电力系统防雷保护

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1、电力系统的防雷保护包括了线路、变电所、发电厂等各个环节。电力系统防雷保护第一节 架空输电线路防雷保护输电线路耐雷性能的若干指标 线路雷害事故发展过程及防护措施 线路耐雷性能的分析计算一条100km长的架空输电线路在一年中遭到数十次雷击。线路的雷击事故在电力系统总的雷害事故中占有很大的比重。一、输电线路耐雷性能的若干指标每100km线路的年落雷次数NdThbN104次/(100km.年)为地面落雷密度 b为两根避雷线之间的距离；h为避雷线的平均对地高度 Td为雷暴日数I1、耐雷水平（）耐雷水平是指雷击线路时，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

2、标准规定的各级电压线路应有的耐雷水平值见表8-1275.010)145.4(En2、雷击跳闸率（）雷击跳闸率 是指在雷暴日数Td40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/(100km40雷暴日)”实际线路长度L不是100km，雷暴日数也不正好是40时必须换算到某一相同的条件下(100km，40雷暴日)，才能进行比较。但是雷电流超过了线路耐雷水平，只会引起冲击闪络，只有在冲击闪络之后还建立工频电弧，才会引起线路跳闸。由冲击闪络转变成稳定工频电弧的概率为建弧率(),它与沿绝缘子串或空气间隙的平均运动电压梯度有关。可由下式求得 275.010)145.4(E雷电流超过了

3、线路耐雷水平，只会引起冲击闪络，只有在冲击闪络之后还建立工频电弧，才会引起线路跳闸。由冲击闪络转变成稳定工频电弧的概率为建弧率(),它与沿绝缘子串或空气间隙的平均运动电压梯度有关。可由下式求得 E-绝缘子串的平均工作电压梯度二、二、线路雷害事故发展过程及防护措施线路雷害事故发展过程及防护措施 架空输电线路雷害事故的发展过程及相应的防护架空输电线路雷害事故的发展过程及相应的防护措施措施雷电雷电放电放电避雷线避雷线雷电雷电过电压过电压提高耐雷提高耐雷水平措施水平措施线路绝缘线路绝缘冲击闪络冲击闪络工频工频电弧电弧断路器断路器跳闸跳闸供电供电中断中断降低建弧降低建弧率的措施率的措施自动重合闸自动重合

4、闸图图8-1 线路雷害事故的发展过程及相应的防护措施线路雷害事故的发展过程及相应的防护措施输电线路上采用的各种防雷保护措施：(一)避雷线（架空地线）110kV及以上架空输电线路防雷措施是沿全线架设避雷线；作用：避免雷电直接击中导线而产生极高的雷电过电压；提高线路的耐雷水平。保护角：110-220KV 200-300；500KV以上150 35kV及以下的线路主要依靠架设消弧线圈和自动重合闸来进行防雷保护。（二）降低杆塔接地电阻 提高线路耐雷水平和减少反击概率的主要措施。杆塔的工频接地电阻一般为1030。（具体值见p179表8-2）（三）加强线路绝缘 增加绝缘子串中的片数、改用大爬距悬式绝缘子、

5、增大塔头空气间距等等，但有相当大的局限性。优先采用降低杆塔接地电阻的办法来提高线路耐雷水平。（四）耦合地线 作为一种补救措施，具有一定的分流作用和增大导地线之间的耦合系数，因而能提高线路的耐雷水平和降低雷击跳闸率。架设耦合地线是防雷直击杆塔闪络的措施之一，对绕架设耦合地线是防雷直击杆塔闪络的措施之一，对绕击并没有什么作用。击并没有什么作用。定义：耦合地线是加挂在导线下面，主要是针对于土壤电定义：耦合地线是加挂在导线下面，主要是针对于土壤电阻率较高，接地电阻降不下来的线路。阻率较高，接地电阻降不下来的线路。架设耦合地线的作用原理是：架设耦合地线的作用原理是：一是增大避雷线与导线之间的耦合系数一是

6、增大避雷线与导线之间的耦合系数,从而减少绝从而减少绝缘子串两端电压的反击电压和感应电压的分量缘子串两端电压的反击电压和感应电压的分量;二是增大雷击塔顶时向相邻杆塔分流的雷电流。二是增大雷击塔顶时向相邻杆塔分流的雷电流。现从运行经验来观察其防雷效果，架耦合线后现从运行经验来观察其防雷效果，架耦合线后,跳闸跳闸率降低率降低4646。(五五)消弧线圈消弧线圈 能使雷电过电压所引起来的一相对地冲击闪络不转变成稳能使雷电过电压所引起来的一相对地冲击闪络不转变成稳定的工频电弧，即大大减小建弧率和断路器的跳闸次数。定的工频电弧，即大大减小建弧率和断路器的跳闸次数。(六六)管式避雷器管式避雷器 仅用作线路上雷

