过电压及防雷保护（高电压技术课件）

过电压及防雷保护变电所的进线段保护进线段保护在变电所1-2km的一段线上加强防雷保护措施作用：降低通过避雷器的雷电流

减小侵入波的陡度进线段保护要求未沿全线架设避雷线的35kV～110kV架空送电线路避雷线保护角宜不超过20°，最大不应超过30°35kV～110kV变电所的进线段保护接线进线段保护要求110kV及以上有避雷线架空送电线路进线段为2km耐雷水平应达到规程要求的最大值来波陡度a不超过允许值进线段保护计算

进线段外落雷时各级变电所流经避雷器的雷电流最大计算值额定电压（kV）避雷器型号残压Ur最大值（kV）线路绝缘的U50%（kV）IF最大值（kA）35Y5W-41/1301303501.43110Y5W-100/2602607002.85220Y5W-200/520Y10W-200/496520496（10kA）1200~14104.7~5.754.76~5.81330Y10W5-300/693693（10kA）16456.49500Y10W5-444/995995（10kA）2060~23107.81~9.06进入变电所雷电流波陡度的计算

空间陡度

35kV小容量变电所的简化进线保护35kV小容量变电所的简化进线保护通过本知识点的学习，使学生掌握不同电压等级变电所的进线段保护，会计算最不利情况下雷电流及其陡度。过电压及防雷保护变电所如何架设避雷针避雷针避雷针独立避雷针构架避雷针独立避雷针

独立避雷针

独立避雷针

独立避雷针

构架避雷针应用范围：110kV及以上变电所要求：构架附近埋设辅助集中接地装置，与重要又绝缘较弱的设备接地点沿接地体的距离不少于15m构架避雷针变压器的门型框架不允许装设避雷针（线）110kV及以上的配电装置可以将线路避雷线引至出线门则架上；但在土壤电阻率大于1000Ω·m的地区，应加设集中接地装置发电厂厂房一般不装避雷针通过本知识点的学习，使学生掌握避雷针的装设原理，会计算避雷针与被保护设备之间的最小距离。过电压及防雷保护侵入波过电压的防护侵入波过电压的防护雷击输电线路后产生雷电波侵入发电厂、变电所侵入波过电压的防护措施：安装避雷器装设可靠的进线段保护安装避雷器避雷器与被保护设备连接在一起由避雷器的冲击放电电压和残压来决定避雷器上的电压，即作用在被保护设备上的电压避雷器与被保护设备之间有一定的距离被保护设备上的电压与避雷器的残压存在差别，安装避雷器

避雷器上的电压

避雷器上的电压

变压器上的电压

变压器上的电压

电压波形(a)避雷器上的电压

(b)变压器上的电压

变压器上实际所受电压的典型波形变压器上实际所受电压的典型波形最大允许电气距离

最大允许电气距离系统标称电压（kV）进线长度（km）进

线

路

数123≥411011.525590125851201701051452051151652302202

125195235265330290140170190注：本表也适用于电站碳化硅磁吹避雷器(FM)的情况。

金属氧化物避雷器至主变压器间的最大允许电气距离（单位：m）降低被保护设备上过电压的措施降低避雷器的残压限制雷电波陡度减少避雷器和被保护设备的电气距离通过本知识点的学习，使学生掌握发电厂、变电所侵入波过电压的防护措施及其原理，会计算避雷器和被保护设备最大允许电气距离。过电压及防雷保护直击雷过电压的防护直击雷过电压的防护目的：避免雷击导致发电厂、变电所的重要电气设备损坏，造成大面积停电，严重影响国民经济和人民生活来源：一是雷直击于发电厂、变电所；二是雷击输电线路后产生的雷电波沿该导线侵入发电厂、变电所直击雷过电压的防护避雷针避雷线良好的接地网避雷针（线）的装设原则所有设备均在保护范围内雷击避雷针（线）后，避雷针（线）不对被保护设备放电雷击避雷针（线）后，避雷针（线）接地装置不与被保护设备的接地装置放电避雷针避雷针独立避雷针构架避雷针独立避雷针35kV及以下电压等级的变电所和构架附近和土壤电阻率较大的地区（

