對導線的電場強度避雷線起到屏蔽線的作用。避雷線起到屏蔽線的作用。如果避雷線與導線一樣未接地，其感應雷過電壓與導線的如果避雷線與導線一樣未接地，其感應雷過電壓與導線的計算過程類似。計算過程類似。由于聚集電荷間的影響，感應電壓適度降低由于聚集電荷間的影響，感應電壓適度降低二者過電壓電荷極性相同二者過電壓電荷極性相同但實際上，避雷線通過桿塔接地，其電位為零。但實際上，避雷線通過桿塔接地，其電位為零。從行波角度看，僅指到達桿塔接地點及以后為零。從行波角度看，僅指到達桿塔接地點及以后為零。在感應電壓波到達桿塔（接地點）之前，不為零。

13、在感應電壓波到達桿塔（接地點）之前，不為零。復習：行波傳播的知識復習：行波傳播的知識有避雷線時的感應雷過電壓（有避雷線時的感應雷過電壓（2） 避雷線感應電壓行波避雷線感應電壓行波Ui(g)到達桿塔時，將產(chǎn)生一個到達桿塔時，將產(chǎn)生一個-Ui(g)反射電壓波。反射電壓波。行波的折反射行波的折反射反射電壓行波反射電壓行波-Ui(g)將在導線上產(chǎn)生一個耦合電壓將在導線上產(chǎn)生一個耦合電壓-kUi(g)。即，導線的實際感應雷過電壓為：即，導線的實際感應雷過電壓為：k為避雷線與導線間的幾何耦合系數(shù)為避雷線與導線間的幾何耦合系數(shù)總體而言，由于避雷線的屏蔽作用，導線上感應電壓下降。總體而言，由于避雷線的屏蔽作用

14、，導線上感應電壓下降。避雷線與導線間距越小，耦合系數(shù)越大，導線上的過電壓越小避雷線與導線間距越小，耦合系數(shù)越大，導線上的過電壓越小 計及電暈影響后，耦合系數(shù)需要修正。計及電暈影響后，耦合系數(shù)需要修正。)1)()()()( cgiiiihhkcugkucucu輸電線路直擊雷過電壓輸電線路直擊雷過電壓以中性點直接接以中性點直接接地系統(tǒng)為例地系統(tǒng)為例雷擊桿塔桿頂雷擊桿塔桿頂雷擊避雷線雷擊避雷線位于塔桿擋距之位于塔桿擋距之間間雷繞過避雷線擊雷繞過避雷線擊于導線于導線繞擊繞擊雷擊塔桿桿頂?shù)倪^程雷擊塔桿桿頂?shù)倪^程 雷電流大部分經(jīng)被擊塔桿及其接地電阻流入大地，小部分雷電流大部分經(jīng)被擊塔桿及其接地電阻流入大地

15、，小部分經(jīng)相鄰兩塔桿入地經(jīng)相鄰兩塔桿入地 從絕緣子串閃絡的角度看，雷擊塔桿桿頂比雷擊避雷線更從絕緣子串閃絡的角度看，雷擊塔桿桿頂比雷擊避雷線更最嚴重，過電壓更高。最嚴重，過電壓更高。由于桿塔不高，接地電阻由于桿塔不高，接地電阻R較小，接地點反射電流立即達較小，接地點反射電流立即達到塔頂，入射電流加倍。到塔頂，入射電流加倍。另一方面，避雷線有分流作用另一方面，避雷線有分流作用流經(jīng)桿塔的電流流經(jīng)桿塔的電流it 沖擊閃絡沖擊閃絡-時時間幾十間幾十us，開關來不及動作，開關來不及動作-如果工頻續(xù)流，則跳閘如果工頻續(xù)流，則跳閘-如果無工頻續(xù)流，則不跳閘如果無工頻續(xù)流，則不跳閘是否發(fā)生工頻續(xù)流，取決于是否

