输电线路的防雷保护

第八章电力系统防雷保护第一节架空线路的防雷保护衡量输电线路防雷性能的指标耐雷水平(I)：线路遭受雷击时，其绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值（kA）雷击跳闸率(n)：每100km线路每年（40雷电日）因雷击引起的跳闸次数（次/100km·年）教学目标1.了解线路的直击雷过电压及其耐雷水平计算方法、掌握其特点2.掌握耐雷水平与雷击跳闸率影响因素3.掌握线路防雷基本措施架空线地处旷野、纵横交错，极易遭受雷击引起跳闸可能的过压直击——绕击（1）击杆顶——反击（2）击避雷线档距中央——（3）感应过压——（4）输电线路的雷电过电压分类直击雷过电压雷直击输电线路杆塔，避雷线，导线，产生的过电压称为直击雷过电压感应雷过电压雷击导线水平距离65m以外的大地时，由于空间电磁场的急剧变化，在导线上感应出的过电压，称为感应雷过电压直击雷（1）雷击输电线路无避雷线的线路最易发生，但即使有避雷线，雷电仍可能绕过避雷线的保护范围而击于导线（绕击）（2）雷击杆塔或避雷线杆塔电位升高，造成绝缘子闪络，形成反击（3）雷击输电线路附近大地S65m感应雷过电压S65m直击雷过电压感应雷过电压直击雷和感应雷过电压产生的危害（1）引起线路跳闸，影响正常供电引起绝缘子闪络，导线对地短路，工频续流沿放电通道放电，在形成稳定燃烧的电弧后，则继电保护装置将使断路器跳闸，影响正常送电（2）雷电波侵入变电站侵入变电站，经复杂的折反射后，造成电气设备过电压，危及设备绝缘，造成事故送电线路防雷防线1.首先要保护导线不受雷击．为此可以采用避雷器、避雷针或改用电缆。2．其次是如果避雷线受雷击后最好不要使线路的绝缘发生闪络。为此，需要改善避雷线的接地，适当加强线路的绝缘，个别杆塔可以使用避雷器。3．第三道防线是即使线路绝缘因雷击发生闪络也不要转变为稳定的工频电弧，即线路上不要发生短路故障，所以不会跳闸。为此应该减少绝缘上的工频电场强度或电网中性点采用不直接接地的方式。4．最后一道防线是即使跳闸也不要中断电力的供应。为此，可以采用自动重合闸装置，或用双回路或环网供电。感应雷过电压感应雷过电压=静电分量＋电磁分量感应雷过电压大小避雷线对感应雷过电压有屏蔽作用，可使导线感应过压↓（1-K）倍)(25kVShIUdLgShIkUdLg25)1(无避雷线时：有避雷线时：感应雷过电压特点幅值≤500KV（仅对35KV及以下系统有威胁）极性与雷电流极性相反三相导线上同时出现上升速度较慢，波头几～几十μs雷击杆塔时导线上的感应过电压杆塔有引雷作用，故S65m的雷击会被吸引到杆塔)()1()(kVhkUkVhUdgdgα为感应系数（kV/m)取值为雷电流陡度（α=I/2.6μs）k为避雷线和导线的耦合系数无避雷线有避雷线二、输电线路直击雷过电压和耐雷水平雷击导线：a.无避雷线，35kV及以下系统b.有避雷线，绕击1.绕击率Pα：雷绕过避雷线击于导线的概率平原山区35.386lg9.386lghPhP2.雷击导线时的过电压IZZuA)//2(0规程规定：Z0≈Z/2（闪络路径波阻抗）UA=IZ/4取Z=400Ω（导线波阻抗），则UA=100I耐雷水平UA与U50%比较，是否闪络?则雷击导线时的耐雷水平为：I=U50%/100（kA）U50%为绝缘子串冲击放电电压例题雷电流超过7kA的概率为86.5％110kV线路每串6－7片绝缘子，U50%=700kV故耐雷水平I=雷电流概率7kA88lgIP各级线路应有的耐雷水平雷直击相应电压等级导线时35kV220kV330kV500kV耐雷水平3.5kA12kA16kA27.4kA超过耐雷水平雷电流概率91.2%73.1%65.8%48.8%雷直击导线会引起几乎所有电压等级的线路绝缘子闪络，我国110kV及以上线路需全线架设避雷线导线电位（1）负极性雷电流沿杆塔向下和避雷线