生物學(xué)變電站防雷、架空輸電線路防雷及煤礦變電所防雷

1、變電站防雷一. 變電站雷害來源1.雷直擊于變電站的導(dǎo)線或設(shè)備上2.變電站避雷針落雷時產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓3.沿線路傳來的雷電波(侵入波)避雷器與變壓器之間有一段距離ltUUTUaU=l/v 2 避雷器的伏秒特性tdtd+ U5UUTlUa二.侵入波防護(hù)避雷器的保護(hù)距離避雷器與被保護(hù)設(shè)備間允許的電氣距離UTmaxUr，l三、進(jìn)線段保護(hù)利用線路波阻限制流入避雷器的雷電流，從而降低避雷器殘壓利用沖擊電暈削弱來波陡度，降低來波幅值進(jìn)線段：靠近變電所12km的線路進(jìn)線段保護(hù)：1、無避雷線線路：在進(jìn)線段架設(shè)避雷線 2、有避雷線線路：在進(jìn)線段加強防雷措施作用：架空輸電線路防雷一.幾個重要參數(shù)1.線路的沖擊絕緣水

2、平(U50%)U50% =100+84.5np 線路絕緣不發(fā)生閃絡(luò)的最大雷電流幅值2.耐雷水平 I額定電壓(kV)3566110220330500耐雷水平Io（kA）20303060407575 110100 150125 175雷電流超過Io的概率Io(%) 59464621351414 5.67.32.03.8 1.0表12-1 各級電壓送電線路的耐雷水平注：表中I0較大的數(shù)字適用于多雷區(qū)或重要性較大的線路或變電站的進(jìn)線保護(hù)段。3.建弧率 建弧率：線路絕緣發(fā)生沖擊閃絡(luò)后， 轉(zhuǎn)變?yōu)楣ゎl電弧的概率 % EkV/m時，絕緣子串的平均運行電壓有效值梯度kV/m E = U / l雷擊跳閘率(n)每

3、年.每百公里線路由于雷擊引起的跳閘次數(shù) n = Ns * =N * P * 還擊次數(shù)建弧率超過耐雷水平的概率雷擊次數(shù)二.雷擊導(dǎo)線時的耐雷水平 % %三.雷擊塔頂及附近避雷線時的耐雷水平分流系數(shù):1.塔頂電位2.導(dǎo)線電位Ud耦合分量(k 一般 0.20.25)感應(yīng)分量所以:3.絕緣子串上的電位差4.耐雷水平 I例: 110kV線路，取k =0.2，0.9， Lt=16H，hd=10m，U50700 kV, Ri=10()四.架空輸電線路的防雷措施 雷害過程:雷擊,還擊 (閃絡(luò)),建弧( 跳閘),停電雷害的四個過程雷 擊反 擊建弧(跳閘)停 電四道防線導(dǎo)線不受直擊雷絕緣不發(fā)生閃絡(luò)不建立穩(wěn)定工頻電弧

4、(不跳閘)不停電防雷措施避雷線(防止雷電直擊于導(dǎo)線)1.避雷線(屏蔽作用，分流作用,耦合作用)2.耦合地線(分流作用,耦合作用)3.降低桿塔接地電阻4.加強絕緣(塔高超過40m、小于100m時,每增高10m加一片絕緣子)5.采用不平衡絕緣方式1.瓷橫擔(dān)2.采用消弧線圈接地方式3.采用線路用避雷器自動重合閘 防雷措施高壓架空線路的雷電過電壓保護(hù)高壓架空線路的雷電過電壓保護(hù)35kV及以下1一般線路的保護(hù)：1送電線路的雷電過電壓保護(hù)方式，應(yīng)根據(jù)線路的電壓等級、負(fù)荷性質(zhì)、系統(tǒng)運行方式，當(dāng)?shù)卦芯€路的運行經(jīng)驗、雷電活動的強弱、地形地貌的特點和土壤電阻率的上下等條件，通過技術(shù)經(jīng)濟比較確定。各級電壓的送、配