16、發(fā)生工頻續(xù)流，取決于弧道中的平均電場強度弧道中的平均電場強度閃絡瞬間工頻電壓值（相位）閃絡瞬間工頻電壓值（相位）去游離條件（氣溫、風速等）去游離條件（氣溫、風速等）雷擊跳閘原因：反擊或繞擊雷擊跳閘原因：反擊或繞擊反擊跳閘主要是：雷擊桿塔反擊跳閘主要是：雷擊桿塔繞擊：繞擊導線。繞擊：繞擊導線。 雷擊避雷線一般不發(fā)生跳閘雷擊避雷線一般不發(fā)生跳閘雷擊桿塔的跳閘率雷擊桿塔的跳閘率 雷擊跳閘率：折算為統(tǒng)一條件（每年雷擊跳閘率：折算為統(tǒng)一條件（每年40雷暴日、雷暴日、100km線線路）下，因雷擊而引起的線路跳閘次數(shù)。路）下，因雷擊而引起的線路跳閘次數(shù)。每每100km有避雷線的線路每年（有避雷線的線路每年（

17、40個雷暴日）的落雷次數(shù)：個雷暴日）的落雷次數(shù)：N=2.8hg。hg為避雷線對地平均高度為避雷線對地平均高度擊桿率擊桿率g ：雷擊桿塔次數(shù)：雷擊桿塔次數(shù)/雷擊線路總次數(shù)。雷擊線路總次數(shù)。1/61/2。不同條件下的擊桿率見不同條件下的擊桿率見P196表表8-2 雷電流幅值超過雷擊塔頂耐雷水平的概率為雷電流幅值超過雷擊塔頂耐雷水平的概率為 P1可查閱P169圖7-2 建弧率建弧率 ：絕緣擊穿后存在工頻續(xù)流的概率。：絕緣擊穿后存在工頻續(xù)流的概率。 每每100km線路每年雷擊桿塔跳閘次數(shù)線路每年雷擊桿塔跳閘次數(shù) 118 . 2Pghng275. 010)145 . 4(E繞擊跳閘率繞擊跳閘率 每每10

18、0km線路每年繞擊跳閘次數(shù)：線路每年繞擊跳閘次數(shù)：Pa為繞擊率。繞擊次數(shù)為繞擊率。繞擊次數(shù)/雷擊線路總次數(shù)雷擊線路總次數(shù) 平原線路繞擊率：平原線路繞擊率：山區(qū)線路繞擊率：山區(qū)線路繞擊率：為避雷線保護角，為避雷線保護角，ht為避雷線平均高度為避雷線平均高度P2為雷電流幅值超過繞擊耐雷水平的概率。為雷電流幅值超過繞擊耐雷水平的概率。 可查閱可查閱P169圖圖7-2228 . 2PPhnag9 . 386lgtahP35. 386lgtahP線路雷擊跳閘率線路雷擊跳閘率 線路雷擊跳閘率：線路雷擊跳閘率：= 雷擊桿塔（反擊）跳閘率雷擊桿塔（反擊）跳閘率 +繞擊跳閘率繞擊跳閘率 )(8 . 22121P

19、PgPhnnng中性點非直接接地電網(wǎng)雷擊跳閘率中性點非直接接地電網(wǎng)雷擊跳閘率 無避雷線，每無避雷線，每100km線路每年線路每年40雷暴日的雷擊跳閘雷暴日的雷擊跳閘率為率為hc上導線平均高度，上導線平均高度， 建弧率：建弧率：P1為：雷擊使一相導線與塔桿閃絡，再向第二相導線反為：雷擊使一相導線與塔桿閃絡，再向第二相導線反擊且雷電流幅值超過耐雷水平的概率。擊且雷電流幅值超過耐雷水平的概率。 單相閃絡不跳閘。需要兩相同時閃絡（接地并短路）單相閃絡不跳閘。需要兩相同時閃絡（接地并短路）才能跳閘。為什么？才能跳閘。為什么？ 18 . 2Phnc輸電線路的防雷措施（輸電線路的防雷措施（1）架設避雷線架設

20、避雷線減少雷直擊導線；減少雷直擊導線；分流作用降低塔頂電位；分流作用降低塔頂電位；屏蔽作用降低感應過電壓屏蔽作用降低感應過電壓規(guī)程規(guī)定：規(guī)程規(guī)定：220kV及以上全線雙避雷線及以上全線雙避雷線110kV除少雷區(qū)外全線架設避雷線除少雷區(qū)外全線架設避雷線保護角。保護角。110kV：20o30o； 220kV：20o ；500kV：負角：負角降低桿塔接地電阻。降低桿塔接地電阻。 一般高度桿塔特別有效一般高度桿塔特別有效架設耦合地線。架設耦合地線。降低接地電阻困難時用降低接地電阻困難時用導線下方架設一條接地線導線下方架設一條接地線具有分流作用，又加強了避雷線對導線的耦合。具有分流作用，又加強了避雷線對

