章輸電線路的防雷保護(hù)(luo)

1、第10章 輸電線路的防雷保護(hù)10.1 輸電線路防雷的原則和措施10.2 線路感應(yīng)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(jì)算輸電線路的雷擊事故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4070，尤其是在多雷、土壤電阻率高、地形復(fù)雜的地區(qū)，雷擊事故率更高在日本50以上電力系統(tǒng)事故是由于雷擊輸電線路引起的，雷擊經(jīng)常引起雙回同時(shí)停電，2030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(gè)國家的電壓為275500kV總長為32700km輸電線路連續(xù)三年的運(yùn)行資料中指出，雷害事故占總事故的6010.1 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

2、路附近地面 雷擊塔頂 雷擊檔距中央的避雷線 雷擊導(dǎo)線 輸電線路防雷的任務(wù)：輸電線路防雷的任務(wù)： 采用技術(shù)上與經(jīng)濟(jì)上的合理措施，使系統(tǒng)雷害降低到運(yùn)行部門能夠接受的程度，保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。 感應(yīng)雷過電壓直擊雷過電壓輸電線路的雷電過電壓分類輸電線路的雷電過電壓分類l 直擊雷過電壓直擊雷過電壓 雷直擊輸電線路桿塔，避雷線，導(dǎo)線，產(chǎn)生的過電壓稱為直擊雷過電壓l 感應(yīng)雷過電壓感應(yīng)雷過電壓 雷擊導(dǎo)線水平距離65m以外的大地時(shí)，由于空間電磁場的急劇變化，在導(dǎo)線上感應(yīng)出的過電壓，稱為感應(yīng)雷過電壓直擊雷直擊雷（1 1）雷擊輸電線路）雷擊輸電線路l無避雷線的線路最易發(fā)生，但即使有避雷線，雷電仍可能繞過避雷線的保

3、護(hù)范圍而擊于導(dǎo)線（繞擊）（2 2）雷擊桿塔或避雷線）雷擊桿塔或避雷線桿塔電位升高，造成絕緣子閃絡(luò)，形成反擊（3）雷擊輸電線路附近大地S65m 感應(yīng)雷過電壓S65m 直擊雷過電壓感應(yīng)雷過電壓感應(yīng)雷過電壓 直擊雷和感應(yīng)雷過電壓產(chǎn)生的危害直擊雷和感應(yīng)雷過電壓產(chǎn)生的危害（1）引起線路跳閘，影響正常供電l引起絕緣子閃絡(luò)，導(dǎo)線對(duì)地短路，工頻續(xù)流沿放電通道放電，在形成穩(wěn)定燃燒的電弧后，則繼電保護(hù)裝置將使斷路器跳閘，影響正常送電（2）雷電波侵入變電站l侵入變電站，經(jīng)復(fù)雜的折反射后，造成電氣設(shè)備過電壓，危及設(shè)備絕緣，造成事故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”）：）： 1. 首先要保護(hù)導(dǎo)

4、線不受雷擊為此可以采用避雷器、避雷針或首先要保護(hù)導(dǎo)線不受雷擊為此可以采用避雷器、避雷針或改用電纜。改用電纜。2 2其次是如果避雷線受雷擊后最好不要使線路的絕緣發(fā)生閃絡(luò)。其次是如果避雷線受雷擊后最好不要使線路的絕緣發(fā)生閃絡(luò)。為此，需要改善避雷線的接地，適當(dāng)加強(qiáng)線路的絕緣，個(gè)別為此，需要改善避雷線的接地，適當(dāng)加強(qiáng)線路的絕緣，個(gè)別桿塔可以使用避雷器。桿塔可以使用避雷器。3 3第三道防線是即使線路絕緣因雷擊發(fā)生閃絡(luò)也不要轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)第三道防線是即使線路絕緣因雷擊發(fā)生閃絡(luò)也不要轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的工頻電弧，即線路上不要發(fā)生短路故障，所以不會(huì)跳閘。定的工頻電弧，即線路上不要發(fā)生短路故障，所以不會(huì)跳閘。為此應(yīng)該減少絕緣

