电力系统防雷保护课件

第七章电力系统防雷保护

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。

第七章电力系统防雷保护1雷击输电线路的方式大气过电压：直击雷过电压：①、②、

③感应雷过电压：④、②、①其中④只对35KV以下线路有危害大气过电压带来的后果：发生短路接地故障雷电波侵入变电所，破坏设备绝缘，造成停电事故衡量线路防雷性能的优劣：耐雷水平：线路遭受雷击所能耐受不至于引起闪络的最大雷电流（kA）雷击跳闸率：每100km线路每年因雷击引起的跳闸次数雷击输电线路的方式大气过电压：2一、输电线路的感应过电压

1、雷击线路附近大地时静电感应电磁感应一、输电线路的感应过电压

1、雷击线路附近大地时静电感应3感应过电压-静电感应分量在雷电放电的先导阶段（假设为负先导），线路处于雷云及先导通道与大地构成的电场之中。由于静电感应，最靠近先导通道的一段导线上感应形成束缚电荷主放电开始以后，先导通道中的负电荷自下而上被迅速中和。相应电场迅速减弱，使导线上的正束缚电荷迅速释放，形成电压波向两侧传播由于主放电的平均速度很快，导线上的束缚电荷的释放过程也很快，所以形成的电压波u＝iZ幅值可能很高。这种过电压就是感应过电压的静电分量感应过电压-静电感应分量在雷电放电的先导阶段（假设为负先导）4感应过电压-电磁感应分量在主放电过程中，伴随着雷电流冲击波，在放电通道周围空间出现甚强的脉冲磁场，其中一部分磁力线穿过导线－大地回路，产生感应电势，这种过电压为感应过电压的电磁分量感应过电压-电磁感应分量在主放电过程中，伴随着雷5感应过电压计算无避雷线时感应过电压为导线越高，感应过电压越高。hd_——导线悬挂的平均高度。S——雷击点与线路的垂直距离。一般Ug«500kV，在110kV线路上不引起闪络。感应过电压计算无避雷线时感应过电压为导线越高，感应过电压越6避雷线对感应过电压的屏蔽作用2）避雷线接地时：实际上，避雷线与大地连接保持地电位，电位为0，可以假设为避雷线上再叠加了-Ugb的感应电压-Ugb在导线上耦合电压为-KUgb导线上的实际感应电压1）避雷线不接地时：即避雷线的屏蔽效应使导线上的感应电荷减少，感应电压降低了（1－K）倍避雷线对感应过电压的屏蔽作用2）避雷线接地时：1）避雷线不接72、雷击塔顶时的感应过电压（S<65m）雷击塔顶时迅速向上发展的主放电引起周围空间电磁场的突然变化，会在导线上感应出与雷电流极性相反的电压，以静电感应分量为主无避雷线时:有避雷线时，导线上的感应过电压由于屏蔽效应，感应电压降低了（1－K）倍2、雷击塔顶时的感应过电压（S<65m）雷击塔顶时迅速向上发8第7章电力系统防雷保护课件9二、输电线路直击雷过电压和耐雷水平

1、雷击杆塔塔顶：雷击塔顶时雷电流可通过下列途径的分流：避雷线杆塔闪络后相导线也可分流反击二、输电线路直击雷过电压和耐雷水平

1、雷击杆塔塔顶：雷击10第7章电力系统防雷保护课件11雷击塔顶的过电压分析波头部分塔顶电位塔顶电位幅值雷击塔顶的过电压分析波头部分122、雷击杆塔时导线的电位避雷线耦合到导线上的电位：u1=kutd(避雷线与塔顶电位相同)(k-几何耦合系数)雷击塔顶时雷电先导在导线上的的感应电位：

U2=-αhd(1-k)

U2为负的理由：雷电先导在导线上产生感应过电压的极性（感应出正电荷）与流入杆塔中的电流极性相反导线电位2、雷击杆塔时导线的电位避雷线耦合到导线上的电位：u1=ku13绝缘子串的作用电压:

Uj=塔顶电位Utd

–导线电位Ud

=Utd

–KUtd+αhd(1-k)=(Utd+αhd)(1-K)=[βIL(Rch+Lgt/2.6)+ILhd

/2.6](1-K)=IL[β(Rch+Lgt/2.6)+

hd

/2.6](1-K)3、绝缘子串上作用的过电压绝缘子串的作用电压:3、绝缘子串上作用的过电压144、线路绝缘子耐雷水平当作用在线路绝缘子上的电压Uj>绝缘子串冲击闪络电压Uj50%绝缘子将发生闪络，由于塔顶电位高于导线电位，闪络将从杆塔向导线发展，故称为反击。耐雷水平:雷击杆塔时绝缘子串上承受最大雷电冲击电压所对应的雷电流:4、线路绝缘子耐雷水平当作用在线路绝缘子上的电15反击耐雷水平与导线－地线间的耦合系数k，杆塔分流系数β，杆塔冲击接地电阻Rch，杆塔等值电感Lgt以及绝缘子串的50％放电电压Uj50％等因素有关还必须考虑工频电压的作用以及触发相位距离远，耦合系数小，一般以外侧或下方导线计算通常以降低Rch，提高k为提高反击耐雷水平的主要手段提高耦合系数K的方法:1)将单避雷线改成双避雷线2)在导线下放增设架空地线(耦合地线),也起到分流作用反击耐雷水平与导线－地线间的耦合系数k，杆塔分流系数β，杆塔16反击耐雷水平35kV:20-30kA110kV:40-75kA220kV:75-110kA330kV:100-150kA500kV:125-175kA反击耐雷水平35kV:20-30kA172.雷击避雷线档距中央避雷线雷击点A的电压：Z0Zb/2Aig彼得逊法则2.雷击避雷线档距中央避雷线雷击点A的电压：Z0Zb/2Ai18第7章电力系统防雷保护课件19电力系统多年的运行经验表明，间距只要满足上式要求，雷击档距中央避雷线时，导线与避雷线间一般不会发生闪络。所以，在计算雷击跳闸率时，不计及这种情况。规程规定：对于一般档距的线路，如果档距中央处导线、避雷线之间的空气距离满足下述经验公式，则一般不会出现击穿事故：假设雷击A点开始（t=0）电力系统多年的运行经验表明，间距只要满足上式要20高电压技术3.雷绕过避雷线击于导线的过电压及耐雷水平

此时，避雷线只起到降低绕击率的作用：平原线路：山区线路：

装设避雷线的线路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，则往往会引起线路绝缘子的闪络。高电压技术3.雷绕过避雷线击于导线的过电压及耐雷水平此时21第7章电力系统防雷保护课件227.3、架空输电线路的雷击跳闸率及防雷措施建弧率：当雷电流超过线路耐雷水平时,线路绝缘发生闪络,雷电流经闪络通道入地,时间在几十微秒,线路开关来不及动作.只有当沿闪络通道流过的工频短路电流的电弧持续燃烧时,线路才会跳闸停电.

