輸電線路防雷保護

1、相關(guān)規(guī)程與手冊：相關(guān)規(guī)程與手冊：u交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合u交流電氣裝置的接地u220500kV變電所設(shè)計技術(shù)規(guī)程u導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計技術(shù)規(guī)定u110750kV架空輸電線路設(shè)計技術(shù)規(guī)程u電力工程高壓送電線路設(shè)計手冊u電氣工程電氣設(shè)計手冊，一次部分13耐雷水平：耐雷水平：雷擊線路但不至引起絕緣閃絡(luò)的最大雷電流雷擊線路但不至引起絕緣閃絡(luò)的最大雷電流峰值峰值( (kA)kA)。第九章第九章 輸電線路的防雷保護輸電線路的防雷保護 雷擊跳閘占電網(wǎng)總事故的比例有時可達雷擊跳閘占電網(wǎng)總事故的比例有時可達60%以上。以上。 雷擊跳閘事故過程：雷擊跳閘事故過程：（1）線路絕緣閃絡(luò)；）線路絕緣閃絡(luò)；（2

2、）形成工頻電弧，跳閘；）形成工頻電弧，跳閘；（3）跳閘后線路絕緣不能恢復(fù)，則發(fā)生停電。）跳閘后線路絕緣不能恢復(fù)，則發(fā)生停電。4表表1 19841995年十年間俄羅斯年十年間俄羅斯500kV1150kV線路線路按照跳閘率原因分類運行數(shù)據(jù)（節(jié)選）按照跳閘率原因分類運行數(shù)據(jù)（節(jié)選）跳閘原因跳閘原因500kV線路線路750kV線路線路1150kV穩(wěn)定穩(wěn)定跳閘數(shù)跳閘數(shù)合計合計穩(wěn)定穩(wěn)定跳閘數(shù)跳閘數(shù)合計合計穩(wěn)定穩(wěn)定跳閘數(shù)跳閘數(shù)合計合計雷電引起雷電引起的跳閘的跳閘17 (12.23%)67(17.49%)1 (5.26%)9 (23.07%)6(75.0%)16(84.21%)其它原因其它原因引起的引起的跳閘

3、跳閘122 (87.77%)316 (82.51%)18 (94.74%)30 (76.93%)2(25.0%)3(15.79%)合計合計139 (100%)383 (100%)19 (100%)39 (100%)8 (100%)19 (100%)5感應(yīng)雷擊中桿塔雷繞過避雷線擊中導(dǎo)線雷擊中避雷線LR反擊引起的閃絡(luò)直擊雷和感應(yīng)雷6雷 云+雷云發(fā)出的下行先導(dǎo)，其中有大量負電荷下行先導(dǎo)負電荷在導(dǎo)線上感應(yīng)出束縛電荷，極性為正9 9.1 .1 輸電線路感應(yīng)雷過電壓輸電線路感應(yīng)雷過電壓一一 、雷擊線路附近大地時、雷擊線路附近大地時7雷 云+導(dǎo)線上束縛電荷失去束縛開始向兩側(cè)自由流動，其電流在導(dǎo)線波阻抗上形成

4、過電壓主放電發(fā)生后下行先導(dǎo)中負電荷全部被中和 靜電分量：與極性相反靜電分量：與極性相反 電磁分量：相互垂直，較小電磁分量：相互垂直，較小25(65)LdgIhUkVSmS 8（2 2）實際避雷線電位為）實際避雷線電位為0 0，可看成避雷線上存在，可看成避雷線上存在U Ugbgb的電壓，的電壓，耦合作用下導(dǎo)線感應(yīng)電位為耦合作用下導(dǎo)線感應(yīng)電位為k k0 0U Ugbgb的，所以總感應(yīng)的對地電壓的，所以總感應(yīng)的對地電壓ShIUdLgd 25ShIUbLgb 25gddbgbUhhU000(1)(1)bgdgdgbgdgddhUUk UUkUkh 避雷線的影響（1）若避雷線不接地）若避雷線不接地9u電