21、導線的耦合。運行經(jīng)驗表明，可降低雷擊跳閘率運行經(jīng)驗表明，可降低雷擊跳閘率50左右左右輸電線路的防雷措施（輸電線路的防雷措施（2）加強絕緣加強絕緣針對個別大跨越、高桿塔，落雷機會多等情況針對個別大跨越、高桿塔，落雷機會多等情況方法：增加絕緣子片數(shù)方法：增加絕緣子片數(shù)采用不平衡絕緣方式。采用不平衡絕緣方式。同桿雙回線路采用。同桿雙回線路采用。方法：方法：一回普通絕緣，一回加強絕緣。一回普通絕緣，一回加強絕緣。避免同時閃絡，同時跳閘。避免同時閃絡，同時跳閘。裝設自動重合閘裝設自動重合閘我國我國110kV及以上線路重合閘成功率達及以上線路重合閘成功率達7595采用消弧線圈接地運行方式采用消弧線圈接地運

22、行方式單相雷擊閃絡電弧被消弧線圈熄滅，不跳閘單相雷擊閃絡電弧被消弧線圈熄滅，不跳閘我國的運行經(jīng)驗表明，可使雷擊跳閘率降低我國的運行經(jīng)驗表明，可使雷擊跳閘率降低1/3左右左右僅適用中壓配電網(wǎng)僅適用中壓配電網(wǎng)輸電線路的防雷措施（輸電線路的防雷措施（3）加裝線路型避雷器加裝線路型避雷器作用：實質是一種放電器，并聯(lián)連接在被保護設備附近，當作用電作用：實質是一種放電器，并聯(lián)連接在被保護設備附近，當作用電壓超過避雷器的放電電壓時，避雷器先放電，限制了過電壓的發(fā)展壓超過避雷器的放電電壓時，避雷器先放電，限制了過電壓的發(fā)展基本要求：基本要求：良好的伏秒特性，實現(xiàn)合理的絕緣配合良好的伏秒特性，實現(xiàn)合理的絕緣配合

23、很強的絕緣強度自恢復能力，快速切斷工頻續(xù)流很強的絕緣強度自恢復能力，快速切斷工頻續(xù)流硅橡膠護套氧化鋅線路避雷器已取得良好應用效果硅橡膠護套氧化鋅線路避雷器已取得良好應用效果輸電線路的防雷措施（輸電線路的防雷措施（4）加裝線路型避雷器（續(xù)）加裝線路型避雷器（續(xù)）線路避雷器的投資較大，難以普遍采用線路避雷器的投資較大，難以普遍采用建議優(yōu)先安裝在：建議優(yōu)先安裝在：山區(qū)線路易擊段、易擊點的桿塔山區(qū)線路易擊段、易擊點的桿塔山區(qū)線路接地電阻超過山區(qū)線路接地電阻超過100 且發(fā)生過閃絡的桿塔且發(fā)生過閃絡的桿塔水電站升壓站出口線路接地電阻大的桿塔，大跨越高桿塔水電站升壓站出口線路接地電阻大的桿塔，大跨越高桿塔

24、多雷區(qū)雙回線路易擊段、易擊點的一回線路上多雷區(qū)雙回線路易擊段、易擊點的一回線路上輸電線路的防雷措施（輸電線路的防雷措施（5）輸電線路的防雷措施（輸電線路的防雷措施（6）日本：總結日本：總結77kV各種防雷措施的效果，統(tǒng)計出：各種防雷措施的效果，統(tǒng)計出：增加絕緣，增加絕緣， 可使雷擊跳閘次數(shù)降至可使雷擊跳閘次數(shù)降至62%架設耦合地線，架設耦合地線， 可使雷擊跳閘次數(shù)降至可使雷擊跳閘次數(shù)降至56%減少桿塔接地電阻，可使雷擊跳閘次數(shù)降至減少桿塔接地電阻，可使雷擊跳閘次數(shù)降至45%安裝安裝MOA后可消除雷擊跳閘事故后可消除雷擊跳閘事故美國：美國：AEP和和GE公司公司1980年開始研制線路防雷用合成絕

