5-输电线路的防雷保护

1、电电 力力 系系 统统 过过 电电 压压任课教师：赵任课教师：赵 彤彤山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院第五章第五章 输电线路的防雷保护输电线路的防雷保护输电线路的防雷保护输电线路的防雷保护大量统计数据表明，无论是高压或超高压的输电大量统计数据表明，无论是高压或超高压的输电线路，雷害故障占线路故障的线路，雷害故障占线路故障的40%70%，尤其是在，尤其是在多雷、土壤电阻率高、地形复杂的地区，雷击输电线多雷、土壤电阻率高、地形复杂的地区，雷击输电线路而引起的事故率更高，因此必须十分重视输电线路路而引起的事故率更高，因此必须十分重视输电线路的雷电过电压及其保护问题。的雷电过电压及其保护问题。

2、雷击线路可能引起两种破坏：雷击线路可能引起两种破坏：雷电过电压造成线雷电过电压造成线路发生短路接地故障，路发生短路接地故障，实际上雷击是引起线路跳闸停实际上雷击是引起线路跳闸停电事故的主要原因；电事故的主要原因；雷击线路形成的雷电过电压波，雷击线路形成的雷电过电压波，沿线路传播侵入变电所，沿线路传播侵入变电所，危害变电站电气设备的安全危害变电站电气设备的安全运行。运行。输电线路的防雷保护输电线路的防雷保护输电线路防雷性能的重要指标是输电线路防雷性能的重要指标是耐雷水平耐雷水平和和雷击雷击跳闸率跳闸率。耐雷水平是指雷击输电线路时，线路绝缘不发生耐雷水平是指雷击输电线路时，线路绝缘不发生冲击闪络的

3、最大雷电流幅值冲击闪络的最大雷电流幅值，单位为，单位为kA。耐雷水平是。耐雷水平是表征输电线路耐受雷电流强弱能力的参数。表征输电线路耐受雷电流强弱能力的参数。雷击跳闸率是标准雷暴日数为雷击跳闸率是标准雷暴日数为40时，每时，每100km长长的线路每年因雷击引起的跳闸次数的线路每年因雷击引起的跳闸次数，单位为次，单位为次/(百公百公里里年年)。雷击跳闸率是表征输电线路遭受雷击造成损。雷击跳闸率是表征输电线路遭受雷击造成损失的一个参数。失的一个参数。输电线路防雷保护的目的，就是依据有关规程规输电线路防雷保护的目的，就是依据有关规程规定使耐雷水平值达到要求，尽量降低输电线路的雷击定使耐雷水平值达到要

4、求，尽量降低输电线路的雷击跳闸率。跳闸率。雷击输电线路时，可能击中塔杆顶部、避雷线或导线，产雷击输电线路时，可能击中塔杆顶部、避雷线或导线，产生生直击雷过电压直击雷过电压，危及电气设备的安全。当雷击输电线路附近，危及电气设备的安全。当雷击输电线路附近地面时，由于雷电流产生的强烈电磁脉冲，也会在输电线路上地面时，由于雷电流产生的强烈电磁脉冲，也会在输电线路上产生有危害的产生有危害的感应雷过电压感应雷过电压。电力系统输电线路的防雷保护，通常是在输电线路雷电过电力系统输电线路的防雷保护，通常是在输电线路雷电过电压分析计算的基础上，并根据输电线路的实际运行经验、雷电压分析计算的基础上，并根据输电线路的

5、实际运行经验、雷电活动等气象条件、土壤电阻率的高低和地形地貌等环境条件，电活动等气象条件、土壤电阻率的高低和地形地貌等环境条件，通过技术经济比较来确定输电线路的雷电防护措施。通过技术经济比较来确定输电线路的雷电防护措施。雷击输电线路雷击输电线路雷击输电线路附近地面雷击输电线路附近地面输电线路的防雷保护输电线路的防雷保护 输电线路的感应雷过电压输电线路的感应雷过电压 输电线路的直击雷过电压输电线路的直击雷过电压 输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率 输电线路的防雷措施输电线路的防雷措施输电线路的防雷保护输电线路的防雷保护感应雷过电压的形成感应雷过电压的形成设雷云带负电荷，

6、在主放电开始之前，雷云中的负电荷设雷云带负电荷，在主放电开始之前，雷云中的负电荷沿先导通路向地面运动，线路处于雷云和先导通道形成的电沿先导通路向地面运动，线路处于雷云和先导通道形成的电场中。由于静电效应，在最靠近负先导通道的一段导线上聚场中。由于静电效应，在最靠近负先导通道的一段导线上聚集了异号的正电荷，称为集了异号的正电荷，称为束缚电荷束缚电荷。导线上的负电荷被排斥。导线上的负电荷被排斥到导线两端远处。由于先导发展的速度很慢，导致线路上束到导线两端远处。由于先导发展的速度很慢，导致线路上束缚电荷的聚集过程也比较缓慢，因而导线上由此而形成的电缚电荷的聚集过程也比较缓慢，因而导线上由此而形成的电

7、流很小，可以忽略不计，而导线将通过系统的中性点或泄漏流很小，可以忽略不计，而导线将通过系统的中性点或泄漏电阻保持其零电位。电阻保持其零电位。如果先导通道电场使导线各点获得的如果先导通道电场使导线各点获得的电位为电位为-U0(x)，则导线上的束缚电荷电，则导线上的束缚电荷电场必定使导线获得电位为场必定使导线获得电位为+U0(x)，即二，即二者在数值上相等，符号相反，也即各者在数值上相等，符号相反，也即各点上均有点上均有U0(x)叠加，使导线在先导叠加，使导线在先导阶段时处处电位为零。阶段时处处电位为零。感应雷过电压的形成感应雷过电压的形成雷击地面主放电开始后，先导通道中的负电荷被迅速中雷击地面主

8、放电开始后，先导通道中的负电荷被迅速中和，导线上的束缚电荷转变成自由电荷沿导线向两侧运动，和，导线上的束缚电荷转变成自由电荷沿导线向两侧运动，电荷运动形成的电流电荷运动形成的电流 i 与导线的波阻抗与导线的波阻抗Z的乘积是感应过电压的乘积是感应过电压流动波流动波u=iZ=Z，其中，其中为先导通道中的线电荷密度，为先导通道中的线电荷密度，为电为电荷运动的速度。这种由于先导通道中的电荷所产生的静电场荷运动的速度。这种由于先导通道中的电荷所产生的静电场突然消失而引起的感应电压，称为突然消失而引起的感应电压，称为感应过电压的静电分量。感应过电压的静电分量。如果先导通道中的电荷是全部瞬时被中如果先导通道