建弧率̶冲击闪络转为工频电弧的概率:与弧道中的平均电场强度有关,与闪络瞬间工频电压的瞬时值和游离条件有关绝缘子串的平均耐压梯度:

7.3、架空输电线路的雷击跳闸率及防雷措施建弧率：23输电线路的防雷保护措施（一）架设避雷线（屏蔽作用）：引导雷电向避雷线放电，通过杆塔和接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。防止雷直击于导线；对雷电流有分流作用，使塔顶电位下降；对导线有耦合作用，降低雷击杆塔时绝缘子串上电压；对导线有屏蔽作用，可降低导线上感应电压110kV以上应全线架设避雷线保护角：避雷线和外侧导线的连线与垂线之间的夹角，保护角越小，对绕击雷的保护效果越好，110kV:保护角20～30º，500kV负保护角。受杆塔结构的限制。输电线路的防雷保护措施（一）架设避雷线（屏蔽作用）：引导雷电24（二）降低杆塔接地电阻提高线路耐雷水平和减少反击概率的主要措施。杆塔的工频接地电阻一般为10～30Ω。（三）架设耦合地线：

在降低杆塔接地电阻有困难时，在导线下方架设一条接地线。它具有分流作用，又加强了避雷线对导线的耦合。运行经验表明，该措施可降低雷击跳闸率50％左右。（四）采用中性点非直接接地方式中性点非直接接地方式是指输电线路中性点不接地或经消弧圈接地方式。线路越长、接地电流就越大，以致完全有可能使接地电弧不能自行熄灭而引起线路跳闸。为降低接地电流，可在中性点加装消弧线圈，以使接地相电流中增加一个感性分量，它和装设消弧线圈前的电容性分量相抵消，减少了接地相电流

和降低雷击跳闸率。（二）降低杆塔接地电阻提高线路耐雷水平和减少反击概率的25（五）加强绝缘由于输电线路个别地段需采用大档距跨越杆塔，也就增加了杆的落雷机会。高塔落雷时塔顶电位高，感应过电高，而且受绕击的概率也较大。为降低线路跳闸率，可以增加绝缘子串片数，加大大档距跨越避雷线与导线之间的距离，以加强线路绝缘。在35kV以下线路可采用磁横担等冲击闪络电压较高的绝缘子串来降低雷击跳闸。(六)自动重合闸由于雷击造成的闪络大多数能在跳闸后自动恢复绝缘性能，因此重合闸成功率较高。据统计，我国110kV及以上高压线路重合成功率为75%~95%，35kV及以下线路约为50%~80%。因此各电压等级线路应尽量装设自动重合闸。（五）加强绝缘26良好的伏秒特性，实现合理的绝缘配合良好的绝缘强度自恢复能力，利于快速切断工频续流，使电力系统得以继续运行硅橡胶护套氧化锌线路避雷器已取得良好应用效果

日本总结77kV各种防雷措施效果的统计结果：增加绝缘、架设耦合地线、减少杆塔接地电阻，可使雷击跳闸次数分别降至62%、56%、45%，安装氧化锌线路避雷器后可消除雷击跳闸事故安装线路避雷器的基本要求：良好的伏秒特性，实现合理的绝缘配合安装线路避雷器的基本要求：27线路避雷器的应用线路避雷器的投资较大，难以普遍采用建议优先安装在下列条件杆塔：山区线路易击段、易击点的杆塔山区线路接地电阻超过100Ω且发生过闪络的杆塔水电站升压站出口线路接地电阻大的杆塔大跨越高杆塔多雷区双回线路易击段、易击点的一回线路上线路避雷器的应用线路避雷器的投资较大，难以普遍采用28线路避雷器的发展美国：美国AEP和GE公司1980年开始研制线路防雷用合成绝缘ZnO避雷器，1982年10月有75只在138kV线路上投入试运行。运行表明在装有避雷器的被保护线段没有出现绝缘子串的闪络。法国：1998年开始在63kV和90kV线路安装避雷器日本：1981－1983年研制出无间隙的77kV合成绝缘避雷器。1986年5月开始在雷电活动特别严重地区的输电线路上安装。线路没有出现任何事故，而没有安装避雷器的线路则仍有故障出现。线路避雷器的发展美国：美国AEP和GE公司1980年开始研制29线路避雷器的发展日本：1988年275kV合成绝缘线路避雷器研制成功，1988年12月开始在投入运行。500kV线路避雷器1990年开发出来，1990年在双回线路的一回线路上投入运行。到1999年1月已有不同电压等级的47000多只线路避雷器在运行中，其中99%是带串联外间隙的，在各种电压等级的线路上都有成功动作的记录。俄罗斯：80年度中已研制出110－1150kV系列合成套避雷器，主要是用于一般超高压输电线路和紧凑型输电线路深度限制操作过电压线路避雷器的发展日本：1988年275kV合成绝缘线路避雷器30线路避雷器应用线路避雷器应用31线路避雷器应用线路避雷器应用32中国线路避雷器的应用中国线路避雷器的应用33悬挂式避雷器应用于变电站悬挂式避雷器应用于变电站34线路避雷器应用于室内变电站入口处线路避雷器应用于室内变电站入口处3535kV无间隙线路避雷器35kV无间隙线路避雷器36220kV线路避雷器220kV线路避雷器37220kV线路避雷器220kV线路避雷器38110kV带分离间隙的线路避雷器110kV带分离间隙的线路避雷器398.2变电所的防雷保护发电厂、变电所遭受雷害可能来自两方面：雷直击于发电厂、变电所；雷击线路，沿线路向发电厂、变电所入侵的雷电波。8.2变电所的防雷保护发电厂、变电所遭受雷害可能来自两方面408.1发电厂、变电所的直击雷保护

为了防止雷直击于发电厂、变电所，可以装设避雷针，应该使所有设备处于避雷针保护范围之内，此外，还应采取措施，防止雷击避雷针时的反击事故。K8.1发电厂、变电所的直击雷保护为了防止雷直击41变电构架变电构架42变电构架变电构架43变压器构架变压器构架44

避雷针和其他接地装置上的电位和与冲击接地电阻有关，越小则和越低。K避雷针和其他接地装置上的电位和与45为了防止避雷针与被保护设备或构架之间的空气间隙被击穿而造成反击事故，必须要求大于一定距离，若取空气的平均抗电强度，则应满足：K为了防止避雷针与被保护设备或构架之间的空气间隙46同样，为了防止避雷针接地装置和被保护设备接地装置之间在土壤中的间隙被击穿，必须要求大于一定距离，应满足下式（假设土壤的抗电强度为500kV/m）：在一般情况下，不小于5m，不应小于3m。K同样，为了防止避雷针接地装置和被保护设备接地装置之间47按照安装方式的不同，将避雷针分为：独立避雷针装在配电装置构架上的避雷针（简称构架避雷针）

从经济观点出发希望采用构架避雷针，因为它既能节省支座的钢材，又能省去专用的接地装置,由于变压器的绝缘较弱又是变电所中最重要的设备，故在变压器门型构架上不应装设避雷针；对35KV及以下变电所宜装设独立避雷针，独立避雷针有自己专用的支座和接地装置，其接地电阻一般不超过10。按照安装方式的不同，将避雷针分为：从经济观点48我国规程规定：110KV及以上的配电装置，一般将避雷针装在构架上。但在土壤电阻率的地区，仍宜装设独立避雷针，以免发生反击。35KV及以下的配电装置应采用独立避雷针来保护；60KV的配电装置，在的地区宜采用独立避雷针，在的地区容许采用构架避雷针。

发电厂厂房一般不装设避雷针，以免发生反击事故和引起继电保护误动作。我国规程规定：498.2阀式避雷器保护作用的分析装设阀式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。阀式避雷器的保护作用基于三个前提：(1)它的伏秒特性与被保护绝缘的伏秒特性有良好的配合(2)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 (3)被保护绝缘必须处于该避雷器的保护距离之内8.2阀式避雷器保护作用的分析50避雷器变压器动作前的等值电路动作后的等值电路避雷器变压器动作前的等值电路动作后的等值电路51

变电所中有很多设备，不可能在每个设备旁都装设一组避雷器，一般只在变电所母线上装设避雷器，由于变压器是最重要的设备，因此避雷器应尽可能靠近变压器。这样，避雷器离开变压器和各电气设备都有一段长度不等的距离，当雷电波入侵时，变压器和各电气设备上的电压将与避雷器上电压不相同。

