集电线路及升压变电站防雷

1、第1页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四主要内容简介 第4章 集电线路及升压变电站防雷 一、集电线路雷击过电压 二、集电线路的雷击跳闸率 三、集电线路的感应雷过电压四、集电线路的防雷保护措施 五、升压变电站的直击雷保护 六、升压变电站的侵入波保护 七、升压变电站的进线段保护 八、升压变电站变压器的防雷保护 第2页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四一、集电线路的雷击过电压 1、集电线路过电压 （1）集电线路构成简介 构成 第3页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四一、集电线路的雷击过电压 1、集电线路过电压 （1）集电线路构成简介

2、杆塔类型 第4页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四一、集电线路的雷击过电压 1、集电线路过电压 （1）集电线路构成简介 杆塔类型 第5页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四一、集电线路的雷击过电压 1、集电线路过电压 （1）集电线路构成简介 杆塔类型 第6页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四一、集电线路的雷击过电压 1、集电线路过电压 （2）过电压的类型 直击雷过电压 感应雷过电压 （3）防雷技术指标 耐雷水平 ：线路遭受雷击时，线路绝缘所能耐受的不至于引起绝缘闪络的最大雷电流幅值（KA）。衡量防雷性能指标。 雷击跳闸率：雷暴日数

3、Td=40的条件下，每100km的集电线路每年因雷击而引起的跳闸次数，衡量线路防雷性能的综合指标。 第7页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四一、集电线路的雷击过电压 2、集电线路的直击雷情形 第8页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四一、集电线路的雷击过电压 雷击杆塔时的“反击” 塔顶电位 ：分流系数： iL:雷电流当雷击杆塔时，绝大部分雷电流会通过杆塔接地装置流入大地。巨大的雷电流会在杆塔电感和杆塔接地电阻上产生很高的电位，使原来电位为零的接地杆塔带上了高电位，此时杆塔将通过绝缘子串对导线逆向放电，造成闪络。由于这种闪络是由接地杆塔的电位升高所引起的

4、，故又称为“反击”。2、集电线路的直击雷情形 第9页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四一、集电线路的雷击过电压 雷击击杆率 在线路落雷总次数中雷击杆塔的次数与避雷线的根数和经过地区的地形有关。 击杆率：雷击杆塔次数与雷击线路总次数的比值，称为击杆率g2、集电线路的直击雷情形 第10页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四一、集电线路的雷击过电压 雷击避雷线 2、集电线路的直击雷情形 第11页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四一、集电线路的雷击过电压 总结1： 第12页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四一、集电线

5、路的雷击过电压 总结2： 第13页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四一、集电线路的雷击过电压 总结3： 第14页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四一、集电线路的雷击过电压 总结4： 第15页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四一、集电线路的雷击过电压 2、集电线路的直击雷情形 绕击 避雷线对边相导线的保护角第16页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四一、集电线路的雷击过电压 2、集电线路的直击雷情形 绕击时导线上的电压 第17页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四一、集电线路的雷击过电压 2

6、、集电线路的直击雷情形 耐雷水平 第18页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四二、集电线路的雷击跳闸率 1、集电线路直击雷跳闸条件 （1）雷电流超过线路耐雷水平（2）冲击闪络在导线上工作电压的作用下转变成稳定的工频电弧2、 建弧率 建弧率是指冲击闪络转变为稳定工频电弧的概率，用（%）来表示。根据试验运行经验，建弧率（%）可用下式表示式中，E为绝缘子串的平均运行电压梯度（KV/m）第19页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四3、雷击杆塔时的跳闸率 n1 两根避雷线间距离避雷线平均对地高度若击杆率为g，则每100km线路每年雷击杆塔次数为0.28(b+4hs

7、)g次。若雷电流幅值大于雷击杆塔时的耐雷水平I1的概率为P1，建弧率为，则每100km线路每年因雷击杆塔的跳闸次数n1为二、集电线路的雷击跳闸率 第20页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四4、 绕击跳闸率 n2 雷电流幅值超过绕击耐雷水平I2的概率为P2，建弧率为，则每100km线路每年绕击跳闸次数n2为：5、线路雷击跳闸率 n 线路雷击跳闸率只考虑雷击杆塔和雷绕击于导线两种情况。故有避雷线的线路，雷击总跳闸率为：二、集电线路的雷击跳闸率 第21页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四三、集电线路的感应雷过电压 1、感应雷过电压的特点 感应雷过电压的极性

