高电压技术_第6章_电力系统防雷保护35

高电压技术第六章电力系统防雷保护高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护2/90第一节架空输电线路防雷保护第二节变电所的防雷保护本章主要内容高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护3/90第一节架空输电线路防雷保护一．输电线路耐雷性能指标分析线路的耐雷性能时，首先要估计线路一年中究竟会遭受多少次雷击。每100km线路的年落雷次数Nd4100km10bhNT次/(年γ—地面落雷密度b—为两根避雷线之间的距离h—为避雷线的平均对地高度高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护4/90第一节架空输电线路防雷保护1.耐雷水平（I）耐雷水平——指雷击线路时，其绝缘尚不至于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，单位为kA我国标准规定的各级电压线路应有的耐雷水平值见表8-1高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护5/90第一节架空输电线路防雷保护2.雷击跳闸率（n）导致线路跳闸需要具备双重条件：首先雷击电流必须超过线路耐雷水平，引起线路绝缘发生绝缘闪络。它的持续时间只有几十微秒，线路开关还来不及跳闸冲击闪络继而转化为稳定的工频电弧，才会导致线路跳闸注意：这些过程都有随机性，工程设计中采用雷击跳闸率作为一个综合指标，来衡量输电线路防雷性能的优劣。高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护6/90第一节架空输电线路防雷保护②跳闸率n——指在雷暴日Td=40的情况下、100km的线路每年因雷击而引起的跳闸次数，其单位为[次/(100km·40雷暴日]”①建弧率η——冲击闪络转变为稳定的工频续流的概率0.752(4.514)10E式中：E—绝缘子串平均运行电压梯度(kV/m)12123(0.5)2nnUEllUEll中性点有效接地系统:中性点非有效接地系统:式中：Un—系统额定电压；l1—绝缘子串长度（m）；l2—木横担线路的线间距离（m）。对铁横担，l2=0高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护7/90第一节架空输电线路防雷保护二．线路耐雷性能的分析计算按雷击点的不同，雷击有避雷线线路的三种情况高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护8/90第一节架空输电线路防雷保护1.绕击导线当避雷线的屏蔽作用失效，可能发生雷绕过避雷线击中导线的情况，通常称为绕击。⑴绕击及其危害高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护9/90第一节架空输电线路防雷保护⑵绕击率Pa绕击率Pa——雷闪绕过避雷线直接击中导线的概率lg3.986thP平原线路lg3.3586thP山区线路式中：——保护角（º）；ht——杆塔高度（m）。高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护10/90式中：I—实测的雷电流幅值第一节架空输电线路防雷保护⑶绕击过电压0U0ZZZA0ZZ02UAOZAI0AA022ZZZUIIZZ0000A00022222UIZIZIZZZZZZ假设Z0≈Z/2，取Z=400Ω，则有A100UI高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护11/90第一节架空输电线路防雷保护⑷绕击耐雷水平I2绕击耐雷水平：绕击时，线路所能承受的雷电流幅值，由线路绝缘子冲击放电电压决定。令UA=U50%（线路绝缘子串的50%冲击放电电压）A100UI由50%2100UI注意：虽然绕击的概率很低，发生绕击时雷电流的幅值较小，但是一旦绕击形成很高的冲击过电压，就有可能使线路绝缘子闪络，或侵入变电站危及电气设备的安全。高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护12/90式中N——落雷总次数；Pa——绕击率；P2——雷电流幅值超过绕击耐雷水平I2的概率η——建弧率第一节架空输电线路防雷保护⑸雷绕击导线时的跳闸率n22a2nNPP（）次/年22lg88IP高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护13/90第一节架空输电线路防雷保护2.雷击挡距中央的避雷线雷击避雷线最严重的情况是雷击点处于档距中央时。雷击避雷线档距中央只有10%的概率一般不考虑跳闸问题。因为雷击避雷线档距中央时在雷击点产生很高的过电压，但由于避雷线半径较小，雷击点离杆塔较远，强烈的电晕衰减作用，使过电压波传播到杆塔时，已不足于使绝缘子闪络。只要导线和避雷线线间的空气距离S满足下式的要求，雷击避雷线档距中央引起的线路闪络跳闸率可以忽略不计0.0121(m)Sl高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护14/90第一节架空输电线路防雷保护3.雷击杆塔从雷击线路接地部分而引起达绝缘子串闪络的角度来看，最严重的条件应为雷击杆塔的塔顶，因为这时大部分雷电流将从该杆塔入地，产生的雷电过电压最大⑴击杆率g击杆率——雷击杆塔次数占雷击线路总数的比值；与避雷线根数和地形有关避雷线根数012平原1/21/41/6山区—1/31/4地形高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护15/90第一节架空输电线路防雷保护⑵雷击塔顶产生的反击①在雷击塔顶的先导放电阶段如图所示，导线、避雷线和杆塔上虽然都会感应出异号的束缚电荷，但是由于先导放电的发展速度较慢，如果不计工频工作电压，导线上的电位仍为零，避雷线和杆塔的电位也为零，因此线路绝缘上不会电位差。高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护16/90第一节架空输电线路防雷保护②在雷击塔顶的主放电阶段：先导通道中的负电荷与杆塔、避雷线以及大地中的正电荷迅速中和，形成雷电冲击电流。如图b一方面负极性的的雷电冲击波沿着杆塔向下和沿着避雷线向两侧传播，使塔顶电位不断升高；另一方面由塔顶向雷云迅速发展的正极性雷电波，引起空间电磁场的迅速变化，又使导线上出现正极性的感应雷电波。高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护17/90第一节架空输电线路防雷保护③产生反击作用在线路绝缘子串上的电压为塔顶电位与导线电位之差。