被保护绝缘与避雷器间的电气距离（沿母线和连接线计算的距离）越大，来波陡度越大，电压差值也就越大。

由于避雷器直接接在变压器旁，故变压器上的过电压波形与避雷器上电压相同，若变压器的冲击耐压大于避雷器的冲击放电电压和5KA下的残压（流经避雷器的雷电流一般不超过5KA，故残压的最大值取5KA下的数值），则变压器将得到可靠的保护。变电所中有很多设备，不可能在每个设备旁都装设一组避雷52

由于避雷器与变压器之间有一段距离，绝缘上实际受到的电压波形与残压波形不一样，这是因为母线、连接线等都有某些杂散电感与电容，它们与绝缘的电容C将构成某种振荡回路。其结果是使得绝缘上出现的电压波形由一非周期分量（避雷器工作电阻上的电压）与一衰减性振荡分量组成。这种波形更接近于冲击截波。因此我们常以变压器绝缘承受截波的能力来说明在运行中该变压器承受雷电流的能力。变压器承受截波的能力称为多次截波耐压值。由于避雷器与变压器之间有一段距离，绝缘上实际受到的电53

对于一般变电所的入侵雷电波防护设计主要是选择避雷器的安装位置，其原则是在任何可能的运行方式下，变电所的变压器和各设备距避雷器的电气距离皆应小于最大允许电气距离绝缘的雷电冲击耐压值阀式避雷器的冲击放电电压对于一般变电所的入侵雷电波防护设计主要是选择避雷器的548.3变电所进线段保护8.3.1变电所的进线段保护作用进线段保护的必要性如果当雷击于变电所附近的导线时，流过导线的电流将超过一定值，而且陡度也会超过允许值。因此，必须在靠近变电所的一段进线上采取可靠的防直击雷保护措施，进线段保护是对雷电侵入波保护的一个重要辅助手段。进线段保护

进线段保护是指在临近变电所1~2km的一段线路上加强防雷保护措施。

例如：当线路全线无避雷线时，在1-2km线路上架设避雷线，保护角取20°，使此段线路有较高耐雷水平，并减少由于绕击和反击的概率。这样进入变电所内的侵入波由于线路波阻抗及冲击电晕的作用使通过避雷器雷电流的幅值和陡度都有所降低。8.3变电所进线段保护进线段保护的必要性进线段保护55变电所内设备距避雷器的最大允许距离就是根据进线段以外落雷的条件下求得的，这样就可以保证进线段以后落雷时变电所不会发生事故。1~2kmFZGB2GB1未沿全线架设避雷线的35～110KV线路变电所的进线段保护变电所内设备距避雷器的最大允许距离56FZGB全线架设避雷线的变电所的进线段保护进线段能起两方面的作用：1.进入变电所的雷电过电压波将来自进线段以外的线路，它们在流过进线段时将因冲击点晕而发生衰减和变形，降低了波前陡度和幅值。2.利用进线段来限制流过避雷器的冲击电流幅值。FZGB全线架设避雷线的变电所的进线段保护进线段能起两方面的578.3.2雷电侵入波进线段后的电流和陡度的计算采取进线段保护后，按规程对雷电流幅值和陡度的要求，在最不利的情况下计算雷电流和陡度。（1）进线段首端落雷，流经避雷器电流的计算（2）进入变电所的雷电波陡度的计算8.3.2雷电侵入波进线段后的电流和陡度的计算采取进58（1）进线段首端落雷，流经避雷器电流的计算受线路绝缘放电电压的限制，入侵雷电波的最大幅值为线路绝缘的50％冲击闪络电压，行波在1～2km的进线段来回一次的时间为，它已远超过行波的波前时间（），故避雷器动作后产生的负电压反射波折回雷击点,在雷击点产生的反射波到达避雷器前，流经避雷器前的雷电流已过峰值，因此可以不计这反射波及其以后过程的影响。（1）进线段首端落雷，流经避雷器电流的计算59进线保护的作用限制流过避雷器的雷电流幅值例如，对于220kV线路，取U50%=1200kV，Z=400Ω，Ubm=664kV，则：高电压技术进线保护的作用限制流过避雷器的雷电流幅值例如60安装GB2的原因这是因为线路断路器隔离开关在雷雨季节可能经常开断而线路侧又带有工频电压（热备用状态），沿线袭来的雷电波（其幅值）传到开路端，由于开路反射电压要上升到，这时可能使开关绝缘对地放电并引起工频短路，将断路器或隔离开关的绝缘支座烧毁，为此在靠近隔离开关或断路器处装设一组管型避雷器GB2。在断路器闭合运行时雷电侵入波不应使GB2动作，如GB2在断路器闭合运行时侵入波使之放电，则将造成截波，可能危及变压器纵绝缘与相间绝缘。若缺乏适当参数的管型避雷器，则GB2可用阀型避雷器代替。1~2kmFZGB2GB1保护断路器限制侵入波的幅值安装GB2的原因1~2kmFZGB2GB1保护断路器限制侵61（2）进入变电所的雷电波陡度的计算在最不利的情况下，出现在进线段首端的入侵雷电波的最大幅值为线路绝缘的50％冲击闪络电压且具有直角波头。已大大超过导线的临界电晕电压，因此在入侵雷电波作用下，导线将发生冲击电晕，于是直角波头的雷电波自进线段首端向变电所传播的过程中，波形将发生变形，波头变缓。相应的波前陡度为1~2kmFZGB2GB1Ahd-进线段的平均对地高度进波的空间陡度（2）进入变电所的雷电波陡度的计算1~2kmFZGB2GB1628.3.335KV小容量变电所的简化进线保护对于35KV小容量变电所，可根据变电所的重要性和雷电活动强度等情况来采取简化的进线保护。35KV小容量变电所范围小，避雷器距变压器的距离一般在10m以内，侵入波陡度允许增加，故进线长度可以缩短到500～600m，为了限制流入变电所阀型避雷器的雷电流，在进线首端可装设一组管型避雷器或保护间隙。500－600mFZGB2GB18.3.335KV小容量变电所的简化进线保护对于363

35～110KV变电所，若进线装设避雷线有困难或进线段杆塔接地电阻难于下降，不能达到要求的耐雷水平，可在进线的终端杆上安装一组左右的电抗线圈来代替进线段，此电抗线圈既能限制流过避雷器的雷电流又能限制入侵波陡度。FZGB135～110KV变电所，若进线装设避雷线有困难或进线648.4变压器的防雷保护8.4.1三绕组变压器的防雷保护

当三绕组变压器的高压侧或中压侧有雷电过电压波袭来时，通过绕组间的静电耦合和电磁耦合，其低压绕组上会出现一定的过电压，最不利的情况是低压绕组处于开路状态，这时静电感应分量可能很大而危及绝缘，考虑到这一分量将使低压绕组的三相导线电位同时升高，所以只要在任一相低压绕组出线端加装一只该电压等级的阀型避雷器，就能保护好三相低压绕组。中压绕组虽也有开路运行的可能，但其绝缘水平较高，一般不需加装避雷器来保护。8.4变压器的防雷保护当三绕组变压器的高压侧或中压侧658.4.2自耦变压器的防雷保护