5、上的工頻電場強(qiáng)度或電網(wǎng)中性點(diǎn)采用不直為此應(yīng)該減少絕緣上的工頻電場強(qiáng)度或電網(wǎng)中性點(diǎn)采用不直接接地的方式。接接地的方式。4 4最后一道防線是即使跳閘也不要中斷電力的供應(yīng)。為此，可最后一道防線是即使跳閘也不要中斷電力的供應(yīng)。為此，可以采用自動(dòng)重合閘裝置，或用雙回路或環(huán)網(wǎng)供電。以采用自動(dòng)重合閘裝置，或用雙回路或環(huán)網(wǎng)供電。衡量輸電線路防雷性能的兩個(gè)指標(biāo)：衡量輸電線路防雷性能的兩個(gè)指標(biāo)： 耐雷水平（單位：kA） 雷擊線路不致引起絕緣閃絡(luò)的最大雷電流幅值，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(luò)的機(jī)會(huì)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，

6、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(gè)雷電日和 l00km 的線路長度。 10.2 線路感應(yīng)雷過電壓線路感應(yīng)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)生脈沖磁場磁場分量磁場分量感應(yīng)過電壓-靜電感應(yīng)分量v在雷電放電的先導(dǎo)階段（假設(shè)為負(fù)先導(dǎo)），線路處于雷在雷電放電的先導(dǎo)階段（假設(shè)為負(fù)先導(dǎo)），線路處于雷云及先導(dǎo)通道與大地構(gòu)成的電場之中。由于靜電感應(yīng)，云及先導(dǎo)通道與大地構(gòu)成的電場之中。由于靜電感應(yīng)，最靠近先導(dǎo)通道的一段導(dǎo)線上感應(yīng)形成束縛電荷最靠近先導(dǎo)通道的一段導(dǎo)線上感應(yīng)形成束縛電荷v主放電開始以后，先導(dǎo)通道中的負(fù)電荷自下而上被迅速主放電開始以后

7、，先導(dǎo)通道中的負(fù)電荷自下而上被迅速中和。相應(yīng)電場迅速減弱，使導(dǎo)線上的正束縛電荷迅速中和。相應(yīng)電場迅速減弱，使導(dǎo)線上的正束縛電荷迅速釋放，形成電壓波向兩側(cè)傳播釋放，形成電壓波向兩側(cè)傳播v由于主放電的平均速度很快，導(dǎo)線上的束縛電荷的釋放由于主放電的平均速度很快，導(dǎo)線上的束縛電荷的釋放過程也很快，所以形成的電壓波過程也很快，所以形成的電壓波uiZ幅值可能很高。這幅值可能很高。這種過電壓就是感應(yīng)過電壓的靜電分量種過電壓就是感應(yīng)過電壓的靜電分量感應(yīng)過電壓-電磁感應(yīng)分量 在主放電過程中，伴隨在主放電過程中，伴隨著雷電流沖擊波，在放著雷電流沖擊波，在放電通道周圍空間出現(xiàn)甚電通道周圍空間出現(xiàn)甚強(qiáng)的脈沖磁場，其

8、中一強(qiáng)的脈沖磁場，其中一部分磁力線穿過導(dǎo)線部分磁力線穿過導(dǎo)線大地回路，產(chǎn)生感應(yīng)電大地回路，產(chǎn)生感應(yīng)電勢，這種過電壓為感應(yīng)勢，這種過電壓為感應(yīng)過電壓的電磁分量過電壓的電磁分量 無避雷線時(shí)的感應(yīng)雷過電壓無避雷線時(shí)的感應(yīng)雷過電壓 實(shí)測表明，感應(yīng)過電壓峰值最大可達(dá)300 400kV。這對(duì)35kV及以下的水泥桿線路可能引起閃絡(luò)事故；110kV及以上的線路，由于絕緣水平較高，一般不會(huì)引起閃絡(luò)事故，且感應(yīng)過電壓同時(shí)存在于三相導(dǎo)線上，故相間不存在電位差，只能引起對(duì)地閃絡(luò)。 感應(yīng)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(dǎo)線平均高度，m。 雷擊線路附近地面

