输电线路防雷保护

相关规程与手册：《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》《交流电气装置的接地》《220～500kV变电所设计技术规程》《导体和电器选择设计技术规定》《110～750kV架空输电线路设计技术规程》电力工程高压送电线路设计手册电气工程电气设计手册，一次部分13雷害事故在系统跳闸停电事故中占很大比重。电力系统防雷包含线路、变电站、发电厂等环节。耐雷水平：雷击线路但不至引起绝缘闪络的最大雷电流峰值(kA)。第九章输电线路的防雷保护雷击跳闸占电网总事故的比例有时可达60%以上。雷击跳闸事故过程：（1）线路绝缘闪络；（2）形成工频电弧，跳闸；（3）跳闸后线路绝缘不能恢复，则发生停电。4表11984～1995年十年间俄罗斯500kV～1150kV线路按照跳闸率原因分类运行数据（节选）跳闸原因500kV线路750kV线路1150kV稳定跳闸数合计稳定跳闸数合计稳定跳闸数合计雷电引起的跳闸17(12.23%)67(17.49%)1(5.26%)9(23.07%)6(75.0%)16(84.21%)其它原因引起的跳闸122(87.77%)316(82.51%)18(94.74%)30(76.93%)2(25.0%)3(15.79%)合计139(100%)383(100%)19(100%)39(100%)8(100%)19(100%)5感应雷击中杆塔雷绕过避雷线击中导线雷击中避雷线φLR反击引起的闪络直击雷和感应雷6雷云++++++++++雷云发出的下行先导，其中有大量负电荷下行先导负电荷在导线上感应出束缚电荷，极性为正9.1输电线路感应雷过电压一、雷击线路附近大地时7雷云++++++++++导线上束缚电荷失去束缚开始向两侧自由流动，其电流在导线波阻抗上形成过电压主放电发生后下行先导中负电荷全部被中和静电分量：与极性相反电磁分量：相互垂直，较小25(65)LdgIhUkVSmS8（2）实际避雷线电位为0，可看成避雷线上存在－Ugb的电压，耦合作用下导线感应电位为－k0Ugb的，所以总感应的对地电压ShIUdLgd25ShIUbLgb25gddbgbUhhU000'(1)(1)bgdgdgbgdgddhUUkUUkUkh避雷线的影响（1）若避雷线不接地9电磁分量增大，计算方法尚有争论。行业标准建议，（1）无避雷线时，导线感应过电压最大值a－感应过电压系数(kV/m)，a≈IL/2.6（2）有避雷线时，由于其屏蔽效应(40)gdddUahhm'0(1)gddUahk二.雷击杆塔时导线上的感应过电压一般不超过500kV，仅对35kV及以下线路的绝缘有一定威胁（雷电耐受水平为350kV）。109.2输电线路的直击雷过电压和耐雷水平雷击避雷线雷击杆塔绕击导线11避雷线根数12平原山区1/41/31/61/4一、雷击杆塔时的反击过电压塔顶（横担）电位与导线电位差引起绝缘子串闪络——反击。击杆率g12(1)塔顶及横担电位chRchRgtLgtigtibL2bL22bi2biLiLibLbigtL避雷线的分流作用:igtiLLgtii塔顶电位:()gttdchgtgtLchLgtdiuRiLdtdiRiLdt2.6LLdiIadt()tdchLgtURIaL横担电位:hdhdchLhdchLgtgthURIaLRIaLh13导线总电位幅值：0(1)bdtdddhUkUahkh(2)导线电位避雷线与塔顶电位utd相等避雷线与导线间的耦合，导线电位（同极性）k0utd雷击杆塔时，导线上产生反极性的感应电位ahd(1-k0)14（三）工程中对于220kV及以下线路，工作电压值所占比例不大，可以忽略不计。但对超高压线路而言，则不可忽略。(3)线路绝缘子串两端电压6.2LIaddbgtgthdLchdhdjahhhkaLkhhIRkUUU01)1(6.216.2)1(0ddbgtgthdchLjhhhkLkhhRkIU15Uj大于绝缘子串冲击闪络电压时，绝缘子串将发生闪络；U50%为正极性时（负极性雷）的值较低。雷击杆塔耐雷水平：(4)耐雷水平的计算远离避雷线的导线，耦合系数小，易发生反击，最具危险性。提高雷击杆塔（反击）耐雷水平降低冲击接地电阻Rch提高导、地线间的耦合系数k6.216.2)1(0%501ddbgtgthdchhhhkLkhhRkUI16二、雷击避雷线挡距中央时的过电压避雷线的半径较小，产生强烈的电晕；衰减很快，当过电压波传播到杆塔时，已不足以使绝缘子串击穿，因此通常只需考虑雷击点避雷线对导线的反击问题。bZl2ASbZ0ZiL17在反射波到达之前，可用彼得逊等值电路计算。0ZiAAu2bZ00L00222bbAbbZZZZuiiZZZZ最高电位时间点bbvlvlt22取斜角波头i=at，避雷线最高电位bbbAZZZZvlaU002长期运行经验表明，如果间隙距离满足：则雷击避雷线档距中央引起空气间隙闪络的事例非常少见。)1(200kZZZZlaUbbbS间隙电压18我国规程建议绕击概率：平原地区山区为保护角（）；h为杆塔高度（m）。