自耦变压器一般除了高、中压自耦绕组外，还有三角形接线的低压非自耦绕组。在运行中，可能出现高、低压绕组运行、中压绕组开路和中、低压绕组运行、高压绕组开路的情况。由于高、中压自耦绕组的中性点均直接接地，因而在高压侧进波时，自耦绕组各点的电压初始分布、稳态分布和各点最大电压包络线均与中性点接地的单绕组相同，在开路的中压侧端子上可能出现的最大电压为高压侧电压的倍，（k为高中压绕组的变比）因而有可能引起处于开路状态的中压侧套管的闪络，为此应在中压断路器QF2的内侧装设一组阀型避雷器FV2，进行保护。电压初始分布最大电压包络线电压稳态分布8.4.2自耦变压器的防雷保护自耦变压器一般除了高、66第7章电力系统防雷保护课件67

当中压侧进波时（幅值为），自耦绕组各点的电压分布如下图，由中压端到开路的高压端之间的电压稳态分布是由中压端到中性点之间的电压稳态分布的电磁感应所产生的，高压端的稳态电压为。在振荡过程中，点的最大电压可达。因而将危及高压侧绝缘，为此在高压断路器QF1的内侧也应装设一组避雷器（FV1）进行保护。当中压侧进波时（幅值为），自耦绕组各点68

此外，还须注意的情况：当中压侧接有出线时（相当于点经线路波阻抗接地），如高压侧有过电压波入侵，点的电位接近于零，大部分过电压将作用在一段绕组上，这显然是危险的，同样地，高压侧接有出线时，中压侧进波也会造成类似的结果。显然，绕组越短（变比k越小），危险性越大。一般在时，还应在之间再跨接一组避雷器（FV3）。此外，还须注意的情况：69变压器的中性点保护在中性点直接接地的系统中，为减少单相接地的短路电流，有部分变压器的中性点改为不接地运行。这时，变压器的中性点需要保护。①全绝缘：中性点处的绝缘水平与相线端的绝缘水平相等。此时，中性点一般不需保护。若变电所为单台变压器且为单路进线运行时，在三相同时进波的情况下，中性点的对地电位会超过首端的对地电位。这种情况虽属少见，但需在中性点加装一个与首端有同等电压等级的避雷器。②分级绝缘：中性点处的绝缘水平低于相线端的绝缘水平。应选用与中性点绝缘等级相同的避雷器进行保护，但要注意校验避雷器的灭弧电压，它始终大于中性点可能出现的最高工频电压。高电压技术变压器的中性点保护在中性点直接接地的系统中，为70配电变压器的防雷保护避雷器的接地线与变压器金属外壳、低压侧中性点连在一起接地避雷器尽量靠近变压器，尽量减小连接线的长度如低压侧线路落雷，作用在低压侧的冲击电压按变比感应到高压侧，由于低压侧绝缘裕度比高压侧大，故有可能在高压侧引起先击穿，这个过程叫做“正变换”。为了防止正反变换出现的过电压，可在低压侧每相上装一只避雷器，使配电变压器的防雷保护得以改善。高压侧遭雷击，避雷器动作，作用于低压绕组的电流通过电磁耦合又变换到高压侧的过程叫做“反变换”。高电压技术配电变压器的防雷保护避雷器的接地线与变压器金属外壳、低压侧71

35KV及以下中性点雷害之所以较少是由于以下几方面的原因：流过避雷器的雷电流小于5KA，一般只有1.4~2.0KA,此时避雷器的残压与5KA时的残压相比减小了20％左右。实际上变电所进线不只一条，它是多路进线，一条线路的来波可由其他线路流走一部分雷电流，这样就进一步减少了流经避雷器中的雷电流；大多数来波是从线路远处袭来的，由于冲击电晕使波发生衰减变形，其幅值及陡度均很小；变压器绝缘有一定裕度；避雷器到变压器间的距离实际值比允许值近一些；三相来波的概率只有10％，机会不是很多，据统计约15年才有一次。

因此我国有关标准规定，35KV及以下变压器中性点一般不需要保护。35KV及以下中性点雷害之所以较少是由于以下几方面的原因72气体绝缘变电所的防雷保护全封闭SF6气体绝缘变电所（GIS）是除变压器以外整个变电所的高压电力设备及母线，封闭在一个接地的金属壳内，壳内充以(3~4)×1.01325×105Pa大气压的SF6气体作为相间和对地的绝缘。高电压技术气体绝缘变电所的防雷保护全封闭SF6气体绝缘73GIS变电所雷电过电压保护的特点GIS绝缘的全伏秒特性比较平坦，其冲击系数很小，约为1.2~1.3。因此它的绝缘水平主要决定于雷电冲击电压。GIS变电所的波阻抗一般在60~100Ω之间，远比架空线路低，这对变电所的侵入波保护有利。GIS变电所结构紧凑，设备之间的电气距离小，避雷器离被保护设备较近，防雷保护措施比敞开式变电所容易。④GIS绝缘完全不允许电晕，一旦发生电晕，将立即击穿；而且没有自恢复能力。高电压技术GIS变电所雷电过电压保护的特点GIS绝缘的全伏秒特性比较平74发电机经升压变压器与架空线相连接的情况，线路上雷电波经变压器绕组过渡到发电机绕组。发电机和升压变压器低压侧连线过长，为使这段连线不受雷击，需用避雷针进行保护。当雷击避雷针时，将有感应过电压作用于电机绝缘。发电机与负荷相距较近，将电机与架空线直接相连，称之谓直配电机的情况。此时，若雷击于导线或附近地面，将会有大气过电压作用于电机绝缘。8.3旋转电机的防雷保护高电压技术发电机经升压变压器与架空线相连接的情况，线路上雷电波经变压器75旋转电机防雷保护的特点（1）旋转电机在结构和工艺上的特点，它们的冲击绝缘水平要比同电压等级的变压器低得多。（2）电机绝缘特别在导线出槽处，电场极不均匀，故在过电压作用后，会有局部的轻微损伤，使绝缘老化，可能引起击穿。（3）电机绝缘在运行中受机械振动、发热以及局部放电所产生的臭氧的侵蚀，相对变压器的工作条件更为严峻。（4）保护旋转电机用的磁吹避雷器（FCD）的保护性能与电机绝缘水平的配合裕度很小。（5）由于电机绕组的结构布置特点，特别是大容量电机，其匝间电容很小，起不了改善冲击电压分布的作用。为了保证发电机匝间绝缘的安全运行，必须要将入进波陡度限制得很小。高电压技术旋转电机防雷保护的特点（1）旋转电机在结构和工艺76

1.直配电机的防雷保护①每组发电机母线上都装一组FCD型磁吹避雷器，以限制入侵波过电压的幅值。②在发电机电压母线上装设一组并联电容器（电容量为0.25~0.5μF），以限制侵入波陡度。这不但是保护电机匝间绝缘及中性点绝缘的需要，同时也是为了降低感应过电压。③在直配线进线处加装电缆段和管形避雷器等，以限制流过避雷器的雷电流不超过3kA。④发电机中性点有引出线，在中性点加装一只避雷器保护，或者将母线并联电容加大到1.5~2.0μF，以进一步降低入侵波陡度。措施：高电压技术1.直配电机的防雷保护①每组发电机母线上77作用在直配电机上的大气过电压有两类：与电机相连的架空线路上的感应过电压；由雷电直击于电机相连的架空线路而引起的。

其中，感应过电压出现的机会较多，因此可以增加导线对地电容以降低感应过电压。直配电机的防雷保护元件主要有：（1）避雷器（2）电容器（3）电缆段采取这些综合保护措施就可以限制流经FCD型避雷器中的雷电流小于3KA，可以限制侵入波陡度和降低感应过电压。作用在直配电机上的大气过电压有两类：直配电机的防雷保78（1）避雷器保护