9、中的电荷是全部瞬时被中和的，则导线上的束缚电荷将全部瞬时和的，则导线上的束缚电荷将全部瞬时变为自由电荷，此时导线出现的电位仅变为自由电荷，此时导线出现的电位仅由这些刚解放的束缚电荷决定，显然等由这些刚解放的束缚电荷决定，显然等于于+U0(x)，这是静电感应过电压的极限。，这是静电感应过电压的极限。实际上，主放电的速度有限，所以导线实际上，主放电的速度有限，所以导线上束缚电荷的释放是逐步的，因而静电上束缚电荷的释放是逐步的，因而静电感应过电压将比感应过电压将比+U0(x)小。小。感应雷过电压的形成感应雷过电压的形成主放电通道中的雷电流在通道周围空间产生了强大的磁主放电通道中的雷电流在通道周围空间

10、产生了强大的磁场，该磁场交链导线与大地的回路，也将使导线上感应出电场，该磁场交链导线与大地的回路，也将使导线上感应出电压。这种由于主放电通道中雷电流所产生的磁场变化而引起压。这种由于主放电通道中雷电流所产生的磁场变化而引起的感应电压，称为的感应电压，称为感应过电压的电磁分量感应过电压的电磁分量。由于主放电通道。由于主放电通道与导线几乎互相垂直，所以互感不大，即电磁感应较弱，因与导线几乎互相垂直，所以互感不大，即电磁感应较弱，因此电磁分量不大，约为静电分量的此电磁分量不大，约为静电分量的1/5。两种分量出现的最大。两种分量出现的最大值时刻也不同，所以在对总的感应过电压幅值的构成上，静值时刻也不同

11、，所以在对总的感应过电压幅值的构成上，静电分量起主要作用。电分量起主要作用。感应雷过电压的极性与雷电流极性相反，并且感应雷过感应雷过电压的极性与雷电流极性相反，并且感应雷过电压的静电分量和电磁分量都是由同一主放电过程产生的电电压的静电分量和电磁分量都是由同一主放电过程产生的电磁场突变引起的，感应雷过电压中静电分量起主导作用。磁场突变引起的，感应雷过电压中静电分量起主导作用。雷击线路附近地面时导线上的感应过电压雷击线路附近地面时导线上的感应过电压 雷电流幅值越大，则雷电先导通道中电荷密度雷电流幅值越大，则雷电先导通道中电荷密度 越大，先越大，先导阶段产生的电场强度越大，导线上产生的束缚电荷亦越导

12、阶段产生的电场强度越大，导线上产生的束缚电荷亦越多，感应电压越高；另外，雷电流幅值越大，主放电速度多，感应电压越高；另外，雷电流幅值越大，主放电速度越快，则束缚电荷变成自由电荷也越快，形成的流动电流越快，则束缚电荷变成自由电荷也越快，形成的流动电流波也越大，所以波也越大，所以感应过电压的大小与雷电流幅值感应过电压的大小与雷电流幅值I 成正比；成正比； 导线悬挂高度越高，其对地电容越小，当导线上的束缚电导线悬挂高度越高，其对地电容越小，当导线上的束缚电荷一定时，感应电压则越高，所以荷一定时，感应电压则越高，所以感应过电压的大小与导感应过电压的大小与导线悬挂的平均高度线悬挂的平均高度h成正比；成正

13、比； 雷击点距离导线越远，导线感应的电场强度越弱，导线上雷击点距离导线越远，导线感应的电场强度越弱，导线上感应的束缚电荷越小，故感应电压越低，所以感应的束缚电荷越小，故感应电压越低，所以感应雷过电感应雷过电压的大小与雷击点距导线的距离成反比。压的大小与雷击点距导线的距离成反比。雷击线路附近地面时导线上的感应过电压雷击线路附近地面时导线上的感应过电压根据理论分析和实验结果，当雷击点离导线的距离根据理论分析和实验结果，当雷击点离导线的距离S65m，I100kA 时，导线上感应雷过电压幅值时，导线上感应雷过电压幅值Ui可计算为：可计算为：SIhUc25i式中式中 I 雷电流幅值，雷电流幅值，kA；

14、hc 导线悬挂的平均高度，导线悬挂的平均高度，m； S 雷击点与导线的水平距离，雷击点与导线的水平距离，m。由于雷击地面时雷击点的自然接地电阻较大，雷电流幅由于雷击地面时雷击点的自然接地电阻较大，雷电流幅值一般不超过值一般不超过100kA，所以可按，所以可按 I=100kA 估算线路上可能出估算线路上可能出现的最大感应雷过电压。根据对这种过电压的实测证明，现的最大感应雷过电压。根据对这种过电压的实测证明，感感应雷过电压幅值一般不超过应雷过电压幅值一般不超过300400kV。雷击线路附近地面时导线上的感应过电压雷击线路附近地面时导线上的感应过电压感应雷过电压对感应雷过电压对35kV及以下输电线路

15、，可能造成绝缘闪及以下输电线路，可能造成绝缘闪络，而对于络，而对于110kV及以上线路，由于线路的绝缘水平较高，及以上线路，由于线路的绝缘水平较高，一般不会引起闪络。感应雷过电压在三相导线中存在，三相一般不会引起闪络。感应雷过电压在三相导线中存在，三相导线上感应过电压在数值上的差别仅仅是导线高度的不同而导线上感应过电压在数值上的差别仅仅是导线高度的不同而引起的，故相间电位差很小，所以引起的，故相间电位差很小，所以感应过电压不会引起架空感应过电压不会引起架空线路的相间绝缘闪络。线路的相间绝缘闪络。如果导线上方架设有避雷线，发生雷击导线附近大地时，如果导线上方架设有避雷线，发生雷击导线附近大地时，

