1、第 6、 7章 电力系统防雷保护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。第 6章 输电线路的 防雷保护第 6章 输电线路的防雷保护在整个电力系统的防雷中 ， 输电线路的防雷问题 最为突出 。 这是因为输电线路绵延数千里 、 地处旷野 、 又往往是周边地面上最为高耸的物体 ， 因此极易遭受雷击 。直击雷过电压感应雷过电压雷过电压的种类雷击输电线路的四种可能线路附近地面塔顶及塔顶附近避雷线 档距中央的避雷线导线绕击：雷直击导线时，在导线上产生很高的电压。闪击：雷击杆塔或避雷线，在绝缘子上发生的闪络。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，造成停电事故衡
2、量输电线路防雷性能的两个指标：耐雷水平： 雷击线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值 ，单位为 KA 雷击跳闸率： 在雷暴日数 Td=40的情况下，每 100km线路每年因雷击引起的跳闸次数我国标准规定的各级电压线路应有的耐雷水平如表 6-1UN（ kV） 35 66 110 220 330 500耐雷水平（ kA） 2030 3060 4075 75110 110150 125175雷电流出现的概率 5946 4621 3514 146 72 3.816.1 输电线路上的感应雷过电压一、感应雷过电压的产生感应过电压的两个主要组成部分 雷云的静电感应产生的 感应过电压的 静电分量 ； 雷电流在放电
3、通道周围空间建立的脉冲磁场的变化 感应过电压的 电磁分量 。输电线路的感应雷过电压雷击线路附近地面时，在线路的导线上会产生感应雷过电压，由于雷击地面时雷击点的自然接地电阻较大，雷电流幅值 I一般不超过 100kA。实测证明，感应过电压一般不超过300-400kV。对 35kV及以下水泥杆线路会引起一定的闪络事故；对 110kV及以上的线路，由于绝缘水平较高，所以一般不会引起闪络事故。6.1. 输电线路上的感应雷过电压线路上的感应雷过电压具有以下特点：（ 2）感应雷过电压同时存在于三相导线，故相间不存在电位差，只能引起对地闪络，如果二相或三相同时对地闪络，即形成 相间闪络 事故；（ 1） 感应雷
4、过电压与雷电流的极性相反；（ 3）感应雷过电压的波形较平缓。I：雷电流幅值； kAS:雷击点与导线的水平距离 ， mhc:导线对地的平均高度 ， m二、感应雷过电压的计算1、导线上方无避雷线雷击点离开线路的水平距离为 S65m时2 5 ( )ci IhU kVS设避雷线和导线悬挂的对地平均高度分别为 hg和 hc,若避雷线不接地 ， 则根据教材公式可求得避雷线和导线上的感应过电压分别为 和 。gU iU于是2、导线上方有避雷线若避雷线接地00 (1 )gi i g ichU U k U U kh 25 ci IhU SggichUUh25 gg IhU S对一般高度的线路 ， 无避雷线时导线上
5、的感应雷过电压2.6icUhI3、雷击线路杆塔有避雷线时导线上的感应雷过电压000( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ggi i c ccchhU U k h k h k6.2 输电线路的直击雷过电压和耐雷水平我国 110kV及以上线路一般全线都装设避雷线 ， 而 35kV及以下线路一般不装设避雷线 ， 中性点直接接地系统有避雷线的线路遭受直击雷一般有三种情况： 雷击杆塔塔顶 ； 雷击避雷线档距中央 ； 雷电绕过避雷线击于导线 ， 如右图所示 。图 有避雷线线路直击雷的三种情况雷击塔顶前，雷电通道的负电荷在杆塔及架空地线上产生感应正电荷；当雷击塔顶时，雷通道中的负电荷与杆塔及架空地线上的正感应
6、电荷迅速中和形成雷电流，如下图所示 。图 （ a）雷击塔顶时雷电流的分布(b)雷击塔顶时等值电路1、雷击杆塔时雷电流的分布及等值电路图一、 雷击杆塔塔顶时的耐雷水平流经杆塔的电流iigt ：分流系数 ，取值见 P130表 6-2()tt i t t i tdi diU R i L R i Ld t d t 2、塔顶电位横坦高度处杆塔电位的幅值2.6tagitLhU I Rh塔顶电位塔顶电位幅值()2.6 tti LU I R3、导线电位的幅值01gc t cchU k U h kh 4、线路绝缘上的电压0( 1 ) 1Li g cgai gt ctcU U Uhh dik R i k L h