大于2000Ω·m）特点：避雷针接地转置与主接地网有足够距离架空避雷线避雷线两端接地避雷线一端经配电装置构架接地，一端绝缘通过本知识点的学习，使学生掌握直击雷保护措施，避雷针或避雷线装设方式、原则和应用范围，为后续课程打基础。过电压及防雷保护普通三绕组变压器的防雷保护问题三/双绕组变压器运行情况双绕组变压器在正常运行时，高、低压侧断路器都是闭合的，两侧都有避雷器保护。三绕组变压器正常运行时可能出现高、中压绕组工作而低压绕组开路的情况三绕组变压器运行情况在低压侧开路，高压或中压侧有雷电侵入波作用，由于低压绕组对地电容较小，开路的低压绕组上的静电感应分量可达很高的数值，将危及绝缘为了限制这种过电压，在低压绕组直接出口处对地处加装避雷器即可，当低压绕组接有25m以上金属外皮电缆时，因对地电容增大，可不必再装避雷器通过本知识点的学习，使学生理解普通三绕组变压器的防雷保护及避雷器装设在低压绕组出口处的原因。过电压及防雷保护气体绝缘变电所的防雷保护气体绝缘变电所气体绝缘变电所(GIS)是将除变压器以外变电所内的高压电器设备及母线封闭在一个接地的金属壳内，壳内充以3~4个大气压的SF6气体作为相间及相对地的绝缘。气体绝缘变电所优点：体积小，占地面积小，维护工作量小，不受周围环境条件影响，对环境无电磁干扰，运行性能可靠GIS变电所防雷保护特点GIS绝缘具有比较平坦的伏秒特性其冲击系数约为1.2~1.3，其雷电冲击绝缘水平与操作冲击绝缘水平比较接近，而且负极性击穿电压比正极性击穿电压低，因此，GIS变电所的绝缘水平主要决定于雷电冲击水平，需采用性能优异的金属氧化物避雷器加以保护GIS变电所防雷保护特点GIS变电所的波阻抗小GIS变电所的波阻抗一般在60~100Ω，约为架空线路的1/5，雷电侵入波从架空线路传入GIS，折射系数较小，折射电压也就较小GIS变电所防雷保护特点GIS变电所结构紧凑，各电气设备之间的距离较小，避雷器离被保护设备较近，因此可使雷电过电压限制在更低的水平GIS变电所防雷保护特点

绝缘配合上留有足够的裕度GIS绝缘中完全不允许产生电晕，因为一旦产生电晕，绝缘会立即发生击穿，这样将会导致整个GIS变电所绝缘的破坏。GIS变电所防雷保护特点受外界环境影响小，对导体和内壁要求高由于GIS变电所的封闭性，所以电气设备不会因受大气污秽、降水等的影响而降低绝缘强度。GIS变电所防雷接线无电缆段进线的GIS保护接线GIS变电所防雷接线三芯电缆段进线的GIS变电所保护接线GIS变电所防雷接线单芯电缆段进线的GIS变电所保护接线通过本知识点的学习，使学生了解气体绝缘变电所及其防雷保护，了解有电缆进线段和无电缆进线段的GIS变电所保护接线。过电压及防雷保护旋转电机的防雷保护问题旋转电机旋转电机包括发电机、调相机、大型电动机等，是电力系统的重要设备，要求具有十分可靠的防雷保护。旋转电机的防雷保护特点绝缘水平低由于结构和工艺上的特点，在相同电压等级的电气设备中，旋转电机的绝缘水平是最低的，它只能依靠固体介质绝缘，不能像变压器那样放在绝缘油中旋转电机的防雷保护特点绝缘容易老化电机在运行中受到发热、机械振动、臭氧、潮湿等因素的作用使绝缘容易老化。特别在槽口部分，电场极不均匀，在过电压作用下容易受伤旋转电机的防雷保护特点电机冲击耐压与避雷器的特性比较电机额定电压（kV）电机出厂工频试验电压（有效值，kV）电机出厂冲击耐压估计值（幅值，kV）同级变压器出厂冲击耐压估计值（幅值，kV）运行中交流耐压2.5Ue（幅值，kV）运行中直流耐压2.5Ue（kV）相应的磁吹避雷器3kA残压（幅值，kV）相应的金属氧化锌避雷器3kA残压（幅值，kV）3.152Ue+110.343.56.77.99.57.86.32Ue+119.26013.415.81915.610.52Ue+334.08022.326.3312613.82Ue+343.310829.334.54034.215.752Ue+348.810833.439.44539旋转电机的防雷保护特点绝缘配合裕度小保护旋转电机用的磁吹避雷器(FCD型)的保护性能与电机绝缘水平的配合裕度很小，电机出厂冲击耐压值与磁吹避雷器残压勉强相配合，金属氧化锌避雷器残压则勉强能与运行中的直流耐压值相配合旋转电机的防雷保护特点必须将侵入波陡度限制在5kV/μs以下由于电机绕组的匝间电容K很小，所以当冲击波作用时，匝间所受电压为

