高电压技术输电线路防雷设备

高电压技术输电线路防雷设备第一页，共三十三页，2022年，8月28日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第二页，共三十三页，2022年，8月28日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％第三页，共三十三页，2022年，8月28日一、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第四页，共三十三页，2022年，8月28日感应过电压-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第五页，共三十三页，2022年，8月28日感应过电压-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第六页，共三十三页，2022年，8月28日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。一般Ug«500kV，在110kV线路上不引起闪络。第七页，共三十三页，2022年，8月28日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）倍第八页，共三十三页，2022年，8月28日2、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）倍第九页，共三十三页，2022年，8月28日二、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第十页，共三十三页，2022年，8月28日雷击塔顶的过电压分析波头部分塔顶电位最高塔顶电位第十一页，共三十三页，2022年，8月28日杆塔的分流110kV:0.9(1S),0.86(2S)220kV:0.92(1S),0.88(2S)500kV:0.88(2S)第十二页，共三十三页，2022年，8月28日2、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)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第十三页，共三十三页，2022年，8月28日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第十四页，共三十三页，2022年，8月28日4、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:第十五页，共三十三页，2022年，8月28日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),也起到分流作用第十六页，共三十三页，2022年，8月28日反击耐雷水平35kV:20-30kA110kV:40-75kA220kV:75-110kA330kV:100-150kA500kV:125-175kA第十七页，共三十三页，2022年，8月28日二、雷击避雷线档距中央避雷线雷击点A的电压：Z0Zb/2Aig彼得逊法则第十八页，共三十三页，2022年，8月28日1、当雷电波头长度大于档距时Z0AZb/2避雷线雷击点A的电压：雷击点最高点电位出现在从杆塔反射回来的负电压波到达时刻:此时雷电流iL=αt=αL/Vb间隙S承受的最大电压:感应过电压与下列因素有关:①雷电波陡度;②档距长度;③耦合系数.S最短间隙距离从Us的50％击穿电压得到。第十九页，共三十三页，2022年，8月28日

我国规程第二十页，共三十三页，2022年，8月28日

负反射波尚未返回雷击点时，雷电流已过峰值，A点最高电位由雷电流峰值确定一般罕见雷击档距中央2、当雷电波头长度小于档距时第二十一页，共三十三页，2022年，8月28日三、雷击导线－绕击时的过电压绕击过电压：幅值为：设Z0≈Zd/2,取Zd=400,则

UA≈100ILZ0Zd/2Aid彼得逊法则第二十二页，共三十三页，2022年，8月28日绕击耐雷水平绕击耐雷水平绕击线路的耐雷水平很低500kV线路27.4kA，220kV-12kA，110kV-7kA110kV以上线路要求全线架避雷线绕击率：

平原线路：山区线路：第二十三页，共三十三页，2022年，8月28日四、输电线路的雷击跳闸率建弧率：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电压梯度:

第二十四页，共三十三页，2022年，8月28日100km年的雷击次数（40个雷电日）：N次中击中塔顶引起线路跳闸次数

g为击杆率,P1为雷电流幅值超过雷击杆塔的耐雷水平的概率绕击导线的跳闸率

Pa为绕击率,P2为雷电流幅值超过绕击耐雷水平的概率线路跳闸率：第二十五页，共三十三页，2022年，8月28日五、输电线路的防雷保护措施1、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。防止直接雷击导线分流减少经杆塔入地电流，降低塔顶电位降低感应过电压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。第二十六页，共三十三页，2022年，8月28日2、降低杆塔接地电阻（疏淤）土壤电阻率低的地区，应充分利用铁塔、钢筋混凝土杆的自然接地电阻土壤电阻率高的地区，可采用多根放射形接地体或连续伸长接地体以及垂直接地电极等措施3、加强绝缘（加高堤坝）

对大跨越、高杆塔，落雷机会多等情况，可增加绝缘子片数4、双回输电线路采用不平衡绝缘（放水）

一回普通绝缘，一回加强绝缘，当雷击时普通绝缘先闪络，闪络后相当于地线，增加了对加强绝缘线路的耦合作用，提高了耐雷水平，保证正常供电。第二十七页，共三十三页，2022年，8月28日5、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6、采用消弧线圈接地方式：适用110kV及以下电压等级电网，可使大多数雷击单相闪络接地故障被消弧线圈消除，不至发展为持续工频电弧。我国的运行经验表明，该措施可使雷击跳闸率降低1/3左右7、装设自动重合闸装置：我国110kV及以上线路重合闸成功率达75～95％8、安装线路避雷器（水涨船高）：并联连接在绝缘子串上，当作用电压超过避雷器的放电电压时，避雷器先放电，避免了绝缘子串的闪络第二十八页，共三十三页，2022年，8月28日良好的伏秒特性，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：第二十九页，共三十三页，2022年，8月28日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第三十页，共三十三页，2022年，8月28日线路避雷器保护绝缘子原理第三十一页，共三十三页，2022年，8月28日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。第三十二页，共三十三页，2022