第六章输电线路防雷技术

第六章输电线路防雷技术4.1雷击输电线路的方式4.2雷击输电线路的后果发生短路接地故障雷电波侵入变电所，破坏设备绝缘，造成停电事故输电线路的雷击事故在我国跳闸率比较高的地区的高压线路由雷击引起的次数约占40～70％，尤其是在多雷、土壤电阻率高、地形复杂的地区，雷击事故率更高在日本50％以上电力系统事故是由于雷击输电线路引起的，雷击经常引起双回同时停电，20－30％的输电线路故障发生在双回输电线路美国、前苏联等十二个国家的电压为275－500kV总长为32700km输电线路连续三年的运行资料中指出，雷害事故占总事故的60％输电线路的雷电过电压及防护直击雷过电压：雷电直接击中杆塔、避雷线或导线引起的线路过电压反击－雷击杆塔或避雷线,造成绝缘子接地端电位比导线高绕击－雷电击中导线感应雷过电压：雷击线路附近大地，由电磁感应在导线上产生的过电压（只对35kV以下线路有危险）衡量线路防雷性能的优劣耐雷水平：线路遭受雷击所能耐受不至于引起闪络的最大雷电流（kA）雷击跳闸率：每100km线路每年因雷击引起的跳闸次数输电线路的感应过电压静电感应电磁感应感应过电压-静电感应在雷电放电的先导阶段（假设为负先导），线路处于雷云及先导通道与大地构成的电场之中。由于静电感应，最靠近先导通道的一段导线上感应形成形成束缚电荷主放电开始以后，先导通道中的负电荷自下而上被迅速中和。相应电场迅速减弱，使导线上的正束缚电荷迅速释放，形成电压波向两侧传播由于主放电的平均速度很快，导线上的束缚电荷的释放过程也很快，所以形成的电压波u＝iZ幅值可能很高。这种过电压就是感应过电压的静电分量感应过电压-电磁感应在主放电过程中，伴随着雷电流冲击波，在放电通道周围空间出现甚强的脉冲磁场，其中一部分磁力线穿过导线－大地回路，产生感应电势，这种过电压为感应过电压的电磁分量感应过电压计算感应过电压为ShkIIShvkvkUUUmemei)]()([ShIUi25感应过电压计算如果不能满足S65m及Sh的条件，感应过电压为1ln2ShShkIUi避雷线对感应过电压的屏蔽作用ShcIUC25hchsUcShsIUs25实际上，避雷线与大地连接保持地电位，电位为0，可以假设为避雷线上再叠加了-Us的感应电压-Us在导线上耦合导线上的实际感应电压ccUksUkUUC)1('00雷击塔顶时的感应过电压雷击塔顶时迅速向上发展的主放电引起周围空间电磁场的突然变化，会在导线上感应出与雷电流极性相反的电压，以静电感应分量为主有避雷线时，导线上的感应过电压ciahUiUkUi)1('0雷击塔顶的分流避雷线杆塔闪络后相导线也分流雷击塔顶的过电压分析波头部分塔顶电位最高塔顶电位tiit)(dtdiLiRdtdiLRiutittittftitLRIu杆塔的分流110kV:0.9(1S),0.86(2S)220kV:0.92(1S),0.88(2S)500kV:0.88(2S)211fsistLRLL雷击杆塔时导线的电位避雷线的耦合电位：kut雷击塔顶时的感应电位：ahc(1-k0hs/hc)(最大值）假设随时间线性变化导线电位fcscithhkahu/)/1(0fcsctitcthhkahkuukuu/)/1(0绝缘子串的作用电压和闪络)(dtdihhLiRutatia绝缘子串的作用电压为横担高度处的杆塔电位ua与导线电位之差横担高度处的杆塔电位ua绝缘子串的作用电压cainsuuu反击耐雷水平反击耐雷水平与导线－地线间的耦合系数k，杆塔分流系数β，杆塔冲击接地电阻Ri，杆塔等值电感Lt以及绝缘子串的50％放电电压U50％等因素有关还必须考虑工频电压的作用以及触发相位距离远，耦合系数小，一般以外侧或下方导线计算通常以降低Ri，提高k为提高反击耐雷水平的主要手段6.2)1(6.2)()1