章输电线路的防雷保护(luo)

第10章输电线路的防雷保护10.1输电线路防雷的原则和措施10.2线路感应雷过电压10.3输电线路的直击雷过电压10.4输电线路雷击跳闸率的计算输电线路的雷击事故在我国跳闸率比较高的地区的高压线路由雷击引起的次数约占40～70％，尤其是在多雷、土壤电阻率高、地形复杂的地区，雷击事故率更高在日本50％以上电力系统事故是由于雷击输电线路引起的，雷击经常引起双回同时停电，20－30％的输电线路故障发生在双回输电线路美国、前苏联等十二个国家的电压为275－500kV总长为32700km输电线路连续三年的运行资料中指出，雷害事故占总事故的60％10.1输电线路防雷的原则和措施雷击线路附近地面雷击塔顶雷击档距中央的避雷线雷击导线输电线路防雷的任务：

采用技术上与经济上的合理措施，使系统雷害降低到运行部门能够接受的程度，保证系统安全可靠运行。

感应雷过电压直击雷过电压输电线路的雷电过电压分类直击雷过电压雷直击输电线路杆塔，避雷线，导线，产生的过电压称为直击雷过电压感应雷过电压雷击导线水平距离65m以外的大地时，由于空间电磁场的急剧变化，在导线上感应出的过电压，称为感应雷过电压直击雷（1）雷击输电线路无避雷线的线路最易发生，但即使有避雷线，雷电仍可能绕过避雷线的保护范围而击于导线（绕击）（2）雷击杆塔或避雷线杆塔电位升高，造成绝缘子闪络，形成反击（3）雷击输电线路附近大地S>65m感应雷过电压S<65m直击雷过电压感应雷过电压

直击雷和感应雷过电压产生的危害（1）引起线路跳闸，影响正常供电引起绝缘子闪络，导线对地短路，工频续流沿放电通道放电，在形成稳定燃烧的电弧后，则继电保护装置将使断路器跳闸，影响正常送电（2）雷电波侵入变电站侵入变电站，经复杂的折反射后，造成电气设备过电压，危及设备绝缘，造成事故输电线路防雷的措施（“四道防线”）：

1.

首先要保护导线不受雷击．为此可以采用避雷器、避雷针或改用电缆。

2．其次是如果避雷线受雷击后最好不要使线路的绝缘发生闪络。为此，需要改善避雷线的接地，适当加强线路的绝缘，个别杆塔可以使用避雷器。

3．第三道防线是即使线路绝缘因雷击发生闪络也不要转变为稳定的工频电弧，即线路上不要发生短路故障，所以不会跳闸。为此应该减少绝缘上的工频电场强度或电网中性点采用不直接接地的方式。

4．最后一道防线是即使跳闸也不要中断电力的供应。为此，可以采用自动重合闸装置，或用双回路或环网供电。衡量输电线路防雷性能的两个指标：

耐雷水平（单位：kA）

雷击线路不致引起绝缘闪络的最大雷电流幅值，称为线路的耐雷水平。线路的耐雷水平愈高，线路绝缘发生闪络的机会就愈小。

雷击跳闸率（单位：次/l00km·40雷电日）雷击跳闸率是指折算为统一的条件下，因雷击而引起的线路跳闸的次数。此统一条件规定为每年40个雷电日和l00km的线路长度。10.2线路感应雷过电压静电场突然消失静电分量主放电产生脉冲磁场磁场分量感应过电压-静电感应分量在雷电放电的先导阶段（假设为负先导），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-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

无避雷线时的感应雷过电压

实测表明，感应过电压峰值最大可达300~400kV。这对35kV及以下的水泥杆线路可能引起闪络事故；110kV及以上的线路，由于绝缘水平较高，一般不会引起闪络事故，且感应过电压同时存在于三相导线上，故相间不存在电位差，只能引起对地闪络。

α——感应过电压系数，kV/m，其值等于以kA/μs为单位的雷电流平均陡度值，即α=I/2.6。

hd——导线平均高度，m。

雷击线路附近地面：

雷击杆塔或线路附近避雷线：S:雷击点与线路的垂直距离，m:雷电流幅值KA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-Us的感应电压-Us在导线上耦合导线上的实际感应电压

有避雷线时的感应雷过电压线路上的感应雷过电压具有以下特点：①感应过电压与雷电流的极性相反。由于大部分的雷云带负电荷，所以感应过电压大多数是正极性；②感应过电压同时存在于三相导线，相间不存在电位差，只能引起对地闪络，若二相或三相同时对地闪络，即形成相间闪络事故；③感应过电压的波形较平缓，波头由几µs到几十µs。10.3输电线路的直击雷过电压