25、緣年開始研制線路防雷用合成絕緣ZnO避雷器，避雷器，1982年年10月有月有75只在只在138kV線路上投入試運行。線路上投入試運行。運行表明在裝有避雷器的被保護線段沒有出現(xiàn)絕緣子串的閃絡。運行表明在裝有避雷器的被保護線段沒有出現(xiàn)絕緣子串的閃絡。法國：法國：1998年開始在年開始在63kV和和90kV線路安裝避雷器線路安裝避雷器中國：中國：1993年，清華大學研制出年，清華大學研制出110220kV無間隙的線路避雷器，無間隙的線路避雷器，1999年，年，500kV線路避雷器掛網(wǎng)運行線路避雷器掛網(wǎng)運行8.2 發(fā)電廠和變電所的防雷保護發(fā)電廠和變電所的防雷保護 變電所防雷的要求和雷害來源變電所防雷的

26、要求和雷害來源發(fā)電廠和變電所防雷保護的要求更高：發(fā)電廠和變電所防雷保護的要求更高：線路防雷，可以是部分耐雷。線路防雷，可以是部分耐雷。線路絕緣損害主要是絕緣子沿面閃絡，可恢復。線路絕緣損害主要是絕緣子沿面閃絡，可恢復。具體耐雷水平可視線路重要程度而定。具體耐雷水平可視線路重要程度而定。發(fā)電廠、變電所，要求是完全耐雷。發(fā)電廠、變電所，要求是完全耐雷。雷擊造成的停電面積大。發(fā)電廠是電力網(wǎng)的心臟，變電所是樞紐。雷擊造成的停電面積大。發(fā)電廠是電力網(wǎng)的心臟，變電所是樞紐。一些重要設備不是自恢復絕緣。一旦閃絡，不可恢復。一些重要設備不是自恢復絕緣。一旦閃絡，不可恢復。發(fā)電廠和變電所雷害事故的來源：發(fā)電廠和

27、變電所雷害事故的來源：雷直擊雷直擊雷電波沿輸電線路侵入雷電波沿輸電線路侵入對直接雷的防護：避雷針、避雷線對直接雷的防護：避雷針、避雷線 + 良好的接地網(wǎng)良好的接地網(wǎng)對雷電波侵入的防護：避雷器（如閥式避雷器）對雷電波侵入的防護：避雷器（如閥式避雷器）+輔助措施。輔助措施。限制過電壓幅值；限制雷電流幅值；降低侵入波的陡度。限制過電壓幅值；限制雷電流幅值；降低侵入波的陡度。 直擊雷保護直擊雷保護 方法：避雷針、避雷線方法：避雷針、避雷線+良好的接地網(wǎng)良好的接地網(wǎng)使所有設備和建筑物處于保護范圍之內使所有設備和建筑物處于保護范圍之內復習：避雷針和避雷線的保護范圍。復習：避雷針和避雷線的保護范圍。防止反擊

28、（逆閃絡）發(fā)生。防止反擊（逆閃絡）發(fā)生。反擊的概念。反擊的概念。被保護物與避雷針（線）在地上和地下均留有足夠的距被保護物與避雷針（線）在地上和地下均留有足夠的距離。離。工作接地和防雷接地要分開。工作接地和防雷接地要分開。避雷針分類：獨立避雷針、構架避雷針避雷針分類：獨立避雷針、構架避雷針 獨立避雷針的過電壓（獨立避雷針的過電壓（1） 在避雷針的在避雷針的A點（高度點（高度h）和）和接地裝置接地裝置B點的電位為：點的電位為： L0避雷針單位高度等值電感避雷針單位高度等值電感Ri接地裝置沖擊接地電阻接地裝置沖擊接地電阻 避雷針與被保護物體的空間避雷針與被保護物體的空間距離（空氣間歇）應滿足距離（空