，要使该电压低于电机绕组的匝间耐压，必须把来波陡度a限制得很低，试验结果表明，为了保护匝间绝缘必须将侵入波陡度限制在5kV/μs以下旋转电机的防雷保护特点中性点一般不接地电机绕组中性点一般是不接地的，三相进波时在直角波头情况下，中性点电压可达进波电压的两倍，因此必须对中性点采取保护措施直配电机和非直配电机电机不经变压器直接与架空配电线连接的称为直配电机，经过变压器后再与架空线路连接的称为非直配电机。直配电机直接受雷电侵入波的作用，可靠性比非直配电机差，故我国规定，单机容量为60MW以上的电机不允许采取直配方式。直配电机防雷保护直配电机防雷保护主绝缘匝间绝缘中性点绝缘直配电机防雷保护直配电机防雷保护避雷器保护电容器保护进线段保护电抗器保护通过本知识点的学习，使学生掌握旋转电机的防雷保护，了解直配电机和非直配电机及其防雷保护方法。过电压及防雷保护自耦变压器的防雷保护问题自耦变压器

自耦变压器的防雷保护高、低压绕组运行，中压开路中、低压绕组运行，高压开路自耦变压器的防雷保护接线自耦变压器的防雷保护接线高压侧和中压侧各装设一组避雷器，保护中压和高压绕组绝缘通过本知识点的学习，使学生掌握自耦变压器的防雷保护，理解避雷器装设在中压侧和高压侧的原因。过电压及防雷保护避雷器的常用种类避雷器的常用种类避雷器保护间隙排气式避雷器阀式避雷器金属氧化物避雷器保护间隙工作原理：保护间隙与被保护设备的并联连接，当雷电波侵入时，间隙先击穿，线路接地，从而保护了电气设备常见种类：角型、棒形、环形和球型优点：结构简单，价格便宜缺点：伏秒特性曲线较陡，放电分散性大保护间隙角型保护间隙1—主间隙2—辅助间隙排气式避雷器实质上是一种具有较高熄弧能力的保护间隙工作原理：当雷电波侵入时，内外间隙同时击穿，雷电流经间隙泄入大地，从而保护了电气设备优点：熄弧能力提高缺点：伏秒特性曲线较陡，放电分散性大排气式避雷器排气式避雷器1—产气管；2—胶木管套；3—棒电极4—环形电极；5—贮气室；6—动作指示器阀式避雷器阀式避雷器是由装在密封瓷套中的多组火花间隙和多组非线性电阻阀片串联组成单个火花间隙结构1—黄铜电极；2—云母垫圈阀式避雷器工作原理：正常工作时，串联间隙将电阻阀片与工作母线隔离，承担了全部电压，阀片中无电流流过。出现过电压且其幅值超过间隙放电电压时，间隙击穿，冲击电流通过阀片流人大地，使其低于被保护设备的冲击耐压阀式避雷器种类阀式避雷器普通型FZFS磁吹型FCDFCZ金属氧化物避雷器氧化锌阀片的伏安特性金属氧化物避雷器的优点保护性能好通流容量大运行安全可靠无续流体积小重量轻维护方便

通过本知识点的学习，使学生掌握避雷器的各种类型、工作原理及其优缺点，为学生从事避雷器相关工作提供理论指导。过电压及防雷保护避雷器工作原理避雷器防止过电压损坏设备的一种保护装置实质是一种限压器避雷器工作原理电路正常工作时，流过避雷器的电流很小电路中出现过电压时，避雷器放电。避雷器的基本要求雷击输电线路时，过电压波沿着导线入侵发电厂或变电所在危及被保护绝缘时，要能瞬时动作要迅速截断工频续流，恢复绝缘强度的能力避雷器的基本要求要有平直的伏秒特性曲线具有一定通流容量

通过本知识点的学习，使学生掌握避雷器的工作原理、了解避雷器的要求、使用和选择。过电压及防雷保护避雷针防雷原理避雷针的构成避雷针接闪器引雷引下线引流接地体泄流接闪器主要作用：引雷材料：一般为具有一定的机械强度、直径10-12mm的圆钢避雷针防雷原理防雷原理：吸引雷电击于自身，并将雷电流迅速泄入大地，从而使被保护物体免遭直接雷击高于被保护的设备，且头部尖锐，针尖电荷最先游离，从而吸引下行先导向其发展、放电，避免雷击设备避雷针避雷针一般用于保护发电厂和变电站，可根据不同情况装设在配电构架上，或独立架设避雷针

