高電壓技術(shù)：第10章_輸電線路的防雷保護(hù)

1、10 架空輸電線路防雷保護(hù)10.1 輸電線路防雷的原則和措施10.2 線路感應(yīng)雷過電壓10.3 輸電線路的直擊雷過電壓10.4 輸電線路雷擊跳閘率的計(jì)算10.1 輸電線路防雷的原則和措施雷擊架空輸電線路有四種可能：雷擊線路附近地面雷擊塔頂及附近避雷線（雷擊塔頂）雷擊檔距中央避雷線（雷擊避雷線）雷擊導(dǎo)線 輸電線路防雷的任務(wù)： 采用技術(shù)上與經(jīng)濟(jì)上的合理措施，使系統(tǒng)雷害降低到運(yùn)行部門能夠接受的程度，保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。 輸電線路防雷的措施（“四道防線”）： 防止雷直擊導(dǎo)線 沿線架設(shè)避雷線，有時(shí)還要裝避雷針、避雷器與其配合(2) 防止雷擊塔頂或避雷線后引起絕緣閃絡(luò)（或稱反擊） 反擊：指雷擊塔頂或避雷

2、線時(shí)，塔頂電位升高，這樣原來接地的桿塔現(xiàn)在卻具有高電位，可能對(duì)導(dǎo)線放電，使過電壓加到導(dǎo)線上，這種現(xiàn)象稱為反擊。 耐雷水平（單位kA）：雷擊線路不致引起絕緣閃絡(luò)的最大雷電流幅值，稱為線路的耐雷水平。線路的耐雷水平愈高，線路絕緣發(fā)生閃絡(luò)的機(jī)會(huì)就愈小。 降低桿塔的接地電阻，增大耦合系數(shù)，適當(dāng)加強(qiáng)線路絕緣，在個(gè)別桿塔上采用避雷器等,是提高線路耐雷水平、減少絕緣閃絡(luò)的有效措施。(3) 防止雷擊閃絡(luò)后轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的工頻電弧 即使絕緣子閃絡(luò)，也應(yīng)盡量防止建立穩(wěn)定的工頻電弧，避免線路跳閘。 建弧率：沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定工頻電弧的概率。建弧率與絕緣子串的平均電位梯度有關(guān)。適當(dāng)增加絕緣子片數(shù)、減少絕緣子串上工頻電場強(qiáng)

3、度、電網(wǎng)中采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式，可降低建弧率。(4) 防止線路中斷供電 采用自動(dòng)重合閘，或雙回路、環(huán)網(wǎng)供電等措施 衡量輸電線路防雷性能的兩個(gè)指標(biāo)： 耐雷水平kA 雷擊跳閘率（次/ l00km40雷電日）: 統(tǒng)一條件下（每年 40 個(gè)雷電日和 l00km 的線路長度）因雷擊而引起線路跳閘的次數(shù)。輸電線路的防雷措施： 架設(shè)避雷線 防止雷直擊導(dǎo)線；分流, 使經(jīng)桿塔入地電流減小、塔頂電位下降；對(duì)導(dǎo)線有耦合作用，較小絕緣子串上的電壓。 220kV及以上線路全線架設(shè)雙避雷線；110kV線路一般裝設(shè)單避雷線（少雷區(qū)可以不裝）；35kV及以下線路一般不全線裝設(shè)避雷線。(2) 降低桿塔接地電阻 可有效

4、提高線路耐雷水平、防止反擊。(3) 架設(shè)耦合地線 在雷電活動(dòng)頻繁的地區(qū)，若降低接地電阻困難，可在導(dǎo)線下方架設(shè)耦合線，增加導(dǎo)線避雷線與導(dǎo)線的耦合作用，降低絕緣串上的電壓；也可對(duì)雷電流分流。 (4) 采用不平衡絕緣 同桿雙回線路在采用通常措施還不能滿足要求時(shí)，可采用不平衡絕緣（兩個(gè)回路的絕緣子片數(shù)有差異），減小雙回同時(shí)跳閘的可能性，保證不中斷供電。(5) 采用中性點(diǎn)非有效接地 35kV及以下線路一般不全線裝設(shè)避雷線，而采用中性點(diǎn)非直接接地或經(jīng)消弧線圈接地方式。絕大多數(shù)單相接地故障能夠自動(dòng)消除，不致引起相間短路和跳閘；兩相或三相雷擊時(shí)，雷擊閃絡(luò)后的導(dǎo)線相當(dāng)于地線，增大了線路與避雷線的耦合，使未閃絡(luò)相

