电力系统防雷保护

1、第三篇电力系统过电压与绝缘配合第八章 电力系统防雷保护8.1 输电线路的防雷保护电力系统的防雷保护包括了线路、变电所、发电厂等各个环节。8.1 输电线路的防雷保护一、输电线路耐雷性能的若干指标 二、输电线路的感应雷过电压三、输电线路直击雷过电压8.1 输电线路的防雷保护输电线路的耐雷性能和所采用防雷措施效果在工程上用耐雷水平和雷击跳闸率来衡量 一、输电线路耐雷性能的若干指标8.1 输电线路的防雷保护（1）耐雷水平耐雷水平是指雷击线路时，其绝缘尚不至于发生闪络的最大雷电流幅值，单位为kA。 我国标准规定的各级电压线路应有的耐雷水平值见下表： 8.1 输电线路的防雷保护（2）雷击跳闸率雷击跳闸率是

2、指折算为统一条件（规定每年40个雷电日和100km的线路长度）下，因雷击而引起的线路跳闸的次数。单位为“次/(100km40雷暴日)”。由冲击闪络转变成稳定工频电弧的概率为建弧率( ),它与沿绝缘子串或空气间隙的平均运动电压梯度有关。可由下式求得 8.1 输电线路的防雷保护线路雷害事故发展过程及防护措施 只要能设法制止上述发展过程中任一环节的实现，就可避免雷击引起长时间停电事故。8.1 输电线路的防雷保护输电线路防雷措施防止雷直击导线防止雷击塔顶或避雷线后引起绝缘闪络防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧防止线路中断供电8.1 输电线路的防雷保护 雷击输电线路过电压分类： 感应雷过电压、直击雷过电

3、压8.1 输电线路的防雷保护（1） 感应雷过电压的产生（静电感应和电磁感应）二、输电线路的感应雷过电压8.1 输电线路的防雷保护（2） 无避雷线时的感应雷过电压规程建议：当雷击点与电力线路之间的水平距离d65m时，导线上的感应雷过电压的最大值为雷击点接地电阻较大，最大雷电流幅值可采用I100kA进行估算感应雷过电压极性与雷云的极性相反相邻导线同时产生相同极性的感应雷过电压，因此相间不存在电位差，只存在对地闪络的可能，但如果两相或三相同时对地闪络，就会转化为相间闪络事故在d50m以内雷将被线路吸引而击中线路本身8.1 输电线路的防雷保护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

4、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，对一般高度的线路可用下式计算感应雷过电压最大值： a为感应过电压系数（kV/m），数值上等于雷电流的时间陡度平均值，即aI/2.6（kV/s）8.1 输电线路的防雷保护（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，因而导线上的感应束缚电荷减少，相应的感应电压也减少。导线上的实际感应雷过电压为8.1 输电线路的防雷保护三、输电线路直击雷过电压8.1 输电线路的防雷保护（1） 雷击杆塔塔顶时的过电压和耐雷水平-反击8.1 输电线

5、路的防雷保护塔顶电位幅值导线电位幅值线路绝缘子串上两端电压感应雷过电压避雷线在导线上感应电压8.1 输电线路的防雷保护耐雷水平 有避雷线 无避雷线工程实用中往往以降低Ri和提高k值作为提高输电线路耐雷水平的主要途径8.1 输电线路的防雷保护击杆率：雷击杆塔次数与雷击线路总数的比值。8.1 输电线路的防雷保护2. 雷击避雷线档距中央时的过电压8.1 输电线路的防雷保护流入雷击点的雷电流波为雷击点的电压取雷电流为斜角波头：iL=at雷击处避雷线与导线间的空气间隙上所承受的最大电压计算跳闸率不考虑这种情况8.1 输电线路的防雷保护3. 雷绕过避雷线击于导线时的过电压-绕击8.1 输电线路的防雷保护流

6、经雷击点的雷电流波为导线上电压为幅值绕击时耐雷水平8.1 输电线路的防雷保护雷闪绕过避雷线直接击中导线的概率，称为绕击率P。 P之值与避雷线对边相导线的保护角、杆塔高度ht及线路通过地区的地形、地貌等因素有关。平原线路山区线路 8.1 输电线路的防雷保护有避雷线线路雷击跳闸率的计算（每100km）（1）雷击杆塔时的跳闸率（反击率）（2）绕击跳闸率（绕击率）（3）线路的雷击跳闸率 次/100km年 P1雷电流幅值超过I1的概率P2雷电流幅值超过I2的概率8.1 输电线路的防雷保护1. 架设避雷线2. 降低杆塔接地电阻3. 架设耦合地线4. 采用不平衡绝缘的方式5. 自动重合闸6. 采用消弧线圈接