5、電線路，應(yīng)盡量裝設(shè)自動重合閘裝置。35kV及以下的廠區(qū)內(nèi)的短線路，可按需要確定。2各級電壓的線路，一般采用以下保護(hù)方式：a)35kV及以下線路，一般不沿全線架設(shè)避雷線。b)除少雷區(qū)外，310kV鋼筋混凝土桿配電線路，宜采用瓷或其他絕緣材料的橫擔(dān)，如果用鐵橫擔(dān)，對供電可靠性要求高的線路宜采用高電壓等級的絕緣子，并應(yīng)盡量以較短的時間切除故障，以減少雷擊跳閘和斷線事故。3有避雷線的線路，在一般土壤電阻率地區(qū)，其耐雷水平不宜低于表13-2-4所列數(shù)值。4有避雷線的線路，每基桿塔不連避雷線的工頻接地電阻，在雷季枯燥時，不宜超過表13-2-5所列數(shù)值。表13-2-4 有避雷線線路的耐雷水平標(biāo)稱電壓（kV）

6、35耐雷水平（kA）一般線路2030大跨越檔中央和變電所進(jìn)線保護(hù)段30表13-2-5 有避雷線的線路桿塔的工頻接地電阻土壤電阻率（m）1001005005001000100020002000接地電阻（）1015202530注：如土壤電阻率超過2000m，接地電阻很難降低到30時，可采用68根總不超過500m的放射形接地體，或采用連續(xù)伸長接地體，接地電阻不受限制5桿塔上避雷線對邊導(dǎo)線的保護(hù)角，一般采用200300。桿塔上兩根避雷線間的距離不應(yīng)超過導(dǎo)線與避雷線間垂直距離的5倍。雷電繞擊機理分析前言相對于日臻成熟的雷擊塔桿和避雷線引起對導(dǎo)線的“還擊的防護(hù)技術(shù)，“繞擊防護(hù)的問題日漸突出?，F(xiàn)有的雷擊防護(hù)

7、措施，如避雷針、線等，由于防繞功能缺乏，難以滿足高建筑物和曠野輸電線路防繞要求。而500kV線路雷擊閃絡(luò)的主要形式是“繞擊1。尤其是運行在山區(qū)，接地電阻已滿足設(shè)計耐雷水平的線路桿塔，繞擊發(fā)生的機率遠(yuǎn)高于還擊。因此，研究繞擊防護(hù)對策十分現(xiàn)實和緊迫。 1雷電先導(dǎo)閃擊的特性高空帶電雷云鼓勵地面接地體，使其快速、強烈響應(yīng)，自頂端產(chǎn)生迎面先導(dǎo)與之交匯。裝有雷電接閃裝置的接地體，將把雷云先導(dǎo)開展方向引向自身。有些接地體在頂端裝設(shè)避雷針、線等，用以控制接地體上部高空雷電先導(dǎo)對建筑物的危害。但并不是所有的高場強雷云在不斷向下分級開展的過程中，都恰好被裝在高接地體頂端的雷電接閃裝置所吸引。 裝設(shè)在接地體頂端的雷

8、電接閃裝置能否接閃，不僅與接閃裝置產(chǎn)生異性電荷的能力和異性電荷遷移速率有關(guān)，也與雷電先導(dǎo)頭部電場游離范圍即先導(dǎo)對接地體遷移異性電荷的吸引半徑有關(guān)；同時也和接地體產(chǎn)生迎面先導(dǎo)的能力有關(guān)。雷云在隨風(fēng)向快速移動的過程中，受到雷云與雷云之間，雷云與大地之間各種不斷變化的隨機因素影響。雷云先導(dǎo)在接受各種影響的同時，不斷地調(diào)整先導(dǎo)頭局部級開展的方向，從而使先導(dǎo)頭部向接地體定向開展時的定位高度并不一定恰在接地體的上部空間。開展到接地體側(cè)面低空的雷電先導(dǎo)，將向便于泄放自己能量的方位“最后階躍，這是雷電先導(dǎo)有可能向接地體繞擊的原因，而接地體自身是否存在易于遭受繞擊的條件，也是繞擊能否發(fā)生的重要原因。 通常把10

9、00m的雷云稱為高空雷云，600m那么為低空雷云，雷電流100kA時稱為高幅值雷電流，100kA那么為低幅值雷電流。高空雷云可有兩種情況：一為能形成高幅值雷電先導(dǎo)的高密度高場強帶電雷云，即高空高幅值雷云；另一為高空低幅值雷云。低空雷云亦分為低空高幅值雷云和低空低幅值雷云兩種情況。不同空間高度、不同幅值區(qū)分的雷電先導(dǎo)，對接地體的雷擊具有不同的性質(zhì)和特點。1.1高幅值雷云先導(dǎo)閃擊特性高空高幅值雷云先導(dǎo)因其電荷量和電位較高，頭部電場較強，使地面的高建筑物易于產(chǎn)生迎面先導(dǎo)。雷云先導(dǎo)往往未到接地體側(cè)面繞擊定位高度時，即被高接地體的迎面先導(dǎo)攔截。迎面先導(dǎo)的產(chǎn)生與開展不僅與自身產(chǎn)生電荷的能力有關(guān)，也與激發(fā)電