8、与雷电极性相反； 同时存在于三相导线，相间无相位差，只能相地闪络； 幅值一般不超过500KV，35KV以下可能造成闪络。2、感应雷过电压的计算 计算条件： 当雷击点离开线路的距离s大于65m时，根据线路是否架设避雷线，可以分以下两种情况分别计算线路上的感应过电压。第22页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四 导线上方无避雷线： 导线上的感应电压最大值雷击点与线路的垂直距离导线悬挂的平均高度雷电流幅值 导线上方有避雷线： 导线上的感应电压最大值避雷线悬挂的平均高度导线悬挂的平均高度避雷线与导线耦合系数感应过电压降低了！三、集电线路的感应雷过电压 2、感应雷过电压的计算 第23

9、页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四四、集电线路的雷电防护 1、架设避雷线2、降低杆塔接地电阻3、加强线路绝缘4、架设耦合地线5、采用消弧线圈6、装设自动重合闸7、采用不平衡绝缘方式。9、装设避雷器第24页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四五、升压变电站的直击雷保护 1、升压变电站的防雷保护 风电场升压变电站是风电场的枢纽，雷击会引起变压器等重要电气设备绝缘毁坏，造成供电区域内大面积、长时间停电，给国民经济带来严重损失，因此，风电场升压变电站的雷电防护必须十分可靠。升压变电站雷击保护直击雷：入侵波：避雷针或避雷线避雷器；进线段加装辅助防护措施第25页

10、，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四五、升压变电站的直击雷保护 2、升压变电站的防雷等级一类建筑物 （1）年预计雷击次数：等效落雷面积 年均雷电日数 年均落雷密度 校正系数 K=2：旷野的孤立建筑物 K=1.7：金属屋面砖木结构建筑物 K=1.5：河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较低处、地下水露头处、土山顶处、山谷风口处及特别潮湿处建筑物 K=1：其他处第26页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四五、升压变电站的直击雷保护 2、升压变电站的防雷等级一类建筑物 （2）防直击雷关键距离 母线 避雷针构架高避雷针冲击接地电阻避雷针等值电感雷电流避雷针与被保

11、护设备构架间的空气间隙避雷针接地装置与被保护设备接地装置在土壤中间隙雷电流参数：iL=100kA diL/dt=38.5kA/us L=1.55uH/m避雷针电位：Uk=100Rch+60h接地装置电位：Ud=100Rch取空气抗电强度：500kV/m取土壤抗电强度：300kV/mSk0.2Rch+ 0.1h （一般5m）Sd0.3 Rch （一般 3m）第27页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四五、升压变电站的直击雷保护 2、升压变电站的防雷等级一类建筑物 （3）防直击雷实践 对110kV及以上的配电装置，由于电气设备的绝缘水平较高，可将避雷针装设在配电装置的架构或房顶

12、上，但在土壤电阻率较大的地区（1000m），宜装设独立避雷针。湖北500kV咸宁变电站主变高压侧引线构架避雷针湖北500kV咸宁变电站主控通信楼独立避雷针第28页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四五、升压变电站的直击雷保护 2、升压变电站的防雷等级一类建筑物 （3）防直击雷实践 66kV的配电装置，允许将避雷针装设在配电装置的架构或房顶上，但在土壤电阻率500m的地区，宜装设独立避雷针。 35kV及以下配电装置架构或房顶上不宜装设避雷针。 变压器的绝缘较弱，又是变电站中最贵重的设备，所以变压器的门型架构上，不宜装设避雷针（线）。发电厂的主厂房一般不装设避雷针，以免发生感应