16、由于避雷线的屏蔽作用，导线上的感应电荷会减少，从而导由于避雷线的屏蔽作用，导线上的感应电荷会减少，从而导线上的感应过电压将会下降。线上的感应过电压将会下降。雷击线路附近地面时导线上的感应过电压雷击线路附近地面时导线上的感应过电压设导线和避雷线的对地平均高度分别为设导线和避雷线的对地平均高度分别为hc和和hg，假设避雷线不，假设避雷线不接地，则导线上和避雷线上的感应过电压分别为接地，则导线上和避雷线上的感应过电压分别为Uic和和Uig：SIhUc25ci实际上避雷线是通过杆塔接地的，其电位为零，这就相实际上避雷线是通过杆塔接地的，其电位为零，这就相当于在避雷线上叠加了一个与雷电感应电位大小相等极

17、性相当于在避雷线上叠加了一个与雷电感应电位大小相等极性相反的电位反的电位-Uig，而该电位将在导线上产生耦合电位，而该电位将在导线上产生耦合电位k(-Uig)，其，其中中k为避雷线与导线间的耦合系数。导线上的感应过电压幅值为避雷线与导线间的耦合系数。导线上的感应过电压幅值应为两者的叠加，即导线上实际的感应过电压为应为两者的叠加，即导线上实际的感应过电压为cii25UhhSIhUcggg)1 ()1 (ciciicicikUhhkUkUUUcgg避雷线的存在使导线上的感应雷过电压下降为无避雷线时避雷线的存在使导线上的感应雷过电压下降为无避雷线时的的(1-k)倍，耦合系数倍，耦合系数k通常在通常在

18、0.20.3之间。之间。雷击线路杆塔时导线上的感应过电压雷击线路杆塔时导线上的感应过电压当当S65m时，可认为将因线路的引雷作用而击中线路时，可认为将因线路的引雷作用而击中线路(避避雷线或导线雷线或导线)或杆塔。雷击线路杆塔时，由于主放电通道所产或杆塔。雷击线路杆塔时，由于主放电通道所产生的磁场的迅速变化，将在导线上感应出与雷电流极性相反生的磁场的迅速变化，将在导线上感应出与雷电流极性相反的过电压，其形成机理与雷击地面的情况相似，但引起的过的过电压，其形成机理与雷击地面的情况相似，但引起的过电压计算问题至今尚有争论。对一般杆塔高度小于电压计算问题至今尚有争论。对一般杆塔高度小于40m的线路，的

19、线路，在无避雷线时，我国有关规程推荐导线上感应雷过电压的幅在无避雷线时，我国有关规程推荐导线上感应雷过电压的幅值可采用下式计算：值可采用下式计算：)1 ()1 (cikhhhkhUccgc有避雷线时，由于避雷线的屏蔽效应，考虑耦合系数有避雷线时，由于避雷线的屏蔽效应，考虑耦合系数k，导线上的感应雷过电压应为导线上的感应雷过电压应为chUci式中式中 感应过电压系数，感应过电压系数，kV/m。 等于以等于以kA/s计的雷电流平均波前陡度，即计的雷电流平均波前陡度，即6 . 2/I 输电线路的感应雷过电压输电线路的感应雷过电压 输电线路的直击雷过电压输电线路的直击雷过电压 输电线路的耐雷水平与雷击

20、跳闸率输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率 输电线路的防雷措施输电线路的防雷措施输电线路的防雷保护输电线路的防雷保护 输电线路的直击雷过电压输电线路的直击雷过电压架空线路长度大，暴露在旷野，易受雷击。我架空线路长度大，暴露在旷野，易受雷击。我国国110kV及以上的输电线路一般全线架设避雷线，及以上的输电线路一般全线架设避雷线，而而35kV及以下线路一般不全线架设避雷线。下面以及以下线路一般不全线架设避雷线。下面以有避雷线线路为例，分析输电线路的直击雷过电压。有避雷线线路为例，分析输电线路的直击雷过电压。雷击输电线路时，可能击中杆塔顶部、避雷线雷击输电线路时，可能击中杆塔顶部、避雷线或导线，由于击中点

21、不同，雷电流流通的通道也不或导线，由于击中点不同，雷电流流通的通道也不同，产生的过电压也随着变化。同，产生的过电压也随着变化。雷击杆塔塔顶或附近避雷线时的过电压雷击杆塔塔顶或附近避雷线时的过电压输电线路杆塔塔顶和架设于塔顶的避雷线位于输电线路输电线路杆塔塔顶和架设于塔顶的避雷线位于输电线路的最上端，是最容易遭受雷击的部分，架设避雷线的目的也的最上端，是最容易遭受雷击的部分，架设避雷线的目的也是为保护下方的导线不受直接雷击。杆塔是接地的，正常工是为保护下方的导线不受直接雷击。杆塔是接地的，正常工作时，塔顶电位为零，雷击塔顶后，引起塔顶电位升高，则作时，塔顶电位为零，雷击塔顶后，引起塔顶电位升高，

22、则悬挂导线的绝缘子两端电位差会升高，可能导致绝缘子闪络。悬挂导线的绝缘子两端电位差会升高，可能导致绝缘子闪络。雷击线路杆塔塔顶或附近避雷线时，雷电流绝大部分通雷击线路杆塔塔顶或附近避雷线时，雷电流绝大部分通过塔顶入地，还有一部分经过避雷线由相邻杆塔入地。过塔顶入地，还有一部分经过避雷线由相邻杆塔入地。iit经杆塔入地的电流经杆塔入地的电流 it 流过杆流过杆塔后经杆塔底部的接地体入塔后经杆塔底部的接地体入地。令经杆塔入地的电流地。令经杆塔入地的电流 it 与雷击杆塔的总雷电流与雷击杆塔的总雷电流 i 的的比值为分流系数，即比值为分流系数，即:雷击塔顶示意图雷击塔顶示意图等值电路等值电路雷击杆塔