29、氣間歇）應滿足 E1空氣擊穿場強空氣擊穿場強一般為一般為500kV/m iBiAiRUiRdtdihLU011EUdAd1d2BRi獨立避雷針的過電壓（獨立避雷針的過電壓（2）地中距離應滿足：地中距離應滿足： E2為大地的擊穿場強為大地的擊穿場強一般為一般為300kV/m 根據(jù)規(guī)程?。焊鶕?jù)規(guī)程?。篒=100kA， 平均陡度平均陡度di/dt=100/2.6（kA/uS），），L0=1.55uH/m，帶入可得，帶入可得d1和和d2 我國標準推薦我國標準推薦 獨立避雷針的工頻接地電阻不宜大獨立避雷針的工頻接地電阻不宜大于于10歐姆。歐姆。接地電阻增大，接地電阻增大，d1，d2增大，避雷針增大，避雷

30、針高度增加，從技術經(jīng)濟角度權衡不合理高度增加，從技術經(jīng)濟角度權衡不合理 iiRdhRd3 . 01 . 02 . 02122EUdBd1d2BRi構架避雷針構架避雷針 構架避雷針：避雷針架設在構架上構架避雷針：避雷針架設在構架上構架避雷針特點：造價低廉、便于布置；但離電氣設備近，構架避雷針特點：造價低廉、便于布置；但離電氣設備近，易發(fā)生反擊。易發(fā)生反擊。關于避雷器的國家規(guī)程規(guī)定：關于避雷器的國家規(guī)程規(guī)定：35kv 及以下配電裝置的絕緣較弱，其架構或房頂上不宜裝設避雷針，及以下配電裝置的絕緣較弱，其架構或房頂上不宜裝設避雷針，而應裝設獨立避雷針。而應裝設獨立避雷針。 60kv的配電裝置，在大地電

31、阻率的配電裝置，在大地電阻率500m 的地區(qū)宜采用獨立避雷針。的地區(qū)宜采用獨立避雷針。 110kv及以上的配電裝置，在土壤電阻率及以上的配電裝置，在土壤電阻率5m地下距離：地下距離：d23m iiRdhllhllhRd3 . 0)2/()()(16. 02 . 02221l2l避雷線分流系數(shù)雷擊點到較近支柱間的距離雷擊點到另一支柱間的距離iiRdlhRd3 . 0)(16. 02 . 0211發(fā)電廠、變電所雷電侵入波防護措施發(fā)電廠、變電所雷電侵入波防護措施 主要措施：避雷器。此外需附加：輔助措施。主要措施：避雷器。此外需附加：輔助措施。對帶間歇類避雷器的要求：對帶間歇類避雷器的要求：伏秒特性在

32、被保護絕緣的伏秒特性之下；伏秒特性在被保護絕緣的伏秒特性之下；滅弧能力強，避免工頻續(xù)流。滅弧能力強，避免工頻續(xù)流。對對MOA類避雷器的要求：類避雷器的要求：伏秒特性在被保護絕緣的伏秒特性之下；伏秒特性在被保護絕緣的伏秒特性之下；殘壓低于被保護絕緣的擊穿強度。殘壓低于被保護絕緣的擊穿強度。如果避雷器與被保護設備連接在一點，滿足上述條件即可如果避雷器與被保護設備連接在一點，滿足上述條件即可但實際應用中，保護效果需要進一步研究但實際應用中，保護效果需要進一步研究避雷器一般裝在母線上、以保護多個設備。避雷器一般裝在母線上、以保護多個設備。避雷器與被保護設備間有一定距離的電氣引線。避雷器與被保護設備間有

33、一定距離的電氣引線。一般而言，由于該段線路的波過程（折射和反射），被保護設備上一般而言，由于該段線路的波過程（折射和反射），被保護設備上的電壓將在一個短時間內高于避雷器的殘壓，使避雷器的保護效果的電壓將在一個短時間內高于避雷器的殘壓，使避雷器的保護效果打折扣或遲延。打折扣或遲延。 閥式避雷器動作后變壓器上的過電壓（閥式避雷器動作后變壓器上的過電壓（1） 避雷器和變壓器的電氣距離避雷器和變壓器的電氣距離為為l，行波傳播時間為，行波傳播時間為T= l /v 入射雷電波為斜角平頂波，入射雷電波為斜角平頂波，最大幅值為：最大幅值為：UT波前陡度為波前陡度為 由于由于l2.6*300=780m，在，在短

