風(fēng)電場(chǎng)的防雷和接地

風(fēng)電場(chǎng)的防雷和接地第1頁(yè)/共70頁(yè)2§7風(fēng)電場(chǎng)的防雷和接地

7.1雷電的產(chǎn)生機(jī)理、危害及防護(hù)7.2接地的原理、意義及措施7.3大型風(fēng)力機(jī)的防雷保護(hù)7.4集電線路的防雷與接地7.5升壓變電站的防雷與接地第2頁(yè)/共70頁(yè)3§7.1雷電的產(chǎn)生機(jī)理、危害及防護(hù)§7.1.1雷電的產(chǎn)生機(jī)理雷電是雷云間或雷云與地面物體間的放電現(xiàn)象。電位差可達(dá)數(shù)兆伏甚至數(shù)十兆伏，放電電流幾十千安甚至幾百千安。經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)地放電的雷云絕大部分帶負(fù)電荷，所以雷電流的極性也為負(fù)的。雷電的類型直擊雷：雷云直接對(duì)建筑物或地面上的其他物體放電。感應(yīng)雷：包括靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷。球形雷：是一種球形的發(fā)紅光或極亮白光的火球。第3頁(yè)/共70頁(yè)4直擊雷：雷云放電時(shí)，雷電流可達(dá)幾百千安。通過(guò)被雷擊物體時(shí)，產(chǎn)生大量的熱量，使物體燃燒。感應(yīng)雷：雷電感應(yīng)是雷電的第二次作用，即雷電流產(chǎn)生的電磁效應(yīng)和靜電效應(yīng)作用。在雷云向其他地方放電后，云與大地之間的電場(chǎng)突然消失，但建筑物的頂部或架空線路上的電荷不能很快泄入大地，殘留的大量電荷相互排斥而產(chǎn)生強(qiáng)大的能量使建筑物震裂。同時(shí)，殘留電荷形成的高電位，往往造成屋內(nèi)電線、金屬管道和大型金屬設(shè)備放電，擊穿電氣絕緣層或引起火災(zāi)、爆炸。§7.1.2雷電的危害第4頁(yè)/共70頁(yè)5避雷針：由接閃器、支持構(gòu)架、引下線和接地體四部分構(gòu)成。原理：使雷云先導(dǎo)放電通道所產(chǎn)生的電場(chǎng)發(fā)生畸變，致使雷云中的電荷被吸引到避雷針，并安全泄放入地。避雷線：由懸掛在被保護(hù)物上空的鍍鋅鋼絞線（接閃器）、接地引下線和接地體組成。主要用于輸電線路、發(fā)電廠和變電站的防雷保護(hù)。原理：與避雷針基本相同，但對(duì)電場(chǎng)畸變的影響比避雷針小。避雷器：用來(lái)限制沿線路侵入的雷電過(guò)電壓（或因操作引起的內(nèi)過(guò)電壓）的一種保護(hù)設(shè)備。原理：實(shí)質(zhì)上是一種放電器，把它與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)，并在被保護(hù)設(shè)備的電源側(cè)。§7.1.3雷電的一般防護(hù)第5頁(yè)/共70頁(yè)6避雷帶和避雷網(wǎng)：在建筑物最可能遭到雷擊的地方采用鍍鋅扁鋼或鍍鋅圓鋼，并通過(guò)接地引下線與埋入地中的接地體相連構(gòu)成避雷帶，再由避雷帶構(gòu)成的避雷網(wǎng)。原理：避雷帶、避雷網(wǎng)與避雷針及避雷線一樣可用于直擊雷防護(hù)。接地裝置：對(duì)地保持一個(gè)低的電位差，埋入地中并直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體。作用：使雷電流順利入地，減小雷電流通過(guò)時(shí)的電位升高。§7.1.3雷電的一般防護(hù)第6頁(yè)/共70頁(yè)7§7.2接地的原理、意義及措施§7.2.1接地基本概念接地：在電力系統(tǒng)中，接地通常指的是接大地，即將電力系統(tǒng)或設(shè)備的某一金屬部分經(jīng)金屬接地線連接到接地電極上。電力系統(tǒng)中的接地：通常是指中性點(diǎn)或相線上某點(diǎn)的金屬部分。電氣設(shè)備的接地：通常情況下是指不帶電的金屬導(dǎo)體（一般為金屬外殼或底座）。非電氣設(shè)備的導(dǎo)體接地：如風(fēng)管、輸油管及建筑物的金屬構(gòu)件經(jīng)金屬接地線與接地電極相連接。第7頁(yè)/共70頁(yè)8接地電阻：即接地裝置對(duì)地電壓與入地電流之比。它包括接地線、接地體的電阻以及接地體與土壤間的過(guò)渡電阻和大地的散流電阻。前兩者較小，可忽略不計(jì)，主要是大地的散流電阻。故接地電阻與土壤的電阻率ρ成正比，與接地體的半徑成反比。設(shè)接地裝置（接地體）為一半徑為的半球體，并認(rèn)為接地體周圍土質(zhì)均勻?！?.2.1接地基本概念圖7-5接地裝置對(duì)地電位分布曲線Uk—接觸電位差；Ukb—跨步電位差第8頁(yè)/共70頁(yè)9接觸電壓：即當(dāng)電氣設(shè)備絕緣損壞外殼帶電時(shí)，有可能施加于人體的電壓。為保證人身安全（≤50V）?？绮诫妷海何从|及該設(shè)備，但由于人在跨步過(guò)程中，兩只腳所處的位置不同所產(chǎn)生的電壓。同樣不允許超過(guò)安全電壓（≤50V）?！?.2.1接地基本概念稱為接觸電壓；稱為跨步電壓；為帶電的設(shè)備外殼電壓；為前腳電位；為后腳電位。第9頁(yè)/共70頁(yè)10工頻接地電阻：對(duì)電力系統(tǒng)中的工作接地和保護(hù)接地，接地電阻是指工頻交流（或直流）電流流過(guò)接地裝置時(shí)所呈現(xiàn)的電阻。沖擊電阻：峰值電壓與峰值電流之比。接地體上最大電壓出現(xiàn)的時(shí)刻，不一定是最大電流出現(xiàn)的時(shí)刻。工程上通常是測(cè)量工頻（或直流）接地電阻，并用沖擊系數(shù)來(lái)表示沖擊接地電阻與工頻接地電阻的關(guān)系，即：§7.2.1接地基本概念第10頁(yè)/共70頁(yè)11沖擊系數(shù)：一般用實(shí)驗(yàn)方法求得，在缺乏準(zhǔn)確數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)集中的人工接地體或自然接地體的沖擊系數(shù)，也可按下式計(jì)算：