23、塔顶或附近避雷线时的过电压雷击杆塔塔顶或附近避雷线时的过电压 塔顶电位塔顶电位tiLiRtiLiRutitttitopdddd设雷电流波头为斜角波，其陡度为设雷电流波头为斜角波，其陡度为I/2.6，则此时的塔顶，则此时的塔顶电位可由下式计算电位可由下式计算将将 di/dt=I/2.6代入，可得塔顶电位的幅值为：代入，可得塔顶电位的幅值为：6 . 2titopLRIU式中式中 I 雷电流幅值，雷电流幅值，kA； Ri 杆塔冲击接地电阻，杆塔冲击接地电阻，； Lt 杆塔电感，杆塔电感，H。雷击杆塔塔顶或附近避雷线时的过电压雷击杆塔塔顶或附近避雷线时的过电压 塔顶电位塔顶电位对于一般高度的杆塔，分流

24、系数对于一般高度的杆塔，分流系数 可由杆塔电感可由杆塔电感Lt 与杆与杆塔的接地电阻塔的接地电阻Ri串联后再并联避雷线的电感串联后再并联避雷线的电感Lg 进行计算。进行计算。线路杆塔的分流系数线路杆塔的分流系数杆塔的等值电感的平均值杆塔的等值电感的平均值杆塔的接地电阻与埋设的接地装置和土壤条件有关，杆塔的接地电阻与埋设的接地装置和土壤条件有关，可通过实际测量获得。可通过实际测量获得。雷击杆塔塔顶或附近避雷线时的过电压雷击杆塔塔顶或附近避雷线时的过电压 导线电位导线电位cgcchhkhkuU1top在分析雷电过电压时，对在分析雷电过电压时，对220kV及以下线路可忽略导线及以下线路可忽略导线上的

25、工作电压。雷击塔顶后，塔顶电位升高为上的工作电压。雷击塔顶后，塔顶电位升高为utop，由于避，由于避雷线与塔顶相连，避雷线也具有与塔顶相等的电位雷线与塔顶相连，避雷线也具有与塔顶相等的电位utop 。由。由于避雷线与导线之间耦合作用，在导线上将产生于避雷线与导线之间耦合作用，在导线上将产生耦合电位耦合电位kutop ，该电位分量与雷电流极性相同。，该电位分量与雷电流极性相同。另一方面在发生雷击杆塔主放电时，导线上还存在另一方面在发生雷击杆塔主放电时，导线上还存在感感应电位应电位 hc(1-k)，该电位分量与雷电流极性相反。耦合电位，该电位分量与雷电流极性相反。耦合电位和感应电位共同组成导线上总

26、的电位值为和感应电位共同组成导线上总的电位值为式中式中 k 避雷线与导线间的耦合系数。避雷线与导线间的耦合系数。雷击杆塔塔顶或附近避雷线时的过电压雷击杆塔塔顶或附近避雷线时的过电压 导线电位导线电位雷击时，地线上的电位较高，将出现电晕，耦合系数雷击时，地线上的电位较高，将出现电晕，耦合系数将变大为原来的将变大为原来的k1倍，即倍，即k=k1k0，其中，其中k0为导线间的几何耦为导线间的几何耦合系数，合系数，k1为考虑电晕效应的修正系数。为考虑电晕效应的修正系数。耦合系数的电晕修正系数耦合系数的电晕修正系数k1雷击杆塔塔顶或附近避雷线时的过电压雷击杆塔塔顶或附近避雷线时的过电压 线路绝缘上承受的

27、电压线路绝缘上承受的电压6 . 216 . 2)1 ()1 (16 . 26 . 26 . 21toptoptopljccgticgctiticgcchhhkLkRkIhhkhILRIkLRIhhkhkuUUUU不考虑塔顶与绝缘子悬挂点的电位差，线路绝缘两端不考虑塔顶与绝缘子悬挂点的电位差，线路绝缘两端电压电压Ulj等于塔顶电位减去导线电位为：等于塔顶电位减去导线电位为：如果作用于绝缘子串上的电压超过其如果作用于绝缘子串上的电压超过其50%冲击放电电冲击放电电压，绝缘子串会发生塔杆对导线放电导致的闪络，这也称为压，绝缘子串会发生塔杆对导线放电导致的闪络，这也称为反击反击。雷绕击导线时的过电压雷

28、绕击导线时的过电压输电线路装设避雷线就是利用避雷线的屏蔽作用，保护输电线路装设避雷线就是利用避雷线的屏蔽作用，保护导线不遭受雷击。但也可能发生雷电屏蔽失效，即雷绕过避导线不遭受雷击。但也可能发生雷电屏蔽失效，即雷绕过避雷线而击于导线，成为绕击。虽然绕击的概率较低，但其危雷线而击于导线，成为绕击。虽然绕击的概率较低，但其危害较大，一旦发生绕击，往往会引起线路绝缘子串的闪络。害较大，一旦发生绕击，往往会引起线路绝缘子串的闪络。雷绕击导线的示意图雷绕击导线的示意图等值电路等值电路雷绕击导线时的过电压雷绕击导线时的过电压由等值电路，可求得流经雷击点由等值电路，可求得流经雷击点d的电流为的电流为2/00

29、0cdZZZii式中式中 I 雷电流幅值，雷电流幅值，kA； Zc 导线波阻抗，导线波阻抗，； Z0 雷电通道波阻抗，雷电通道波阻抗，。导线上的电压为导线上的电压为cccddZZZZiZiu00022当雷电流达到幅值时，导线上的电压最大，其幅值为当雷电流达到幅值时，导线上的电压最大，其幅值为ccdZZZZIU002雷绕击导线时的过电压雷绕击导线时的过电压我国规程建议取我国规程建议取Zc 2Z0，此时有，此时有id=i0/2，按雷电流定义：，按雷电流定义：雷击于小接地阻抗时的电流定义为雷电流。因此，在此条件雷击于小接地阻抗时的电流定义为雷电流。因此，在此条件下，雷击导线时流过导线的总电流只有雷电

30、流的一半。下，雷击导线时流过导线的总电流只有雷电流的一半。220kV及以下输电线路导线波阻抗及以下输电线路导线波阻抗Zc取取400，于是导线，于是导线上的电压幅值为：上的电压幅值为：IUd100此电压值也是雷绕击导线时，绝缘子串上承受的雷电过电压，此电压值也是雷绕击导线时，绝缘子串上承受的雷电过电压，单位是单位是kV。即使对于绝缘很强的。即使对于绝缘很强的330500kV线路来说，在线路来说，在1015kA的雷电流下也将发生闪络，而出现等于及大于这一电的雷电流下也将发生闪络，而出现等于及大于这一电流的概率是很大的流的概率是很大的(8173%)，因此，采用避雷线来大大减少，因此，采用避雷线来大大