这一电压一旦超过绝缘子串的50%冲击闪络电压U50%，绝缘子串就发生闪络此时杆塔电位（绝对值）比导线电位高，所以称为反击。高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护18/90第一节架空输电线路防雷保护⑶雷击塔顶时的过电压li0(1)12.62.6gatcitchhLhUIkRkkhh•I—雷电流幅值，kA•k—考虑冲击电晕影响的耦合系数•k0—导线和避雷线间的几何耦合系数•β—杆塔分流系数（流经杆塔的电流与雷电流的比值）•Ri—冲击接地电阻，Ω•Lt—杆塔的总电感•ha—横担高度，m•ht—杆塔的高度，m•hg—避雷线平均对地高度，m•hc—导线平均对地高度，m当作用在绝缘子串上的电压Uli等于线路绝缘子串的50%冲击闪络电压U50%时，绝缘子发生闪络高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护19/90式中N——年落雷总次数Pa——绕击率P1——雷电流幅值超过耐雷水平I1的概率η——建弧率g——击杆率第一节架空输电线路防雷保护⑷雷击塔顶时的耐雷水平I150%10(1)12.62.6gatcitcUIhhLhkRkkhh⑸雷绕击塔顶时的跳闸率n111111(1)aPnNPgPnNgP次年11lg88IP高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护20/90第一节架空输电线路防雷保护4.线路的年雷击跳闸总次数1212()nnnNgPPP若N为每100公里线路上在40个雷暴日的条件下：N=0.28(b+4h)代入上式120.28(b+4h)()100km40ngPPP次（雷暴日）高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护21/90中间任何一个部分防范住，则不会造成停电事故第一节架空输电线路防雷保护三．线路雷害事故防护措施雷电放电雷电过电压线路绝缘冲击闪络工频电弧断路器跳闸供电中断1.雷害事故发展过程高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护22/90第一节架空输电线路防雷保护2.防护措施“四道防线”措施：架设避雷线110kV级以上全线架有避雷线35kV级以下部分线路架有避雷线⑴防直击高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护23/90第一节架空输电线路防雷保护措施①降低杆塔的冲击电阻②架设避雷线防止雷直击导线分流作用：减少杆塔入地电流，降低塔顶电位对导线有耦合作用：降低感应过电压③装设耦合底线降低杆塔接地电阻有困难时，在导线下方架设一条接地线。具有分流作用、加强避雷线对导线的耦合⑵防闪络高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护24/90第一节架空输电线路防雷保护④装设管型避雷器一般安于线路上雷电过电压特别大的场合或绝缘薄弱点⑤加强绝缘对个别大跨越、高杆塔，落雷机会多等情况，可增加绝缘子片数高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护25/90第一节架空输电线路防雷保护⑶防建弧措施①加强绝缘②采用消弧线圈接地方式适用110kV及以下电压等级电网大多数雷击单相闪络接地故障可被消弧线圈消除，不至发展为持续工频电弧高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护26/90第一节架空输电线路防雷保护⑷防停电措施①自动重合闸雷击造成的冲击闪络和工频电弧使线路跳闸后会迅速消失，不会造成线路绝缘的永久性损坏，而线路绝缘具有自恢复功能，可装设自动重合闸装置防止停电事故②双回路或环网供电返回高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护27/90第二节变电所的防雷保护变电所雷电过电压来源及危害①雷电直击发电厂和变电所②雷击线路产生的雷电过电压沿线路侵入变电所220kV线路的50%放电电压为1200kV，而相应的变压器全波冲击试验电压850kV,全波多次冲击耐压只有773kV③造成大面积停电，发电机、变压器等主要电器设备的内绝缘大都没有自恢复的能力高压输电线路允许每几年跳闸一次高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护28/90第二节变电所的防雷保护一．变电所的直击雷保护1.措施装设避雷针：独立避雷针、构架避雷针使所有设备都处在避雷针保护范围内防止雷击避雷针时的反击事故反击—由于接地部分电位升高而向附近其它设备放电的现象高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护29/90第二节变电所的防雷保护2.独立避雷针的防“反击”独立避雷针受雷击时，避雷针各部分都将产生很高的电位，若避雷针与附近设施的距离较近，它们之间便会产生放电现象，这种情况称为“反击”。为防止“反击”，必须使避雷针和附近金属导体间有一定的距离，使绝缘介质的闪络电压大于反击电压独立避雷针的空气间隙sk和地中距离sd在一般情况下：sk≥5m，sd≥3m。ksh0.20.1sRh≥Rsh——独立避雷针的冲击接地电阻(Ω)；h——相邻配电装置构架的高度(m)。dsh0.3sR≥高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护30/90第二节变电所的防雷保护二．变电所的雷电侵入波保护1.措施“避雷器”结合“进线段保护”2.阀式避雷器保护作用的分析阀式避雷器的保护作用主要是限制过电压波的幅值⑴选择合适阀式避雷器的前提①避雷器的伏秒特性与被保护绝缘的伏秒特性有良好配合②避雷器的伏安特性保证其残压低于被保护绝缘的冲击电气强度③被保护绝缘必须处于该避雷器的保护范围之内。高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护31/90U50%1tTuatv1T12lFVC1Z2Z设备避雷器实际变电所中，由于接在母线上的阀式避雷器离变电设备有近有远，则在保护绝缘与避雷器之间就会出现一个电压差△U(波的多次折反射)a—进波的时间陡度(kV/us)a’—进波的空间陡度(kV/m)二者换算关系第二节变电所的防雷保护⑵阀式避雷器的保护范围22(kV)lUaalv(kV/m)300aaav高电压技术高电压技术第六章电力系统防雷保护32/90第二节变电所的防雷保护则为使设备绝缘不被击穿，要满足Uw(i)—绝缘的雷电冲击耐压