式中：I為沖擊電流幅值，kA；ρ為土壤電阻率，kΩ?m；l為垂直接地體或水平接地體長(zhǎng)度，或環(huán)形閉合接地體的直徑，或方形閉合接地體的邊長(zhǎng)，m；β及m為與接地體形狀有關(guān)的系數(shù)，對(duì)垂直接地體β=0.9，m=0.8，對(duì)水平及閉合接地體β=2.2，m=0.9。

§7.2.1接地基本概念第11頁(yè)/共70頁(yè)12§7.2.2接地的意義功能性接地工作接地邏輯接地信號(hào)接地屏蔽接地保護(hù)性接地保護(hù)接地防雷接地防靜電接地防電腐蝕接地第12頁(yè)/共70頁(yè)131．工作接地為保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，在電力系統(tǒng)的適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)進(jìn)行的接地，稱為工作接地。在交流系統(tǒng)中，適當(dāng)?shù)慕拥攸c(diǎn)一般為電氣設(shè)備，例如變壓器的中性點(diǎn)；在直流系統(tǒng)中還包括相線接地。2．邏輯接地電子設(shè)備為了獲得穩(wěn)定的參考電位，將電子設(shè)備中的適當(dāng)金屬部件，如金屬底座等作為參考零電位，把需要獲得零電位的電子器件接于該金屬部件上，如金屬底座等，這種接地稱為邏輯接地。該基準(zhǔn)電位不一定與大地相連接，所以它不一定是大地的零電位?！?.2.2.1功能性接地第13頁(yè)/共70頁(yè)143．信號(hào)接地為保證信號(hào)具有穩(wěn)定的基準(zhǔn)電位而設(shè)置的接地，稱為信號(hào)接地。4．屏蔽接地將設(shè)備的金屬外殼或金屬網(wǎng)接地，以保護(hù)金屬殼內(nèi)或金屬網(wǎng)內(nèi)的電子設(shè)備不受外部的電磁干擾；或者使金屬殼內(nèi)或金屬網(wǎng)內(nèi)的電子設(shè)備不對(duì)外部電子設(shè)備引起干擾。這種接地稱為屏蔽接地。法拉第籠就是最好的屏蔽設(shè)備?！?.2.2.1功能性接地第14頁(yè)/共70頁(yè)151．保護(hù)接地為防止電氣設(shè)備絕緣損壞而使人身遭受觸電危險(xiǎn)，將于電氣設(shè)備絕緣的金屬外殼或構(gòu)架與接地極做良好的連接，稱為保護(hù)接地。接低壓保護(hù)線（PE線）或保護(hù)中性線（PEN線），也稱為保護(hù)接地。停電檢修時(shí)所采取的臨時(shí)接地，也屬于保護(hù)接地。2．防雷接地將雷電流導(dǎo)入大地，防止雷電傷人和財(cái)產(chǎn)受到損失而采用的接地，稱為防雷接地。§7.2.2.2保護(hù)性接地第15頁(yè)/共70頁(yè)163．防靜電接地將靜電荷引入大地，防止由于靜電積累對(duì)人體和設(shè)備受到損傷的接地，稱為防靜電接地。而油罐汽車后面拖地的鐵鏈子也屬于防靜電接地。4．防電腐蝕接地在地下埋設(shè)金屬體作為犧牲陽(yáng)極以達(dá)到保護(hù)與之連接的金屬體，如輸油金屬管道等，稱為防電蝕接地。犧牲陽(yáng)極保護(hù)陰極的稱為陰極保護(hù)?！?.2.2.2保護(hù)性接地第16頁(yè)/共70頁(yè)171）電氣設(shè)備及設(shè)施宜接地或接中性線，并做到因地制宜，安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理。2）不同用途和不同電壓的電氣設(shè)備，除另有規(guī)定者外，應(yīng)使用一個(gè)總的接地系統(tǒng)，接地電阻應(yīng)符合其中最小值的要求。3）接地裝置應(yīng)充分利用直接埋入水下和土壤中的各種自然接地體接地，并校驗(yàn)其熱穩(wěn)定。4）當(dāng)電站接地電阻難以滿足運(yùn)行要求時(shí)，可根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，因地制宜地采用水下接地、引外接地、深埋接地等接地方式，并加以分流、均壓和隔離等措施。§7.2.3接地的一般要求§7.2.3.1接地網(wǎng)設(shè)計(jì)基本要求第17頁(yè)/共70頁(yè)185）接地設(shè)計(jì)應(yīng)考慮土壤干燥或凍結(jié)等季節(jié)變化的影響，接地電阻在四季中均應(yīng)符合設(shè)計(jì)值的要求。防雷裝置的接地電阻，可只考慮雷季中土壤干燥狀態(tài)的影響。6）初期發(fā)電時(shí)，應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際的短路電流和所形成的接地系統(tǒng)，校核初期發(fā)電時(shí)的接觸電位差、跨步電位差和轉(zhuǎn)移電位。當(dāng)上述參數(shù)不滿足安全要求時(shí)，應(yīng)采取及時(shí)措施，保證初期發(fā)電時(shí)期電站安全運(yùn)行。