31、减少雷击于导线的情况是很重要的措施。雷击于导线的情况是很重要的措施。雷击挡距中央避雷线时的过电压雷击挡距中央避雷线时的过电压雷击挡距中央避雷线时，也会在雷击点产生很高的过电雷击挡距中央避雷线时，也会在雷击点产生很高的过电压。但由于避雷线的半径很小，会在避雷线上产生强烈的电压。但由于避雷线的半径很小，会在避雷线上产生强烈的电晕，引起雷电波能量快速衰减，并且雷击点离杆塔较远，当晕，引起雷电波能量快速衰减，并且雷击点离杆塔较远，当过电压波传播到杆塔时，已衰减的不足以造成绝缘子串击穿，过电压波传播到杆塔时，已衰减的不足以造成绝缘子串击穿，因此通常只考虑雷击点避雷线对导线的反击问题。因此通常只考虑雷击点

32、避雷线对导线的反击问题。雷击挡距中央避雷线的示意图雷击挡距中央避雷线的示意图等值电路等值电路雷击挡距中央避雷线时的过电压雷击挡距中央避雷线时的过电压雷击点的电位为：雷击点的电位为：2dd2bbbLtiLu式中式中 Lb 雷击点至杆塔的等值电感；雷击点至杆塔的等值电感； 雷电流平均陡度。雷电流平均陡度。由于避雷线与导线间的耦合作用，在导线上将产生耦合由于避雷线与导线间的耦合作用，在导线上将产生耦合电位电位kub，故雷击点避雷线与导线间空气间隔，故雷击点避雷线与导线间空气间隔S上所承受的最上所承受的最高电压为：高电压为：)1 (2)1 (kLkuUbbS雷击避雷线挡距中央时，雷击处避雷线与导线间空

33、气绝雷击避雷线挡距中央时，雷击处避雷线与导线间空气绝缘所承受的电压与耦合系数缘所承受的电压与耦合系数k、挡距、挡距l 及雷电流陡度及雷电流陡度 有关。有关。当此电压超过空气间隙的放电电压时，间隙就会发生击穿。当此电压超过空气间隙的放电电压时，间隙就会发生击穿。雷击挡距中央避雷线时的过电压雷击挡距中央避雷线时的过电压1012. 0lS式中式中 l 挡距长度，挡距长度，m。根据空气间隙放电的电场强度，可以计算出不发生击穿根据空气间隙放电的电场强度，可以计算出不发生击穿的最小空气间隙距离的最小空气间隙距离S。运行经验表明，只要避雷线与导线。运行经验表明，只要避雷线与导线间的空气间隙满足下式的要求，雷

34、击挡距中央避雷线时，导间的空气间隙满足下式的要求，雷击挡距中央避雷线时，导线与避雷线间一般不会发生闪络。线与避雷线间一般不会发生闪络。上式也是我国规程规定的选取挡距中央避雷线与导线间上式也是我国规程规定的选取挡距中央避雷线与导线间的空气间隙距离的空气间隙距离S的计算式。的计算式。 输电线路的感应雷过电压输电线路的感应雷过电压 输电线路的直击雷过电压输电线路的直击雷过电压 输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率 输电线路的防雷措施输电线路的防雷措施输电线路的防雷保护输电线路的防雷保护输电线路防雷性能的重要指标是输电线路防雷性能的重要指标是耐雷水平耐雷水平和和雷雷击跳闸率击跳

35、闸率。耐雷水平是指雷击输电线路时，线路绝缘不发耐雷水平是指雷击输电线路时，线路绝缘不发生冲击闪络的最大雷电流幅值生冲击闪络的最大雷电流幅值，单位为，单位为kA。耐雷水。耐雷水平是表征输电线路耐受雷电流强弱能力的参数。平是表征输电线路耐受雷电流强弱能力的参数。雷击跳闸率是标准雷暴日数为雷击跳闸率是标准雷暴日数为40时，每时，每100km长的线路每年因雷击引起的跳闸次数长的线路每年因雷击引起的跳闸次数，单位为次，单位为次/(百公里百公里年年)。雷击跳闸率是表征输电线路遭受雷击。雷击跳闸率是表征输电线路遭受雷击造成损失的一个参数。造成损失的一个参数。 输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率输电线路的耐雷水平

36、与雷击跳闸率 输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率输电线路从遭受雷击到形成跳闸事故通常要经输电线路从遭受雷击到形成跳闸事故通常要经历以下几个阶段：首先在雷电过电压作用下，线路历以下几个阶段：首先在雷电过电压作用下，线路绝缘发生冲击闪络，然后从冲击闪络转变为稳定的绝缘发生冲击闪络，然后从冲击闪络转变为稳定的工频电弧，引起线路跳闸。如果在跳闸后线路不能工频电弧，引起线路跳闸。如果在跳闸后线路不能迅速恢复正常运行，就会发生停电事故。迅速恢复正常运行，就会发生停电事故。下面依据输电线路的雷击跳闸过程，分别介绍下面依据输电线路的雷击跳闸过程，分别介绍输电线路与雷击相关的参数、耐雷

37、水平和雷击跳闸输电线路与雷击相关的参数、耐雷水平和雷击跳闸率的计算方法。率的计算方法。当有架空输电线路时，由于线路所处的相对几何位置较当有架空输电线路时，由于线路所处的相对几何位置较高，改变了雷云与地之间的电场分布，具有引雷作用。根据高，改变了雷云与地之间的电场分布，具有引雷作用。根据模拟实验及运行经验，线路每侧的引雷宽度为模拟实验及运行经验，线路每侧的引雷宽度为2h。因此，对。因此，对雷暴日雷暴日Td=40的地区，每的地区，每100km线路、每年的雷击次数为线路、每年的雷击次数为)4(28. 01001000)4(hbThbSTNdd式中式中 地面落雷密度，次地面落雷密度，次/(平方公里平方

