技能培训专题-高电压技术-电力系统防雷保护

8.1输电线路的防雷保护一、输电线路耐雷性能指标1、每100公里线路年落雷次数上式中：γ－－地面落雷密度Td－－雷暴日数b-－两根避雷线间的距离h-－避雷线的平均对地高度年］公里次／100[1041000100ddThbTBN8.1输电线路的防雷保护2、耐雷水平：雷击线路时，绝缘上不会发生闪络的最大雷电流幅值或能引起绝缘闪络的最小雷电流幅值。8.1输电线路的防雷保护3、雷击跳闸率：折算为100km、40雷暴日、线路每年因雷击所引起的跳闸次数。建弧率：由冲击闪络转变为稳定工频电弧的概率称为建弧率。l1—绝缘子串的长度l2—木横担线路的线间距离）中性点非有效接地系统＋中性点有效接地系统）(2(3211llUElUEnn8.1输电线路的防雷保护二、输电线路雷害发展过程及防雷途径1、雷害发展过程雷电放电雷电过电压线路绝缘冲击闪络避雷线稳定工频电弧断路器跳闸供电中断自动重合闸降低建弧率提高耐雷水平8.1输电线路的防雷保护2、防雷途径（措施）（1）防止雷直击导线：避雷线；避雷线与避雷针配合；电缆线路。（2）防止雷击造成的绝缘闪络：降低杆塔接地电阻；加强线路绝缘。（3）防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧：增加绝缘子片数；中性点非有效接地；消弧线圈接地。（4）防止线路中断供电：自动重合闸；双回线、环网供电。8.1.2输电线路直击雷过电压雷直击于线路的三种情况：雷击杆塔塔顶；雷击避雷线档距中间；雷电绕击于导线。8.1.2输电线路直击雷过电压1.雷击杆塔塔顶时的过电压和耐雷水平8.1.2输电线路直击雷过电压假设雷电流为i，由于避雷线的分流作用，流经杆塔的电流小于it小于雷电流i：it=βi,β为分流系数.8.1.2输电线路直击雷过电压塔顶电位)(dtdiLiRdtdiLiRutitttitop)6.2(1:)6.2(:6.2titoptitopLRIULRIUIdtdi，无避雷线时代入上式得以小结:由于避雷线的分流作用塔顶电位降低8.1.2输电线路直击雷过电压导线电位的计算（1）耦合分量：避雷线电位与塔顶电位相同，在导线上产生耦合分量kUtop，与雷电流同极性；（2）感应分量：雷电流通道的电磁场作用，在导线上产生感应分量αhc(1-khg/hc)，与雷电流反极性；（3）导线电位幅值：(1)(1)gctopctopcchUkUahkkUahkh8.1.2输电线路直击雷过电压绝缘子串上的电压：塔顶电位与导线电位之差。)1)(()1(khukhkuuuuuctopctoptopctopli幅值)1)(6.26.2(khLRIUctili8.1.2输电线路直击雷过电压耐雷水平：当绝缘子串上的电压Uli大于U50%时，绝缘子串将发生闪络，与之对应的雷电流幅值Ⅰ为雷击杆塔的耐雷水平。]6.2)6.2()[1(%501ctihLRkUI6.26.2%501ctihLRUI有避雷线无避雷线小结：1、有避雷线的线路耐雷水平有所提高2、提高耐雷水平的措施：加强线路绝缘（提高U50%）；增大耦合系数；降低杆塔接地电阻；8.1.2输电线路直击雷过电压2.雷击档距中央避雷线时的过电压8.1.2输电线路直击雷过电压8.1.2输电线路直击雷过电压雷电通道波阻抗Z0与两侧避雷线波阻抗并联值Zg/2近似相等，则每侧避雷线上的电流波为i/4。雷击点的电压最大值：导线空气绝缘上的最大电压：ggggAZvlZvlZtZiU4444(1)(1)4ABAgalUUkZkv8.1.2输电线路直击雷过电压3.