7）工作接地及要求：有效接地系統(tǒng)中，自耦變壓器和需要接地的電力變壓器中性點(diǎn)、線路并聯(lián)電抗器中性點(diǎn)、電壓互感器、接地開(kāi)關(guān)等設(shè)備應(yīng)按照系統(tǒng)需要進(jìn)行接地?！?.2.3.1接地網(wǎng)設(shè)計(jì)基本要求第18頁(yè)/共70頁(yè)19不接地系統(tǒng)中，消弧線圈接地端、接地變壓器接地端和絕緣監(jiān)視電壓互感器一次側(cè)中性點(diǎn)需要直接接地。中性點(diǎn)有效接地的系統(tǒng)，應(yīng)裝設(shè)能迅速自動(dòng)切除接地短路故障的保護(hù)裝置。中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)，應(yīng)裝設(shè)能迅速反應(yīng)接地故障的信號(hào)裝置，也可裝設(shè)自動(dòng)切除的裝置。8）保護(hù)接地及要求電力設(shè)備下列金屬部件，除非另有規(guī)定，均應(yīng)接地或接中性線（保護(hù)線）：電機(jī)、變壓器、電抗器、攜帶式及移動(dòng)式用電器具等底座和外殼。SF6全封閉組合電器（GIS）與大電流封閉母線外殼以及電氣設(shè)備箱、柜的金屬外殼?！?.2.3.1接地網(wǎng)設(shè)計(jì)基本要求第19頁(yè)/共70頁(yè)20電力設(shè)備傳動(dòng)裝置?；ジ衅鞯亩卫@組。配電、控制保護(hù)屏（柜、箱）及操作臺(tái)等的金屬框架。屋內(nèi)配電裝置的金屬構(gòu)架和鋼筋混凝土構(gòu)架，以及靠近帶電部分的金屬圍欄和金屬門(mén)、窗。交、直流電力電纜橋架、接線盒、終端盒的外殼、電纜的屏蔽鎧裝外皮、穿線的鋼管等。裝有避雷線的電力線路桿塔。在非瀝青地面的居民區(qū)內(nèi)，無(wú)避雷線非直接接地系統(tǒng)架空電力線路的金屬桿塔和鋼筋混凝土的桿塔?！?.2.3.1接地網(wǎng)設(shè)計(jì)基本要求第20頁(yè)/共70頁(yè)21鎧裝控制電纜的外皮、非鎧裝或非金屬護(hù)套電纜的1～2根屏蔽芯線。電力設(shè)備的下列金屬部分，除非另有規(guī)定，可不接地或不接中性線（保護(hù)線）：在木質(zhì)、瀝青等不良導(dǎo)電地面的干燥房間內(nèi)，交流額定電壓380V及以下的電力設(shè)備外殼。但當(dāng)維護(hù)人員可能同時(shí)觸及設(shè)備外殼和接地物體時(shí)除外。在干燥場(chǎng)所，交流額定電壓127V及以下，直流額定電壓110V及以下的電力設(shè)備外殼，但爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所除外。安裝在配電屏、控制屏和配電裝置上的電氣測(cè)量?jī)x表、繼電器和其他低壓電氣等的外殼，以及當(dāng)發(fā)生絕緣損壞時(shí)，在支持物上不會(huì)引起危險(xiǎn)電壓的絕緣子金屬底座等?！?.2.3.1接地網(wǎng)設(shè)計(jì)基本要求第21頁(yè)/共70頁(yè)22安裝在已接地的金屬構(gòu)架上的設(shè)備（應(yīng)保證電氣接觸良好），如套管等。標(biāo)稱電壓220V及以下的蓄電池室內(nèi)的支架。已與接地的底座之間有可靠的電氣接觸的電動(dòng)機(jī)和其他電器的金屬外殼。對(duì)于用電設(shè)備較少、分散，且又無(wú)接地線的地方，宜采用接中性線保護(hù)。接中性線保護(hù)有困難，而土壤電阻率較低時(shí)，可采用直接埋設(shè)接地體進(jìn)行接地保護(hù)。當(dāng)?shù)蛪弘娏υO(shè)備的機(jī)座或金屬外殼與接地網(wǎng)可靠連接后，允許不按接中性線保護(hù)的要求作短路驗(yàn)算?！?.2.3.1接地網(wǎng)設(shè)計(jì)基本要求第22頁(yè)/共70頁(yè)23由同一臺(tái)發(fā)電機(jī)、變壓器或同一段母線供電的低壓線路，不宜采用接中性線、接地兩種保護(hù)方式。在低壓電力系統(tǒng)中，全部采用接地保護(hù)時(shí)，應(yīng)裝設(shè)能自動(dòng)切除接地故障的繼電保護(hù)裝置。9）防雷接地及要求。所有設(shè)有避雷針、避雷線的構(gòu)架、微波塔均應(yīng)設(shè)置集中接地裝置。避雷器宜設(shè)置集中接地，其接地線應(yīng)以最短的距離與接地網(wǎng)相連。獨(dú)立避雷針（線）應(yīng)設(shè)獨(dú)立的集中接地裝置，接地電阻不宜超過(guò)10。§7.2.3.1接地網(wǎng)設(shè)計(jì)基本要求第23頁(yè)/共70頁(yè)24對(duì)于風(fēng)力機(jī)而言，直接雷擊保護(hù)主要是針對(duì)葉片、機(jī)艙、塔架防雷，而間接雷擊保護(hù)主要是指過(guò)電壓保護(hù)和等電位連接。電氣系統(tǒng)防雷則主要是間接雷擊保護(hù)。