38、公里雷暴日雷暴日) ； S 输电线路的落雷面积，输电线路的落雷面积，km2； b 两根避雷线之间的距离，两根避雷线之间的距离，m； h 避雷线避雷线(或导线或导线)的平均对地高度，的平均对地高度，m； N 输电线路每年遭雷击的总次数，即落雷次数，其输电线路每年遭雷击的总次数，即落雷次数，其 中包括雷击线路杆塔的次数、雷绕击导线的次数、中包括雷击线路杆塔的次数、雷绕击导线的次数、 雷击挡距中央避雷线的次数。雷击挡距中央避雷线的次数。 输电线路与雷击相关的参数输电线路与雷击相关的参数 输电线路的落雷次数输电线路的落雷次数 N避雷线的平均对地高度避雷线的平均对地高度h为为fhht32式中式中 ht

39、避雷线在杆塔上的悬点高度，避雷线在杆塔上的悬点高度，m ； f 避雷线的弧垂，避雷线的弧垂，m； 输电线路与雷击相关的参数输电线路与雷击相关的参数运行经验和模拟实验表明，雷击点沿输电线路的长度基运行经验和模拟实验表明，雷击点沿输电线路的长度基本是均匀分布的，但是由于避雷线的弧垂等因素的影响，靠本是均匀分布的，但是由于避雷线的弧垂等因素的影响，靠进杆塔部分稍微密集一些。进杆塔部分稍微密集一些。将雷击杆塔顶部的次数将雷击杆塔顶部的次数N1与线路与线路总的落雷次数总的落雷次数N之比称为击杆率之比称为击杆率g，即即NNg1 输电线路与雷击相关的参数输电线路与雷击相关的参数 击杆率击杆率 g击杆率击杆率

40、g击杆率与输电线路架设避雷线根数有关。无避雷线的线击杆率与输电线路架设避雷线根数有关。无避雷线的线路击杆率最高，此时杆塔可当做避雷针保护相当一部分导线。路击杆率最高，此时杆塔可当做避雷针保护相当一部分导线。避雷线根数越多，杆塔的引雷能力降低，击杆率减小。山区避雷线根数越多，杆塔的引雷能力降低，击杆率减小。山区因杆塔多位于耸立的山头，易遭受雷击，所以击杆率增大。因杆塔多位于耸立的山头，易遭受雷击，所以击杆率增大。避雷线的首要作用是起屏蔽作用，保护其下方的导线不直避雷线的首要作用是起屏蔽作用，保护其下方的导线不直接遭受雷击。但保护并不是百分之百有效。接遭受雷击。但保护并不是百分之百有效。将避雷线屏

41、蔽失效将避雷线屏蔽失效的比重，即雷绕击导线的次数的比重，即雷绕击导线的次数N2与雷击线路总次数与雷击线路总次数N的比值称的比值称为绕击率为绕击率P 。绕击率是表征输电线路雷电屏蔽性能的重要参数。绕击率是表征输电线路雷电屏蔽性能的重要参数。造成绕击的因素是多方面的：一方面长间隙空气放电本身造成绕击的因素是多方面的：一方面长间隙空气放电本身是具有随机统计特性的；另一方面输电线路的几何结构尺寸以是具有随机统计特性的；另一方面输电线路的几何结构尺寸以及避雷线的保护角及避雷线的保护角，甚至输电线路的工作电压等，都会影响，甚至输电线路的工作电压等，都会影响绕击率的大小。绕击率的大小。 输电线路与雷击相关的

42、参数输电线路与雷击相关的参数 绕击率绕击率 P根据模拟实验、现场实测和运行经验，我国电力行业标准根据模拟实验、现场实测和运行经验，我国电力行业标准建议，采用下列公式计算绕击率建议，采用下列公式计算绕击率P为为)(35. 386lg)(9 . 386lg对山区线路对平原地区线路tthPhP 输电线路与雷击相关的参数输电线路与雷击相关的参数 绕击率绕击率 P式中式中 保护角；保护角； ht 杆塔高度。杆塔高度。绕击率绕击率P与避雷线对外侧导线的保护角与避雷线对外侧导线的保护角 、杆塔高度和线、杆塔高度和线路经过地区的地形地貌和地质条件有关。山区线路的绕击率路经过地区的地形地貌和地质条件有关。山区线

43、路的绕击率约为平原线路的约为平原线路的3倍，或相当于避雷线的保护角增大了倍，或相当于避雷线的保护角增大了8。输电线路遭受雷击引起绝缘子冲击闪络后，并非每次都会输电线路遭受雷击引起绝缘子冲击闪络后，并非每次都会跳闸。因为冲击闪络的持续时间只有几十微秒，在这期间继电跳闸。因为冲击闪络的持续时间只有几十微秒，在这期间继电保护还来不及动作跳闸。导致线路跳闸，还必须使冲击闪络转保护还来不及动作跳闸。导致线路跳闸，还必须使冲击闪络转化为稳定的工频电弧。化为稳定的工频电弧。由冲击闪络转化为稳定的工频电弧的概率，称为建弧率由冲击闪络转化为稳定的工频电弧的概率，称为建弧率。建弧率与工频弧道中的平均电场强度建弧率

44、与工频弧道中的平均电场强度E有关，也与闪络瞬间工有关，也与闪络瞬间工频电压的瞬时值和去游离条件有关。根据实验研究和运行经验，频电压的瞬时值和去游离条件有关。根据实验研究和运行经验， 可计算为：可计算为： 输电线路与雷击相关的参数输电线路与雷击相关的参数 建弧率建弧率 式中式中 E 绝缘子串的平均运行电压梯度有效值，绝缘子串的平均运行电压梯度有效值，kV/m。)%145 . 4(75. 0E对中性点有效接地系统：对中性点有效接地系统： 输电线路与雷击相关的参数输电线路与雷击相关的参数 建弧率建弧率 式中式中 Un 线路额定电压有效值，线路额定电压有效值，kV； li 绝缘子串的放电距离，绝缘子串