10、場的雷電先導(dǎo)頭部電位密切相關(guān)。高幅值雷電先導(dǎo)激發(fā)的迎面先導(dǎo)流注開展速度和幅值也較高，因而，高幅值雷電先導(dǎo)對接地體的定位時間快，定位高度較高，即大多數(shù)高幅值雷電先導(dǎo)被較高接地體所吸引，不易開展為繞擊，這也是高幅值雷電先導(dǎo)易擊中接地體頂部的主要原因之一。但不是所有的高空高幅值雷電先導(dǎo)都不能開展繞擊。在向接地體定位之前，高空高幅值先導(dǎo)頭部開展方向是依客觀條件隨機變化的，其向下分級開展的過程既是能量損耗、幅值衰減的過程，也是受氣象條件、地質(zhì)地貌、接地體固有參數(shù)等因素影響而隨機尋找釋放能量最正確途徑的過程。這一過程假設(shè)未受到高接地體迎面先導(dǎo)攔截，它將繼續(xù)向下，到達(dá)低空時，它將可能受到低接地體或高接地體側(cè)

11、面迎面先導(dǎo)的影響，從而向其閃擊或繞擊。尤其已進(jìn)入線路桿塔側(cè)面，避雷線屏蔽失效區(qū)域內(nèi)的雷電先導(dǎo)在帶有電壓的導(dǎo)線電磁場和雷電場共同作用下，向其定位和開展。由高空到低空長距離開展游離過程使先導(dǎo)幅值大大降低是一般對低空接地體繞擊的雷電流幅值較低的原因之一。開展到低空的高空高幅值雷電先導(dǎo)發(fā)生繞擊必須具備兩個條件：一是低空接地體頂端電場產(chǎn)生的迎面先導(dǎo)缺乏以使雷電先導(dǎo)向其定位，即不能攔截雷電先導(dǎo)而接地體側(cè)面卻有吸引雷電先導(dǎo)的能力；二是應(yīng)運動到距接地體一定的范圍內(nèi)且先導(dǎo)幅值足以到達(dá)對剩余空氣間隙擊穿放電，而具備了這兩個條件那么必然發(fā)生繞擊，因此，同時具備二者即是發(fā)生繞擊的充要條件。 低空高幅值雷電先導(dǎo)由于到達(dá)

12、接地體的時間較短，使接地體附近感應(yīng)場強較高，接地體頂端易于產(chǎn)生迎面流注與之交匯，且高幅值先導(dǎo)前端游離區(qū)半徑較大，能在較高處定位，故一般高度50m以下的平原、丘陵地帶的輸電線路桿塔不易產(chǎn)生繞擊，而山區(qū)、山坡桿塔不僅可發(fā)生繞擊，且有很大的感應(yīng)雷過電壓機率。另外四周較為空曠的高大建筑物繞擊機率也很高，且繞擊雷電流幅值也相對較大。1.2低幅值雷電先導(dǎo)閃擊特性高空低幅值雷電先導(dǎo)由于能量有限，對最先遇到的較高接地體會形成直擊雷危害，在向地面屢次分級開展的過程中屢次發(fā)生電場畸變，能量損失較大，放電能力不斷降低，游離到低空后才能向某個接地體定向開展，接受最易被吸引的接地體提供的放電快捷通道。因此它只有滿足自身

13、繞擊條件且目的物也符合繞擊條件時才能開展“最后階躍擊穿放電，即小電流、小擊距繞擊。低幅值雷電先導(dǎo)易于向產(chǎn)生迎面先導(dǎo)能力較強的金屬尖端，或帶有電壓的輸電線路導(dǎo)線開展。因此，在地質(zhì)、地貌、桿塔固有參數(shù)等條件相同的情況下，輸電線路電壓水平越高，導(dǎo)線電場愈強，繞擊的可能性越大。還擊決定于雷電先導(dǎo)幅值和桿塔本身固有參數(shù)(包含絕緣配置)，而繞擊僅決定于“接地體和“先導(dǎo)是否具備繞擊條件。繞擊到導(dǎo)線后絕緣是否閃絡(luò)，那么與桿塔的絕緣水平和雷電幅值有關(guān)。高絕緣水平的500kV輸電線路頻繁發(fā)生的繞擊現(xiàn)象即是很有說服力的證明。低空低幅值雷電先導(dǎo)對低耐雷水平的輸電線路會有還擊危害，且容易滿足繞擊的自身條件，在接地體同時