13、或反击使继电保护误动作或造成绝缘损坏。第29页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四六、升压变电站的侵入波防护 1、雷电侵入波防护 安装避雷器限制雷电过电压正确选择避雷器的型号、参数；合理地确定避雷器接线；限制雷电波陡度及流过避雷器雷电流幅值第30页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四六、升压变电站的侵入波防护 2、避雷器的防护距离 雷电冲击波避雷器的防护距离 雷电波沿变电站进线侵入，避雷器连接点距离变压器连接点的最大允许电气距离，称为避雷器的防护距离。第31页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四七、升压变电站的进线段保护 1、进线段保

14、护的作用和机理 变电站的进线段保护的作用是限制流经避雷器的雷电流和限制侵入波的陡度。 为使避雷器能可靠地保护变压器，还必须设法限制侵入波陡度，同时，应限制流过避雷器的雷电流的大小，以降低残压，尤其是不能超过避雷器的额定通流能力，否则避雷器就会烧坏。 雷电侵入波沿导线传播时有损耗。可以在变电站进线段，即距变电站12km的这段线路上加强防雷保护。第32页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四七、升压变电站的进线段保护 2、进线段的耐雷水平 在靠近变电站1km2km的一段进线上加强防雷保护措施，即进线段保护。当线路全线无避雷线时，这段线路必须架设避雷线；当线路全线有避雷线时，也将变

15、电站附近2km长的一段进线列为进线保护段，进线保护段应具有较高的耐雷水平。 第33页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四七、升压变电站的进线段保护 3、进线段防雷保护实践 （1）对三芯电缆，末端的金属外皮应直接接地。对单芯电缆，因为不许外皮流过工频感应电流而不能两端同时接地，且需限制末端形成很高的过电压，所以应经金属氧化物电缆护层保护器（FC）或保护间隙（FG）接地。 第34页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四七、升压变电站的进线段保护 3、进线段防雷保护实践 （2） 35110kV无避雷线线路的进线段保护段（3） 35kV小容量变电站进线段的简易保护

16、:由于35kV小容量变电站范围小、接线简单，避雷器距变压器的电气距离一般在10m以内，故允许有较高的侵入波陡度。第35页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四七、升压变电站的进线段保护 3、进线段防雷保护实践 （2） 容量小于3150kVA变电站进线段保护500KV 线路避雷器220KV 母线避雷器第36页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四八、升压变电站变压器的防雷保护 1、三绕组变压器侵入波过电压及防护高、低压侧断路器均闭合，都有避雷器，任一侧沿线路侵入雷电波都不会对另一侧绝缘造成威胁低压侧可能开路，且对地电容小，当高压或中压有雷电波侵入，低压侧过电压

17、，绝缘易损坏，需在一相绕组出口装设避雷器；低压绕组外接25m以上的全金属外皮电缆线路时，对地电容足以限制感应过电压，无需安装避雷器中压绕组可能开路运行，其绝缘水平较高，不需要装设避雷器；高、中压变比很大，中压绕组的绝缘水平比高压绕组低得多时，需要装设避雷器双绕组三绕组：正常运行 三绕组：特殊运行第37页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四八、升压变电站变压器的防雷保护 2、自耦变压器侵入波过电压及防护 自耦变压器当低压侧开路运行时，不论雷电波从高压端或中压端侵入，都会经过高压或中压与低压绕组之间的静电耦合，使开路的低压绕组出现很高的过电压，危及低压绕组绝缘。 由于静电分量使

18、低压三相电位同时升高，所以只要在任意一相低压绕组出线端对地装一台避雷器，就可以限制其过电压，保护三相低压绕组。第38页，共42页，2022年，5月20日，14点36分，星期四八、升压变电站变压器的防雷保护 3、变压器中性点防护 中性点3560 kV： 100154 kV： 110 kV：中性点不接地或通过电感线圈接地，三相雷电波入侵时，中性点电位达绕组首端2倍，但三相入侵波概率极小，因此中性点不安装保护中性点经消弧线圈接地，变压器全绝缘线路上架有避雷线，三相进波 概率小，中性点不安装保护其他类型变电站与变压器中性点绝缘水平相关：分级绝缘：用与中性点绝缘同等级的避雷器保护；全绝缘：中性点一般不需要保护。 单进线单台变压器：中性点需要装避雷器且冲击放电电压