第六 雷電過電壓防護

1、第六章 雷電過電壓防護輸電線路上的雷電過電壓n1、直擊雷過電壓：是由雷電直接擊中桿塔、避雷線或?qū)Ь€引起的過電壓；一般采用避雷線保護n2、感應(yīng)雷過電壓：是由雷擊線路附近大地，由于電磁感應(yīng)在導(dǎo)線產(chǎn)生的過電壓n運行經(jīng)驗表明，直擊雷過電壓對電力系統(tǒng)的危害最大，感應(yīng)雷過電壓只對35KV及以下的線路會造成雷害。發(fā)電廠、變電站的雷電過電壓n1、雷直擊于發(fā)電廠、變電站而形成的直擊雷過電壓，一般采用避雷針保護。n2、雷擊輸電線路后產(chǎn)生的向發(fā)電廠、變電站入侵波過電壓。一般采用避雷針保護和進線段保護。n根據(jù)我國運行經(jīng)驗，凡裝設(shè)符合標(biāo)準(zhǔn)要求的避雷針（線）的發(fā)電廠和變電站繞擊和反擊事故率是非常低的，故沿線路入侵的雷電波

2、是造成發(fā)電廠、變電站雷害事故的主要原因。6.1 輸電線路的雷電過電壓n架空線地處曠野、縱橫交錯，極易遭受雷擊雷擊輸電線路（1）雷直擊導(dǎo)線無避雷線的線路最易發(fā)生，但即使有避雷線，雷電仍可能繞過避雷線的保護范圍而擊于導(dǎo)線繞擊。（2）雷擊桿塔或避雷線強大的雷電流通過桿塔的接地電阻，使桿塔和避雷線的電位突然升高，桿塔與導(dǎo)線的電位差超過線路絕緣子閃絡(luò)電壓時，絕緣子發(fā)生閃絡(luò)，到線上出現(xiàn)很高的電壓。這種桿塔電位升高，反過來對導(dǎo)線放電，稱為反擊。直擊雷過電壓：雷直擊輸電線路桿塔、避雷線或?qū)Ь€而產(chǎn)生的過電壓 (3)雷擊輸電線路附近大地雷擊導(dǎo)線水平距離65m以外的大地時，由于空間電磁場的急劇變化，在導(dǎo)線上感應(yīng)的過

3、電壓，稱為感應(yīng)雷過電壓n直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓產(chǎn)生的危害：n（1）引起線路跳閘，影響正常供電n（2）雷電波侵入變電站工程上衡量輸電線路防雷性能優(yōu)劣的指標(biāo)n輸電線路防雷性能的優(yōu)劣主要用耐雷水平及雷擊跳閘率來衡量。n耐雷水平：雷擊線路時線路絕緣不發(fā)生閃絡(luò)的最大雷電流幅值，以KA為單位。 耐雷水平越高，線路發(fā)生閃絡(luò)的概率越小，線路的防雷性能越好。n雷擊跳閘率：每100Km線路每年由雷擊引起的跳閘次數(shù)。 它是衡量線路防雷性能的綜合指標(biāo)6.2 輸電線路的防雷措施1.架設(shè)避雷線n防止雷直擊于導(dǎo)線n對雷電流有分流作用，使塔頂電位下降n對導(dǎo)線有耦合作用，降低雷擊桿塔時絕緣子串上電壓n對導(dǎo)線有屏蔽作用，可降

4、低導(dǎo)線上感應(yīng)電壓。n500Kv：全線架設(shè)雙避雷線不大于15度n300Kv：全線架設(shè)雙避雷線在20度左右n220Kv：宜全線架設(shè)雙避雷線在20度左右n110Kv：一般全線架設(shè)避雷線在20度左右n35Kv：一般不沿全線架設(shè)避雷線，取20到30度之間二、降低桿塔接地電阻n在土壤電阻率低的地區(qū)，應(yīng)充分利用鐵塔、鋼筋混凝土桿的自然接地電阻n在高土壤電阻率的地區(qū)，用一般方法很難降低接地電阻時，可采用多根放射形接地體，或連續(xù)伸長接地體，或采用某種有效的降阻劑降低接地電阻值三、架設(shè)耦合地線n降低接地電阻困難時采用n在導(dǎo)線下方架設(shè)n作用 增加避雷線與導(dǎo)線間的耦合作用以降低絕緣子串上的電壓 增加對雷電流的分流作用