5、絕緣子串上的電壓降低，提高其耐雷水平。(6) 架設(shè)避雷器 使避雷器的殘壓小于絕緣子閃絡(luò)電壓(7) 加強(qiáng)絕緣 增加絕緣子串?dāng)?shù)(8) 防止線路中斷供電 采用自動(dòng)重合閘，或雙回路、環(huán)網(wǎng)供電等措施10.2 線路感應(yīng)雷過電壓靜電場突然消失靜電分量主放電產(chǎn)生脈沖磁場電磁分量 雷云接近線路時(shí)，線路上感應(yīng)出與雷云電荷相等、極性相反的束縛電荷。若雷云放電，云中電荷很快消失，輸電線路上的束縛電荷就變成自由電荷，分別向線路左右傳播，形成靜電感應(yīng)過電壓。 主放電產(chǎn)生的時(shí)變電磁場，在導(dǎo)線上感應(yīng)出電磁感應(yīng)過電壓。 感應(yīng)過電壓極性與雷云相反。10.2.1 無避雷線時(shí)的導(dǎo)線上的感應(yīng)雷過電壓 實(shí)測表明，感應(yīng)過電壓峰值最大可達(dá)3

6、00400kV。這對(duì)35kV及以下的水泥桿線路可能引起閃絡(luò)事故；110kV及以上的線路，由于絕緣水平較高，一般不會(huì)引起閃絡(luò)事故。 且感應(yīng)過電壓同時(shí)存在于三相導(dǎo)線上，故相間不存在電位差，只能引起對(duì)地閃絡(luò)。 I： 雷電流幅值kAhd ：導(dǎo)線平均高度mS： 雷擊點(diǎn)與線路的水平距離m （65m，更近的雷將擊于線路）（1）雷擊附近地面時(shí)導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓 感應(yīng)過電壓系數(shù)kV/m其值等于以kA/s為單位的雷電流平均陡度值，即 = I / 2.6。（2）雷擊桿塔時(shí)導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓 當(dāng)雷擊桿塔（或附近避雷線（針）時(shí)，周圍迅速變化的電磁場將在導(dǎo)線上感應(yīng)出符號(hào)相反的過電壓。 無避雷線時(shí)，對(duì)于一般高度的線路，感應(yīng)

7、過電壓最大值為： 10.2.2 有避雷線時(shí)的導(dǎo)線上的感應(yīng)雷過電壓 Kc 為避雷線與導(dǎo)線之間的耦合系數(shù)。如前所述，其值只決定于導(dǎo)線間的相互位置與幾何尺寸。線間距離越近，則耦合系數(shù) Kc 愈大，導(dǎo)線上感應(yīng)過電壓愈低。 當(dāng)避雷線不接地時(shí)，避雷線上也將感應(yīng)出與導(dǎo)線相同的過電壓U；但實(shí)際上避雷線接地，相當(dāng)于有(U) 的電壓疊加于U上，這個(gè)U將在導(dǎo)線上產(chǎn)生一個(gè)電磁耦合電壓Kc(U)。因而導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓（極性與雷電流相反）為：無避雷線時(shí)導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓10.3 輸電線路的直擊雷過電壓及耐雷水平10.3.1 無避雷線時(shí)的直擊雷過電壓(1) 雷擊導(dǎo)線的過電壓及耐雷水平(2) 雷擊塔頂時(shí)的過電壓及耐雷水平1

8、0.3.2 有避雷線時(shí)的直擊雷過電壓(1) 雷繞過避雷線擊于導(dǎo)線的過電壓及耐雷水平 (2) 雷擊塔頂時(shí)的過電壓及耐雷水平 (3) 雷擊避雷線檔距中央的過電壓及空氣間隙10.3.1 無避雷線時(shí)的直擊雷過電壓雷擊點(diǎn)電壓：輸電線耐雷水平：(1) 雷擊導(dǎo)線的過電壓及耐雷水平雷電流絕緣子串的50沖擊擊穿電壓（負(fù)極性）塔頂電位：導(dǎo)線電位（感應(yīng)）：絕緣子承受電壓塔頂電位導(dǎo)線電位中性點(diǎn)接地系統(tǒng)耐雷水平：(2) 雷擊塔頂時(shí)的過電壓及耐雷水平絕緣子串正極性50沖擊擊穿電壓掛導(dǎo)線端為正10.3.2 有避雷線時(shí)的直擊雷過電壓(1) 雷繞過避雷線擊于導(dǎo)線的過電壓及耐雷水平 雷擊點(diǎn)電壓：輸電線耐雷水平：此時(shí)，避雷線只起降

9、低繞擊率Pa的作用：平原線路：山區(qū)線路：保護(hù)角桿塔高度絕緣子串的50沖擊擊穿電壓（負(fù)極性）塔頂與避雷線的電位：(2) 雷擊塔頂時(shí)的過電壓及耐雷水平 考慮到避雷線與導(dǎo)線的耦合作用，絕緣子串上承受的的電壓：考慮到雷擊塔頂時(shí)導(dǎo)線的感應(yīng)電壓及避雷線耦合，絕緣子串承受感應(yīng)電壓：電壓 (kV)110220330500單避雷線0.900.92雙避雷線0.860.880.880.865 0.822一般線路桿塔分流系數(shù)總的作用于絕緣子上的電壓：輸電線路耐雷水平：則有避雷線、雷擊塔頂時(shí)，絕緣子串上承受的總的電壓：雷擊塔頂時(shí)線路的耐雷水平與桿塔的沖擊接地電阻、分流系數(shù)、導(dǎo)線與地線的耦合系數(shù)、桿塔等效電感、絕緣子的5