14、滿足自身繞擊條件時，繞擊的機率較高。 2先導(dǎo)的流動、定位和閃擊特性空中雷云等效帶電中心向地面分級開展是電場畸變和能量損耗過程，同時也是一個尋找最正確能量釋放途徑的過程，開展方向是隨機的，依據(jù)頭部附近空中電場畸變結(jié)果而不斷調(diào)整，其對某一目的物的定位決定于先導(dǎo)前方電場的強度和分布情況，隨機的雷電先導(dǎo)每一次分級躍變都是選擇的必然結(jié)果。雷電先導(dǎo)電場的大小，是接地體產(chǎn)生迎面先導(dǎo)大小的決定因素。接地體迎面先導(dǎo)對隨機雷電先導(dǎo)的攔截能力，是后者能否對接地體定位的關(guān)鍵。不同材質(zhì)、不同形狀處在不同地質(zhì)地貌的接地體，發(fā)生迎面先導(dǎo)的能力不同，對雷電先導(dǎo)的攔截高度不同，亦即最后定位高度不同。這是研究繞擊機理和正確選擇防

15、繞措施必須關(guān)注的問題。 3雷擊目的物接閃特性被接地體感應(yīng)而向其開展的迎面先導(dǎo)定位該接地體并最終導(dǎo)致閃擊，閃擊方向指向迎面先導(dǎo)出發(fā)點，故稱為定位迎面先導(dǎo)。因而雷擊目的物的安裝方位是定位迎面先導(dǎo)開展、最終閃擊的導(dǎo)向。因此，目的物的方位既決定先導(dǎo)的定位高度，也決定雷電先導(dǎo)閃擊的方向。架有避雷線的輸電線路側(cè)面存在屏蔽失效區(qū)域說明，避雷線對側(cè)向低幅值雷電先導(dǎo)的引雷能力較弱，桿塔保護(hù)角越大，側(cè)面雷電先導(dǎo)的定位越高，屏蔽失效區(qū)域也越大。在保護(hù)角相同時，導(dǎo)線電壓越高、導(dǎo)線電磁場越強，先導(dǎo)對導(dǎo)線的繞擊機率越高，避雷線的屏蔽效果也越差。接地體能否發(fā)出迎面先導(dǎo)和發(fā)出的方位是成功攔截雷云先導(dǎo)的關(guān)鍵，而被攔截雷云先導(dǎo)幅

16、值與其定位高度成正比，即定位迎面先導(dǎo)發(fā)出的位置和方向，不僅僅是對被攔截先導(dǎo)的定位，也是對它在幅值數(shù)量上的某種界定。 4雷電防護(hù)決策的思考4.1不同幅值不同高度雷電先導(dǎo)有各自的定位和閃擊特點，必須根據(jù)不同先導(dǎo)的不同定位閃擊特性，結(jié)合不同方位雷擊目的物接閃效能和特點，因地制宜的制定雷電防護(hù)措施。對同一個接地體而言，“還擊的特點是：與先導(dǎo)雷電流幅值密切相關(guān)；機率與絕緣配置密切相關(guān)?！袄@擊的特點是：定位高度比還擊低；只在滿足繞擊充要條件時發(fā)生。目前我國500kV線路桿塔防雷保護(hù)設(shè)計重在“還擊，而高接地體和500kV高壓輸電線路頻次較高的繞擊現(xiàn)象不僅暴露了桿塔防雷保護(hù)中采取的防繞措施不力，也顯示出對雷電