它的主要功能是降低侵入波幅值。出厂时的电机冲击耐压不高，只能采用FCD磁吹避雷器。但由于磁吹避雷器的残压是在雷电流为3KA下的残压，所以还需配合进线保护措施以限制流经FCD型避雷器中的雷电流小于3KA。GFCD（1）避雷器保护GFCD79（2）电容器保护

它主要功能是限制侵入波陡度a和降低感应过电压。通常在发电机母线上装设电容器来降低侵入波陡度。若侵入波幅值为的直角波，则发电机母线上电压（即电容C上电压）可按等值电路计算，计算结果表明，每相电容为时，能够满足的要求。同时也满足限制感应过电压使之低于电机冲击耐压的要求。GFCD电机母线上装设电容以限制来波陡度原理接线图等值电路（2）电容器保护GFCD电机母线上装设电容以限制来波陡度80（3）电缆段保护（进线段保护）

它主要功能是限制流经FCD型避雷器中的雷电流使之小于3KA。可采用电缆与管型避雷器联合作用的典型进线保护段。雷电波侵入时管型避雷器FT2动作，电缆芯线与外皮经FT2短接在一起，雷电流流过FT2和接地电阻所形成的电压同时作用在外皮与芯线上，沿外皮将有电流流向电机侧，于是在电缆外皮本身的电感上将出现压降，此压降是由环绕外皮的磁力线变化所造成的，这些磁力线也必然全部与芯线相匝链，结果在芯线上也感应出一个大小相等其值为的反电动势来，此电动势阻止雷电流从A点沿芯线向电机侧流动，也限制了流经FCD的雷电流，如果与完全相等，则在芯线中就不会有电流流过，但因电缆外皮末端的接地引下线总有电感存在，则与之间就有差值，差值越大则流经芯线的雷电流就愈大。GFCDFT2A（3）电缆段保护（进线段保护）GFCDFT2A81FT1GFCD70mFT2电缆段发挥限流作用的前提是管式避雷器FT2发生动作，但实际上由于电缆的波阻抗远小于架空线路，过电压波到达电缆始端A点时会发生异号电压反射波，使A点的电压立即下降，所以FT2很难动作，这样电缆也就无从发挥作用了。为解决这一问题，可以在离A点70m左右的前方安装一组管式避雷器FT1。FT1不能就地接地，而必须用一段专门的耦合连线连接到A点的接地装置R1上。AFT1GFCD70mFT2电缆段发挥限流作用的前提是管式避雷82

对于大容量（25,000~60,000KW）直配电机的典型防雷接线如下图。L为限制工频短路电流用的电抗器，对电机防雷有利；L前加设一组FS型避雷器以保护电抗器前的电缆终端。由于L的存在，当侵入波到达L时将发生全反射，电压增加一倍，FS动作，一方面保护电缆头，另外也进一步限制了流经FCD的雷电流。为了保护中性点绝缘，除了限制侵入波陡度不超过限定值外，尚需在中性点加装避雷器。GFCDFT2FT1FSFCD（FZ）L对于大容量（25,000~60,000KW）直配电机832.非直配电机的保护根据我国运行经验，在一般情况下，无架空线的直配电机不需要装设电容器和避雷器。在多雷区，对特别重要的发电机，则宜在发电机出线上装设一组FCD型避雷器，如变压器侧装设有FCZ型磁吹避雷器，对电机侧是否要装避雷器，可视情况而定。若发电机与变压器间有长于50m的架空母线或软连接线时，对此段母线除应对直击雷进行保护外，还应防止雷击附近大地而产生的感应过电压，此时应在电机每相出线上装设不小于的电容器或磁吹避雷器。2.非直配电机的保护根据我国运行经验，在一般情况下，84第七章电力系统防雷保护

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。

第七章电力系统防雷保护85雷击输电线路的方式大气过电压：直击雷过电压：①、②、

③感应雷过电压：④、②、①其中④只对35KV以下线路有危害大气过电压带来的后果：发生短路接地故障雷电波侵入变电所，破坏设备绝缘，造成停电事故衡量线路防雷性能的优劣：耐雷水平：线路遭受雷击所能耐受不至于引起闪络的最大雷电流（kA）雷击跳闸率：每100km线路每年因雷击引起的跳闸次数雷击输电线路的方式大气过电压：86一、输电线路的感应过电压

1、雷击线路附近大地时静电感应电磁感应一、输电线路的感应过电压

1、雷击线路附近大地时静电感应87感应过电压-静电感应分量在雷电放电的先导阶段（假设为负先导），线路处于雷云及先导通道与大地构成的电场之中。由于静电感应，最靠近先导通道的一段导线上感应形成束缚电荷主放电开始以后，先导通道中的负电荷自下而上被迅速中和。相应电场迅速减弱，使导线上的正束缚电荷迅速释放，形成电压波向两侧传播由于主放电的平均速度很快，导线上的束缚电荷的释放过程也很快，所以形成的电压波u＝iZ幅值可能很高。这种过电压就是感应过电压的静电分量感应过电压-静电感应分量在雷电放电的先导阶段（假设为负先导）88感应过电压-电磁感应分量在主放电过程中，伴随着雷电流冲击波，在放电通道周围空间出现甚强的脉冲磁场，其中一部分磁力线穿过导线－大地回路，产生感应电势，这种过电压为感应过电压的电磁分量感应过电压-电磁感应分量在主放电过程中，伴随着雷89感应过电压计算无避雷线时感应过电压为导线越高，感应过电压越高。hd_——导线悬挂的平均高度。S——雷击点与线路的垂直距离。一般Ug«500kV，在110kV线路上不引起闪络。感应过电压计算无避雷线时感应过电压为导线越高，感应过电压越90避雷线对感应过电压的屏蔽作用2）避雷线接地时：实际上，避雷线与大地连接保持地电位，电位为0，可以假设为避雷线上再叠加了-Ugb的感应电压-Ugb在导线上耦合电压为-KUgb导线上的实际感应电压1）避雷线不接地时：即避雷线的屏蔽效应使导线上的感应电荷减少，感应电压降低了（1－K）倍避雷线对感应过电压的屏蔽作用2）避雷线接地时：1）避雷线不接912、雷击塔顶时的感应过电压（S<65m）雷击塔顶时迅速向上发展的主放电引起周围空间电磁场的突然变化，会在导线上感应出与雷电流极性相反的电压，以静电感应分量为主无避雷线时:有避雷线时，导线上的感应过电压由于屏蔽效应，感应电压降低了（1－K）倍2、雷击塔顶时的感应过电压（S<65m）雷击塔顶时迅速向上发92第7章电力系统防雷保护课件93二、输电线路直击雷过电压和耐雷水平

1、雷击杆塔塔顶：雷击塔顶时雷电流可通过下列途径的分流：避雷线杆塔闪络后相导线也可分流反击二、输电线路直击雷过电压和耐雷水平

1、雷击杆塔塔顶：雷击94第7章电力系统防雷保护课件95雷击塔顶的过电压分析波头部分塔顶电位塔顶电位幅值雷击塔顶的过电压分析波头部分962、雷击杆塔时导线的电位避雷线耦合到导线上的电位：u1=kutd(避雷线与塔顶电位相同)(k-几何耦合系数)雷击塔顶时雷电先导在导线上的的感应电位：

U2=-αhd(1-k)

U2为负的理由：雷电先导在导线上产生感应过电压的极性（感应出正电荷）与流入杆塔中的电流极性相反导线电位2、雷击杆塔时导线的电位避雷线耦合到导线上的电位：u1=ku97绝缘子串的作用电压:

Uj=塔顶电位Utd

–导线电位Ud

=Utd

–KUtd+αhd(1-k)=(Utd+αhd)(1-K)=[βIL(Rch+Lgt/2.6)+ILhd

/2.6](1-K)=IL[β(Rch+Lgt/2.6)+

hd

/2.6](1-K)3、绝缘子串上作用的过电压绝缘子串的作用电压:3、绝缘子串上作用的过电压984、线路绝缘子耐雷水平当作用在线路绝缘子上的电压Uj>绝缘子串冲击闪络电压Uj50%绝缘子将发生闪络，由于塔顶电位高于导线电位，闪络将从杆塔向导线发展，故称为反击。耐雷水平:雷击杆塔时绝缘子串上承受最大雷电冲击电压所对应的雷电流:4、线路绝缘子耐雷水平当作用在线路绝缘子上的电99反击耐雷水平与导线－地线间的耦合系数k，杆塔分流系数β，杆塔冲击接地电阻Rch，杆塔等值电感Lgt以及绝缘子串的50％放电电压Uj50％等因素有关还必须考虑工频电压的作用以及触发相位距离远，耦合系数小，一般以外侧或下方导线计算通常以降低Rch，提高k为提高反击耐雷水平的主要手段提高耦合系数K的方法:1)将单避雷线改成双避雷线2)在导线下放增设架空地线(耦合地线),也起到分流作用反击耐雷水平与导线－地线间的耦合系数k，杆塔分流系数β，杆塔100反击耐雷水平35kV:20-30kA110kV:40-75kA220kV:75-110kA330kV:100-150kA500kV:125-175kA反击耐雷水平35kV:20-30kA1012.雷击避雷线档距中央避雷线雷击点A的电压：Z0Zb/2Aig彼得逊法则2.雷击避雷线档距中央避雷线雷击点A的电压：Z0Zb/2Ai102第7章电力系统防雷保护课件103电力系统多年的运行经验表明，间距只要满足上式要求，雷击档距中央避雷线时，导线与避雷线间一般不会发生闪络。所以，在计算雷击跳闸率时，不计及这种情况。规程规定：对于一般档距的线路，如果档距中央处导线、避雷线之间的空气距离满足下述经验公式，则一般不会出现击穿事故：假设雷击A点开始（t=0）电力系统多年的运行经验表明，间距只要满足上式要104高电压技术3.雷绕过避雷线击于导线的过电压及耐雷水平

此时，避雷线只起到降低绕击率的作用：平原线路：山区线路：

装设避雷线的线路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，则往往会引起线路绝缘子的闪络。高电压技术3.雷绕过避雷线击于导线的过电压及耐雷水平此时105第7章电力系统防雷保护课件1067.3、架空输电线路的雷击跳闸率及防雷措施建弧率：当雷电流超过线路耐雷水平时,线路绝缘发生闪络,雷电流经闪络通道入地,时间在几十微秒,线路开关来不及动作.只有当沿闪络通道流过的工频短路电流的电弧持续燃烧时,线路才会跳闸停电.

建弧率̶冲击闪络转为工频电弧的概率:与弧道中的平均电场强度有关,与闪络瞬间工频电压的瞬时值和游离条件有关绝缘子串的平均耐压梯度:

7.3、架空输电线路的雷击跳闸率及防雷措施建弧率：107输电线路的防雷保护措施（一）架设避雷线（屏蔽作用）：引导雷电向避雷线放电，通过杆塔和接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。防止雷直击于导线；对雷电流有分流作用，使塔顶电位下降；对导线有耦合作用，降低雷击杆塔时绝缘子串上电压；对导线有屏蔽作用，可降低导线上感应电压110kV以上应全线架设避雷线保护角：避雷线和外侧导线的连线与垂线之间的夹角，保护角越小，对绕击雷的保护效果越好，110kV:保护角20～30º，500kV负保护角。受杆塔结构的限制。输电线路的防雷保护措施（一）架设避雷线（屏蔽作用）：引导雷电108（二）降低杆塔接地电阻提高线路耐雷水平和减少反击概率的主要措施。杆塔的工频接地电阻一般为10～30Ω。（三）架设耦合地线：

在降低杆塔接地电阻有困难时，在导线下方架设一条接地线。它具有分流作用，又加强了避雷线对导线的耦合。运行经验表明，该措施可降低雷击跳闸率50％左右。（四）采用中性点非直接接地方式中性点非直接接地方式是指输电线路中性点不接地或经消弧圈接地方式。线路越长、接地电流就越大，以致完全有可能使接地电弧不能自行熄灭而引起线路跳闸。为降低接地电流，可在中性点加装消弧线圈，以使接地相电流中增加一个感性分量，它和装设消弧线圈前的电容性分量相抵消，减少了接地相电流

和降低雷击跳闸率。（二）降低杆塔接地电阻提高线路耐雷水平和减少反击概率的109（五）加强绝缘由于输电线路个别地段需采用大档距跨越杆塔，也就增加了杆的落雷机会。高塔落雷时塔顶电位高，感应过电高，而且受绕击的概率也较大。为降低线路跳闸率，可以增加绝缘子串片数，加大大档距跨越避雷线与导线之间的距离，以加强线路绝缘。在35kV以下线路可采用磁横担等冲击闪络电压较高的绝缘子串来降低雷击跳闸。(六)自动重合闸由于雷击造成的闪络大多数能在跳闸后自动恢复绝缘性能，因此重合闸成功率较高。据统计，我国110kV及以上高压线路重合成功率为75%~95%，35kV及以下线路约为50%~80%。因此各电压等级线路应尽量装设自动重合闸。（五）加强绝缘110良好的伏秒特性，实现合理的绝缘配合良好的绝缘强度自恢复能力，利于快速切断工频续流，使电力系统得以继续运行硅橡胶护套氧化锌线路避雷器已取得良好应用效果

日本总结77kV各种防雷措施效果的统计结果：增加绝缘、架设耦合地线、减少杆塔接地电阻，可使雷击跳闸次数分别降至62%、56%、45%，安装氧化锌线路避雷器后可消除雷击跳闸事故安装线路避雷器的基本要求：良好的伏秒特性，实现合理的绝缘配合安装线路避雷器的基本要求：111线路避雷器的应用线路避雷器的投资较大，难以普遍采用建议优先安装在下列条件杆塔：山区线路易击段、易击点的杆塔山区线路接地电阻超过100Ω且发生过闪络的杆塔水电站升压站出口线路接地电阻大的杆塔大跨越高杆塔多雷区双回线路易击段、易击点的一回线路上线路避雷器的应用线路避雷器的投资较大，难以普遍采用112线路避雷器的发展美国：美国AEP和GE公司1980年开始研制线路防雷用合成绝缘ZnO避雷器，1982年10月有75只在138kV线路上投入试运行。运行表明在装有避雷器的被保护线段没有出现绝缘子串的闪络。法国：1998年开始在63kV和90kV线路安装避雷器日本：1981－1983年研制出无间隙的77kV合成绝缘避雷器。1986年5月开始在雷电活动特别严重地区的输电线路上安装。线路没有出现任何事故，而没有安装避雷器的线路则仍有故障出现。线路避雷器的发展美国：美国AEP和GE公司1980年开始研制113线路避雷器的发展日本：1988年275kV合成绝缘线路避雷器研制成功，1988年12月开始在投入运行。500kV线路避雷器1990年开发出来，1990年在双回线路的一回线路上投入运行。到1999年1月已有不同电压等级的47000多只线路避雷器在运行中，其中99%是带串联外间隙的，在各种电压等级的线路上都有成功动作的记录。俄罗斯：80年度中已研制出110－1150kV系列合成套避雷器，主要是用于一般超高压输电线路和紧凑型输电线路深度限制操作过电压线路避雷器的发展日本：1988年275kV合成绝缘线路避雷器114线路避雷器应用线路避雷器应用115线路避雷器应用线路避雷器应用116中国线路避雷器的应用中国线路避雷器的应用117悬挂式避雷器应用于变电站悬挂式避雷器应用于变电站118线路避雷器应用于室内变电站入口处线路避雷器应用于室内变电站入口处11935kV无间隙线路避雷器35kV无间隙线路避雷器120220kV线路避雷器220kV线路避雷器121220kV线路避雷器220kV线路避雷器122110kV带分离间隙的线路避雷器110kV带分离间隙的线路避雷器1238.2变电所的防雷保护发电厂、变电所遭受雷害可能来自两方面：雷直击于发电厂、变电所；雷击线路，沿线路向发电厂、变电所入侵的雷电波。8.2变电所的防雷保护发电厂、变电所遭受雷害可能来自两方面1248.1发电厂、变电所的直击雷保护