7、kh dt h 5、雷击塔顶时的耐雷水平 50%1050%( 1 ) 12 . 6 2 . 6( 1 ) ( ) 2 . 6 2 . 6ga t citctciUIhh L hk R k khhULhkR 二、雷击避雷线档距中央雷击避雷线档距中央时 ， 雷击点会出现较大的过电压 ， 如图所示 ， 根据彼德逊法则 ， 雷击点 A的电压为：ggZZZZiU00A 2式中 避雷线的波阻抗gZ图 雷击避雷线档距中央1 避雷线 2 导线雷击点的最高电位002gAggZZlUZZ雷击处避雷线与导线间的空气隙 S上承受最大电压00( 1 ) ( 1 )2 gSAggZZlU U k kZZ不会出现击穿的经验
8、公式1012.0 lS三 .雷绕过避雷线击于导线或直接击于导线装设避雷线的线路仍然有雷绕过避雷线而击于导线的可能性 ， 虽然绕击的概率很小 ， 但一旦出现此情况 ， 则往往会引起线路 绝缘子的闪络 。lg 3 .986 ta hP 平原地区线路lg 3 .3 586 ta hP 山区线路1、绕击率2、等值电路图雷击点的电压002dddZZUiZZ 或iU d 1 0 03、耐雷水平1 0 0%502UI 6.3 输电线路的雷击跳闸率雷击输电线路导致跳闸的条件：（ 1） 雷电流超过线路的耐雷水平 ， 会引起线路绝缘发生冲击闪络 。（ 2） 冲击闪络能转化成稳定的工频电弧 。与沿绝缘子串和空气间隙
9、的平均运行电压梯度有关。可用下式表示：一、建弧率275.0 10)145.4( E式中： E 绝缘子串的平均运行电压梯度， kV(有效值 )/m。中性点有效接地电网中性点非有效接地电网2ejmUEll 3ejUElE-绝缘子串的平均工作电压梯度（ kV/m）Ue-额定电压（ kV）lj-绝缘子串的长度（ m）lm-木横担线路的线间距离（ m）二 .有避雷线线路雷击跳闸率的计算11 N g Pn 22 PNPn 雷击杆塔顶部发生闪络并建立电弧引起跳闸的次数雷绕过避雷线击于导线发生闪络并建立电弧引起跳闸的次数式中： N 落雷次数，次 /(100kma)b： 两根避雷线之间的距离， m(单根， b=
10、0) hg：避雷线对地的高度 建弧率；g 击杆率； 超过雷击杆塔顶部时耐雷水平的雷电流概率 超过雷绕击导线时耐雷水平的雷电流概率 绕击率 (包括平原和山区 )0 .2 8 ( 4 )gN b hP1P2P运行经验表明 ， 雷击杆塔的次数与避雷线的根数和经过地区的地形有关 ， 雷击杆塔次数与雷击线路总次数的比值称为 击杆率 g，DL/T 620 1997标准 ， 绕击率 g可采用下表所列数据 。避雷线根数 1 2平原 1/4 1/6山丘 1/3 1/4有避雷线线路的雷击跳闸率 n可按下式计算)( 212121PPPgNPPNPgNnnn式中： N 落雷次数，次 /(100kma)b： 两根避雷线
11、之间的距离， m(单根， b=0) hg： 避雷线对地的高度 建弧率 ；g 击杆率 ； 超过雷击杆塔顶部时耐雷水平的雷电流概率 超过雷绕击导线时耐雷水平的雷电流概率 绕击率 (包括平原和山区 )0 .2 8 ( 4 )gN b hP1P2P例 1 平原地区 220kV双避雷线的绝缘子由 13 X-4.5组成，其正极性 U50%为 1200kV，避雷线半径 r=5.5mm，导线弧垂 12m，避雷线弧垂 7m，杆塔冲击接地电阻 R=7，求该线路的耐雷水平及雷击跳闸率。6.4 输电线路的防雷措施输电线路的防雷措施主要做好以下 “ 四道防线 ” ：防止输电线路导线遭受直击雷 架设避雷线 ；防止输电线路
12、受雷击后绝缘发生闪络 改善 R/适当增加线路的绝缘 ；防止雷击闪络后建立稳定的工频电弧 加强线路的绝缘 ；防止工频电弧后引起中断电力供应 自动重合闸；采用双回路 、 环网供电 。确定输电线路防雷方式时 ， 还应全面考虑线路综合因素 ，因地制宜地采取合理的保护措施 。1.架设避雷线作用：防止雷直击于导线；对雷电流有 分流作用 ，使塔顶电位下降；对导线有 耦合作用 ，降低雷击杆塔时绝缘子串上电压；对导线有 屏蔽作用 ，可降低导线上感应电压主要保护措施：110kV及以上架空输电线路主要防雷措施：沿全线架设避雷线；35kV及以下的线路主要防雷措施：依靠架设消弧线圈和自动重合闸。架设要求电压等级 架设要求 保护角500kV 沿全线架设双避雷线 10 15330kV及以上 沿全线架设双避雷线 20左右220kV 宜全线架设双避雷线 20左右110kV 一般全线架设避雷线少雷区可不沿全线架设避雷线35kv及以下 一般不沿全线架设避雷线 20 305 ldd