9、：d25IhUs 雷擊桿塔或線路附近避雷線：dUhS:S:雷擊點(diǎn)與線路的垂直距離，雷擊點(diǎn)與線路的垂直距離，m m: :雷電流幅值雷電流幅值 KAKALIShcIUC25hchsUcShsIUs 25n實(shí)際上，避雷線與大地連接保持地電位，電位為0，可以假設(shè)為避雷線上再疊加了-Us的感應(yīng)電壓n-Us在導(dǎo)線上耦合n導(dǎo)線上的實(shí)際感應(yīng)電壓ccUksUkUUC)1 (00 有避雷線時(shí)的感應(yīng)雷過電壓有避雷線時(shí)的感應(yīng)雷過電壓線路上的感應(yīng)雷過電壓具有以下特點(diǎn)：感應(yīng)過電壓與雷電流的極性相反。由于大部分的雷云帶負(fù)電荷，所以感應(yīng)過電壓大多數(shù)是正極性；感應(yīng)過電壓同時(shí)存在于三相導(dǎo)線，相間不存在電位差，只能引起對(duì)地閃絡(luò)，若

10、二相或三相同時(shí)對(duì)地閃絡(luò)，即形成相間閃絡(luò)事故；感應(yīng)過電壓的波形較平緩，波頭由幾s到幾十s。10.3 輸電線路的直擊雷過電壓輸電線路的直擊雷過電壓 我國110kV及以上線路一般全線都裝設(shè)避雷線，而35kV及以下線路一般不裝設(shè)避雷線，中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)有避雷線的線路遭受直擊雷一般有三種情況：l雷擊桿塔塔頂；l雷擊避雷線檔距中央；l雷電繞過避雷線擊于導(dǎo)線有避雷線線路直擊雷的三種情況 無避雷線時(shí)的直擊雷過電壓無避雷線時(shí)的直擊雷過電壓雷擊點(diǎn)電壓：1002 24AI ZIZUI輸電線耐雷水平：50%100UI 1. 雷擊導(dǎo)線的過電壓及耐雷水平雷擊導(dǎo)線的過電壓及耐雷水平塔頂電位：chgtchgtd(/2.6)

11、dIUIRLI RLt導(dǎo)線電位：dd2.6IUhh絕緣子承受電壓塔頂電位導(dǎo)線電位jchgtd()(/2.6/2.6)UUUI RLh 耐雷水平：50%chgtd/2.6/2.6UIRLh2. 雷擊塔頂時(shí)的過電壓及耐雷水平雷擊塔頂時(shí)的過電壓及耐雷水平 有避雷線時(shí)的直擊雷過電壓有避雷線時(shí)的直擊雷過電壓1. 雷繞過避雷線擊于導(dǎo)線的過電壓及耐雷水平雷繞過避雷線擊于導(dǎo)線的過電壓及耐雷水平 雷擊點(diǎn)電壓：1002 24AI ZIZUI輸電線耐雷水平：50%100UI 此時(shí)，避雷線只起到降低繞擊率的作用：平原線路：alg3.9086hp山區(qū)線路：alg3.3586hp2. 雷擊塔頂時(shí)的過電壓及耐雷水平雷擊塔頂

12、時(shí)的過電壓及耐雷水平 塔頂電位：gtgchgtggchgtd(/2.6)diuiRLI RLt導(dǎo)線電位：cgtcgchgtdccgchgtdc(/2.6)(1)(/2.6)(1)2.6K UKI RLhKIKI RLhKg(1)igi絕緣子承受電壓：jgchgtcdc(/2.6)(1)(1)2.6IUI KLKhKgchggtdc(/2.6/2.6)(1)IRLhK輸電線路耐雷水平：50%cgchgtd(1)(/2.6)/2.6UIKRLh分流系數(shù)：分流系數(shù)：chggtgbgd()/dRtLLttt 額定電壓 (kV)110220330500單避雷線0.900.92雙避雷線0.860.880.