7、地方式7. 架设线路避雷器8. 加强绝缘8.2 发电厂和变电所的防雷保护线路的雷害事故往往只导致电网工况的短时恶化；变电所的雷害事故就要严重得多，往往导致大面积停电。变电设备的内绝缘水平往往低于线路绝缘，而且不具有自恢复功能，一旦发生击穿，后果十分严重。变电所的防雷保护与输电线路相比，要求更严格、措施更严密、可靠。 变电所中出现的雷电过电压的两个来源： 雷电直击变电所； 沿输电线入侵的雷电过电压波。 8.2 发电厂和变电所的防雷保护一、 发电厂、变电所的直击雷保护二、 发电厂、变电所的雷电侵入波保护8.2 发电厂和变电所的防雷保护一、 发电厂、变电所的直击雷保护发电厂、变电所必须装设避雷针或避

8、雷线对直击雷进行保护。按安装方式的不同，避雷针装设分为独立避雷针和构架避雷针两类。注意对绝缘水平不高的35kV以下的配电装置，构架避雷针容易导致绝缘闪络(反击)。 8.2 发电厂和变电所的防雷保护 变电所的直击雷防护设计内容主要是选择避雷针的支数、高度、装设位置、验算它们的保护范围、应有的接地电阻、防雷接地装置设计等。为了防止反击，要求被保护物体和避雷针在空气之中和地下接地装置之间要有足够的距离。8.2 发电厂和变电所的防雷保护 为了防止避雷针对保护物体反击，其空气间距d1应满足下式要求：为了防止避雷针接地装置与变电所接地网之间因土壤击穿而连在一起，地下距离d2亦应满足下式要求独立避雷针应有的

9、空气间隙8.2 发电厂和变电所的防雷保护二、 发电厂、变电所的雷电侵入波保护装设避雷器是变电所对入侵雷电过电压波进行防护的主要措施，它的保护作用主要是限制过电压波的幅值。但是还需要有“进线段保护”与之配合。避雷器的保护作用基于三个前提： 它的伏秒特性与被保护绝缘的伏秒特性有良好的配合 它的伏安特性应保证其残压低于被保护绝缘的冲击电气强度 被保护绝缘必须处于该避雷器的保护距离之内。8.2 发电厂和变电所的防雷保护（1）避雷器与被保护设备连接一点8.2 发电厂和变电所的防雷保护（2）避雷器与被保护设备不在一点8.2 发电厂和变电所的防雷保护被保护绝缘与避雷器间的电气距离越大、进波陡度a越大，电压差

10、值 也就越大。8.2 发电厂和变电所的防雷保护绝缘冲击耐压水平应满足： 阀式避雷器的保护距离： K为变电所出线修正系数避雷器具体安装点选择原则：“确保重点、兼顾一般”。在诸多的变电设备中，需要确保的重点无疑是主变压器，应尽可能把阀式避雷器装得离主变压器近一些。8.2 发电厂和变电所的防雷保护（3）变电所的进线段保护保证在靠近变电所的一段不长(一般为l2km)的线路上不出现绕击或反击。对于那些未沿全线架设避雷线的35kV及以下的线路来说，首先在靠近变电所(l 2km)的线段上加装避雷线，使之成为进线段；对于全线有避雷线的110kV及以上的线路，将靠近变电所的一段长2km的线路划为进线段。在进线段

11、上, 加强防雷措施、提高耐雷水平。8.2 发电厂和变电所的防雷保护进线段的作用： 雷电过电压波在流过进线段时因冲击电晕而发生衰减和变形，降低了波前陡度和幅值； 限制流过避雷器的冲击电流幅值 8.2 发电厂和变电所的防雷保护行波行进l距离后冲击电晕使波前拉长，波前时间8.2 发电厂和变电所的防雷保护流过避雷器的冲击电流Ub阀式避雷器的残压，kV变压器的防雷保护一、三绕组变压器的防雷保护二、自耦变压器的防雷保护三、变压器中性点的保护8.2 发电厂和变电所的防雷保护一、三绕组变压器的防雷保护高压侧有雷电过电压波时，通过绕组间的静电耦合和电磁耦合，低压侧出现一定过电压。在任一相低压绕组加装阀式避雷器。

12、 二、自耦变压器的防雷保护高压侧进波时，应在中压断路器QF2的内侧装设一组阀式避雷器（图中的FV2）进行保护，中压侧进波时，在高压断路器 QF1的内侧也应装设一组避雷器 （图中的F1）进行保护。 当中压侧接有出线时，还应在AA之间再跨接一组避雷器（图中的FV3）。 自耦变压器典型的保护接线三、变压器中性点的保护110kV及以上的中性点有效接地系统 1、中性点为全绝缘时，一般不需采用专门的保护。但在变电所只有一台变压器且为单路进线的情况下，仍需在中性点加装一台与绕组首端同样电压等级的避雷器。 2、当中性点为降级绝缘时，则必须选用与中性点绝缘等级相当的避雷器加以保护，同时注意校核避雷器的灭弧电压 35kV及以下的中性点非有效接地系统 变压器的中性点都采用全绝缘，一般不设保护装置。小结变电所的直击雷防护设计内容主要是选择避雷针