两侧传播，使塔顶电位升高，并通过电磁耦合使导线电位升高（2）雷击杆塔，在导线上产生与负极性雷电流极性相反的正极性感应过电压雷击杆塔塔顶时的过电压和耐雷水平雷电流iL=ib+igtigt=βiLβ为分流系数塔顶和避雷线电位最大值uA=βI（Rch+Lgt/2.6）平行导线上电位：（1）耦合波分量kuA→与雷电流极性相同（2）雷击杆塔在导线上的感应过电压αh（1－k）→与雷电流极性相反∴uc=kuA-αh（1－k）绝缘子串电压ui=uA-uc最高值)1()6.26.2(khLRIudgtchiuiu50％u50%为正极性冲击放电电压雷击塔顶反击时的耐雷水平：6.2)6.2()1(%50dgtchhLRkuI提高耐雷水平的主要措施：（1）降低杆塔接地电阻Rch（2）增大耦合系数k（3）减小分流系数β（4）加强线路绝缘一般高度杆塔其压降是塔顶电位主要分量采用双避雷线架装耦合地线增加绝缘子片数采用更好的绝缘材料u50%三、雷击避雷线档距中央时的过电压需校核避雷线与导线间的空气间隙S能否被击穿规程规定：S=0.012l+1（m）三、输电线路的雷击跳闸率引起感应雷直击雷过电压的雷电流耐雷水平绝缘冲击闪络是否跳闸？冲击闪络持续时间只有几十μs，继电保护和断路器根本来不及动作，雷电流过后，工频电压所产生的工频电流（工频续流）以电弧的形式流过闪络通道，若电弧稳定燃烧才会使继电保护动作，断路器跳闸冲击闪络稳定工频电弧必要条件充分条件雷击跳闸a.弧道中的平均电场强度b.闪络瞬间工频电压值（相位）c.去游离条件（气温、风速等）具有随机性工程上用建弧率η表示冲击闪络转为稳定工频电弧的概率275.010)145.4(E式中：E为弧道中平均电场强度（kV/m）中性点直接接地系统，单相短路电流大易建立起稳定电弧)5.0(321llUe中性点非直接接地系统，单相短路电流小，不会建立稳定的电弧，只有相间短路时短路电流很大极易建立稳定燃烧的电弧)2(21llUel1为绝缘子串长度l2为木或瓷横担长度金属横担l2＝0一般：E≤6kV/m（有效值）可认为η＝0雷击跳闸率n的计算1.雷击杆塔跳闸率n1每100km线路每年（40雷电日）落雷次数N＝0.28（b+4hb)击杆率g避雷线根数地形012平原1/21/41/6山区－1/31/4雷击杆塔时的耐雷水平为I1，雷电流幅值超过I1的概率为P1故：n1=0.28（b＋4hb）gηP1（η为建弧率）2.绕击导线的跳闸率n2绕击率为Pα，绕击时耐雷水平为I2，雷电流超过耐雷水平I2的概率为P2故：n2=0.28（b+4hb）ηPαP2所以线路雷击跳闸率n为n=n1+n2=0.28(b+hb)η(gP1+PαP2)（次/100km.年）输电线路的防雷措施一、架设避雷线作用：a.减少雷直击导线b.分流作用降低塔顶电位c.屏蔽作用降低感应过电压规程规定：a.220kV及以上全线双避雷线（α＝200）b.110kV除少雷区外全线架设避雷线（α＝200－300）二、降低杆塔接地电阻一般高度杆塔特别有效三、架设耦合地线降低接地电阻困难时采用，有屏蔽和分流作用四、采用不平衡绝缘方式：同杆双回线路采用五、装设自动重合闸六、采用消弧线圈接地运行方式七、线路薄弱处装设管型避雷器八、加强绝缘高杆塔增加绝缘子片数九、加装线路型避雷器第十章发电厂和变电站的防雷保护发电厂是产生电能的中心，变电站是分配电能的枢纽重要：（1）遭雷击受到破坏将造成大面积停电事故（2）发电机、变压器是系统中最重要最昂贵的设备，且绝缘水平也较低，一旦损坏难于修复（3）值班运行人员的安全所以比输电线路防雷更加重要需采取防雷措施雷害来源：（1）雷直击发电厂和变电站的避雷针后，强大的雷电流在设备上a.产生感应过电压b.避雷针电位升高对设备反击c.