§7.3大型風(fēng)力機(jī)的防雷保護(hù)§7.3.1風(fēng)機(jī)防雷保護(hù)的必要性第24頁(yè)/共70頁(yè)25§7.3.2葉片的防雷保護(hù)葉片防雷葉片防雷重要性雷擊造成葉片損壞

位置最高是雷電襲擊的首要目標(biāo)

葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中最昂貴的部件

雷擊造成的巨大聲波，對(duì)葉片結(jié)構(gòu)造成沖擊破壞

雷電擊中葉尖后釋放大量能量，雷電流使葉尖結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度急驟升高，造成葉尖結(jié)構(gòu)爆裂破壞甚至開(kāi)裂；第25頁(yè)/共70頁(yè)26葉片防雷系統(tǒng)連于葉片根部的金屬環(huán)處，包括雷電接閃器和引下線（雷電傳導(dǎo)部分），如圖7-7所示。

§7.3.2.1葉片防雷系統(tǒng)圖7-7葉片防雷系統(tǒng)示意圖第26頁(yè)/共70頁(yè)27現(xiàn)代大多數(shù)風(fēng)力機(jī)的機(jī)艙罩是用金屬板制成，本身就有良好的防雷保護(hù)作用。機(jī)艙主機(jī)架除了與葉片相連，在機(jī)艙罩頂上后部設(shè)置一個(gè)（數(shù)目可多于一個(gè)）高于風(fēng)速、風(fēng)向儀的接閃桿，保護(hù)風(fēng)速計(jì)和風(fēng)向儀免受雷擊。§7.3.3機(jī)艙的防雷保護(hù)圖7-8機(jī)艙的防雷設(shè)計(jì)第27頁(yè)/共70頁(yè)28§7.3.4塔架的防雷保護(hù)1.鋼制塔架2.混凝土塔架3.混合塔架鋼制部件之間的過(guò)渡段，采用并行路徑方式設(shè)置三個(gè)彼此相間120°的間隙作為雷電路徑連接處不允許雷擊沿緊固的螺栓進(jìn)行傳導(dǎo)塔基處在三個(gè)彼此相間120°的位置上接到公共結(jié)點(diǎn)上雷電通過(guò)塔架內(nèi)的銅電纜在三個(gè)彼此相間120°的位置上被散流塔基處連接到與接地環(huán)和電極相連的電壓公共結(jié)點(diǎn)上不允許雷擊電流沿鋼拉線進(jìn)行傳導(dǎo)鋼制連接適配法蘭與鋼制區(qū)法蘭在附有不銹鋼盤(pán)的法蘭面上選擇三個(gè)彼此相間120°的位置用螺栓固定鋼制適配器依次接于三個(gè)彼此相間120°的接地電纜，后者接于塔基的公共結(jié)點(diǎn)第28頁(yè)/共70頁(yè)29§7.3.5風(fēng)機(jī)的接地風(fēng)電機(jī)組采用TN方式供電系統(tǒng)，可以較好的保護(hù)風(fēng)機(jī)電氣系統(tǒng)及人員的安全。TN系統(tǒng)，T：系統(tǒng)中有一點(diǎn)（一般是電源的中性點(diǎn)）直接接大地，稱為系統(tǒng)接地（SystemEarthing）；N：用電設(shè)備的外殼經(jīng)保護(hù)接地即PE線（ProtectingEarthingconductor）與系統(tǒng)直接接地點(diǎn)連接而間接接地，稱為保護(hù)接地（ProtectiveEarthing）。TT系統(tǒng)，前一個(gè)T：系統(tǒng)接地是直接接大地；后一個(gè)T：用電設(shè)備外殼的保護(hù)接地是經(jīng)PE線接單獨(dú)的接地板直接接大地，與電源中的N線線路和系統(tǒng)接地點(diǎn)毫無(wú)關(guān)連。第29頁(yè)/共70頁(yè)30風(fēng)機(jī)接地系統(tǒng)應(yīng)包括一個(gè)圍繞風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的環(huán)狀導(dǎo)體，此環(huán)狀導(dǎo)體埋設(shè)在距風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)一米遠(yuǎn)的地面下一米處，采用50mm2銅導(dǎo)體或直徑更大些的銅導(dǎo)體；每隔一定距離打入地下鍍銅接地棒，作為銅導(dǎo)電環(huán)的補(bǔ)充；銅導(dǎo)電環(huán)連接到塔架2個(gè)相反位置，地面的控制器連接到連接點(diǎn)之一。有的設(shè)計(jì)在銅環(huán)導(dǎo)體與塔基中間加上兩個(gè)環(huán)導(dǎo)體，使跨步電壓更加改善。