通过本知识点的学习，使学生掌握避雷针的防雷原理、了解避雷针的构成，为后续避雷针保护范围课程打好理论基础。过电压及防雷保护单支避雷针的保护范围避雷针的保护范围定义：在此空间范围内，被保护物体遭受直接雷击的概率小于等于0.1%。依据：小电流雷电冲击模拟试验确定方法：折线法折线法

单支避雷针的保护范围折线法

避雷针的保护范围特点

通过本知识点的学习，使学生掌握单只避雷针的保护范围及其算法，会依据给定的条件选择避雷针的高度。过电压及防雷保护发电厂、变电所的接地发电厂、变电所一般接地方法根据要求敷设一个统一的接地网，然后再在避雷针和避雷器安装处增加接地极。接地网接地网以水平接地极为主有长孔接地网和方孔接地网接地网的外缘应围绕设备区域连成闭合环形接地网

接地网人工接地网配电系统接地形式保护接地：设备的外露可导电部分经各自的保护线（PE线）接地保护接零：设备的外露可导电部分经公共的PE线或保护中性线（PEN线）接地配电系统接地形式TN—S系统：PE和N导体在整个系统中是分开的配电系统接地形式TN—C—S系统：系统中一部分PE和N导体合一配电系统接地形式TN—C系统：PE和N导体在整个系统中是合一的配电系统接地形式TT系统：电力系统有一个直接接地点，电气装置的外露可导电部分接到在电气上与电力系统接地点无关的独立的接地极上配电系统接地形式IT系统：电力系统可接地点不接地或通过阻抗（电阻期货电抗器）接地，电气装置外露可导电部分单独直接接地配电系统接地形式电力系统可接地点不接地或通过阻抗（电阻期货电抗器）接地，电气装置外露可导电部分通过保护导体接到电力系统的接地极上通过本知识点的学习，使学生掌握发电厂、变电所的接地的一般方法，理解配电系统保护接地形式，了解接地网。过电压及防雷保护接地的分类接地的分类接地目的工作接地保护接地静电接地防雷接地工作接地定义：电力系统电气装置中，为运行需要所设的接地目的：稳定地电位和继电保护的需要工作接地又称为系统接地中性点的直接接地、中性点经消弧线圈、电阻接地保护接地定义：为防止其危及人身和设备的安全而设的接地目的：保护接触人员人身安全和设备安全电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔的接地静电接地定义：将带静电的物体或可能产生静电的物体通过导体与大地构成回路的接地目的：除静电易燃油、天然气贮罐、氢气贮罐和管道的接地防雷接地定义：为雷电保护装置向大地泄放雷电流而设的接地防雷接地也称为雷电保护接地避雷针、避雷线和避雷器的接地本知识点主要介绍了接地的种类，各类接地的定义、目的以及常用场合，使学生进一步了解接地。过电压及防雷保护接地的概念接地接地：指将电力系统中电气装置和设施的某些导电部分，经接地线连接至接地极（体）接地的相关概念接地极：埋入地中并直接与大地接触的金属导体自然接地极：兼作接地极用的直接与大地接触的各种金属构件、金属井管、钢筋混凝土建筑物的基础、金属管道和设备等接地的相关概念接地线：电气装置、设施的接地端子与接地极连接用的金属导线接地极（体）和接地线合称接地装置接地装置的分类接地装置自然接地装置人工接地装置水平接地垂直接地复合接地垂直接地装置

水平接地装置

形状系数序号123456接地体形式形状系数A00.380.480.871.692.14接地装置的冲击系数定义：冲击接地电阻与公平接地电阻的比值冲击接地电阻

复合接地体的电阻

复合接地体的电阻

过电压及防雷保护感应雷过电压危害感应雷过电压感应雷过电压是雷击线路附近大地，由于雷电通道周围空间电磁场的急剧变化，在导线上产生的过电压。过电压有两个分量，一个是电磁耦合分量，一个是静电感应分量感应雷过电压模型先导放电阶段在雷云放电的先导阶段，先导通道中充满了电荷，如左图。这些电荷对导线产生静电感应，在负先导附近的导线上积累了异号的正束缚电荷，而导线上的负电荷则被排斥到导线的远端感应雷过电压模型主放电阶段当先导到达附近地面时，主放电开始，先导通道中的电荷被中和，与之相应的导线上的束缚电荷得到释放，以波的形式向导线两侧运动，如左图所示感应雷过电压模型