34、時間內，可以設電壓波為短時間內，可以設電壓波為 6 . 2TUa attu)(忽略變壓器入口電容，視其為開路。則可以根據(jù)電壓波在忽略變壓器入口電容，視其為開路。則可以根據(jù)電壓波在l的折反射分析過電壓的折反射分析過電壓 在在02T內，反射波未返回，避雷器電壓為內，反射波未返回，避雷器電壓為 u1=at變壓器變壓器入口電容入口電容忽略忽略避雷器避雷器閥式避雷器動作后變壓器上的過電壓（閥式避雷器動作后變壓器上的過電壓（2）由于正反射，在由于正反射，在T2T內，變壓內，變壓電壓為電壓為: u2=2a(t T)2T時刻，反射波返回避雷器，時刻，反射波返回避雷器，避雷器和變壓器電壓幅值相等，避雷器和變壓器

35、電壓幅值相等，均為均為2aT 2T以后，二者均可表示為以后，二者均可表示為 u1= u2=2a(t T)二者曲線重合二者曲線重合避雷器上的電壓是一個折線。避雷器上的電壓是一個折線。2T后，整個電氣連線上的電壓后，整個電氣連線上的電壓均相等，以均相等，以2a速率增加速率增加tb時，電壓與避雷器的伏秒特性時，電壓與避雷器的伏秒特性相交，避雷器放電，殘壓相交，避雷器放電，殘壓u1近似近似為一直線。為一直線。 閥式避雷器動作后變壓器上的過電壓（閥式避雷器動作后變壓器上的過電壓（3）避雷器放電時，相當于產(chǎn)生一個避雷器放電時，相當于產(chǎn)生一個 -2at的反射波。該反射波在經(jīng)歷的反射波。該反射波在經(jīng)歷T后，后

36、，即時刻即時刻tb+T，才到達變壓器。，才到達變壓器。tb,tb+T時間內變壓器電壓繼續(xù)升高時間內變壓器電壓繼續(xù)升高避雷器的保護作用被減弱，或被延遲避雷器的保護作用被減弱，或被延遲變壓器的最大電壓比避雷器的殘壓要變壓器的最大電壓比避雷器的殘壓要高高 u=2aT=2a l /v ，等于等于 實際上，變壓器有一定的入口電容，實際上，變壓器有一定的入口電容，波過程將更為復雜波過程將更為復雜這種波與沖擊全波相差很大，對變壓器這種波與沖擊全波相差很大，對變壓器的作用與截波相近，有較大的損害的作用與截波相近，有較大的損害 vlaUUUUR21max變壓器與避雷器之間允許的最大電氣距離（變壓器與避雷器之間允

37、許的最大電氣距離（1） Uw(i)絕緣擊穿值；UR避雷器殘壓；a為電壓波時間陡度 ； 為電壓波空間陡度 即：最大距離與變壓器的多次截波耐壓值、避雷器殘壓、侵即：最大距離與變壓器的多次截波耐壓值、避雷器殘壓、侵入波的陡度有關。入波的陡度有關。避雷器殘壓與雷電流幅值有關避雷器殘壓與雷電流幅值有關侵入波的陡度與雷電流的幅值和波前時間有關。侵入波的陡度與雷電流的幅值和波前時間有關。不同類型避雷器的殘壓值也不同。不同類型避雷器的殘壓值也不同。在變壓器和避雷器確定的條件下，最大距離主要和雷電流幅在變壓器和避雷器確定的條件下，最大距離主要和雷電流幅值及陡度有關值及陡度有關 確定電氣距離，也可計算出確定電氣距

38、離，也可計算出 雷電流波的最大容許空間陡度雷電流波的最大容許空間陡度)2/()(maxvaUUlRiwaUUlRiw2/ )(maxormkVvaa/lUUaRiw2/ )(max變壓器與避雷器之間允許的最大電氣距離（變壓器與避雷器之間允許的最大電氣距離（2）其它設備與避雷器之間允許的最大電氣距離為其它設備與避雷器之間允許的最大電氣距離為 其它設備耐壓性能更好其它設備耐壓性能更好 變壓器離避雷器最近變壓器離避雷器最近對于中間變電所或多出線變電所，最大電氣距離比終端變電對于中間變電所或多出線變電所，最大電氣距離比終端變電所時要長所時要長 k為修正系數(shù)為修正系數(shù) 問題：為什么？問題：為什么？ 實際