雷电绕击导线时的过电压绕击率13.986taahgP13.3586taahgP平原地区线路山区线路a—保护角；ht—杆塔高度8.1.2输电线路直击雷过电压绕击时的过电压及耐雷水平8.1.2输电线路直击雷过电压计及电晕的影响时，Z＝400Ω，Z0≈200Ω，则雷击点的电压为：绕击时的耐雷水平：当雷击点电压大于U50％时，发生闪络。IZIUA1002250%2100UI8.1.3输电线路雷击跳闸率1.雷击杆塔跳闸率：hg—避雷线对地平均高度；g—击杆率；η—建弧率；P1—雷电流幅值超过I1的概率。1g1Pg2.8hn避雷线根数地形012平原1／21／41／6山区－1／31／48.1.3输电线路雷击跳闸率2.绕击跳闸率：hg—避雷线对地平均高度；Pα—绕击率；η—建弧率；P2—雷电流幅值超过I2的概率。228.2PPhng8.1.3输电线路雷击跳闸率3.线路雷击跳闸率)(8.22121PPgPhnnng8.2发电厂和变电所的防雷保护发电厂及变电所的防雷要求比输电线路高。发电厂和变电所的雷害：（1）雷电直击发电厂及变电所：采用避雷针或避雷线进行防护。（2）雷电波沿输电线路侵入发电厂和变电所：采用避雷器进行防护。8.2.1发电厂和变电所的直击雷防护避雷针装设设计应考虑两点：（1）应使所有设备额和建筑物处于保护范围内。（2）被保护设备与避雷针之间有一定距离，以防发生反击。避雷针装设方式：独立式和构架式。8.2.1发电厂和变电所的直击雷防护独立式避雷针（1）被保护物最高处A点（高度为h）的电位（2）接地装置的B点电位0AidiuLhiRdtBiuiR8.2.1发电厂和变电所的直击雷防护（3）场强与电压的关系：UA=E1d1UB=E2d2（4）空气与土壤中的击穿场强分别为：E1≈500kV/mE2≈300kV/m(5)代入解方程可得：120.20.10.3iidRhdR8.2.1发电厂和变电所的直击雷防护构架式避雷针：造价低廉、便于安装，但构架离电器设备较近，必须保证不发生反击。35kV及以下变电所，不允许避雷针装设在构架上。8.2.2发电厂及变电所的雷电侵入波防护主要措施：装设避雷器对避雷器的要求（1）在一切电压波形下，它的伏秒特性均在被保护绝缘的伏秒特性之下。（2）其残压低于被保护绝缘的冲击绝缘强度。（3）被保护设备必须处于避雷器的保护距离之内。8.2.2发电厂及变电所的雷电侵入波防护1.阀型避雷器动作后变压器上的过电压简单假设：斜角波前T1=2.6μs；忽略变压器入口电容，即假定末端开路；多次折反射均发生在波前时间范围内8.2.2发电厂及变电所的雷电侵入波防护t=0时，入射波到达1点，该点电压按u1=αt上升t=T=l/v，波到达2点，发生全反射u2=2α(t-T)t=2T时，反射波到达1点，此时1点电压：u1=αt+α(t-2T)＝2α(t-T)t=tb时刻避雷器放电，其电压维持在残压上，相当于产生一个陡度为2α的负反射波，该波经过T才能传到变压器，因此变压残压比避雷器残压高：22lUaTav8.2.2发电厂及变电所的雷电侵入波防护变压器上的最大电压由上式可得变压器与避雷器之间允许的最大电气距离vlUUUUR21maxmax()max()2[]/()[]/(2)wiRwiRalUUvlUUa8.2.2发电厂及变电所的雷电侵入波防护2.变电所的进线段保护为使避雷器可靠的保护变压器必须限制：侵入波陡度；流过避雷器的冲击电流幅值。采用进线段保护可以达到上述目的：在靠近变电所的一段线路上加装避雷线（对无避雷线的线路）或加强防雷保护（对有避雷线的线路）。8.2.2发电厂及变电所的雷电侵入波防护无避雷线的线路：在1～2km范围内加装避雷线。8.2.2发电厂及变电所的雷电侵入波防护全线有避雷线的线路：将变电所附近2km长的一段线路加强防雷措施。