電力系統(tǒng)防雷保護(hù)

1、第三篇電力系統(tǒng)過電壓與絕緣配合第八章 電力系統(tǒng)防雷保護(hù)8.1 輸電線路的防雷保護(hù)電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)包括了線路、變電所、發(fā)電廠等各個(gè)環(huán)節(jié)。8.1 輸電線路的防雷保護(hù)一、輸電線路耐雷性能的若干指標(biāo) 二、輸電線路的感應(yīng)雷過電壓三、輸電線路直擊雷過電壓8.1 輸電線路的防雷保護(hù)輸電線路的耐雷性能和所采用防雷措施效果在工程上用耐雷水平和雷擊跳閘率來衡量 一、輸電線路耐雷性能的若干指標(biāo)8.1 輸電線路的防雷保護(hù)（1）耐雷水平耐雷水平是指雷擊線路時(shí)，其絕緣尚不至于發(fā)生閃絡(luò)的最大雷電流幅值，單位為kA。 我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各級(jí)電壓線路應(yīng)有的耐雷水平值見下表： 8.1 輸電線路的防雷保護(hù)（2）雷擊跳閘率雷擊跳閘率是

2、指折算為統(tǒng)一條件（規(guī)定每年40個(gè)雷電日和100km的線路長(zhǎng)度）下，因雷擊而引起的線路跳閘的次數(shù)。單位為“次/(100km40雷暴日)”。由沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定工頻電弧的概率為建弧率( ),它與沿絕緣子串或空氣間隙的平均運(yùn)動(dòng)電壓梯度有關(guān)?？捎上率角蟮?8.1 輸電線路的防雷保護(hù)線路雷害事故發(fā)展過程及防護(hù)措施 只要能設(shè)法制止上述發(fā)展過程中任一環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)，就可避免雷擊引起長(zhǎng)時(shí)間停電事故。8.1 輸電線路的防雷保護(hù)輸電線路防雷措施防止雷直擊導(dǎo)線防止雷擊塔頂或避雷線后引起絕緣閃絡(luò)防止雷擊閃絡(luò)后轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的工頻電弧防止線路中斷供電8.1 輸電線路的防雷保護(hù) 雷擊輸電線路過電壓分類： 感應(yīng)雷過電壓、直擊雷過電

3、壓8.1 輸電線路的防雷保護(hù)（1） 感應(yīng)雷過電壓的產(chǎn)生（靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)）二、輸電線路的感應(yīng)雷過電壓8.1 輸電線路的防雷保護(hù)（2） 無避雷線時(shí)的感應(yīng)雷過電壓規(guī)程建議：當(dāng)雷擊點(diǎn)與電力線路之間的水平距離d65m時(shí)，導(dǎo)線上的感應(yīng)雷過電壓的最大值為雷擊點(diǎn)接地電阻較大，最大雷電流幅值可采用I100kA進(jìn)行估算感應(yīng)雷過電壓極性與雷云的極性相反相鄰導(dǎo)線同時(shí)產(chǎn)生相同極性的感應(yīng)雷過電壓，因此相間不存在電位差，只存在對(duì)地閃絡(luò)的可能，但如果兩相或三相同時(shí)對(duì)地閃絡(luò)，就會(huì)轉(zhuǎn)化為相間閃絡(luò)事故在d50m以內(nèi)雷將被線路吸引而擊中線路本身8.1 輸電線路的防雷保護(hù)當(dāng)雷直擊于導(dǎo)線以外的任何位置而不產(chǎn)生反擊時(shí)，由于空中電磁場(chǎng)的

4、變化，將會(huì)在導(dǎo)線上產(chǎn)生很高的感應(yīng)雷過電壓。研究指出：它與導(dǎo)線的平均高度成正比當(dāng)無避雷線時(shí)，對(duì)一般高度的線路可用下式計(jì)算感應(yīng)雷過電壓最大值： a為感應(yīng)過電壓系數(shù)（kV/m），數(shù)值上等于雷電流的時(shí)間陡度平均值，即aI/2.6（kV/s）8.1 輸電線路的防雷保護(hù)（3） 有避雷線時(shí)的感應(yīng)雷過電壓當(dāng)導(dǎo)線上方掛有接地的避雷線時(shí)，由于先導(dǎo)電荷產(chǎn)生的電力線有一部分被避雷線截住，即避雷線的屏蔽作用，因而導(dǎo)線上的感應(yīng)束縛電荷減少，相應(yīng)的感應(yīng)電壓也減少。導(dǎo)線上的實(shí)際感應(yīng)雷過電壓為8.1 輸電線路的防雷保護(hù)三、輸電線路直擊雷過電壓8.1 輸電線路的防雷保護(hù)（1） 雷擊桿塔塔頂時(shí)的過電壓和耐雷水平-反擊8.1 輸電線