10、0沖擊放電電壓有關(guān)。工程上，將降低接地電阻、提高耦合系數(shù)作為提高線路耐雷水平的主要手段。(3) 雷擊避雷線檔距中央的過電壓及空氣間隙 電力系統(tǒng)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，間距只要滿足上式要求，雷擊檔距中央避雷線時(shí)，導(dǎo)線與避雷線間一般不會(huì)發(fā)生閃絡(luò)。所以，在計(jì)算雷擊跳閘率時(shí)，不計(jì)及這種情況。雷擊點(diǎn)電位：空氣隙承受的電壓：要求：10.4 輸電線路雷擊跳閘率的計(jì)算 線路因雷擊而引起跳閘與雷擊次數(shù)、雷電流的大小、雷擊的位置等有關(guān)。 雷擊架空輸電線路的位置不同，其耐雷水平不同。即：相同的雷電流擊于避雷線可能不跳閘而擊于導(dǎo)線時(shí)可能引起線路跳閘。雷擊線路而引起跳閘有兩種情況：反擊和繞擊。雷擊架空輸電線路產(chǎn)生過電壓（繞

11、擊導(dǎo)線、擊于桿塔）發(fā)生閃絡(luò)（雷電流大于耐雷水平）建立穩(wěn)定的工頻電弧引起線路跳閘（建弧率） 雷擊線路次數(shù)（次/ 100km40雷電日 ） 地面落雷密度為 0.07，如果取每年40個(gè)雷暴日作為標(biāo)準(zhǔn)值，每年l00km輸電線路受到的雷擊次數(shù)（次/ (100km40雷電日)）為： 根據(jù)模擬試驗(yàn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，一般高度線路的避雷線和導(dǎo)線對(duì)地面的遮蔽寬度取4hd + b，hd是導(dǎo)線的平均高度，b為避雷線間的寬度，這樣 ，l00km輸電線路對(duì)地面的遮蔽面積，或受雷害面積（km2）為： 擊桿率：雷擊桿塔次數(shù)與雷擊線路總次數(shù)之比建弧率：沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定工頻電弧的概率 反擊跳閘率n1（次/ 100km40雷電日 ）雷

12、擊次數(shù)擊桿率建弧率雷電流幅值大于雷擊塔頂?shù)哪屠姿?I1 的概率雷擊塔頂或檔距中間避雷線時(shí)可能引起閃絡(luò)，但后一種情況在設(shè)計(jì)中考慮合理的空氣間隙距離而可不考慮。 繞擊跳閘率n2（次/ 100km40雷電日 ）雷擊次數(shù)繞擊率建弧率雷電流幅值大于雷繞擊的耐雷水平 I2 的概率繞擊率：雷繞擊導(dǎo)線的次數(shù)與雷擊線路總次數(shù)之比 總的跳閘率n（次/ 100km40雷電日 ）電壓等級(jí)（kV）500330220110雷擊桿塔時(shí)耐雷水平（kA）125 175100 15075 11040 75平原跳閘率（次/百公里年）0.0810.1210.2520.833山區(qū)跳閘率（次/百公里年）0.17 0.420.27 0.

13、600.43 0.951.18 2.01架空輸電線路典型桿塔的耐雷水平及雷擊跳閘率例10-1 某 220kV 線路（圖819），假定桿塔沖擊接地電阻 Rch = 7，絕緣串由 13 片 X-7組成。其正極性沖擊放電電壓 U50% 為 1410kV，負(fù)極性沖擊放電電壓 U50% 為 1560kV。架設(shè)雙避雷線，避雷線弧垂為 7m ，導(dǎo)線弧垂為 12m ，避雷線半徑為 5.5mm 。求該線路的耐雷水平及雷電跳閘率。解：1計(jì)算幾何參數(shù)（l）避雷線與導(dǎo)線的平均高度 （2）避雷線對(duì)外側(cè)導(dǎo)線的耦合系數(shù) （3）桿塔電感 Lgt電暈校正系數(shù)幾何耦合系數(shù)塔身電感2雷擊塔頂時(shí)分流系數(shù)查表 3雷擊塔頂時(shí)的耐雷水平 I15計(jì)算繞擊耐雷水平I2 4雷電流超過 I1 的概率6雷電流超過 I2 的概率8線路的雷電跳閘率 n次/ (100km40雷電日) 7擊桿率 g，繞擊率 pa ，建弧率 輸電線路防雷的措施（“四道防