山区线路的绕击率约为平原线路的3倍，或相当于保护角增大了8（一）绕击概率9.386lggthP35.386lggthP19（二）绕击耐雷水平200dAZZZiidddAAZZZZiZiu0022ddLAZZZZIU002绕击耐雷水平ddZZZZUI00%5022我国技术规程建议Zd＝2Z01004%50%502UZUIdA0ZdZdZ0ZAi12Li12di12diLidu2dZ20线路电压等级/kV35110220330500反击（击杆）耐雷水平/kA20-3040-7575-110110-150125-175绕击耐雷水平/kA3.571216.4521.38u50%/kV350700120016452138219.3输电线路的雷击跳闸率线路雷击跳闸的两个条件：1雷电流超过耐雷水平2冲击电弧转换为稳定的工频电弧一、建弧率--冲击闪络转化成稳定的工频电弧概率与工频弧道中的电场强度和去游离条件有关0.754.514%EE为绝缘子串的平均运行电压梯度，kV/mN1U3El对于中性点有效接地的系统：对于中性点非有效接地的系统：N12U2Ell22二、有避雷线线路的雷击跳闸率1雷击杆塔时的跳闸率每100km线路每年的遭受雷击的次数为：bLb(4)1000.28(4)1000bhNTbh次/100km·年击中杆塔引起的跳闸次数：1L1nNgP2雷绕击导线时的跳闸率2L2nNPPg为击杆率，P1为雷电流幅值超过雷击杆塔耐雷水平I1的概率Pα为绕击率，P2为雷电流幅值超过绕击耐雷水平I2的概率，3线路总跳闸率)(2121PPgPNnnNL23标称电压kV500330220110杆塔型式保护角14°20°16.5°25°避雷线数量双双双单杆塔绝缘绝缘子个数25×XP2－16019×XP1－10013×X－707×X－70U50%（正极性）kV213816451200700档距长度m400400400300冲击接地电阻（）7～157～157～157～15雷击杆塔耐雷水平kA177～125155～105110～7663～41建弧率100%100%91.8%85%平原线路绕击率0.112%0.238%0.144%0.238%击杆率1/61/61/61/4跳闸率0.0810.120.250.83山区线路绕击率0.40%0.84%0.5%0.82%击杆率1/41/41/41/3跳闸率0.17～0.420.27～0.600.43～0.951.18～2.024例题：平原地区一条220kV线路，绝缘子串13片，正极性50%放电电压为1410kV；杆塔冲击接地电阻为7，避雷线半径为5.5mm，弧垂7m，导线弧垂12m。求该线路的耐雷水平和雷击跳闸率。解：（1）求耦合系数避雷线的平均高度mfhbb5.247321.29321.29导线的平均高度mfhdd4.1512324.23324.23避雷线1、2对导线3的几何耦合系数为：229.0ln602ln60ln60ln60121223231313121123130dDrhdDdDZZZZkbb25例题：经冲击电晕修正后：286.025.10kk（2）查表，求等值电感和分流系数HLgt5.141.295.088.0(3)耐雷水平雷击塔顶的反击耐雷水平：绕击引起的过电压：（4）雷电流超过耐雷水平的概率88lgIPI1－P1＝5.6％；I2－P2＝73.1％1120025.614.524.515.4(10.296)0.8870.2960.8810.23729.12.615.42.6110.2kAI2120012kA100I26例题：(5)落雷次数、绕击率、击杆率和建弧率保护角1.7arctan16.65.7平原地区山区%144.0P%5.0P击杆率：平原g=1/6，山区g=1/4建弧率η＝80%(6)线路雷击跳闸率平原地区：10.28(11.6424.5)80%5.6%0.144%73.1%0.25/100km6N年山区：10.28(11.6424.5)80%5.6%0.5%73.1%0.43/100km4N年279.4输电线路的防雷措施雷害事故的发展过程及防护措施雷电放电设置避雷线；降低杆塔接地电阻雷电过电压提高耐雷水平；设置线路避雷器线路绝缘冲击闪络降低建弧率，不平衡绝缘工频电弧断路器跳闸自动重合闸供电中断线路防雷设计目标：提高线路的耐雷性能，降低雷击跳闸率。（1）架设避雷线：最基本防雷措施防止雷直击导线。分流作用，减小流入杆塔电流，使塔顶电位降低；与导线之间的耦合也可降低绝缘子串上的过电压。28规程：110kV及以上线路一般应全线架设避雷线；500kV线路设双避雷线。光纤复合架空地线（OPGW）：避雷线经一个小间隙对地绝缘；通信用。29（2）降低杆塔接地电阻提高线路击杆的耐雷水平、防止反击的有效措施。一般需另加人工接地装置。（3）架设耦合地线具有一定的分流作用提高导线与避雷线之间的耦合系数30（4）不平衡绝缘同塔双回或以上线路。使一回路的绝缘子片数少于另一回路的三相，闪络后相当于避雷线，降低了其他回路导线电位。（5）自动重合闸由于线路绝缘具有自恢复功能。我国110kV及以上线路重合闸成功率高达75%~95%。31（6）消弧线圈接地用于中性点不直接接地的线路，减小故障接地点的单相接地电流，促进接地电弧熄灭。雷击跳闸率大约可以降低1/3左右。（7）加强绝缘增加绝缘子片数，用于重要线路段，如大跨越高杆塔上使用。32（8）安装线路避雷器能免除线路绝缘的冲击闪络，并能使建弧率降为零。一般用复合外套氧化锌避雷器。针对雷害事故形成的四个阶段，现代输电线路在采取防雷保护措施时，要做到“四道防线”，即：1．防直击，就是使输电线路不受直击雷。采取的措施是沿线路装设避雷线。2．防闪络，就是使输电线路受雷后绝缘不发生闪络。采取的措施是加强线路绝缘、降低杆塔的接地电阻、在导线下方架设耦合地线等。3．防建弧，就是使输电线路发生闪络后不建立稳定的工频电弧。采取的措施是系统采用消弧线圈接地方式、在线路上安装线路避雷器等。4．防停电，就是使输电线路建立工频电弧后不中断电力供应。采取的措施是装设自动重合闸、双回路线路采用不平衡绝缘方式等。输电线路的防雷措施