5、磁分量增大，計算方法尚有爭論。電磁分量增大，計算方法尚有爭論。行業(yè)標準建議，（行業(yè)標準建議，（1 1）無避雷線時，導(dǎo)線感應(yīng)過電壓最大值）無避雷線時，導(dǎo)線感應(yīng)過電壓最大值 a感應(yīng)過電壓系數(shù)(kV/m)， aIL/2.6 （2）有避雷線時，由于其屏蔽效應(yīng)有避雷線時，由于其屏蔽效應(yīng)(40 )gdddUahhm0(1)gddUahk 二二. 雷擊桿塔時導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓雷擊桿塔時導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓 一般不超過一般不超過500kV，僅對，僅對35kV及以下線路的絕緣有一定及以下線路的絕緣有一定威脅（雷電耐受水平為威脅（雷電耐受水平為350kV）。）。109 9. 2 . 2 輸電線路的直擊雷過電壓和耐雷

6、水平輸電線路的直擊雷過電壓和耐雷水平11避雷線根數(shù)避雷線根數(shù)12平平 原原山山 區(qū)區(qū)1/41/31/61/4一、雷擊桿塔時的反擊過電壓一、雷擊桿塔時的反擊過電壓塔頂（橫擔）電位與導(dǎo)線電位差引起絕緣子串閃絡(luò)反擊。擊桿率 g12chRchRgtLgtigtibL2bL22bi2biLiLibLbigtL Lgtii()gttdchgtgtLch LgtdiuRiLdtdiR iLdt 2.6LLdiIadt()tdchLgtUR IaL hdhdchLhdchLgtgthUR IaLR IaLh13導(dǎo)線總電位幅值：0(1)bdtdddhUkUahkh 避雷線與塔頂電位避雷線與塔頂電位utd相等相等

7、 避雷線與導(dǎo)線間的耦合，導(dǎo)線電位（同避雷線與導(dǎo)線間的耦合，導(dǎo)線電位（同極性）極性）k0utd 雷擊桿塔時，導(dǎo)線上產(chǎn)生反極性的感應(yīng)雷擊桿塔時，導(dǎo)線上產(chǎn)生反極性的感應(yīng)電位電位ahd(1-k0)14（三）（三）工程中工程中對于對于220kV及以下線路，工作電壓值所占比例不大，可以忽及以下線路，工作電壓值所占比例不大，可以忽略不計。但對超高壓線路而言，則不可忽略。略不計。但對超高壓線路而言，則不可忽略。 6 . 2LIa ddbgtgthdLchdhdjahhhkaLkhhIRkUUU01)1 (6 . 216 . 2)1 (0ddbgtgthdchLjhhhkLkhhRkIU15 Uj大于絕緣子串沖

8、擊閃絡(luò)電壓時，絕緣子串將發(fā)生閃絡(luò)；大于絕緣子串沖擊閃絡(luò)電壓時，絕緣子串將發(fā)生閃絡(luò)； U50%為正極性時（負極性雷）的值較低。為正極性時（負極性雷）的值較低。 雷擊桿塔耐雷水平：雷擊桿塔耐雷水平： 遠離避雷線的導(dǎo)線，耦合系數(shù)小，易發(fā)生反擊，最遠離避雷線的導(dǎo)線，耦合系數(shù)小，易發(fā)生反擊，最具危險性。具危險性。6 . 216 . 2)1 (0%501ddbgtgthdchhhhkLkhhRkUI16二、雷擊避雷線擋距中央時的過電壓二、雷擊避雷線擋距中央時的過電壓避雷線的半徑較小，產(chǎn)生強烈的避雷線的半徑較小，產(chǎn)生強烈的電暈電暈；衰減很快，當；衰減很快，當過電壓波傳播到桿塔時，已不足以使絕緣子串擊穿，過電

9、壓波傳播到桿塔時，已不足以使絕緣子串擊穿，因此因此通常只需考慮雷擊點避雷線對導(dǎo)線的反擊問題。通常只需考慮雷擊點避雷線對導(dǎo)線的反擊問題。 bZl2ASbZ0ZiL17u在反射波到達之前，可用彼得遜等值電路計算。在反射波到達之前，可用彼得遜等值電路計算。0ZiAAu2bZ00L00222bbAbbZZZ ZuiiZZZZ 最高電位時間點bbvlvlt22取斜角波頭i=at ，避雷線最高電位bbbAZZZZvlaU002)1 (200kZZZZlaUbbbS間隙電壓18我國規(guī)程建議我國規(guī)程建議繞擊概率繞擊概率：（一）繞擊概率（一）繞擊概率9 . 386lggthP35. 386lggthP19（二）