产生跨步电压和接触电压（2）雷击线路后导线上形成雷电波侵入发电厂和变电站防雷措施：（1）选址时尽可能选择少雷区（2）采用避雷针和避雷线作为直击雷防护（3）采用避雷器和进线段保护作为侵入波防护§10－1发电厂和变电站的直击雷保护避雷针和避雷线的接地都为独立接地体注意校核：（1）空气间隙Sk（2）土壤间隙Sd以免反击另：避雷针能否架设在构架上问题？线路终端杆塔避雷线能否进变电站问题?电压等级土壤电阻率§10－2变电站的侵入波保护沿导线传播的侵入波幅值远远高于变电站内设备绝缘水平如：110kV线路一般7片绝缘子，闪络电压为700kV，而变压器冲击绝缘水平为480kV，多次全波试验保险电压为478kV，FZ-110JU冲击＝310kV，Ur,5=332kV故需采用避雷器作为变电站内侵入波的保护一、避雷器的保护动作过程避雷器直接并在设备旁)()(21bbbbifutuziu避雷器动作前：ub=u(t)动作后：避雷器电压二、避雷器与变压器间的距离对过电压的影响避雷器和被保护设备并在一起时，被保护设备上的过电压就是避雷器上的电压，但实际工程中不可能在每台被保护设备上并一台避雷器，也就是说避雷器与被保护设备存在一定距离距离对过电压有影响设备上过电压为：vlaUUrs25,可见为了保证设备的安全，需采取如下措施：1）限制通过避雷器的雷电流，≯5kA或10kA，降低残压2）限制雷电流陡度a3）尽量缩短避雷器与被保护设备间的电气距离l三、变压器与避雷器之间的最大允许距离由于避雷器动作以后的波的多次折反射，变压器上的电压为振荡的，这种波形与全波相差较大、而与截波相似，实际中就是以变压器承受多次截波的能力（多次截波耐压值uj）表示承受雷电波的能力jrjukvaluuu2max∴变压器上的最大冲击电压umax应小于多次截波耐压值uj避雷器与变压器之间的最大允许距离lmax''max,22avakauuvkauulrjrja’为空间陡度结论：（1）避雷器具有一定的保护范围，最大允许距离lmax与变压器uj和避雷器ur差值有关uj－urlmax（2）lmax与侵入波陡度a有关almax所以要a（3）其它设备lmax要大35%（4）变电站多回出线比单回出线lmax高所以实际工程中，在变电站雷电侵入波保护设计时就是选择避雷器的布置位置，原则是在任何可能的运行方式下，变电站内变压器和其它设备距避雷器的电气距离应小于最大允许电气距离四、变电站的保护接线220kV及以下变电站保证每段可能单独运行的母线都有一组避雷器500kV国内敞开式变电站主要是双母线带旁路或一个半开关的电气主接线，由于电气距离远，每台避雷器只能保护与它靠近的电气设备每条单独运行的母线需装一组电站型避雷器每回出线出口的线路侧需装一组线路型避雷器每台变压器旁需装一组电站型避雷器线路入口的高压并联电抗器根据具体情况决定是否装线路型避雷器§10－3变电站的进线段保护变电站电气设备在雷电侵入时出现的过电压为：kvaluur2需限制i雷电ur及需au进线段保护进线段：输电线靠近变电站1－2km的线段统计表明：变电站侵入波事故50%是1km线路落雷造成的，71％是3km线路落雷造成的进线段保护：加强进线段防雷保护措施（无避雷线的架设避雷线，有避雷线减小保护角，增加绝缘子片数，加强检查巡视）使进线段耐雷水平高于线路其它部分，减小进线段发生绕击和反击形成侵入波的概率，这样侵入变电站的雷电波主要来自进线段之外侵入波经过在进线段上传播时，由于冲击电晕陡度会降低，进线段的波阻抗也起着限制流过避雷器的雷电流的作用进线段作用：（1）限制雷电流（2）降低侵入波陡度一、避雷器雷电流计算进线段以外落雷，侵入波幅值被限制在进线段绝缘子串的u50%，进线段1－2km的传播时间故不考虑负的反射波svl3.13~7.63004000~20002zuuInznuuIunzIunzuIzurBLrBLrBLrrBL%50%50%502,12)1(2220kV线路绝缘子u50%=1200kV、架空线z=400ΩFZ-220J避雷器ur,5=664kV∴IBL=4.34kA5kA出线越多