13、880.865 0.822ggtchbb11LRtLLggtchbb111.3LRLLt 取 0 2.6 s的平均值 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)slmAss1d12d2IULLtsAcsc1(1)(1)2UUKLK 電力系統(tǒng)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，間距只要滿足上式要求，雷擊檔距中央避雷線時(shí)，導(dǎo)線與避雷線間一般不會(huì)發(fā)生閃絡(luò)。所以，在計(jì)算雷擊跳閘率時(shí)，不計(jì)及這種情況。線路跳閘需滿足的條件l線路落雷l雷電流超過線路耐雷水平，線路絕緣發(fā)生沖擊閃絡(luò)l當(dāng)閃絡(luò)通道流過的工頻短路電流的電弧持續(xù)燃燒時(shí)，才會(huì)跳閘停電10.4 輸電線路雷擊跳閘率的計(jì)

14、算輸電線路雷擊跳閘率的計(jì)算建弧率 沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定工頻電弧的概率145.475.0E中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)：jNlUE3中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)：jNlUE2E；絕緣子串平均運(yùn)行電壓梯度UN：線路額定電壓lj: 絕緣子串閃絡(luò)距離l中性點(diǎn)接地系統(tǒng),單相接地即引起跳閘；l中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，相間閃絡(luò)才會(huì)跳閘 根據(jù)模擬試驗(yàn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，一般高度線路的避雷線和導(dǎo)線對(duì)地面的遮蔽寬度取4hd + b，hd是上導(dǎo)線的平均高度，b為避雷線之間的寬度，這樣 ，l00km輸電線路對(duì)地面的遮蔽面積，或受雷害面積（km2）為： 3dd(4) 101000.1(4)Ahbhb 地面落雷密度為 0.07，如果取每年40個(gè)雷暴日

15、作為標(biāo)準(zhǔn)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： d0.28(4)Nhb2da20.28(4)nhb pp 反擊跳閘率反擊跳閘率n1（次次/ 100km40雷電日雷電日 ）1d10 .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頂?shù)哪屠姿?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12d1a20.28(4) ()nnnhbgpp p電壓等級(jí)（kV）500330220110雷擊桿塔時(shí)耐雷水平（kA）125 175100 15075

16、 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1 架設(shè)避雷線l防止雷直擊于導(dǎo)線；l對(duì)雷電流有分流作用，使塔頂電位下降；l對(duì)導(dǎo)線有耦合作用，降低雷擊桿塔時(shí)絕緣子串上電壓；l對(duì)導(dǎo)線有屏蔽作用，可降低導(dǎo)線上感應(yīng)電壓作用： 輸電線路的防雷措施一般110kV以上線路應(yīng)全線架設(shè)避雷線2 降低桿塔接地電阻l土壤電阻率低的地區(qū)，可利用自然接地電阻；l高土壤電阻率地區(qū)，可利用多根放射形接地體或連續(xù)伸長接地體，配合降阻劑使用3 架設(shè)耦合地

17、線l增加避雷線與導(dǎo)線間的耦合以降低絕緣子串上的電壓；l 增加對(duì)雷電流的分流作用4 采用不平衡絕緣方式l兩回路的絕緣子串的片數(shù)有差異;l雷擊時(shí)絕緣子片數(shù)少的先閃絡(luò),閃絡(luò)后的導(dǎo)線相當(dāng)于地線,增加了另一回路的耦合作用，提高了另一回路的耐雷水平，使之不發(fā)生閃絡(luò)，以保證不中斷供電5 裝設(shè)自動(dòng)重合閘l雷擊造成的閃絡(luò)大多數(shù)能在線路跳閘后自行恢復(fù)絕緣性能，重合閘成功率較高l110kV線路成功率75%-95%6 采用消弧線圈接地方式l絕大多數(shù)單相閃絡(luò)能被消弧線圈消除；l兩相或三相落雷時(shí)，雷擊引起第一相導(dǎo)線閃絡(luò)后并不會(huì)跳閘，閃絡(luò)后的導(dǎo)線相當(dāng)于地線，增加了耦合作用，提高了耐雷水平l用在雷電活動(dòng)強(qiáng)烈,接地電阻難以降低

18、的地區(qū)7 裝避雷器 用在線路上雷電過電壓特別大或絕緣弱點(diǎn)的保護(hù),能消除沖擊閃絡(luò),使建弧率為零8 加強(qiáng)絕緣返回返回例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(fù)極性沖擊放電電壓 U50% 為 1560kV。架設(shè)雙避雷線，避雷線弧垂為 7m ，導(dǎo)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(jì)算幾何參數(shù)（l）避雷線與導(dǎo)線的平均高度 bpbb2229.1724.533hhfdpdd2223.41215.433hhf（2）避雷線對(duì)外側(cè)導(dǎo)線的耦合系數(shù) c0c1c01.25 0.2290.286KK Kgt0.5 29