17、先導(dǎo)特性和繞擊機理的認(rèn)識缺乏。4.2對先導(dǎo)攜帶的雷電流幅值、接地體阻抗和接地體絕緣配置是接地體、絕緣擊穿造成還擊的決定因素。所以防止接地體還擊應(yīng)考慮：1) 提高接地體還擊耐雷水平，其中包括降阻、均壓、屏蔽、分流、增加絕緣等等措施。2) 不在接地體上安裝可攔截高幅值雷電先導(dǎo)的接閃裝置。4.3根據(jù)繞擊特點，防止繞擊應(yīng)考慮：1) 對設(shè)計耐雷水平遠(yuǎn)高于本地區(qū)雷電活動強度的接地體，可在高空攔截雷電先導(dǎo)，不使其進(jìn)入接地體繞擊區(qū)。2) 對既要防止還擊，又要防止繞擊的接地體，應(yīng)降低雷電先導(dǎo)對接地體閃擊的定位高度，使接地體不發(fā)出易使雷電先導(dǎo)定位高度較高的“定位迎面先導(dǎo)。同時應(yīng)在接地體側(cè)面安裝接閃裝置，如在高接地

18、體或線路桿塔側(cè)面安裝具有防繞功能的“全屏蔽防雷裝置3，作為對已進(jìn)入接地體側(cè)面屏蔽失效區(qū)的雷電先導(dǎo)可靠接閃的有效防繞措施。 5關(guān)于防雷的幾點建議a.高于雷電先導(dǎo)定位高度的避雷針，不能防止已在避雷針下方的先導(dǎo)對接地體閃擊2，因此應(yīng)在接地體側(cè)面安裝符合要求的側(cè)面接閃針，僅注意防護(hù)上部空間雷云，對接地體側(cè)面的低空小雷電先導(dǎo)失去了防護(hù)，是裝有防雷設(shè)備線路或接地體上依然發(fā)生繞擊雷害事故的原因之一。b.不同方位的避雷針發(fā)生定位迎面先導(dǎo)的方位不同。垂直方向的避雷針更易于接閃高空、高幅值雷云，因而，不宜裝在輸電線路，尤其是已架有避雷線的輸電線路上，以防止本來不應(yīng)在桿塔頂部高空定位的高幅值雷云，反被吸引到桿塔自身

19、。在桿塔上安裝側(cè)面接閃針，以防護(hù)進(jìn)入桿塔側(cè)面避雷線屏蔽失效區(qū)的低空雷電先導(dǎo)，補充避雷線屏蔽的缺乏。c.防止高空、高幅值先導(dǎo)直擊接地體，是高建筑物防雷主要問題。但高建筑物頂端只宜安裝符合要求的雷電接閃裝置，不必一定要把高空中大范圍的雷云都吸引到自身。對于四周空曠的超高建筑物，為防止低空小雷電先導(dǎo)對建筑物中部繞擊，在建筑物中部適當(dāng)位置安裝側(cè)向防繞接閃裝置。d.防止雷電對接地體繞擊，也可在接地體附近架設(shè)“旁路避雷針、線4。煤礦變電所防雷變電所雷擊類型及防雷的首要任務(wù) 煤礦變電所遭受雷擊事故的類型分為三類：一是輸電線路受雷擊時沿線路向變電所入侵的雷電波；二是雷擊輸電線路附近地面的感應(yīng)雷；三是雷直擊變電

20、所內(nèi)線路和設(shè)備的直擊雷。雷電波與感應(yīng)雷的陡度大、幅值高，危害嚴(yán)重，不采用防雷措施就使變電所的電器設(shè)備絕緣擊穿。據(jù)統(tǒng)計，我國110220kV的變電所因雷電波引起的事故率約0.5次/百所.年，直配電機的損壞率約1.25次/百所.年。變電所防范雷電波和感應(yīng)雷是防雷的首要任務(wù)，對直擊雷要采取合理的防雷措施，對高壓輸電線路要用耐雷水平和雷擊跳閘率來衡量防雷性能優(yōu)劣，確保煤礦變電所平安正常運行。煤礦變電所的防雷措施1、煤礦變電所對直擊雷的防護(hù)措施 變電所防護(hù)直擊雷的有效措施就是在變電所安裝避雷裝置。避雷裝置由接閃器、引下線和接地裝置三局部組成。接閃器采用避雷針、帶、線和網(wǎng)。引下線要保證接閃器與大地間有良好連接，接地裝置的電阻應(yīng)不大于10。 在避雷針高于被保護(hù)設(shè)備時，它的保護(hù)范圍包括變電所廠房及室外所有設(shè)備。避雷針就像一把傘，只要把被保護(hù)設(shè)備置于傘蓋的范圍內(nèi)，它就能將雷電吸引到自身上，就能把極大的