10、繞擊耐雷水平（二）繞擊耐雷水平200dAZZZiidddAAZZZZiZiu0022ddLAZZZZIU002ddZZZZUI00%5022我國技術(shù)規(guī)程建議我國技術(shù)規(guī)程建議Zd2Z01004%50%502UZUId20 線路電壓等級/kV35110220330500反擊（擊桿）耐雷水平/kA20-3040-7575-110110-150 125-175繞擊耐雷水平/kA3.571216.4521.38u50%/kV350700120016452138219 9. 3 . 3 輸電線路的雷擊跳閘率輸電線路的雷擊跳閘率線路雷擊跳閘的兩個條件：線路雷擊跳閘的兩個條件：1雷電流超過耐雷水平雷電流超過耐

11、雷水平2沖擊電弧轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的工頻電弧沖擊電弧轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的工頻電弧一、建弧率一、建弧率- - 沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的工頻電弧概率沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的工頻電弧概率與工頻弧道中的電場強度和去游離條件電場強度和去游離條件有關(guān)0.754.514%E E為絕緣子串的平均運行電壓梯度，kV/mN1U3El 對于中性點有效接地的系統(tǒng)：對于中性點非有效接地的系統(tǒng)：N12U2Ell 22二、有避雷線線路的雷擊跳閘率二、有避雷線線路的雷擊跳閘率1 雷擊桿塔時的跳閘率雷擊桿塔時的跳閘率 每100km線路每年的遭受雷擊的次數(shù)為：bLb(4)1000.28(4)1000bhNTbh 次/100km年 擊中桿塔引起的跳閘次數(shù)

12、：1L1nN gP 2 雷繞擊導(dǎo)線時的跳閘率雷繞擊導(dǎo)線時的跳閘率2L2nN P P g為擊桿率，P1為雷電流幅值超過雷擊桿塔耐雷水平I1的概率P為繞擊率，P2為雷電流幅值超過繞擊耐雷水平I2的概率，3 線路總跳閘率線路總跳閘率)(2121PPgPNnnNL23標稱電壓標稱電壓 kV500330220110桿塔型式桿塔型式保護角保護角142016.525避雷線數(shù)量避雷線數(shù)量雙雙雙單單桿塔絕緣桿塔絕緣絕 緣 子 個數(shù)25XP216019XP110013X707X70U50%（正極性）kV213816451200700檔距長度檔距長度 m400400400300沖擊沖擊接地電阻接地電阻（ ）7157

13、15715715雷擊雷擊桿塔耐桿塔耐雷雷水平水平kA177125155105110766341建弧率建弧率100%100%91.8%85%平原線平原線路路繞擊率0.112%0.238%0.144%0.238%擊桿率1/61/61/61/4跳閘率0.0810.120.250.83山區(qū)線山區(qū)線路路繞擊率0.40%0.84%0.5%0.82%擊桿率1/41/41/41/3跳閘率跳閘率0.170.420.270.60 0.430.95 1.182.024例題：例題：平原地區(qū)一條平原地區(qū)一條220220kVkV線路，絕緣子串線路，絕緣子串1313片，正極性片，正極性50%50%放電電壓為放電電壓為141

14、01410kVkV；桿塔沖擊接地電阻為桿塔沖擊接地電阻為7 7 ，避雷線半徑為，避雷線半徑為5.55.5mmmm，弧垂弧垂7m7m，導(dǎo)線弧垂導(dǎo)線弧垂12m12m。求該線路的耐雷水平和雷擊跳閘率。求該線路的耐雷水平和雷擊跳閘率。解：（1） 求耦合系數(shù)避雷線的平均高度mfhbb5 .247321 .29321 .29導(dǎo)線的平均高度mfhdd4 .1512324 .23324 .23避雷線1、2對導(dǎo)線3的幾何耦合系數(shù)為：229. 0ln602ln60ln60ln60121223231313121123130dDrhdDdDZZZZkbb25例題：例題：經(jīng)沖擊電暈修正后：286. 025. 10kk（

15、2） 查表，求等值電感和分流系數(shù)HLgt5 .141 .295 . 088. 0(3) 耐雷水平雷擊塔頂?shù)姆磽裟屠姿剑豪@擊引起的過電壓：（4） 雷電流超過耐雷水平的概率88lgIPI1P15.6；I2P273.11120025.614.524.515.4(1 0.296) 0.88 70.2960.881 0.23729.12.615.42.6110.2kAI 2120012kA100I 26例題：例題：(5) 落雷次數(shù)、繞擊率、擊桿率和建弧率保護角1.7arctan16.65.7平原地區(qū) 山區(qū)%144. 0P%5 . 0P擊桿率：平原g=1/6，山區(qū)g=1/4建弧率80%(6) 線路雷擊跳