如果風(fēng)機(jī)放置在接地電阻率高的區(qū)域,要延伸接地網(wǎng)以保證接地電阻達(dá)到規(guī)范要求。若測(cè)得接地網(wǎng)電阻值大于要求的值，則必須采取降阻措施，直至達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求?？梢詫⒍嗯_(tái)風(fēng)電機(jī)組的接地網(wǎng)進(jìn)行互連，這樣通過(guò)延伸機(jī)組的接地網(wǎng)可進(jìn)一步降低接地電阻，使雷電流迅速流散入大地而不產(chǎn)生危險(xiǎn)的過(guò)電壓?！?.3.5風(fēng)機(jī)的接地第30頁(yè)/共70頁(yè)31§7.3.6電氣系統(tǒng)的防雷保護(hù)四種雷電保護(hù)帶LPZ0A直接雷擊，完全的雷電流，無(wú)衰減的電磁場(chǎng)LPZ0B無(wú)直接雷擊，完全的雷電流，無(wú)衰減的電磁場(chǎng)LPZ1無(wú)直接雷擊，減小的雷電流，衰減的電磁場(chǎng)LPZ2進(jìn)一步減小的雷電流，進(jìn)一步衰減的電磁場(chǎng)第31頁(yè)/共70頁(yè)32集電線路上出現(xiàn)大氣過(guò)電壓主要有直擊雷過(guò)電壓和感應(yīng)雷過(guò)電壓兩種。一般直擊雷過(guò)電壓危害更嚴(yán)重。集電線路防雷性能優(yōu)劣主要用兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)：耐雷水平和雷擊跳閘率來(lái)衡量。耐雷水平是指線路遭受雷擊時(shí)，線路絕緣所能耐受的不至于引起絕緣閃絡(luò)的最大雷電流幅值，單位為kA。耐雷水平愈高，線路的防雷性能愈好。雷擊跳閘率是指雷暴日數(shù)Td=40的條件下，每100km的集電線路每年因雷擊而引起的跳閘次數(shù)，它是衡量線路防雷性能的綜合指標(biāo)?！?.4集電線路的防雷與接地第32頁(yè)/共70頁(yè)33①感應(yīng)過(guò)電壓的極性與雷電的極性正好相反。②感應(yīng)過(guò)電壓同時(shí)存在于三相導(dǎo)線，相間不存在電位差，故一般只能引起相對(duì)地閃絡(luò)，而不會(huì)產(chǎn)生相間閃絡(luò)。③感應(yīng)過(guò)電壓的幅值不高，一般不會(huì)超過(guò)500kV，因此，它對(duì)110kV及以上電壓等級(jí)線路的絕緣不會(huì)構(gòu)成威脅，僅在35kV及以下的線路中可能會(huì)產(chǎn)生一些閃絡(luò)事故?！?.4.1

集電線路的感應(yīng)過(guò)電壓§7.4.1.1感應(yīng)過(guò)電壓的特點(diǎn)第33頁(yè)/共70頁(yè)341.當(dāng)雷擊點(diǎn)離開(kāi)線路的距離s大于65m時(shí)（1）導(dǎo)線上方無(wú)避雷線（2）導(dǎo)線上方掛有避雷線2.雷擊線路桿塔時(shí)（1）導(dǎo)線上方無(wú)避雷線（2）導(dǎo)線上方掛有避雷線§7.4.1.2

感應(yīng)過(guò)電壓的計(jì)算第34頁(yè)/共70頁(yè)35導(dǎo)線上的感應(yīng)電壓最大值(kV)為

式中 s——雷擊點(diǎn)與線路的垂直距離，m；hd——導(dǎo)線懸掛的平均高度，m；I——雷電流幅值，kA。1.當(dāng)雷擊點(diǎn)離開(kāi)線路的距離s大于65m時(shí)（1）導(dǎo)線上方無(wú)避雷線第35頁(yè)/共70頁(yè)36當(dāng)雷電擊于掛有避雷線的導(dǎo)線附近大地時(shí)，則由于避雷線的屏蔽效應(yīng)，導(dǎo)線上的感應(yīng)電荷就會(huì)減少，從而降低了導(dǎo)線上的感應(yīng)過(guò)電壓。導(dǎo)線上的感應(yīng)過(guò)電壓最大值（kV）為式中 k0——為避雷線與導(dǎo)線之間的幾何耦合系數(shù)；

hd——導(dǎo)線懸掛的平均高度；

hb——避雷線懸掛的平均高度。1.當(dāng)雷擊點(diǎn)離開(kāi)線路的距離s大于65m時(shí)（2）導(dǎo)線上方掛有避雷線第36頁(yè)/共70頁(yè)37目前，規(guī)程建議對(duì)一般高度（約40m以下）無(wú)避雷線的線路，此感應(yīng)過(guò)電壓最大值可用下式計(jì)算式中α——感應(yīng)過(guò)電壓系數(shù)（kV/m），其數(shù)值等于以kA/計(jì)的雷電流平均陡度，即α=。2.