39、工程中，變電站雷電侵入波保護設計就是實際工程中，變電站雷電侵入波保護設計就是選擇避雷器的選擇避雷器的布置位置布置位置。原則是在任何可能的運行方式下，變電站內變壓器和其它設備距避原則是在任何可能的運行方式下，變電站內變壓器和其它設備距避雷器的電氣距離應小于最大允許電氣距離雷器的電氣距離應小于最大允許電氣距離)max(max35. 1TllaUUklRiw2)(max變電所的進線段保護（變電所的進線段保護（1） 對于確定的變電所，對于確定的變電所，lmax固定。為可靠防雷，須：固定。為可靠防雷，須：減小侵入波的陡度，減小侵入波的陡度，a。減小電壓波在往返減小電壓波在往返lmax時間內的上升幅度。時

40、間內的上升幅度。減小雷電流幅值。減小雷電流幅值。減小避雷器的殘壓，雷電流越大，殘壓越大。避免通流過大損壞避雷器。減小避雷器的殘壓，雷電流越大，殘壓越大。避免通流過大損壞避雷器。如果沒有輔助保護措施，則不能滿足要求如果沒有輔助保護措施，則不能滿足要求變電所要求完全耐雷變電所要求完全耐雷變電站入口處發(fā)生反擊，則雷電波陡度為變電站入口處發(fā)生反擊，則雷電波陡度為0最大雷電流幅值可達數(shù)百最大雷電流幅值可達數(shù)百kA統(tǒng)計表明：變電站侵入波事故統(tǒng)計表明：變電站侵入波事故50%是是1km內線路落雷造成的，內線路落雷造成的，71是是3km內線路落雷造成的內線路落雷造成的即，如果雷擊變電所附近導線，雷電流幅值和陡度

41、可能超過限定值，即，如果雷擊變電所附近導線，雷電流幅值和陡度可能超過限定值，影響保護效果甚至損壞避雷器影響保護效果甚至損壞避雷器一個可利用的條件：雷電流在線路傳輸時會有一定的幅值衰一個可利用的條件：雷電流在線路傳輸時會有一定的幅值衰減和陡度延緩減和陡度延緩lUUaRiw2/ )(max變電所的進線段保護（變電所的進線段保護（2） 進線段保護進線段保護的含義：在靠近變電所的一段進線（的含義：在靠近變電所的一段進線（12km）上，）上，加強防雷措施，使其耐雷水平高于線路其它部分，減小進線加強防雷措施，使其耐雷水平高于線路其它部分，減小進線段繞擊和反擊形成侵入波的概率，使侵入變電站的雷電波主段繞擊和

42、反擊形成侵入波的概率，使侵入變電站的雷電波主要來自進線段之外。要來自進線段之外。無避雷線的線路，裝設避雷線、避雷針或其他防雷裝置無避雷線的線路，裝設避雷線、避雷針或其他防雷裝置全線有避雷線的線路，減小保護角，增加絕緣子片數(shù)，加避雷針等。全線有避雷線的線路，減小保護角，增加絕緣子片數(shù)，加避雷針等。一種輔助保護措施一種輔助保護措施進線段沖擊電暈可使波前時間拉長進線段沖擊電暈可使波前時間拉長 T0為原始波前時間為原始波前時間/uS，hc為線路高度為線路高度/m， l為行波行進距離為行波行進距離/km，U為電壓波幅值為電壓波幅值/kV 最嚴重的情況：反擊形成的直角波最嚴重的情況：反擊形成的直角波T0=

43、0。根據(jù)電壓波陡度。根據(jù)電壓波陡度a最大值，最大值，求出進線段的最小長度。求出進線段的最小長度。lhUTTc)008. 05 . 0(01)008. 05 . 0(cphUaUl變電所的進線段保護（變電所的進線段保護（3） 進線段的限流作用進線段的限流作用雷電波從進線段以外傳來，變電所侵入波的幅值不超過線路絕緣子雷電波從進線段以外傳來，變電所侵入波的幅值不超過線路絕緣子的的50%放電電壓。放電電壓。線路絕緣子承擔了第一級的防雷作用線路絕緣子承擔了第一級的防雷作用避免避雷器擊穿時產(chǎn)生的負行波在雷擊點往返產(chǎn)生的電流增大作用。避免避雷器擊穿時產(chǎn)生的負行波在雷擊點往返產(chǎn)生的電流增大作用。與反向傳播的負