7、电过电压特别大或绝缘薄弱点的防仅用作线路上雷电过电压特别大或绝缘薄弱点的防雷保护。它能免除线路绝缘的冲击闪络，并使建弧雷保护。它能免除线路绝缘的冲击闪络，并使建弧率降为零。率降为零。(七七)不平衡绝缘不平衡绝缘 一回路的三相绝缘子片数少于另一路的三相。一回路的三相绝缘子片数少于另一路的三相。(八八)自动重合闸自动重合闸 线路绝缘不会发生永久性的损坏或劣化。线路绝缘不会发生永久性的损坏或劣化。三、线路耐雷性能的分析计算(一)绕击导线雷闪绕过避雷线直接击中导线的概率，称为绕击率P。P之值与避雷线对边相导线的保护角、杆塔高度ht及线路通过地区的地形地貌等因素有关。9.386lgthP平原线路35.3

8、86lgthP山区线路 绕击跳闸次数 （次/年）N 年落雷总数 绕击率 超过绕击耐压水平 的雷电流 建弧率 22PPNnP2P2I/4AgUZl av(二)雷击档距中央的避雷线 雷击避雷线最严重的情况是雷击点处于档距中央时。真正击中档距中央避雷线的概率只有10%左右。雷击点电压最大值可见UA仅仅取决于它的波前陡度a，而与雷电流无关。gtiii(三)雷击杆塔 击杆率：雷击杆塔次数与落雷总数的比值。注入线路的总电流即为雷电流tigi 为流经杆塔的电流，为流经避雷线的分流。)(dtdiLiRutitop)(dtdiLiRuaia 线 路 杆 塔 分 流 系 数1topuku线路绝缘子串上所受到的雷电

9、过电压包括四个分量：1、杆塔电流it在横担以下的塔身电感La和杆塔冲击接地电阻Ri上造成压降，使横担具有一定的对地电位2、塔顶电压utop沿着避雷线传播而在导线上感应出来的电压u1。与上一分量ua相似，杆塔电流it造成的塔顶电位)1(0)()(khhuucgcici2)(1uuuuuciali3、雷击塔顶而在导线上产生的感应雷击过电压()i cu0k -无避雷线时的感应雷击过电压 -导、地线间的几何耦合系数4、线路本身的工频电压u2作用在绝缘子串上的合成电压 采用裸导线时，当受到雷击后（包括直接雷和采用裸导线时，当受到雷击后（包括直接雷和感应雷），会引起线路闪络。此时，工频续流引起感应雷），会

10、引起线路闪络。此时，工频续流引起的电弧由于受到电磁力的作用，使电弧向导线落雷的电弧由于受到电磁力的作用，使电弧向导线落雷点的两侧迅速流动，雷电流经过开关、变压器等设点的两侧迅速流动，雷电流经过开关、变压器等设备处的避雷器迅速流入大地，或在工频电流烧断导备处的避雷器迅速流入大地，或在工频电流烧断导线之前，引起跳闸，因而很少发生断线事故。线之前，引起跳闸，因而很少发生断线事故。当绝缘导线遭受雷击时，情况就完全不同，雷当绝缘导线遭受雷击时，情况就完全不同，雷电过电压引起绝缘子闪络，并击穿导线的绝缘层。电过电压引起绝缘子闪络，并击穿导线的绝缘层。击穿点附近的绝缘物，阻碍了电弧沿着导线表击穿点附近的绝缘

11、物，阻碍了电弧沿着导线表面向两侧移动。因而，电弧只能在击穿点燃烧。高面向两侧移动。因而，电弧只能在击穿点燃烧。高达数千安培的工频电弧电流集中在绝缘击穿点上，达数千安培的工频电弧电流集中在绝缘击穿点上，并在断路器跳闸之前很快就把导线熔断。并在断路器跳闸之前很快就把导线熔断。3.2 国内外防止绝缘导线雷击断线和雷击跳闸的防治措施国内外防止绝缘导线雷击断线和雷击跳闸的防治措施（1）架设架空避雷线）架设架空避雷线 利用架空避雷线的屏蔽作用来保护输电线路，是一种传统利用架空避雷线的屏蔽作用来保护输电线路，是一种传统的有效方法。该方法的效果较好，而且可以免除维护；的有效方法。该方法的效果较好，而且可以免除

12、维护；缺点：缺点：a）投资成本较高；）投资成本较高；b）防止绕击的效果较差，易使）防止绕击的效果较差，易使线遭受反击。线遭受反击。（2）安装氧化锌避雷器）安装氧化锌避雷器 采用氧化锌避雷器，可以有效地截断工频续流，限制雷过采用氧化锌避雷器，可以有效地截断工频续流，限制雷过电压和配电线路的感应过电压。电压和配电线路的感应过电压。缺点缺点：a）保护范围小；）保护范围小；b）全线装设的投资成本较大）全线装设的投资成本较大（但（但人行道，大门口等地域根据有关规定不允许全线装设）人行道，大门口等地域根据有关规定不允许全线装设）；c）必须剥开绝缘层，导致线芯浸水，有可能使导线内部）必须剥开绝缘层，导致线芯