雷擊線路桿塔時(shí)（1）導(dǎo)線上方無(wú)避雷線第37頁(yè)/共70頁(yè)38有避雷線時(shí)，由于其屏蔽效應(yīng)，應(yīng)按下式計(jì)算2.

雷擊線路桿塔時(shí)（2）導(dǎo)線上方掛有避雷線第38頁(yè)/共70頁(yè)39輸電線路遭受直擊雷可能出現(xiàn)下面三種不同的情況，如圖7-9所示。①雷擊桿塔塔頂及塔頂附近避雷線（以下簡(jiǎn)稱雷擊桿塔），可能會(huì)造成“反擊”，使線路絕緣子發(fā)生沖擊閃絡(luò)。②雷擊檔距中央的避雷線，可能會(huì)造成導(dǎo)、地線之間的空氣間隙發(fā)生擊穿。③雷繞過(guò)避雷線而擊于導(dǎo)線，也稱繞擊，通常會(huì)造成線路絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)?！?.4.2集電線路的直擊雷過(guò)電壓和耐雷水平圖7-9有避雷線線路發(fā)生直擊雷的三種可能情況第39頁(yè)/共70頁(yè)401.“反擊”的概念當(dāng)雷擊桿塔時(shí)，極大部分雷電流會(huì)通過(guò)桿塔接地裝置流入大地。巨大的雷電流會(huì)在桿塔電感和桿塔接地電阻上產(chǎn)生很高的電位，使原來(lái)電位為零的接地桿塔帶上了高電位，此時(shí)桿塔將通過(guò)絕緣子串對(duì)導(dǎo)線逆向放電，造成閃絡(luò)。由于這種閃絡(luò)是由接地桿塔的電位升高所引起的，故又稱為“反擊”?！?.4.2.1

雷擊桿塔塔頂時(shí)的線路耐壓水平(a)雷擊塔頂時(shí)的電位分布(b)雷擊塔頂時(shí)的電流分布(c)計(jì)算塔頂電位的等效電路圖7-10雷擊塔頂?shù)?0頁(yè)/共70頁(yè)411.等值電路圖及雷擊點(diǎn)電壓雷擊避雷線檔距中央如圖7-11(a)所示，根據(jù)彼得遜法則可畫(huà)出它的的等值電路，如圖7-11(b)所示?！?.4.2.2

雷擊避雷線檔距中央圖7-11雷擊避雷線檔距中央及其等值電路圖1——避雷線；2——導(dǎo)線；——雷電流；——雷道波阻抗；——避雷線波阻抗；——避雷線與導(dǎo)線之間的空氣氣隙；（a）線路示意圖（b）等值電路圖第41頁(yè)/共70頁(yè)42雷擊點(diǎn)A的電壓為

(7-50)式中i—雷電流。在計(jì)算中可以近似地取。代入式(7-50)可得(7-51)

第42頁(yè)/共70頁(yè)432.避雷線與導(dǎo)線之間的空氣氣隙s上所承受的最大電壓。雷擊避雷線檔距中央時(shí)，雷擊處避雷線和導(dǎo)線之間的空氣氣隙電壓Us與雷電流陡度a成正比，與檔距長(zhǎng)度l成正比。為了防止空氣間隙被擊穿，通常采取的辦法是保證避雷線與導(dǎo)線之間有足夠的空間距離。根據(jù)理論分析和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)規(guī)程規(guī)定檔距中央導(dǎo)線、地線之間的空氣距離s(m)可按下列經(jīng)驗(yàn)公式選取(7-55)式中l(wèi)——檔距長(zhǎng)度，m；

s——導(dǎo)線與避雷線之間的距離，m。第43頁(yè)/共70頁(yè)441.雷擊點(diǎn)的電壓繞擊導(dǎo)線時(shí)雷擊點(diǎn)的電壓

(7-56)考慮過(guò)電壓情況下導(dǎo)線上會(huì)出現(xiàn)電暈，取Zd約為400Ω，故有(7-57)式中i——雷電流§7.4.2.3

繞擊導(dǎo)線時(shí)的線路耐壓水平第44頁(yè)/共70頁(yè)452.耐壓水平I2的計(jì)算如果繞擊時(shí)導(dǎo)線上的電壓Ud超過(guò)絕緣子串的50%沖擊閃絡(luò)電壓U50%，則導(dǎo)線將發(fā)生沖擊閃絡(luò)。此時(shí)，繞擊導(dǎo)線時(shí)的線路耐壓水平I2為(7-58)第45頁(yè)/共70頁(yè)46雷電過(guò)電壓引起集電線路直擊雷跳閘需要同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件：(1)雷電流超過(guò)線路耐雷水平，引起線路絕緣發(fā)生沖擊閃絡(luò)；(2)當(dāng)極短暫的雷電波過(guò)去后，沖擊閃絡(luò)可能在導(dǎo)線上工作電壓的作用下轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的工頻電弧。一旦形成穩(wěn)定的工頻電弧，導(dǎo)線上將持續(xù)流過(guò)工頻短路電流，從而造成線路跳閘停電?！?.4.3

集電線路的雷擊跳閘率第46頁(yè)/共70頁(yè)47建弧率是指沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定工頻電弧的概率，用η（%）來(lái)表示。根據(jù)試驗(yàn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，建弧率η（%）可用下式表示

