防雷工程设计培训第八章电力系统雷电防护

1、第八章电力系统雷电防护1 输电线路的防雷保护措施 输电线路防雷一般采取下列措施 :(1) .防止雷直击导线 沿线架设避雷线,有时还要装避雷针与其配合。在某些情况下可改用电缆线路,使输电线路免受直接雷击 (2 ).防止雷击塔顶或避雷线后绝缘闪络 输电线路的闪络是指雷击塔顶或避雷线时,使塔顶电位升高。为此,降低杆塔的接地电阻,增大耦合系数,适当加强线路绝缘,在个别杆塔上采用线路型避雷器等,是提高线路耐雷水平,减少绝缘闪络的有效措施。(3 ).防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧 当绝缘子串发生闪络后,应尽量使它不转化为稳定的工频电弧,不建立这一电弧,则线路就不会跳闸。适当增加绝缘子片数,减少绝缘子串

2、上工频电场强度,电网中采用不接地或经消弧线圈接地方式,防止建立稳定的工频电弧。(4) .防止线路中断供电 可采用自动重合闸,或双回路、环网供电等措施,即使线路跳闸,也能不中断供电。 2 输电线路的感应雷电过电压（1）感应雷过电压的产生 在雷云接近输电线路上空时,线路正处于雷击与先导通道和地面构成的电场中。由于静电感应,在导线表面电场强度E的切向分量Ex的驱动下,与雷云异号的正电荷被吸引到靠近先导通道的一段导线上排列成束缚电荷,而导线中负电荷则被排斥到导线两侧远方或结中性点逸入大地,或经中性点绝缘的线路泄漏而逸入大地。 由于先导放电的发展速度远小于主放电的速度,上述电荷在导线中的移动较慢,由此引

3、起的电流较小,相应的电压波可忽略不计,可见先导放电阶段,导线仍保持着原有电位。 主放电开始以后,先导通道中的负电荷自下而上被迅速中和,由雷击所造成的静电场突然消失,于是输电线路上的束缚电荷就变成了自由电荷,所形成的电压波迅速向线路两侧传播。这种因先导通道中电荷突然中和而引起的感应过电压称为感应雷击过电压的静电分量。 当发生主放电时,伴随着雷电流冲击波,在放电通道周围空间产生强大的脉冲磁场,它的磁通若有与导线相交链的情况,就会在导线中感应出一定的电压, 称为感应雷击过电压的电磁分量。由于主放电通道与导线基本上是互相垂直的,所以电磁分量较小,通常只要考虑其静电分量。感应雷过电压形成示意图a 先导放

4、电阶段 b 主放电阶段（2）无避雷线时的感应雷过电压 根据理论分析与实测结果,有关规程建议,当雷击点与电力线路之间的水平距d65 m时, 导线上的感应雷过电压的最大值为25ciIhUd 式中,I为雷电流幅值(kA);hc为导线对地的平均高度(m);d为雷击点与线路之间的水平距离(m) 。注意到雷击地面被击点的自接地电阻较大这一特点,所以最大雷电流幅值小于等于100kA可采用进行估算 . 在d50m以内的雷将被线路吸引而击中线路本身。当雷直击于导线以外的任何位置而不产生反击时,由于空中电磁场的变化,将会在导线上产生很高的感应雷过电压。 研究指出,它与导线的平均高度成正比,当无避雷线时,对一般高度

5、的线路可用下式计算感应雷过电压最大值。 ci cUah 式中,a为感应过电压系数,单位kV/m,在数值上等于雷电流的时间陡度平均值,即aI/ 2.6 (时间陡度单位为kV/s) 。(3)有避雷线时的感应雷过电压 当导线上方挂有接地的避雷线时,由于先导电荷产生的电力线有一部分被避雷线截住, 即避雷线的屏蔽作用, 因而导线上感应的束缚电荷减少,相应的感应电压也减少。 若设避雷线与导线一样未接地,其感应雷击过电压分别为 但实际上避雷线是通过每杆塔接地的,其电位为零。这可以设想为在避雷线上又叠加了一个“ ”的感应电,它将在导线上产生一个耦合电压“ ”,这时导线上的实际感应雷过电压应为 i gU i c

6、U i gU 0i gk U 001gi ci ci gi cchUUk UUkh 式中, k0为避雷线与导线间的几何耦合系数。可以看出,由于避雷线的屏蔽作用,导线上的感应雷击电压有所降低,降低的数值与k0值有关,线间距离越近,k0值愈大,感应过电压值愈低。 3. 输电线路直击雷过电压 输电线路的直击雷过电压,以中性点直接接地系统中有避雷线的线路为例进行分析,介绍避雷线对线路防直击雷的作用。其它线路的分析原则与上相同。 雷直击于有避雷线线路的情况可分为三种, 即雷击杆塔塔顶, 雷击挡距中间避雷线, 雷绕过避雷线击于导线称为“绕击”,如图所示。(1) 雷击杆塔塔顶时的过电压 当雷击杆塔塔顶时,雷

7、电流大部分流经被击杆塔及其接地电阻流入大地,小部分电流则经过避雷线由两相邻杆塔入地。从雷击线路接地部分(避雷线、杆塔等)而引起绝缘子串闪络的角度来看,这是最严重的情况,产生的雷电过电压最高。 在工程计算中设雷电流为斜角平顶波,取波前时间T1 =2.6s ,则a =I/2.6,将杆塔总电感和避雷线以集中参数电感Lt 和 Lg 来代替, Ri 为杆塔冲击接地电阻,塔顶电位utop 可由下式计算ttopi ttitdidiuRiLRLdtdt称为杆塔分流系数,值在0.860.92 的范围内 ()2.6ttopiLUI R 无避雷线时, 1,()2.6ttopiLUI R(2) 雷击挡距中央避雷线时的

8、过电压 雷击于挡距中央的避雷线A点如图所示,这是雷击于避雷线最严重的情况,因为这时从两侧杆塔接地点产生的负反射波抵达A点的时间最长。 A点与导线空气间隙绝缘上所承受的最大电压 (1)(1)4ABAgalUUkZkv式中, k为导线与避雷线间的耦合系数。(3) 雷绕过避雷线击于导线时的过电压 线路装设了避雷线,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,也可能引起线路绝缘子串的闪络。 为雷电通道的波阻抗, 为雷击点两边导线的并联波阻抗 0Z/2Z0400 ,200ZZ则雷击点电压AU2AIU1002ZI 4 发电厂和变电所的防雷保护 发电厂和变电所的雷害事故来自两

9、个方面: 一是雷直击于发电厂、变电所; 二是雷击输电线路产生的雷电波沿线路侵入发电厂和变电所。 对直击雷的防护一般采用避雷针或避雷线。 对雷电侵入波防护的主要措施是阀式避雷器限制过电压幅值,同时辅之以相应措施,以限制流过阀式避雷器的雷电流和降低侵入波的陡度。 (1) 发电厂、变电所的直击雷保护 为了防止发电厂、变电所遭受直接雷击,需要安装避雷针、避雷线和铺设良好的接地网。 装设避雷针(线)应该使发电厂、变电所的所有设备和建筑物处于保护范围内。还应该使被保护物体与避雷针(线)之间留有一定距离, 因为雷直击避雷针(线)瞬间的地电位可能提高。 在避雷针的A 点(高度为h 处)及接地装置的B点将出现电位 和 ,有AuBu0AidiuL hiRdtBiuiR11AUdE22BUdE1