13、浸水，有可能使导线内部的线芯受腐蚀；的线芯受腐蚀；d）避雷器阀片长期承受工频电压，容易）避雷器阀片长期承受工频电压，容易老化。老化。（3）安装线路过电压保护器）安装线路过电压保护器 相当于带有外间隙的氧化锌避雷器。安装时，绝缘层不需相当于带有外间隙的氧化锌避雷器。安装时，绝缘层不需剥开，在运行中，平时是不承受运行电压的，因而使用寿剥开，在运行中，平时是不承受运行电压的，因而使用寿命较长，也可免维护。命较长，也可免维护。缺点：缺点：它仅能防护雷电过电压。它仅能防护雷电过电压。（4）使用钳位绝缘子）使用钳位绝缘子 在绝缘导线固定处剥开绝缘层，架装引弧放电间隙与在绝缘导线固定处剥开绝缘层，架装引弧放

14、电间隙与特别设计的金属线夹。当雷击闪络时，引发的工频续流在该特别设计的金属线夹。当雷击闪络时，引发的工频续流在该金属线夹与绝缘子下金属脚间燃弧，直至被线路开关跳闸切金属线夹与绝缘子下金属脚间燃弧，直至被线路开关跳闸切断，从而避免烧伤绝缘子和熔断绝缘导线。该方法的效果较断，从而避免烧伤绝缘子和熔断绝缘导线。该方法的效果较好，成本也不太高。好，成本也不太高。缺点：缺点：当雷击闪络时，工频电弧要把电瓷伞裙烧蚀损坏，当雷击闪络时，工频电弧要把电瓷伞裙烧蚀损坏，需及时更换绝缘子；安装时要剥开绝缘层，易使线芯进水，需及时更换绝缘子；安装时要剥开绝缘层，易使线芯进水，容易受腐蚀；要定制钳位金属线夹配套安装在

15、各厂各规格的容易受腐蚀；要定制钳位金属线夹配套安装在各厂各规格的支柱绝缘子上，采购及施工较麻烦。支柱绝缘子上，采购及施工较麻烦。（5）使用穿刺式防弧金具）使用穿刺式防弧金具 其原理为：将该金具安装在线路绝缘子附近负荷一侧其原理为：将该金具安装在线路绝缘子附近负荷一侧（背离电源侧）的绝缘导线上，当雷电过电压超过一定数值（背离电源侧）的绝缘导线上，当雷电过电压超过一定数值时，在防弧金具的穿刺电极和接地电极之间引起闪絡，形成时，在防弧金具的穿刺电极和接地电极之间引起闪絡，形成短路通道，接续的工频电弧便在防弧金具上燃烧，以保护导短路通道，接续的工频电弧便在防弧金具上燃烧，以保护导线免于烧伤。线免于烧伤

16、。在单向供电的老线路上采用此产品效果较好，安装方便，在单向供电的老线路上采用此产品效果较好，安装方便，造价相对低一些，而环网供电的线路则需二侧安装造成工程造价相对低一些，而环网供电的线路则需二侧安装造成工程及费用增加和线路不简洁，鸟类较多地区易受侵袭接地。及费用增加和线路不简洁，鸟类较多地区易受侵袭接地。（6）采用长闪络避雷器（）采用长闪络避雷器（LFA）对于中性点非直接接地的配电系统，当线路对于中性点非直接接地的配电系统，当线路的工作电压与闪络路径长度的比值（即电场强度的工作电压与闪络路径长度的比值（即电场强度E，E=Uph/L）减小时，由雷电闪络发展为工频）减小时，由雷电闪络发展为工频续流

17、的可能性将大为减小。利用上述的思想，俄续流的可能性将大为减小。利用上述的思想，俄罗斯学者提出了采用长闪络避雷器，解决配电线罗斯学者提出了采用长闪络避雷器，解决配电线路绝缘导线的雷击断线问题。路绝缘导线的雷击断线问题。（7）加局部绝缘层的厚度）加局部绝缘层的厚度 从许多绝缘导线遭雷击后断线的事故调研，从许多绝缘导线遭雷击后断线的事故调研，发现了一个十分明显的规律：断线的部位，几乎发现了一个十分明显的规律：断线的部位，几乎全部都处于离开绝缘子（全部都处于离开绝缘子（100-300）mm范围之内，范围之内，如果在这局部范围内增加绝缘厚度，也可以防止如果在这局部范围内增加绝缘厚度，也可以防止击穿。但是，这个方法在实际工作中，不易实现。击穿。但是，这个方法在实际工作中，不易实现。小 结通常采用耐雷水平和雷击跳闸率来表示一条线路的耐雷性能和所采用防雷措施的效果。输电线路常采用避雷线、降低杆塔接地电阻、加强线路绝缘等措施来进行防雷。可按雷击点的不同把线路的落雷分为三种情况：绕击导线、雷击档距中央的避雷线和雷击杆塔。