5、。四、采用不平衡絕緣方式同桿雙回線路采用作用原理： 二回路的絕緣子串片數(shù)有差異，這樣雷擊時絕緣子串片數(shù)少的回路先閃絡(luò)，閃絡(luò)后的導(dǎo)線相當(dāng)于地線，增加了與另一回路導(dǎo)線的耦合作用，提高了另一回路的耐雷水平，使之不發(fā)生閃絡(luò)，以保證另一回路連續(xù)供電。一般認(rèn)為，二回路絕緣水平的差異宜為 倍的相電壓3五、采用消弧線圈接地方式n適用條件： 雷電活動強烈、接地電阻又難以降低的地區(qū)n作用原理： 單相對地閃絡(luò)時，消弧線圈使其不至于發(fā)展成持續(xù)工頻電弧 兩相或三相對地閃絡(luò)時，第一相閃絡(luò)并不會造成跳閘，先閃絡(luò)的導(dǎo)線相當(dāng)于一根避雷線，增加了分流和對未閃絡(luò)相的耦合作用，使未閃絡(luò)相絕緣上的電壓下降，從而提高了線路的耐雷水平。六

6、、裝設(shè)自動重合閘n由于雷擊造成的閃絡(luò)大多能在跳閘后自行恢復(fù)絕緣性能，所以重合閘成功率較高。n據(jù)統(tǒng)計，我國110KV及以上高壓線路重合閘成功率為75%90%；35KV及以下線路約為50%80%。七、加強絕緣n對于輸電線路的個別大跨越高桿塔地段，絡(luò)雷機會增多，塔高等值電感大，塔頂電位高，感應(yīng)過電壓也高；繞擊時最大雷電流幅值大，繞擊率高。使得線路的雷擊跳閘率增加n為降低跳閘率，可在高桿塔上增加絕緣子串的片數(shù)。n標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，全高超過40m有避雷線的桿塔，每增高10m，應(yīng)增加一片絕緣子。八、采用排氣式避雷器n排氣式避雷器僅用作線路上雷電過電壓特別大或絕緣薄弱點的防雷保護。n它能免除線路絕緣的沖擊閃絡(luò)，并使

7、建弧率降為零n排氣式避雷器只能安裝在高壓線路交叉的地方及高壓線路與通信線路之間的交叉跨越檔、過江大跨越高桿塔、變電站的進線保護段等處。九、采用線路型金屬氧化物避雷器n在雷電活動特別頻繁和土壤電阻率較大的地區(qū)，可采用線路型金屬氧化物避雷器進行防雷。n這種避雷器采用復(fù)合絕緣外套，重量輕，便于安裝。它并接于線路絕緣子串兩端，當(dāng)絕緣子串上的電壓達(dá)到一定值時動作，從而避免了絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)，降低了線路的雷擊跳閘率。n這種方法的缺點是，避雷器的試驗和維護較困難，成本高。6.3 發(fā)電廠和變電站的直擊雷保護n發(fā)電廠、變電站雷害來源：（1）雷直擊發(fā)電廠和變電站的避雷針后，強大的雷電流 a.在設(shè)備上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓

8、 b.避雷針電位升高對設(shè)備反擊 c.產(chǎn)生跨步電壓和接觸電壓（2）雷擊線路后導(dǎo)線上形成雷電波侵入發(fā)電廠和變電站廠、站過電壓防護的主要措施 針，線，保護范圍 直接雷 防止反擊 避雷器的保護作用與范圍 侵入波 降低來波陡度 進線保護段 減小通過避雷器的電流的復(fù)制一、對避雷針安裝位置的要求n獨立避雷針具有獨立于變電站地網(wǎng)的接地裝置n構(gòu)成避雷針安裝于配電構(gòu)架上，并于變電站的地網(wǎng)相連1.獨立避雷針 對于35kv及以下的配電裝置，由于絕緣水平較低，為了避免反擊的危險，應(yīng)架設(shè)獨立避雷針，其接地裝置與主接地網(wǎng)分開埋設(shè)。 避雷針在高度h處的電位 接地裝置上的電位tiiaddhLiRu0ieiRun為防止避雷針對構(gòu)

9、架發(fā)生反擊，避雷針與構(gòu)架間的空氣間隙距離 通常不宜小于5m n為了防止避雷針接地裝置與被保護設(shè)備接地裝置之間因土壤擊穿造成反擊，兩者之間地中距離 通常不宜小于3mases2、構(gòu)成避雷針n對于110kv及以上的配電裝置，因為絕緣水平較高，可以將避雷針架設(shè)在配電裝置的構(gòu)架上，以可以節(jié)約投資、便于布置。n在裝設(shè)避雷針的構(gòu)架附近埋設(shè)輔助集中接地裝置，且避雷針與主接地網(wǎng)的地下連接點至變壓器接地線與主接地網(wǎng)的地下連接點之間，沿接地體的長度不得小于15m。n土壤電阻率500m時，需獨立架設(shè)避雷針。n在變壓器的門型構(gòu)架上，一般也不允許裝設(shè)避雷針（線）n（1）配電構(gòu)架輔助接地裝置與地網(wǎng)連接點n（2）變壓器接地與