感应雷过电压特点

感应雷过电压危害与直击雷过电压相比，感应雷过电压的波形较平缓，波头时间在几μs到几十μs，波长较长，对电力系统危害相对较小，但频次较高。由于感应雷过电压一般不超过400kV，感应雷对110kV及以上电压等级线路绝缘闪络影响不大，但仍能使35kV及以下电压等级线路绝缘闪络

通过本知识点的学习，使学生掌握感应雷电过电压的概念、模型及其危害，为后续输电线路防雷保护课程打好理论基础。过电压及防雷保护雷电参数雷电参数

雷电参数

雷电参数

雷电参数雷电流极性据统计，负极性雷占总数75-90%负极性的冲击过电压线路传播时衰减少，对设备危害大，计算时，一般按负极性雷来考虑为什么负极性雷占多数？雷电参数

雷电参数

雷电参数

雷电流的等值波形(a)双指数波；(b)斜角波；(c)半余弦波雷电参数

通过本知识点的学习，使学生掌握雷电的一些基本参数，理解各参数的意义和用途，为今后的课程学习打好基础。过电压及防雷保护雷电放电过程雷电雷电（lightning）雷电是自然界的一种常见现象，它由带电荷的雷云引起。在带有大量不同极性或不同数量的电荷的雷云之间、雷云和大地之间形成很强的电场，其电位差可达数十至数百兆伏。本质上属于长间隙放电的一种形式雷云带电云的形成水水蒸气水滴或冰晶云雷云带电强气流使云中水滴吹裂，较大的水滴带正电，较小的水滴带负电，小水滴同时被气流带走，使云中各部分带不同的电荷水在结冰时，冰粒会带正电，被吹走的水带负电带电过程也可能和他们吸收离子、碰撞或融合有关蒸发上升冷却聚集雷云带电雷云中的电荷分布一般不均匀，形成若干个电荷密集中心，每个电荷中心的电荷约为0.1-10C平均电场强度：1.5kV/cm实测雷云放电前的最大场强：3.4kV/cm大气压下均匀空气间隙的击穿场强：30kV/cm雷云放电过程先导主放电余辉放电雷云放电过程

雷云放电过程主放电迎面先导与下行先导相遇，发生强烈的中和过程，形成极大的电流，称为主放电，放电电流大，时间短余辉放电主放电结束后，雷云中剩余的电荷沿主放电通道下移，称为余辉放电。放电电流小，时间长雷云放电过程雷电是自然界的一种常见现象，本质上是长间隙放电。本节主要介绍雷电、雷云带电及雷云放电过程，让学生进一步认识雷电。过电压及防雷保护直击雷过电压危害直击雷过电压雷电放电作为一种强大的自然力的爆发是难以制止的，产生的雷电过电压可高达数百至数千kV，雷电过电压可分为直击雷过电压和感应雷过电压两种。直击雷过电压是由于雷电放电，强大的雷电流直接流经被击物产生的过电压特征流过被击物的电流大负极性雷过电压居多形成的过电压高常见形式雷击输电导线雷击线路档距中央雷击杆塔塔顶直击雷过电压模型

先导放电模型直击雷过电压模型彼得逊等效电路

直击雷过电压模型

直击雷过电压模型

直击雷过电压危害电效应破坏电性质的破坏作用，表现在雷击形成的数十万乃至数百万伏的冲击电压，畸变线路电压、电流；巨大的雷电流流入地下，会在雷击点接地周围的5~10m范围内形成极高的电压，可直接导致接地电压和跨步电压的触电事故。如雷击输电线路时，线路电压畸变严重直击雷过电压危害

直击雷过电压危害机械效应破坏机械性质的破坏作用，表现为被击物直接遭到破坏，甚至爆裂成碎片，这是由于巨大的雷电流通过被击物时，使被击物缝隙中的气体剧烈膨胀，缝隙中的水分也急剧蒸发为大量气体，致使被击物破坏或爆炸。此外，同性电荷之间的斥力、电流拐弯处的电磁推力、发生雷击时的气浪都有较强的破坏作用如线路被击中后，绝缘子直击爆炸