(0%501ccsttaihhhkLkhhRkUI%50uuins反击耐雷水平35kV:20-30kA110kV:40-75kA220kV:75-110kA330kV:100-150kA500kV:125-175kA反击耐雷水平与导线－地线间的耦合系数k，杆塔分流系数β，杆塔冲击接地电阻Ri，杆塔等值电感Lt以及绝缘子串的50％放电电压U50％等因素有关雷击避雷线档距中央雷击避雷线档距中央sttsAZZZZiZZZZiu0000222/雷击避雷线档距中央情况1：A点最高电位空气间隙最高电压Us等于间隙的50%冲击放电电压时得到最小间隙距离fsvl/5.02sssAZZZZvlu002Asuku)1(雷击避雷线档距中央我国规程sssZZZZvkS002750)1(SkVU750%501012.0lS雷击避雷线档距中央情况2：负反射波尚未返回雷击点时，雷电流已过峰值，A点最高电位由雷电流峰值确定一般罕见雷击档距中央fsvl/5.02雷击导线－绕击时的过电压绕击过电压：幅值为：设Z0≈Zc/2,取Zc=400,则UA≈100IccAZZZZiu002ccAZZZZIu002绕击耐雷水平绕击耐雷水平绕击线路的耐雷水平很低500kV线路27.4kA，220kV-12kA，110kV-7kA110kV以上线路要求全线架避雷线绕击率：平原线路：山区线路：100%502UI9.386lghP35.386lghP输电线路的雷击跳闸率建弧率：275.010)145.4(E输电线路的雷击跳闸率100km年的雷击次数（40个雷电日）：N次中击中塔顶引起线路跳闸次数g为击杆率,P1为雷电流幅值超过雷击杆塔的耐雷水平的概率绕击导线的跳闸率线路跳闸率：Pa为绕击率,P2为雷电流幅值超过绕击耐雷水平的概率11NgPn)akm/1(22PNPn)akm100/1(4010010004shbN21nnn线路防雷措施安装避雷线，减小避雷线的屏蔽角，受到杆塔结构的限制（雨伞的作用）提高线路绝缘水平（加高堤坝）降低杆塔接地电阻（疏淤）双回输电线路采用不平衡绝缘（放水）线路避雷器（水涨船高）输电线路的防雷保护措施架设避雷线：引导雷电向避雷线放电，通过杆塔和接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击防止直接雷击导线分流减少经杆塔入地电流，降低塔顶电位降低感应过电压110kV以上应全线架设避雷线保护角：避雷线和外侧导线的连线与垂线之间的夹角，保护角越小，对绕击雷的保护效果越好，110kV:保护角20～30º，500kV负保护角输电线路的防雷保护措施降低杆塔接地电阻土壤电阻率低的地区，应充分利用铁塔、钢筋混凝土杆的自然接地电阻土壤电阻率高的地区，可采用多根放射形接地体或连续伸长接地体以及垂直接地电极等措施架设耦合地线：在降低杆塔接地电阻有困难时，在导线下方架设一条接地线。它具有分流作用，又加强了避雷线对导线的耦合。运行经验表明，该措施可降低雷击跳闸率50％左右采用消弧线圈接地方式：适用110kV及以下电压等级电网，可使大多数雷击单相闪络接地故障被消弧线圈消除，不至发展为持续工频电弧。我国的运行经验表明，该措施可使雷击跳闸率降低1/3左右输电线路的防雷保护措施加强绝缘：对个别大跨越、高杆塔，落雷机会多等情况，可增加绝缘子片数采用不平衡绝缘方式：针对同杆并架双回线路，一回普通绝缘，一回加强绝缘装设自动重合闸装置：我国110kV及以上线路重合闸成功率达75～95％输电线路的防雷保护措施安装线路避雷器：作用原理－－实质上是一种放电器，并联连接在被保护设备附近，当作用电压超过避雷器的放电电压时，避雷器先放电，限制了过电压的发展基本要求：良好的伏秒特性，实现合理的绝缘配合好的绝缘强度自恢复能力，利于快速切断工频续流，使