为了防止雷直击于发电厂、变电所，可以装设避雷针，应该使所有设备处于避雷针保护范围之内，此外，还应采取措施，防止雷击避雷针时的反击事故。K8.1发电厂、变电所的直击雷保护为了防止雷直击125变电构架变电构架126变电构架变电构架127变压器构架变压器构架128

避雷针和其他接地装置上的电位和与冲击接地电阻有关，越小则和越低。K避雷针和其他接地装置上的电位和与129为了防止避雷针与被保护设备或构架之间的空气间隙被击穿而造成反击事故，必须要求大于一定距离，若取空气的平均抗电强度，则应满足：K为了防止避雷针与被保护设备或构架之间的空气间隙130同样，为了防止避雷针接地装置和被保护设备接地装置之间在土壤中的间隙被击穿，必须要求大于一定距离，应满足下式（假设土壤的抗电强度为500kV/m）：在一般情况下，不小于5m，不应小于3m。K同样，为了防止避雷针接地装置和被保护设备接地装置之间131按照安装方式的不同，将避雷针分为：独立避雷针装在配电装置构架上的避雷针（简称构架避雷针）

从经济观点出发希望采用构架避雷针，因为它既能节省支座的钢材，又能省去专用的接地装置,由于变压器的绝缘较弱又是变电所中最重要的设备，故在变压器门型构架上不应装设避雷针；对35KV及以下变电所宜装设独立避雷针，独立避雷针有自己专用的支座和接地装置，其接地电阻一般不超过10。按照安装方式的不同，将避雷针分为：从经济观点132我国规程规定：110KV及以上的配电装置，一般将避雷针装在构架上。但在土壤电阻率的地区，仍宜装设独立避雷针，以免发生反击。35KV及以下的配电装置应采用独立避雷针来保护；60KV的配电装置，在的地区宜采用独立避雷针，在的地区容许采用构架避雷针。

发电厂厂房一般不装设避雷针，以免发生反击事故和引起继电保护误动作。我国规程规定：1338.2阀式避雷器保护作用的分析装设阀式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。阀式避雷器的保护作用基于三个前提：(1)它的伏秒特性与被保护绝缘的伏秒特性有良好的配合(2)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 (3)被保护绝缘必须处于该避雷器的保护距离之内8.2阀式避雷器保护作用的分析134避雷器变压器动作前的等值电路动作后的等值电路避雷器变压器动作前的等值电路动作后的等值电路135

变电所中有很多设备，不可能在每个设备旁都装设一组避雷器，一般只在变电所母线上装设避雷器，由于变压器是最重要的设备，因此避雷器应尽可能靠近变压器。这样，避雷器离开变压器和各电气设备都有一段长度不等的距离，当雷电波入侵时，变压器和各电气设备上的电压将与避雷器上电压不相同。

被保护绝缘与避雷器间的电气距离（沿母线和连接线计算的距离）越大，来波陡度越大，电压差值也就越大。

由于避雷器直接接在变压器旁，故变压器上的过电压波形与避雷器上电压相同，若变压器的冲击耐压大于避雷器的冲击放电电压和5KA下的残压（流经避雷器的雷电流一般不超过5KA，故残压的最大值取5KA下的数值），则变压器将得到可靠的保护。变电所中有很多设备，不可能在每个设备旁都装设一组避雷136

由于避雷器与变压器之间有一段距离，绝缘上实际受到的电压波形与残压波形不一样，这是因为母线、连接线等都有某些杂散电感与电容，它们与绝缘的电容C将构成某种振荡回路。其结果是使得绝缘上出现的电压波形由一非周期分量（避雷器工作电阻上的电压）与一衰减性振荡分量组成。这种波形更接近于冲击截波。因此我们常以变压器绝缘承受截波的能力来说明在运行中该变压器承受雷电流的能力。变压器承受截波的能力称为多次截波耐压值。由于避雷器与变压器之间有一段距离，绝缘上实际受到的电137

对于一般变电所的入侵雷电波防护设计主要是选择避雷器的安装位置，其原则是在任何可能的运行方式下，变电所的变压器和各设备距避雷器的电气距离皆应小于最大允许电气距离绝缘的雷电冲击耐压值阀式避雷器的冲击放电电压对于一般变电所的入侵雷电波防护设计主要是选择避雷器的1388.3变电所进线段保护8.3.1变电所的进线段保护作用进线段保护的必要性如果当雷击于变电所附近的导线时，流过导线的电流将超过一定值，而且陡度也会超过允许值。因此，必须在靠近变电所的一段进线上采取可靠的防直击雷保护措施，进线段保护是对雷电侵入波保护的一个重要辅助手段。进线段保护

进线段保护是指在临近变电所1~2km的一段线路上加强防雷保护措施。

例如：当线路全线无避雷线时，在1-2km线路上架设避雷线，保护角取20°，使此段线路有较高耐雷水平，并减少由于绕击和反击的概率。这样进入变电所内的侵入波由于线路波阻抗及冲击电晕的作用使通过避雷器雷电流的幅值和陡度都有所降低。8.3变电所进线段保护进线段保护的必要性进线段保护139变电所内设备距避雷器的最大允许距离就是根据进线段以外落雷的条件下求得的，这样就可以保证进线段以后落雷时变电所不会发生事故。1~2kmFZGB2GB1未沿全线架设避雷线的35～110KV线路变电所的进线段保护变电所内设备距避雷器的最大允许距离140FZGB全线架设避雷线的变电所的进线段保护进线段能起两方面的作用：1.进入变电所的雷电过电压波将来自进线段以外的线路，它们在流过进线段时将因冲击点晕而发生衰减和变形，降低了波前陡度和幅值。2.利用进线段来限制流过避雷器的冲击电流幅值。FZGB全线架设避雷线的变电所的进线段保护进线段能起两方面的1418.3.2雷电侵入波进线段后的电流和陡度的计算采取进线段保护后，按规程对雷电流幅值和陡度的要求，在最不利的情况下计算雷电流和陡度。（1）进线段首端落雷，流经避雷器电流的计算（2）进入变电所的雷电波陡度的计算8.3.2雷电侵入波进线段后的电流和陡度的计算采取进142（1）进线段首端落雷，流经避雷器电流的计算受线路绝缘放电电压的限制，入侵雷电波的最大幅值为线路绝缘的50％冲击闪络电压，行波在1～2km的进线段来回一次的时间为，它已远超过行波的波前时间（），故避雷器动作后产生的负电压反射波折回雷击点,在雷击点产生的反射波到达避雷器前，流经避雷器前的雷电流已过峰值，因此可以不计这反射波及其以后过程的影响。（1）进线段首端落雷，流经避雷器电流的计算143进线保护的作用限制流过避雷器的雷电流幅值例如，对于220kV线路，取U50%=1200kV，Z=400Ω，Ubm=664kV，则：高电压技术进线保护的作用限制流过避雷器的雷电流幅值例如144安装GB2的原因这是因为线路断路器隔离开关在雷雨季节可能经常开断而线路侧又带有工频电压（热备用状态），沿线袭来的雷电波（其幅值）传到开路端，由于开路反射电压要上升到，这时可能使开关绝缘对地放电并引起工频短路，将断路器或隔离开关的绝缘支座烧毁，为此在靠近隔离开关或断路器处装设一组管型避雷器GB2。在断路器闭合运行时雷电侵入波不应使GB2动作，如GB2在断路器闭合运行时侵入波使之放电，则将造成截波，可能危及变压器纵绝缘与相间绝缘。若缺乏适当参数的管型避雷器，则GB2可用阀型避雷器代替。1~2kmFZGB2GB1保护断路器限制侵入波的幅值安装GB2的原因1~2kmFZGB2GB1保护断路器限制侵145（2）进入变电所的雷电波陡度的计算在最不利的情况下，出现在进线段首端的入侵雷电波的最大幅值为线路绝缘的50％冲击闪络电压且具有直角波头。已大大超过导线的临界电晕电压，因此在入侵雷电波作用下，导线将发生冲击电晕，于是直角波头的雷电波自进线段首端向变电所传播的过程中，波形将发生变形，波头变缓。相应的波前陡度为1~2kmFZGB2GB1Ahd-进线段的平均对地高度进波的空间陡度（2）进入变电所的雷电波陡度的计算1~2kmFZGB2GB11468.3.335KV小容量变电所的简化进线保护对于35KV小容量变电所，可根据变电所的重要性和雷电活动强度等情况来采取简化的进线保护。35KV小容量变电所范围小，避雷器距变压器的距离一般在10m以内，侵入波陡度允许增加，故进线长度可以缩短到500～600m，为了限制流入变电所阀型避雷器的雷电流，在进线首端可装设一组管型避雷器或保护间隙。500－600mFZGB2GB18.3.335KV小容量变电所的简化进线保护对于3147