45、的放电距离，m。)%145 . 4(75. 0EinlUE3对中性点非有效接地系统，单相闪络不会引起跳闸，只有对中性点非有效接地系统，单相闪络不会引起跳闸，只有当第二相导线闪络后才会造成相间闪络而跳闸，因此当第二相导线闪络后才会造成相间闪络而跳闸，因此inlUE2实践证明，当实践证明，当E6kV(有效值有效值)/m时，建弧率很小，可近似时，建弧率很小，可近似地认为地认为 =0。架空输电线路的耐雷水平架空输电线路的耐雷水平 雷击杆塔塔顶时的耐雷水平雷击杆塔塔顶时的耐雷水平雷击输电线路杆塔塔顶时，在线路绝缘子串上作用的电压雷击输电线路杆塔塔顶时，在线路绝缘子串上作用的电压为为Ulj。设输电线路绝缘

46、子串的冲击耐压为。设输电线路绝缘子串的冲击耐压为U50%，当电压，当电压Ulj不小不小于线路绝缘的冲击耐压于线路绝缘的冲击耐压U50%时，将发生绝缘子串的闪络。此时，时，将发生绝缘子串的闪络。此时，应取正极性的应取正极性的U50% 。按耐雷水平的定义，可求得雷击杆塔时的。按耐雷水平的定义，可求得雷击杆塔时的耐雷水平耐雷水平I1为：为：6 . 2)1 (6 . 2)1 ()1 (%501ccgtihkhhLkRkUI由于由于90%以上的雷电流为负极性，同时绝缘子串下端（导以上的雷电流为负极性，同时绝缘子串下端（导线侧）为正极性时线侧）为正极性时U50%较低，所以计算雷击塔顶造成的反击耐较低，所以

47、计算雷击塔顶造成的反击耐雷水平时雷水平时U50%应取绝缘子的正极性冲击放电电压值，这样得出应取绝缘子的正极性冲击放电电压值，这样得出的耐雷水平比较符合实际情况而稍偏严格。的耐雷水平比较符合实际情况而稍偏严格。架空输电线路的耐雷水平架空输电线路的耐雷水平 雷击杆塔塔顶时的耐雷水平雷击杆塔塔顶时的耐雷水平通常忽略避雷线与导线高度的差别，即通常忽略避雷线与导线高度的差别，即hghc时，雷击杆塔时，雷击杆塔的耐雷水平的耐雷水平I1可简化为：可简化为：6 . 26 . 2)1 (%501ctihLRkUI雷击杆塔时的耐雷水平与分流系数雷击杆塔时的耐雷水平与分流系数、杆塔等值电感、杆塔等值电感Lt、杆塔冲

48、击接地电阻杆塔冲击接地电阻Ri、导地线间的耦合系数、导地线间的耦合系数k和绝缘子串的冲和绝缘子串的冲击放电电压击放电电压U50%等有关。等有关。降低冲击接地电阻降低冲击接地电阻Ri和提高导地线间和提高导地线间的耦合系数的耦合系数k效果比较明显，是提高输电线路的反击耐雷水平效果比较明显，是提高输电线路的反击耐雷水平的主要手段。的主要手段。有避雷线线路的反击耐雷水平有避雷线线路的反击耐雷水平架空输电线路的耐雷水平架空输电线路的耐雷水平 雷绕击导线时的耐雷水平雷绕击导线时的耐雷水平100%502UI 雷绕击导线时，绝缘子串上承受的雷电过电压为雷绕击导线时，绝缘子串上承受的雷电过电压为Ud=100I，

49、当该电压，当该电压Ud不小于线路绝缘的冲击耐压不小于线路绝缘的冲击耐压U50%时，将发生绝缘子串的闪络，此时宜取负极性的时，将发生绝缘子串的闪络，此时宜取负极性的U50%。由此可求得雷绕击输电线路的耐雷水平。由此可求得雷绕击输电线路的耐雷水平I2为：为：架空输电线路的耐雷水平架空输电线路的耐雷水平 雷击挡距中央避雷线雷击挡距中央避雷线实际输电线路的避雷线和导线间的空气间隙按实际输电线路的避雷线和导线间的空气间隙按 的要求设计，故雷击挡距中央避雷线时不的要求设计，故雷击挡距中央避雷线时不会发生冲击闪络。所以认为不管雷击挡距中央的避雷会发生冲击闪络。所以认为不管雷击挡距中央的避雷线时的雷电流是多大

50、，线路都能耐受。线时的雷电流是多大，线路都能耐受。1012. 0lS雷击跳闸率雷击跳闸率求得输电线路的耐雷水平后，根据雷电流的概求得输电线路的耐雷水平后，根据雷电流的概率分布率分布( )，可求得雷电流超过输电线，可求得雷电流超过输电线路的耐雷水平的概率，即雷击闪络的概率，再乘以路的耐雷水平的概率，即雷击闪络的概率，再乘以建弧率，可以求出输电线路雷击跳闸的概率。雷击建弧率，可以求出输电线路雷击跳闸的概率。雷击跳闸的概率乘以输电线路的落雷次数即为输电线路跳闸的概率乘以输电线路的落雷次数即为输电线路的雷击跳闸率。的雷击跳闸率。88)(lgIIIPf雷击跳闸率是标准雷暴日数为雷击跳闸率是标准雷暴日数为

51、40时，每时，每100km长的线路每年因雷击引起的跳闸次数长的线路每年因雷击引起的跳闸次数，单位为次，单位为次/(百公里百公里年年)。雷击跳闸率是表征输电线路遭受雷。雷击跳闸率是表征输电线路遭受雷击造成损失的一个参数。击造成损失的一个参数。 雷击杆塔塔顶时的雷击跳闸率雷击杆塔塔顶时的雷击跳闸率查表获得线路的击杆率查表获得线路的击杆率g及计算出线路落雷次数及计算出线路落雷次数N，雷击杆，雷击杆塔的次数为：塔的次数为：ghbNgN)4(28. 01求出雷电流超过耐雷水平求出雷电流超过耐雷水平I1时，引起冲击闪络的概率时，引起冲击闪络的概率P1 。于是，可求得雷击杆塔引起线路绝缘冲击闪络的次数为于是