10、地網(wǎng)的連接點二、對避雷線安裝位置的要求1.為防止反擊，避雷線與配電裝置帶點部分、發(fā)電廠和變電站電氣設(shè)備接地部分以及構(gòu)架接地部分間的空氣中距離，應(yīng)符合下列要求對一端絕緣另一端接地的避雷線對兩端接地的避雷線 通常不小于5m )( 1 . 02 . 0lhiaRsas)( 1 . 02 . 0lhiaRS2.避雷線的接地裝置與發(fā)電廠變電站接地網(wǎng)間的地中距離，應(yīng)符合下列要求 通常不宜小于3mieRS3.0eS6.4變電站的侵入波防護沿導(dǎo)線傳播的侵入波幅值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變電站內(nèi)設(shè)備絕緣水平故需采用避雷器作為變電站內(nèi)侵入波的防護一、避雷器的保護動作過程 避雷器直接并在設(shè)備旁 避雷器動作前： 動作后)(tUUb

11、)(21tUZiUbb)(bbifU 二、避雷器與設(shè)備的距離對過電壓的影響n不可能在每臺被保護設(shè)備上并一臺避雷器，也就是說避雷器與被保護設(shè)備存在一定距離?？梢姙榱吮ＷC設(shè)備的安全，需采用如下措施：1）限制通過避雷器的雷電流，5KA或10KA，降低殘壓；2）限制雷電流陡度a；3）盡量縮短避雷器與被保護設(shè)備間的電氣距離。三、變電站避雷器保護配置（1）配電裝置每組母線上應(yīng)裝設(shè)避雷器，但是進出線都裝有避雷器的除外。（2）旁路母線是否裝設(shè)避雷器視其運行時避雷器到被保護設(shè)備的電氣距離是否滿足要求而定。（3）330KV及以上變壓器和并聯(lián)電抗器處必須裝設(shè)避雷器，避雷器應(yīng)盡可能靠近設(shè)備本體。（4）220KV及以下

12、變壓器到避雷器之間的電氣距離超過允許值時，應(yīng)在變壓器附近增設(shè)一組避雷器。（5）三繞組變壓器低壓側(cè)的一相上宜裝設(shè)一臺避雷器。（6）自耦變壓器必須在兩個自耦合的繞組出線上裝設(shè)避雷器，避雷器裝設(shè)于變壓器與斷路器之間。（7）下了情況變壓器中性點應(yīng)裝設(shè)避雷器：n中性點直接接地系統(tǒng)，變壓器中性點為分級絕緣且裝有隔離開關(guān)時；n中性點直接接地系統(tǒng)，變壓器中性點為全絕緣，但是變電站為單進線且為單臺變壓器運行時；n中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，多雷區(qū)單進線變壓器中性點。6.5 變電站的進線段保護進線段：輸電線靠近變電站12Km的線段統(tǒng)計表明：變電站侵入波事故50%是1Km線路落雷造成的，71%是3Km線路落雷

13、造成的。進線段保護：加強進線段防雷保護措施（無避雷線的架設(shè)避雷線，有避雷線減小保護角，增加絕緣子片數(shù)，加強檢查巡視）使進線段耐雷水平高于線路其他部分，減小進線段發(fā)生繞擊和反擊形成侵入波的概率，這樣侵入變電站的雷電波主要來自進線段之外。n侵入波經(jīng)過在進線段上傳播時，由于沖擊電暈陡度會降低，進線段的波阻抗也起著限制流過避雷器的雷電流作用n進線段作用：n（1）限制雷電流n（2）降低侵入波陡度案例分析：典型接線n1、35KV及以上變電站F3裝設(shè)原則：沖擊絕緣水平特別高的線路，（如瓷木）橫擔(dān)或降壓運行的線路，限制侵入波幅值用F2裝設(shè)原則：雷雨季節(jié)常有斷路器斷開、而線路帶電運行方式，防止來波在開路的線路末端全反射造成閃絡(luò)，工頻短路電流燒壞斷路器或隔離開關(guān)，但正常運行時，F(xiàn)2應(yīng)在F1的保護范圍內(nèi)2、35KV小容量變電站簡化接線n變電站面積小，避雷器與變壓器距離在10m以內(nèi)6-6 過電壓綜合防護案例分析高電壓技術(shù)課題組n案例一：規(guī)劃某新建110KV變電站的防雷配置。已知：地形圖如下，110KV構(gòu)架高11米，綜合樓高10.8米，35KV構(gòu)架高7.8米，其他設(shè)備高度較低。nAutocad圖紙（加鏈接）n說明： 本站設(shè)置2根構(gòu)架避雷針、2根獨立避雷針作為全站的直擊雷保護。 避雷針的高度均為25m。 本站110KV構(gòu)架高度11m，綜合樓高度10.8m，35kv構(gòu)架高度7.3m