(7-59)式中E——絕緣子串的平均運(yùn)行電壓梯度，kV（有效值）/m。對(duì)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)

(7-60)對(duì)非中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)（中性點(diǎn)絕緣或經(jīng)消弧線圈接地）

(7-61)式中Un——線路額定電壓(有效值)，kV；

lj——絕緣子串閃絡(luò)距離，m；

lm——木橫擔(dān)線路的線間距離，m；§7.4.3.1

建弧率第47頁(yè)/共70頁(yè)481．雷擊桿塔時(shí)的跳閘率n1每100km有避雷線的線路每年（40個(gè)雷暴日）落雷次數(shù)為

(7-62)式中b為兩根避雷線之間的距離，m；hs為避雷線的平均對(duì)地高度，m。若擊桿率為g，則每100km線路每年雷擊桿塔次數(shù)為0.28(b+4hs)g次。若雷電流幅值大于雷擊桿塔時(shí)的耐雷水平I1的概率為P1，建弧率為η，則每100km線路每年因雷擊桿塔的跳閘次數(shù)n1為：

(7-63)§7.4.3.2

有避雷線線路雷擊跳閘率n的計(jì)算第48頁(yè)/共70頁(yè)492．繞擊跳閘率n2設(shè)線路的繞擊率為Pa

，則每100km線路每年繞擊次數(shù)為0.28(b+4hs)Pa

，雷電流幅值超過(guò)繞擊耐雷水平I2的概率為P2，建弧率為η，則每100km線路每年繞擊跳閘次數(shù)n2：

(7-64)3．線路雷擊跳閘率根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，只要避雷線與導(dǎo)線之間的空氣距離滿足式(7-55)，則雷擊避雷線檔距中央時(shí)一般不會(huì)發(fā)生擊穿事故，故其跳閘率為零?！?.4.3.2

有避雷線線路雷擊跳閘率n的計(jì)算第49頁(yè)/共70頁(yè)50所以線路雷擊跳閘率只考慮雷擊桿塔和雷繞擊于導(dǎo)線兩種情況。故有避雷線的線路，雷擊總跳閘率為：

(7-65)§7.4.3.2

有避雷線線路雷擊跳閘率n的計(jì)算第50頁(yè)/共70頁(yè)511.架設(shè)避雷線2.降低桿塔接地電阻3.加強(qiáng)線路絕緣4.架設(shè)耦合地線5.采用消弧線圈6.裝設(shè)自動(dòng)重合閘7.采用不平衡絕緣方式8.裝設(shè)避雷器§7.4.4

集電線路的防雷保護(hù)措施第51頁(yè)/共70頁(yè)52§7.5

升壓變電站的防雷與接地風(fēng)電場(chǎng)升壓變電站是風(fēng)電場(chǎng)的樞紐，雷擊會(huì)引起變壓器等重要電氣設(shè)備絕緣毀壞，造成供電區(qū)域內(nèi)大面積、長(zhǎng)時(shí)間停電，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失，因此，風(fēng)電場(chǎng)升壓變電站的雷電防護(hù)必須十分可靠。升壓變電站雷擊保護(hù)直擊雷：入侵波：避雷針或避雷線避雷器；進(jìn)線段加裝輔助防護(hù)措施第52頁(yè)/共70頁(yè)53§7.5.1

升壓變電站的直擊雷保護(hù)圖7-12獨(dú)立避雷針離配電構(gòu)架的距離1—變壓器；2—母線雷擊避雷針時(shí)，雷電流流經(jīng)避雷針及其接地裝置，在避雷針h高度和避雷針的接地裝置上將出現(xiàn)高電位。L為避雷針的等值電感；Rch為避雷針的沖擊接地電阻；Sk為避雷針與被保護(hù)設(shè)備或構(gòu)架之間的空氣間隙；Sd為避雷針接地裝置和被保護(hù)設(shè)備接地裝置之間在土壤中的間隙。第53頁(yè)/共70頁(yè)54為了防止避雷針與被保護(hù)設(shè)備或構(gòu)架之間的空氣間隙Sk被擊穿而造成反擊事故，必須要求Sk大于一定距離：

(m)

（7-69）同樣，必須要求Sd大于一定距離，Sd應(yīng)滿足下式(此處假設(shè)土壤的抗電強(qiáng)度為300kV/m)(m)（7-70）在一般的情況下，Sk不應(yīng)小于5m,Sd不應(yīng)小于3m?！?.5.1

升壓變電站的直擊雷保護(hù)第54頁(yè)/共70頁(yè)55§7.5.2

升壓變電站的侵入波保護(hù)安裝避雷器限制雷電過(guò)電壓正確選擇避雷器的型號(hào)、參數(shù)；合理地確定避雷器接線；限制雷電波陡度及流過(guò)避雷器雷電流幅值第55頁(yè)/共70頁(yè)56現(xiàn)在分析以變壓器為保護(hù)對(duì)象，雷電波沿變電站進(jìn)線侵入，避雷器連接點(diǎn)距離變壓器連接點(diǎn)的最大允許電氣距離，稱為避雷器的防護(hù)距離，參見(jiàn)圖7-13。§7.5.2.1