5、路的防雷保護(hù)塔頂電位幅值導(dǎo)線電位幅值線路絕緣子串上兩端電壓感應(yīng)雷過電壓避雷線在導(dǎo)線上感應(yīng)電壓8.1 輸電線路的防雷保護(hù)耐雷水平 有避雷線 無避雷線工程實(shí)用中往往以降低Ri和提高k值作為提高輸電線路耐雷水平的主要途徑8.1 輸電線路的防雷保護(hù)擊桿率：雷擊桿塔次數(shù)與雷擊線路總數(shù)的比值。8.1 輸電線路的防雷保護(hù)2. 雷擊避雷線檔距中央時(shí)的過電壓8.1 輸電線路的防雷保護(hù)流入雷擊點(diǎn)的雷電流波為雷擊點(diǎn)的電壓取雷電流為斜角波頭：iL=at雷擊處避雷線與導(dǎo)線間的空氣間隙上所承受的最大電壓計(jì)算跳閘率不考慮這種情況8.1 輸電線路的防雷保護(hù)3. 雷繞過避雷線擊于導(dǎo)線時(shí)的過電壓-繞擊8.1 輸電線路的防雷保護(hù)流

6、經(jīng)雷擊點(diǎn)的雷電流波為導(dǎo)線上電壓為幅值繞擊時(shí)耐雷水平8.1 輸電線路的防雷保護(hù)雷閃繞過避雷線直接擊中導(dǎo)線的概率，稱為繞擊率P。 P之值與避雷線對(duì)邊相導(dǎo)線的保護(hù)角、桿塔高度ht及線路通過地區(qū)的地形、地貌等因素有關(guān)。平原線路山區(qū)線路 8.1 輸電線路的防雷保護(hù)有避雷線線路雷擊跳閘率的計(jì)算（每100km）（1）雷擊桿塔時(shí)的跳閘率（反擊率）（2）繞擊跳閘率（繞擊率）（3）線路的雷擊跳閘率 次/100km年 P1雷電流幅值超過I1的概率P2雷電流幅值超過I2的概率8.1 輸電線路的防雷保護(hù)1. 架設(shè)避雷線2. 降低桿塔接地電阻3. 架設(shè)耦合地線4. 采用不平衡絕緣的方式5. 自動(dòng)重合閘6. 采用消弧線圈接

7、地方式7. 架設(shè)線路避雷器8. 加強(qiáng)絕緣8.2 發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)線路的雷害事故往往只導(dǎo)致電網(wǎng)工況的短時(shí)惡化；變電所的雷害事故就要嚴(yán)重得多，往往導(dǎo)致大面積停電。變電設(shè)備的內(nèi)絕緣水平往往低于線路絕緣，而且不具有自恢復(fù)功能，一旦發(fā)生擊穿，后果十分嚴(yán)重。變電所的防雷保護(hù)與輸電線路相比，要求更嚴(yán)格、措施更嚴(yán)密、可靠。 變電所中出現(xiàn)的雷電過電壓的兩個(gè)來源： 雷電直擊變電所； 沿輸電線入侵的雷電過電壓波。 8.2 發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)一、 發(fā)電廠、變電所的直擊雷保護(hù)二、 發(fā)電廠、變電所的雷電侵入波保護(hù)8.2 發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)一、 發(fā)電廠、變電所的直擊雷保護(hù)發(fā)電廠、變電所必須裝設(shè)避雷針或避

8、雷線對(duì)直擊雷進(jìn)行保護(hù)。按安裝方式的不同，避雷針裝設(shè)分為獨(dú)立避雷針和構(gòu)架避雷針兩類。注意對(duì)絕緣水平不高的35kV以下的配電裝置，構(gòu)架避雷針容易導(dǎo)致絕緣閃絡(luò)(反擊)。 8.2 發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù) 變電所的直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是選擇避雷針的支數(shù)、高度、裝設(shè)位置、驗(yàn)算它們的保護(hù)范圍、應(yīng)有的接地電阻、防雷接地裝置設(shè)計(jì)等。為了防止反擊，要求被保護(hù)物體和避雷針在空氣之中和地下接地裝置之間要有足夠的距離。8.2 發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù) 為了防止避雷針對(duì)保護(hù)物體反擊，其空氣間距d1應(yīng)滿足下式要求：為了防止避雷針接地裝置與變電所接地網(wǎng)之間因土壤擊穿而連在一起，地下距離d2亦應(yīng)滿足下式要求獨(dú)立避雷針應(yīng)有的