电力系统得以继续运行硅橡胶护套氧化锌线路避雷器已取得良好应用效果输电线路的防雷保护措施日本总结77kV各种防雷措施的效果，统计出：增加绝缘、架设耦合地线、减少杆塔接地电阻，可使雷击跳闸次数分别降至62%、56%、45%，安装MOA后可消除雷击跳闸事故输电线路的防雷保护措施线路避雷器的应用线路避雷器的投资较大，难以普遍采用建议优先安装在下列条件杆塔：山区线路易击段、易击点的杆塔山区线路接地电阻超过100Ω且发生过闪络的杆塔水电站升压站出口线路接地电阻大的杆塔大跨越高杆塔多雷区双回线路易击段、易击点的一回线路上线路避雷器保护绝缘子原理线路避雷器的发展美国：美国AEP和GE公司1980年开始研制线路防雷用合成绝缘ZnO避雷器，1982年10月有75只在138kV线路上投入试运行。运行表明在装有避雷器的被保护线段没有出现绝缘子串的闪络。法国：1998年开始在63kV和90kV线路安装避雷器日本：1981－1983年研制出无间隙的77kV合成绝缘避雷器。1986年5月开始在雷电活动特别严重地区的输电线路上安装。线路没有出现任何事故，而没有安装避雷器的线路则仍有故障出现。线路避雷器的发展日本：1988年275kV合成绝缘线路避雷器研制成功，1988年12月开始在投入运行。500kV线路避雷器1990年开发出来，1990年在双回线路的一回线路上投入运行。到1999年1月已有不同电压等级的47000多只线路避雷器在运行中，其中99%是带串联外间隙的，在各种电压等级的线路上都有成功动作的记录。俄罗斯：80年度中已研制出110－1150kV系列合成套避雷器，主要是用于一般超高压输电线路和紧凑型输电线路深度限制操作过电压线路避雷器应用线路避雷器应用线路避雷器应用中国线路避雷器的发展110kV合成绝缘避雷器已于1997年安装在广东省肇庆的珠西线，这几个杆塔过去经常遭受雷击。到1997年底，经过一个雷雨季节后，该线路为发生雷击跳闸，而处于同一区域，地形和气象条件基本相同的另几条110kV线路均发生多次雷击跳闸，甚至击碎瓷瓶。220kV线路合成绝缘避雷器也于1998年安装在广东省肇庆供电局的线路上。到2002年5月为止，我国在33～220kV的输电线路上已经安装了近4200相线路避雷器来提高线路的雷电过电压耐受水平，取得可很好的防雷效果，提高了我国电网的运行可靠性。中国线路避雷器的应用悬挂式避雷器应用于变电站线路避雷器应用于室内变电站入口处35kV无间隙线路避雷器220kV线路避雷器220kV线路避雷器110kV带分离间隙的线路避雷器线路避雷器在中国的应用情况1996:99相1997:155相1998:150相1999:349相2000:约1300相2001:约1700相线路避雷器结构类型和选择带串联间隙线路避雷器优点线路正常运行时，处于“休息”状态，避雷器阀片的荷电率可以取得高一些，雷电冲击残压可以随之降低；避雷器只有在一定幅值的雷电过电压作用下串联间隙动作后，避雷器本体才处于工作状态，因此其外绝缘水平（绝缘外套爬电距离）可以低于无间隙避雷器。间隙大小可选择避免操作过电压作用时动作，这时大大减轻避雷器动作负载试验的压力。再考虑到阀片数减少，有可能使避雷器的结构紧凑化，并降低造价。由于串联间隙的隔离作用，即使避雷器阀片劣化，也不至于影响线路的正常运行。无间隙线路避雷器带串联间隙线路避雷器线路避雷器安装位置采用避雷器提高110kV线路耐雷水平020406080100050100150200250300350transmissionlineAtransmissionlineBwithoutarrester1setofarresters3setsofarrestersLWL(kA)IMPULSEGROUNDINGRESISTANCE()线路避雷器的雷电放电电流