避雷器的防護(hù)距離圖7-13分析避雷器保護(hù)距離的簡(jiǎn)單回路第56頁(yè)/共70頁(yè)57從保證防護(hù)的可靠性來(lái)說(shuō)，最理想的接線方式是把避雷器和變壓器直接并聯(lián)在一起，但是，由于在變壓器和母線之間還有其他開(kāi)關(guān)設(shè)備，按照電氣設(shè)備互相之間應(yīng)留有一定的安全距離(保證絕緣)的要求，所以接在母線上的避雷器和主變壓器之間必然會(huì)出現(xiàn)一段電氣接線(見(jiàn)圖7-14)，那么這段距離最大如何確定？§7.5.2.1

避雷器的防護(hù)距離圖7-14220kV變電站防雷電侵入波保護(hù)典型接線第57頁(yè)/共70頁(yè)58為了簡(jiǎn)化分析，忽略避雷器的泄露電阻和變壓器的入口電容，并假設(shè)侵入的雷電沖擊波為斜角波頭u(t)=at。由于變電所接線復(fù)雜，最大允許距離lmax是按典型變電站接線進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)確定的。此處只給出計(jì)算公式：

(7-71)式中，a為侵入波時(shí)間陡度，kV/μs。§7.5.2.1

避雷器的防護(hù)距離第58頁(yè)/共70頁(yè)59§7.5.2.2

變電站的雷電侵入波防護(hù)接線大型變電站

：應(yīng)經(jīng)過(guò)計(jì)算或?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證上述布置的安全性，并在適當(dāng)位置增設(shè)避雷器

如果線路出口裝有并聯(lián)電抗器，而且通過(guò)斷路器操作，則需在電抗器側(cè)增設(shè)一組避雷器U≤220kV500kV在每一段(包括分段母線)可能單獨(dú)運(yùn)行的母線上都裝設(shè)一組避雷器在每回路出口斷路器線路側(cè)裝一組線路避雷器，每臺(tái)變壓器出口裝一組所用避雷器

第59頁(yè)/共70頁(yè)60變電站的進(jìn)線段保護(hù)的作用是限制流經(jīng)避雷器的雷電流和限制侵入波的陡度。另?yè)?jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，變電站因雷電侵入波形成的雷害事故約有50%是離變電站1km以內(nèi)雷擊線路引起的，約有71%是3km以內(nèi)雷擊線路引起的。這就說(shuō)明加強(qiáng)變電站進(jìn)線段的雷電防護(hù)的必要性和重要性。當(dāng)lmax一經(jīng)確定，為使避雷器能可靠地保護(hù)變壓器，還必須設(shè)法限制侵入波陡度。對(duì)于已安裝好的電氣距離l，可求出最大允許陡度。同時(shí)，應(yīng)限制流過(guò)避雷器的雷電流的大小，以降低殘壓，尤其是不能超過(guò)避雷器的額定通流能力，否則避雷器就會(huì)燒壞?！?.5.3

升壓變電站的進(jìn)線段保護(hù)第60頁(yè)/共70頁(yè)61雷電過(guò)電壓在線路上感應(yīng)產(chǎn)生的地點(diǎn)離變電站愈遠(yuǎn)，它流動(dòng)到變電站時(shí)的損耗就愈大，其波陡度和幅值降得愈低。為此，可在距變電站1～2km的進(jìn)線段加強(qiáng)防雷保護(hù)。通過(guò)在這段線路增設(shè)避雷線，使該段線路有更高的耐雷水平，減少進(jìn)線段內(nèi)繞擊和反擊形成侵入波的概率。這樣經(jīng)過(guò)1～2km線路的沖擊電暈影響，不但削弱了侵入波的幅值和陡度，而且因進(jìn)線段波阻抗的作用，也限制了通過(guò)避雷器的雷電流，使其不超過(guò)規(guī)定值，保證了避雷器的良好配合。這一措施稱為變電站進(jìn)線段保護(hù)?！?.5.3

升壓變電站的進(jìn)線段保護(hù)圖7-1535～110kV無(wú)避雷線線路的進(jìn)線段保護(hù)段第61頁(yè)/共70頁(yè)62另外，35kV及以上電壓等級(jí)變電站進(jìn)線段采用電纜線路時(shí)，在電纜線與架空線連接處，考慮波過(guò)程可能產(chǎn)生過(guò)電壓，故應(yīng)裝設(shè)一組避雷器保護(hù)，并且使避雷器的接地端與電纜的金屬外皮連接。如圖7-19所示。§7.5.3

升壓變電站的進(jìn)線段保護(hù)圖7-1935kV及以上電纜進(jìn)線段的保護(hù)接線第62頁(yè)/共70頁(yè)63§7.5.4

升壓變電站變壓器防雷保護(hù)§7.5.4.1

三繞組變壓器侵入波過(guò)電壓及防護(hù)高、低壓側(cè)斷路器均閉合，都有避雷器，任一側(cè)沿線路侵入雷電波都不會(huì)對(duì)另一側(cè)絕緣造成威脅低壓側(cè)可能開(kāi)路，且對(duì)地電容小，當(dāng)高壓或中壓有雷電波侵入，低壓側(cè)過(guò)電壓，絕緣易損壞，需在一相繞組出口裝設(shè)避雷器；低壓繞組外接25m以上的全金屬外皮電纜線路時(shí)，對(duì)地電容足以限制感應(yīng)過(guò)電壓，無(wú)需安裝避雷器中壓繞組可能開(kāi)路運(yùn)