16、閘率平原地區(qū)：10.28 (11.64 24.5) 80%5.6%0.144% 73.1%0.25/100km6N 年山區(qū)：10.28 (11.64 24.5) 80%5.6%0.5% 73.1%0.43/100km4N 年279 9. 4 . 4 輸電線路的防雷措施輸電線路的防雷措施雷害事故的發(fā)展過程及防護措施雷害事故的發(fā)展過程及防護措施（1 1） 架設(shè)避雷線：架設(shè)避雷線：最基本防雷措施u防止雷直擊導(dǎo)線。u分流作用，減小流入桿塔電流，使塔頂電位降低；u與導(dǎo)線之間的耦合也可降低絕緣子串上的過電壓。28 規(guī)程：110kV及以上線路一般應(yīng)全線架設(shè)避雷線；500kV線路設(shè)雙避雷線。 光纖復(fù)合架空地線

17、（OPGW）：避雷線經(jīng)一個小間隙對地絕緣；通信用。29（2）降低桿塔接地電阻u提高線路擊桿的耐雷水平、防止反擊的有效措施。u一般需另加人工接地裝置。（3）架設(shè)耦合地線 具有一定的分流作用u提高導(dǎo)線與避雷線之間的耦合系數(shù)30（4）不平衡絕緣u同塔雙回或以上線路。u使一回路的絕緣子片數(shù)少于另一回路的三相，閃絡(luò)后相當于避雷線，降低了其他回路導(dǎo)線電位。（5）自動重合閘u由于線路絕緣具有自恢復(fù)功能。u我國110kV及以上線路重合閘成功率高達75%95%。31（6）消弧線圈接地u用于中性點不直接接地的線路，減小故障接地點的單相接地電流，促進接地電弧熄滅。雷擊跳閘率大約可以降低1/3左右。（7）加強絕緣u增

18、加絕緣子片數(shù)，用于重要線路段，如大跨越高桿塔上使用。32（8）安裝線路避雷器u能免除線路絕緣的沖擊閃絡(luò)，并能使建弧率降為零。u一般用復(fù)合外套氧化鋅避雷器。針對雷害事故形成的四個階段，現(xiàn)代輸電線路在采取防雷針對雷害事故形成的四個階段，現(xiàn)代輸電線路在采取防雷保護措施時，要做到保護措施時，要做到“四道防線四道防線”，即：，即： 1防直擊防直擊，就是使輸電線路不受直擊雷。采取的措施是，就是使輸電線路不受直擊雷。采取的措施是沿線路裝設(shè)避雷線。沿線路裝設(shè)避雷線。 2防閃絡(luò)防閃絡(luò)，就是使輸電線路受雷后絕緣不發(fā)生閃絡(luò)。采，就是使輸電線路受雷后絕緣不發(fā)生閃絡(luò)。采取的措施是加強線路絕緣、降低桿塔的接地電阻、在導(dǎo)線

19、下方取的措施是加強線路絕緣、降低桿塔的接地電阻、在導(dǎo)線下方架設(shè)耦合地線等。架設(shè)耦合地線等。 3防建弧防建弧，就是使輸電線路發(fā)生閃絡(luò)后不建立穩(wěn)定的工，就是使輸電線路發(fā)生閃絡(luò)后不建立穩(wěn)定的工頻電弧。采取的措施是系統(tǒng)采用消弧線圈接地方式、在線路上頻電弧。采取的措施是系統(tǒng)采用消弧線圈接地方式、在線路上安裝線路避雷器等。安裝線路避雷器等。 4防停電防停電，就是使輸電線路建立工頻電弧后不中斷電力，就是使輸電線路建立工頻電弧后不中斷電力供應(yīng)。采取的措施是裝設(shè)自動重合閘、雙回路線路采用不平衡供應(yīng)。采取的措施是裝設(shè)自動重合閘、雙回路線路采用不平衡絕緣方式等。絕緣方式等。輸電線路的防雷措施本 章 小 結(jié) 衡量輸電