44、電壓波對應的，電流波為正，與入射電流波同極性與反向傳播的負電壓波對應的，電流波為正，與入射電流波同極性雷擊點的電流反射系數(shù)為正，因此反射波會增大避雷器電流雷擊點的電流反射系數(shù)為正，因此反射波會增大避雷器電流行波在行波在12km線路上往返一次的時間為線路上往返一次的時間為6.713.3uS，遠超波前時間，遠超波前時間2.6uS，電流反射波到達避雷器時，原始入射波的峰值已過。，電流反射波到達避雷器時，原始入射波的峰值已過。通過增大雷電波傳輸距離和時間，避開折反射造成的峰值疊加通過增大雷電波傳輸距離和時間，避開折反射造成的峰值疊加保護機理：將雷擊點推向遠處，保護機理：將雷擊點推向遠處，使雷電波從進線

45、段外傳來，通過使雷電波從進線段外傳來，通過長距離沖擊電暈的衰減和畸變，長距離沖擊電暈的衰減和畸變，降低波前陡度和幅值降低波前陡度和幅值變電所防雷的幾個具體問題（變電所防雷的幾個具體問題（1）自耦變壓器和三繞組變壓器保護在中壓側與斷路器之間加一組避雷器在中壓側與斷路器之間加一組避雷器 在高壓斷路器的內側加一組避雷器在高壓斷路器的內側加一組避雷器高中壓繞組間加一組避雷器高中壓繞組間加一組避雷器變電所防雷的幾個具體問題（變電所防雷的幾個具體問題（2）一線一變時，一般在中性點加裝一一線一變時，一般在中性點加裝一個與首段相同電壓等級的避雷器個與首段相同電壓等級的避雷器配電變壓器的保護配電變壓器的保護高壓

46、側裝避雷器高壓側裝避雷器低壓側裝一組避雷器低壓側裝一組避雷器油田油田380V/1140V配變，低壓側接電配變，低壓側接電動機、輸電線路短，不用裝避雷器動機、輸電線路短，不用裝避雷器變壓器中性點保護變壓器中性點保護是否需要保護，應視其對地絕緣而定是否需要保護，應視其對地絕緣而定對于對于35kV60kV中性點不接地或諧振接地的變壓器，其中性點為全中性點不接地或諧振接地的變壓器，其中性點為全絕緣（等于繞組首段絕緣水平），不需要保護絕緣（等于繞組首段絕緣水平），不需要保護對于對于110kV及以上中性點有效接地系統(tǒng)，部分變壓器中性點不接地且及以上中性點有效接地系統(tǒng)，部分變壓器中性點不接地且為分級絕緣的，

47、需采用與中性點絕緣等級相同的避雷器進行保護為分級絕緣的，需采用與中性點絕緣等級相同的避雷器進行保護變電所防雷的幾個具體問題（變電所防雷的幾個具體問題（3）GIS變電所防雷保護（全封閉變電所防雷保護（全封閉SF6氣體絕緣變電所）氣體絕緣變電所） 除變壓器以外，其余高壓電力設備及母線封閉在一個接除變壓器以外，其余高壓電力設備及母線封閉在一個接地的金屬殼內（內充地的金屬殼內（內充0.30.4MPa壓力壓力SF6） 最好采用性能優(yōu)異的最好采用性能優(yōu)異的MOA因為因為GIS絕緣伏秒性能平坦絕緣伏秒性能平坦 要求避雷器伏秒特性、放電穩(wěn)定性指標等很高要求避雷器伏秒特性、放電穩(wěn)定性指標等很高需要防雷措施更可靠、在絕緣配合中應留有足夠的裕度需要防雷措施更可靠、在絕緣配合中應留有足夠的裕度多為稍不均勻電場，一旦出現(xiàn)電暈立即擊穿，且不易恢復。多為稍不均勻電場，一旦出現(xiàn)電暈立即擊穿，且不