9、空氣間隙8.2 發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)二、 發(fā)電廠、變電所的雷電侵入波保護(hù)裝設(shè)避雷器是變電所對(duì)入侵雷電過電壓波進(jìn)行防護(hù)的主要措施，它的保護(hù)作用主要是限制過電壓波的幅值。但是還需要有“進(jìn)線段保護(hù)”與之配合。避雷器的保護(hù)作用基于三個(gè)前提： 它的伏秒特性與被保護(hù)絕緣的伏秒特性有良好的配合 它的伏安特性應(yīng)保證其殘壓低于被保護(hù)絕緣的沖擊電氣強(qiáng)度 被保護(hù)絕緣必須處于該避雷器的保護(hù)距離之內(nèi)。8.2 發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)（1）避雷器與被保護(hù)設(shè)備連接一點(diǎn)8.2 發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)（2）避雷器與被保護(hù)設(shè)備不在一點(diǎn)8.2 發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)被保護(hù)絕緣與避雷器間的電氣距離越大、進(jìn)波陡度a越大，電壓差

10、值 也就越大。8.2 發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)絕緣沖擊耐壓水平應(yīng)滿足： 閥式避雷器的保護(hù)距離： K為變電所出線修正系數(shù)避雷器具體安裝點(diǎn)選擇原則：“確保重點(diǎn)、兼顧一般”。在諸多的變電設(shè)備中，需要確保的重點(diǎn)無疑是主變壓器，應(yīng)盡可能把閥式避雷器裝得離主變壓器近一些。8.2 發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)（3）變電所的進(jìn)線段保護(hù)保證在靠近變電所的一段不長(zhǎng)(一般為l2km)的線路上不出現(xiàn)繞擊或反擊。對(duì)于那些未沿全線架設(shè)避雷線的35kV及以下的線路來說，首先在靠近變電所(l 2km)的線段上加裝避雷線，使之成為進(jìn)線段；對(duì)于全線有避雷線的110kV及以上的線路，將靠近變電所的一段長(zhǎng)2km的線路劃為進(jìn)線段。在進(jìn)線段

11、上, 加強(qiáng)防雷措施、提高耐雷水平。8.2 發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)進(jìn)線段的作用： 雷電過電壓波在流過進(jìn)線段時(shí)因沖擊電暈而發(fā)生衰減和變形，降低了波前陡度和幅值； 限制流過避雷器的沖擊電流幅值 8.2 發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)行波行進(jìn)l距離后沖擊電暈使波前拉長(zhǎng)，波前時(shí)間8.2 發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)流過避雷器的沖擊電流Ub閥式避雷器的殘壓，kV變壓器的防雷保護(hù)一、三繞組變壓器的防雷保護(hù)二、自耦變壓器的防雷保護(hù)三、變壓器中性點(diǎn)的保護(hù)8.2 發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)一、三繞組變壓器的防雷保護(hù)高壓側(cè)有雷電過電壓波時(shí)，通過繞組間的靜電耦合和電磁耦合，低壓側(cè)出現(xiàn)一定過電壓。在任一相低壓繞組加裝閥式避雷器。

12、 二、自耦變壓器的防雷保護(hù)高壓側(cè)進(jìn)波時(shí)，應(yīng)在中壓斷路器QF2的內(nèi)側(cè)裝設(shè)一組閥式避雷器（圖中的FV2）進(jìn)行保護(hù)，中壓側(cè)進(jìn)波時(shí)，在高壓斷路器 QF1的內(nèi)側(cè)也應(yīng)裝設(shè)一組避雷器 （圖中的F1）進(jìn)行保護(hù)。 當(dāng)中壓側(cè)接有出線時(shí)，還應(yīng)在AA之間再跨接一組避雷器（圖中的FV3）。 自耦變壓器典型的保護(hù)接線三、變壓器中性點(diǎn)的保護(hù)110kV及以上的中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng) 1、中性點(diǎn)為全絕緣時(shí)，一般不需采用專門的保護(hù)。但在變電所只有一臺(tái)變壓器且為單路進(jìn)線的情況下，仍需在中性點(diǎn)加裝一臺(tái)與繞組首端同樣電壓等級(jí)的避雷器。 2、當(dāng)中性點(diǎn)為降級(jí)絕緣時(shí)，則必須選用與中性點(diǎn)絕緣等級(jí)相當(dāng)?shù)谋芾灼骷右员Ｗo(hù)，同時(shí)注意校核避雷器的滅弧電壓 35kV及以下的中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng) 變壓器的中性點(diǎn)都采用全絕緣，一般不設(shè)保護(hù)裝置。小結(jié)變電所的直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是選擇避雷針