52、，可求得雷击杆塔引起线路绝缘冲击闪络的次数为NgP1。雷击跳闸率雷击跳闸率求出建弧率求出建弧率，一旦在冲击闪络的弧道上建立了稳定的工，一旦在冲击闪络的弧道上建立了稳定的工频电弧，就会引起线跳闸。由此分析，可求得雷击杆塔的跳闸频电弧，就会引起线跳闸。由此分析，可求得雷击杆塔的跳闸率为：率为：)/()4(28. 0111年百公里次gPhbNgPn 雷绕击导线时的雷击跳闸率雷绕击导线时的雷击跳闸率求出绕击率求出绕击率P及计算出线路落雷次数及计算出线路落雷次数N，雷绕击导线的次，雷绕击导线的次数为：数为：PhbNPN)4(28. 02求出雷电流超过耐雷水平求出雷电流超过耐雷水平I2时，引起冲击闪络的概

53、率时，引起冲击闪络的概率P2，可求得雷绕击导线引起线路绝缘冲击闪络的次数为可求得雷绕击导线引起线路绝缘冲击闪络的次数为NPP2。雷击跳闸率雷击跳闸率求出建弧率求出建弧率，可求得雷绕击导线的跳闸率为：，可求得雷绕击导线的跳闸率为：)/()4(28. 0222年百公里次PPhbPNPn 雷击挡距中央避雷线雷击挡距中央避雷线在输电线路设计时保证了此时不会发生间隙的冲在输电线路设计时保证了此时不会发生间隙的冲击闪络，故这种雷击情况引起的雷击跳闸率为零。击闪络，故这种雷击情况引起的雷击跳闸率为零。综合以上分析，有避雷线的输电线路雷击跳闸率综合以上分析，有避雷线的输电线路雷击跳闸率n为为:雷击跳闸率雷击跳

54、闸率)/()()4(28. 0)(21212121年百公里次PPgPhbPPgPNPNPNgPnnn例：一条平原地区的例：一条平原地区的220kV线路，杆塔线路尺寸如图所示。绝线路，杆塔线路尺寸如图所示。绝缘子串由缘子串由13片片X-7组成，其正、负极性组成，其正、负极性U50%为为1410kV和和1650kV，保护角保护角 = 16.5 杆塔冲击接地电阻杆塔冲击接地电阻 Ri = 7，避雷线半径，避雷线半径rg=5.5mm，避雷线弧垂，避雷线弧垂fg = 7m ，导线弧垂，导线弧垂fc = 12m。求该线路。求该线路的耐雷水平和雷击跳闸率。的耐雷水平和雷击跳闸率。 输电线路的耐雷水平与雷击跳

55、闸率输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率（1）避雷线的平均高度为：）避雷线的平均高度为： 输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率(m)5 .247325 . 32 . 24 .2332fhhtg（2）导线的平均高度为：）导线的平均高度为：(m)4 .1512324 .2332fhhtc（3）外侧导线所受的过电压较中间导线严重，取外侧导线作）外侧导线所受的过电压较中间导线严重，取外侧导线作为计算条件。双避雷线对外侧导线的耦合系数为：为计算条件。双避雷线对外侧导线的耦合系数为： 输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率23. 06 .116 .1149ln601

56、05 . 55 .242ln603 .131 . 93 .139 .39ln607 . 11 . 97 . 19 .39ln60ln602ln60ln60ln6022322222222121223231313121123130ddrhddddZZZZk（4）查表得电晕修正系数）查表得电晕修正系数k1=1.25，则校正后的耦合系数为：，则校正后的耦合系数为： 输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率287023025101.kkk（5）查表得铁塔单位长度的电感为）查表得铁塔单位长度的电感为0.5H/m，杆塔等值电感为：，杆塔等值电感为：H)(5 .145 . 01 .29tL

57、（6）查表得避雷线的分流系数为：）查表得避雷线的分流系数为：88. 0（7）雷击杆塔时耐雷水平为：）雷击杆塔时耐雷水平为： 输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率(kA)116)6 . 34 .156 . 25 .1488. 0788. 0()287. 01 (14106 . 26 . 2)1 (%501ctihLRkUI%8 . 41P（8）由）由 ，雷电流超过，雷电流超过I1的概率为：的概率为：88)(lgIIIPf（9）绕击率（当）绕击率（当 = 16.5 时）为：时）为： 输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率（10）雷绕击于导线时的耐雷水平

58、为：）雷绕击于导线时的耐雷水平为：%137. 0P(kA)5 .1610016502I（11）雷电流超过）雷电流超过I2的概率为：的概率为：%9 .642P 输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率（12）沿绝缘子串的平均运行电压梯度为：）沿绝缘子串的平均运行电压梯度为：(kV/m)735.572 . 232203inlUE建弧率为：建弧率为：%80)%14735.575 . 4()%145 . 4(75. 075. 0E（13）雷击跳闸率为：）雷击跳闸率为：)/(218. 0%)9 .64%137. 0%8 . 461(8 . 0)5 .2446 .11(28. 0)()

59、4(28. 02121年百公里次PPgPhbnnn由于影响雷电放电的因素很多，防雷保护装置和被保护物由于影响雷电放电的因素很多，防雷保护装置和被保护物所处环境错综复杂，雷电放电本身也具有随机性和分散性，所所处环境错综复杂，雷电放电本身也具有随机性和分散性，所以雷电屏蔽失效（绕击）时有发生。以雷电屏蔽失效（绕击）时有发生。前述计算绕击率的经验公式适于工程简化计算，没有考虑前述计算绕击率的经验公式适于工程简化计算，没有考虑雷击过程，无法解释雷电屏蔽失效现象，特别是在山区的绕击雷击过程，无法解释雷电屏蔽失效现象，特别是在山区的绕击率计算过于粗糙，与实际运行数据相差较大。率计算过于粗糙，与实际运行数据

60、相差较大。绕击是造成绕击是造成500kV及以上电压等级输电线路雷击跳闸的主要原因，及以上电压等级输电线路雷击跳闸的主要原因，对于我对于我国新建的特高压输电工程，雷电绕击问题将显得尤为突出。国新建的特高压输电工程，雷电绕击问题将显得尤为突出。关于绕击的计算模型，国内外的研究主要分为两大类，即关于绕击的计算模型，国内外的研究主要分为两大类，即电气几何模型（电气几何模型（EGM）和和先导发展模型先导发展模型。 高杆塔输电线路的雷电绕击高杆塔输电线路的雷电绕击经典电气几何模型是经典电气几何模型是将雷电的放电特性与线路的将雷电的放电特性与线路的结构尺寸联系起来而建立的一种几何分析计算模型结构尺寸联系起来