20、線路防雷性能的重要指標是衡量輸電線路防雷性能的重要指標是耐雷水平耐雷水平和和雷擊跳閘率雷擊跳閘率。 輸電線路上出現(xiàn)的雷電過電壓有輸電線路上出現(xiàn)的雷電過電壓有感應(yīng)雷過電壓感應(yīng)雷過電壓和和直擊雷過電直擊雷過電壓壓兩種。兩種。 當雷擊線路附近大地或線路桿塔時，由于雷電通道周圍空間當雷擊線路附近大地或線路桿塔時，由于雷電通道周圍空間電磁場的急劇變化，會在導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)雷過電壓。電磁場的急劇變化，會在導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)雷過電壓。 雷擊線路附近大地時，在導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)雷過電壓與雷擊線路附近大地時，在導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)雷過電壓與雷電流雷電流幅值、導(dǎo)線懸掛高度成正比幅值、導(dǎo)線懸掛高度成正比，與，與雷擊點距導(dǎo)線的距離成

21、反比雷擊點距導(dǎo)線的距離成反比，過電壓幅值一般不超過過電壓幅值一般不超過300400kV。 雷擊桿塔時，塔頂電位由塔身電感和接地電阻上壓降兩部分雷擊桿塔時，塔頂電位由塔身電感和接地電阻上壓降兩部分構(gòu)成：導(dǎo)線電位由感應(yīng)分量和耦合分量組成；耐雷水平構(gòu)成：導(dǎo)線電位由感應(yīng)分量和耦合分量組成；耐雷水平I1與與線路絕緣水平線路絕緣水平U50%、桿塔沖擊接地電阻、桿塔沖擊接地電阻Ri、耦合系數(shù)、耦合系數(shù)k等因等因素有關(guān)。素有關(guān)。 雷繞擊導(dǎo)線時，導(dǎo)線電位高，極易引起沖擊閃絡(luò)。雷繞擊導(dǎo)線時，導(dǎo)線電位高，極易引起沖擊閃絡(luò)。 輸電線路設(shè)計時，避雷線與導(dǎo)線間的空氣距離足夠大，不輸電線路設(shè)計時，避雷線與導(dǎo)線間的空氣距離足

22、夠大，不會發(fā)生避雷線對導(dǎo)線的沖擊閃絡(luò)。會發(fā)生避雷線對導(dǎo)線的沖擊閃絡(luò)。 對有避雷線的輸電線路，雷擊跳閘共經(jīng)歷對有避雷線的輸電線路，雷擊跳閘共經(jīng)歷雷擊線路雷擊線路、線路線路絕緣發(fā)生沖擊閃絡(luò)絕緣發(fā)生沖擊閃絡(luò)、在沖擊閃絡(luò)的弧道上、在沖擊閃絡(luò)的弧道上建立穩(wěn)定的工頻建立穩(wěn)定的工頻電弧電弧、繼電保護動作跳閘繼電保護動作跳閘四個過程。四個過程。 為了降低輸電線路的雷擊跳閘率，保證系統(tǒng)安全連續(xù)供電，為了降低輸電線路的雷擊跳閘率，保證系統(tǒng)安全連續(xù)供電，可因地制宜地采取合理的線路防雷保護措施?？梢虻刂埔说夭扇『侠淼木€路防雷保護措施。Thanks for your attention！例：一條平原地區(qū)的例：一條平原地

23、區(qū)的220kV線路，桿塔線路尺寸如圖所示。絕線路，桿塔線路尺寸如圖所示。絕緣子串由緣子串由13片片X-7組成，其正、負極性組成，其正、負極性U50%為為1410kV和和1650kV，保護角保護角 = 16.5 桿塔沖擊接地電阻桿塔沖擊接地電阻 Ri = 7，避雷線半徑，避雷線半徑rg=5.5mm，避雷線弧垂，避雷線弧垂fg = 7m ，導(dǎo)線弧垂，導(dǎo)線弧垂fc = 12m。求該線路。求該線路的耐雷水平和雷擊跳閘率。的耐雷水平和雷擊跳閘率。詳細解答：（1）避雷線的平均高度為：）避雷線的平均高度為：(m)5 .247325 . 32 . 24 .2332fhhtg（2）導(dǎo)線的平均高度為：）導(dǎo)線的平均高度為：(m)4 .1512324 .2332fhhtc（3）外側(cè)導(dǎo)線所受的過電壓較中間導(dǎo)線嚴重，取外側(cè)導(dǎo)線作）外側(cè)導(dǎo)線所受的過電壓較中間導(dǎo)線嚴重，取外側(cè)導(dǎo)線作為計算條件。雙避雷線對外側(cè)導(dǎo)線的耦合系數(shù)為：為計算條件。雙避雷線對外側(cè)導(dǎo)線的耦合系數(shù)為：23. 06 .116 .1149ln60105 . 55 .242ln603 .131 . 93 .13