35～110KV变电所，若进线装设避雷线有困难或进线段杆塔接地电阻难于下降，不能达到要求的耐雷水平，可在进线的终端杆上安装一组左右的电抗线圈来代替进线段，此电抗线圈既能限制流过避雷器的雷电流又能限制入侵波陡度。FZGB135～110KV变电所，若进线装设避雷线有困难或进线1488.4变压器的防雷保护8.4.1三绕组变压器的防雷保护

当三绕组变压器的高压侧或中压侧有雷电过电压波袭来时，通过绕组间的静电耦合和电磁耦合，其低压绕组上会出现一定的过电压，最不利的情况是低压绕组处于开路状态，这时静电感应分量可能很大而危及绝缘，考虑到这一分量将使低压绕组的三相导线电位同时升高，所以只要在任一相低压绕组出线端加装一只该电压等级的阀型避雷器，就能保护好三相低压绕组。中压绕组虽也有开路运行的可能，但其绝缘水平较高，一般不需加装避雷器来保护。8.4变压器的防雷保护当三绕组变压器的高压侧或中压侧1498.4.2自耦变压器的防雷保护

自耦变压器一般除了高、中压自耦绕组外，还有三角形接线的低压非自耦绕组。在运行中，可能出现高、低压绕组运行、中压绕组开路和中、低压绕组运行、高压绕组开路的情况。由于高、中压自耦绕组的中性点均直接接地，因而在高压侧进波时，自耦绕组各点的电压初始分布、稳态分布和各点最大电压包络线均与中性点接地的单绕组相同，在开路的中压侧端子上可能出现的最大电压为高压侧电压的倍，（k为高中压绕组的变比）因而有可能引起处于开路状态的中压侧套管的闪络，为此应在中压断路器QF2的内侧装设一组阀型避雷器FV2，进行保护。电压初始分布最大电压包络线电压稳态分布8.4.2自耦变压器的防雷保护自耦变压器一般除了高、150第7章电力系统防雷保护课件151

当中压侧进波时（幅值为），自耦绕组各点的电压分布如下图，由中压端到开路的高压端之间的电压稳态分布是由中压端到中性点之间的电压稳态分布的电磁感应所产生的，高压端的稳态电压为。在振荡过程中，点的最大电压可达。因而将危及高压侧绝缘，为此在高压断路器QF1的内侧也应装设一组避雷器（FV1）进行保护。当中压侧进波时（幅值为），自耦绕组各点152

此外，还须注意的情况：当中压侧接有出线时（相当于点经线路波阻抗接地），如高压侧有过电压波入侵，点的电位接近于零，大部分过电压将作用在一段绕组上，这显然是危险的，同样地，高压侧接有出线时，中压侧进波也会造成类似的结果。显然，绕组越短（变比k越小），危险性越大。一般在时，还应在之间再跨接一组避雷器（FV3）。此外，还须注意的情况：153变压器的中性点保护在中性点直接接地的系统中，为减少单相接地的短路电流，有部分变压器的中性点改为不接地运行。这时，变压器的中性点需要保护。①全绝缘：中性点处的绝缘水平与相线端的绝缘水平相等。此时，中性点一般不需保护。若变电所为单台变压器且为单路进线运行时，在三相同时进波的情况下，中性点的对地电位会超过首端的对地电位。这种情况虽属少见，但需在中性点加装一个与首端有同等电压等级的避雷器。②分级绝缘：中性点处的绝缘水平低于相线端的绝缘水平。应选用与中性点绝缘等级相同的避雷器进行保护，但要注意校验避雷器的灭弧电压，它始终大于中性点可能出现的最高工频电压。高电压技术变压器的中性点保护在中性点直接接地的系统中，为154配电变压器的防雷保护避雷器的接地线与变压器金属外壳、低压侧中性点连在一起接地避雷器尽量靠近变压器，尽量减小连接线的长度如低压侧线路落雷，作用在低压侧的冲击电压按变比感应到高压侧，由于低压侧绝缘裕度比高压侧大，故有可能在高压侧引起先击穿，这个过程叫做“正变换”。为了防止正反变换出现的过电压，可在低压侧每相上装一只避雷器，使配电变压器的防雷保护得以改善。高压侧遭雷击，避雷器动作，作用于低压绕组的电流通过电磁耦合又变换到高压侧的过程叫做“反变换”。高电压技术配电变压器的防雷保护避雷器的接地线与变压器金属外壳、低压侧155

35KV及以下中性点雷害之所以较少是由于以下几方面的原因：流过避雷器的雷电流小于5KA，一般只有1.4~2.0KA,此时避雷器的残压与5KA时的残压相比减小了20％左右。实际上变电所进线不只一条，它是多路进线，一条线路的来波可由其他线路流走一部分雷电流，这样就进一步减少了流经避雷器中的雷电流；大多数来波是从线路远处袭来的，由于冲击电晕使波发生衰减变形，其幅值及陡度均很小；变压器绝缘有一定裕度；避雷器到变压器间的距离实际值比允许值近一些；三相来波的概率只有10％，机会不是很多，据统计约15年才有一次。

因此我国有关标准规定，35KV及以下变压器中性点一般不需要保护。35KV及以下中性点雷害之所以较少是由于以下几方面的原因156气体绝缘变电所的防雷保护全封闭SF6气体绝缘变电所（GIS）是除变压器以外整个变电所的高压电力设备及母线，封闭在一个接地的金属壳内，壳内充以(3~4)×1.01325×105Pa大气压的SF6气体作为相间和对地的绝缘。高电压技术气体绝缘变电所的防雷保护全封闭SF6气体绝缘157GIS变电所雷电过