我国110kV及以上线路一般全线都装设避雷线，而35kV及以下线路一般不装设避雷线，中性点直接接地系统有避雷线的线路遭受直击雷一般有三种情况：雷击杆塔塔顶；雷击避雷线档距中央；雷电绕过避雷线击于导线有避雷线线路直击雷的三种情况

无避雷线时的直击雷过电压雷击点电压：输电线耐雷水平：1.雷击导线的过电压及耐雷水平塔顶电位：导线电位：绝缘子承受电压＝塔顶电位－导线电位＝耐雷水平：2.雷击塔顶时的过电压及耐雷水平

有避雷线时的直击雷过电压1.雷绕过避雷线击于导线的过电压及耐雷水平

雷击点电压：输电线耐雷水平：此时，避雷线只起到降低绕击率的作用：平原线路：山区线路：2.雷击塔顶时的过电压及耐雷水平

塔顶电位：导线电位：绝缘子承受电压：输电线路耐雷水平：分流系数：额定电压(kV)110220330500单避雷线0.900.92——双避雷线0.860.880.880.865~0.822t取0~2.6μs的平均值3.雷击避雷线档距中央的过电压及空气间隙

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。线路跳闸需满足的条件线路落雷雷电流超过线路耐雷水平，线路绝缘发生冲击闪络当闪络通道流过的工频短路电流的电弧持续燃烧时，才会跳闸停电10.4输电线路雷击跳闸率的计算建弧率冲击闪络转化为稳定工频电弧的概率中性点直接接地系统：中性点非直接接地系统：E；绝缘子串平均运行电压梯度UN：线路额定电压lj:绝缘子串闪络距离中性点接地系统,单相接地即引起跳闸；中性点非直接接地系统，相间闪络才会跳闸

根据模拟试验和运行经验，一般高度线路的避雷线和导线对地面的遮蔽宽度取4hd+b，hd是上导线的平均高度，b为避雷线之间的宽度，这样，l00km输电线路对地面的遮蔽面积，或受雷害面积（km2）为：

地面落雷密度γ为0.07，如果取每年40个雷暴日作为标准值，每年l00km输电线路受到的雷击次数（次/(100km·40雷电日)）为：

反击跳闸率n1（次/100km·40雷电日

）雷击次数击杆率建弧率雷电流幅值大于雷击塔顶的耐雷水平I1

的概率

绕击跳闸率n2（次/100km·40雷电日

）雷击次数绕击率建弧率雷电流幅值大于雷绕击的耐雷水平I2

的概率电压等级（kV）500330220110雷击杆塔时耐雷水平（kA）125~175100~15075~11040~75平原跳闸率（次/百公里·年）0.0810.1210.2520.833山区跳闸率（次/百公里·年）0.17~0.420.27~0.600.43~0.951.18~2.01架空输电线路典型杆塔的耐雷水平及雷击跳闸率1架设避雷线防止雷直击于导线；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作用：

输电线路的防雷措施一般110kV以上线路应全线架设避雷线2降低杆塔接地电阻土壤电阻率低的地区，可利用自然接地电阻；高土壤电阻率地区，可利用多根放射形接地体或连续伸长接地体，配合降阻剂使用3架设耦合地线增加避雷线与导线间的耦合以降低绝缘子串上的电压；增加对雷电流的分流作用4采用不平衡绝缘方式两回路的绝缘子串的片数有差异;雷击时绝缘子片数少的先闪络,闪络后的导线相当于地线,增加了另一回路的耦合作用，提高了另一回路的耐雷水平，使之不发生闪络，以保证不中断供电5装设自动重合闸雷击造成的闪络大多数能在线路跳闸后自行恢复绝缘性能，重合闸成功率较高110kV线路成功率75%-95%6采用消弧线圈接地方式绝大多数单相闪络能被消弧线圈消除；两相或三相落雷时，雷击引起第一相导线闪络后并不会跳闸，闪络后的导线相当于地线，增加了耦合作用，提高了耐雷水平用在雷电活动强烈,接地电阻难以降低的地区7装避雷器用在线路上雷电过电压特别大或绝缘弱点的保护,能消除冲击闪络,使建弧率为零8加强绝缘返回例10-1某220kV线路，假定杆塔冲击接地电阻Rch=7Ω，绝缘串由13片X-7组成。其正极性冲击放电电压U50%

为1410kV，负极性冲击放电电压U50%

为1560kV。架设双避雷线，避雷线弧垂为7m，导线弧垂为12m，避雷线半径为5.5mm。求该线路的耐雷水平及