通过本知识点的学习，使学生掌握直击雷电过电压的概念、模型及其危害，为后续输电线路防雷保护课程打好理论基础。过电压及防雷保护工频过电压的分类工频过电压定义：在正常或故障时，电力系统所出现的幅值超过最大工作相电压、频率为工频（50HZ）的过电压工频过电压空载线路电容效应不对称短路甩负荷工频过电压工频过电压对电力系统运行的影响工频电压升高的大小直接影响操作过电压的实际值工频电压升高的大小影响保护电器的工作条件和保护效果工频电压升高持续时间长影响设备绝缘和运行性能工频过电压空载线路电容效应引起的工频过电压定义：空载线路末端电压较线路首端电压有较大的升高根本原因：线路中容性电流在感抗上的压降使得电容上的电压高压电源电压一条空载线路的总容抗一般远大于导线的感抗，因此线路各点的电压均高于线路首端电压，而且愈往线路末端电压愈高工频过电压

工频过电压空载线路电容效应引起的工频过电压限制方法末端、首端或中部并联电抗器工频过电压不对称短路引起的工频过电压系统通常以单相接地短路引起的工频过电压值作为确定避雷器额定电压、灭弧电压的依据对中性点绝缘的3-10kV系统，单相接地时，健全相的工频过电压可达最高运行线电压Um的1.1倍工频过电压甩负荷引起的工频过电压当系统满负荷运行时，输电线路传送功率最大，此时由于某种原因，断路器跳闸，电源突然甩负荷后引起的过电压通过本知识点的学习，使学生掌握工频过电压及其分类，理解三类工频过电压产生的原因，了解过电压的限制措施。过电压及防雷保护工频过电压对电力系统的影响工频过电压常见的工频过电压空载线路电容效应引起的工频过电压不对称短路引起的工频过电压甩负荷引起的工频过电压工频过电压的影响一般而言，工频过电压对220kV电压等级以下、线路不太长的系统的正常绝缘的电气设备是没有危险的，但对超高压、远距离传输系统绝缘水平的确定却起着决定性的作用。工频过电压的影响工频过电压对电力系统运行的影响工频电压升高的大小直接影响操作过电压的实际值工频电压升高的大小影响保护电器的工作条件和保护效果工频电压升高持续时间长影响设备绝缘和运行性能工频过电压的影响工频电压升高的大小直接影响操作过电压的实际值工频电压升高时，同时出现操作过电压，操作过电压幅值就会达到很高的倍数工频过电压的影响工频电压升高的大小影响保护电器的工作条件和保护效果避雷器最大允许工作电压是由工频电压升高决定的，如要求避雷器最大允许工作电压较高，则其冲击放电电压和残压也将提高，相应地，被保护设备的绝缘强度亦应随之提高。工频过电压的影响工频电压升高持续时间长影响设备绝缘和运行性能工频过电压会使油纸绝缘内部游离、污秽绝缘子闪络、铁心过热、电晕及其干扰加剧等

工频过电压存在于各个电压等级，影响各不相同。通过本知识点的学习，使学生掌握工频过电压对电力系统的影响及具体体现形式。过电压及防雷保护内部过电压的分类内部过电压定义：由于电力系统中某些内部的原因引起的过电压内部原因：系统中断路器的操作、系统中故障以及系统中电感、电容在特定情况下的配合不当内部过电压操作过电压暂时过电压操作过电压定义：由电网参数突变（如倒闸操作或故障）引起的过电压主要类型：断续电弧接地过电压（非直接接地系统）切除空载线路过电压空载线路合闸过电压切除空载变压器过电压操作过电压特点（相对于暂时过电压）过电压幅值高存在振荡强阻尼持续时间短暂时过电压暂时过电压包括工频过电压和谐振过电压工频过电压：在正常或故障时，电力系统所出现的幅值超过最大工作相电压、频率为工频（50HZ）的过电压工频过电压空载线路电容效应不对称短路甩负荷暂时过电压谐振过电压：当系进行操作或发生故障时，振荡回路与外加电源发生谐振现象，导致系统中某些部分（或设备）上出现的过电压。谐振过电压线性谐振铁磁谐振参数谐振通过本知识点的学习，使学生掌握内部过电压的概念、特点及分类，为后续内部过电压的进一步分析打基础。过电压及防雷保护感应雷过电压的产生感应雷过电压的产生感应雷过电压是雷击线路附近大地，由于雷电通道周围空间电磁场的急剧变化，在导线上产生的过电压。过电压有两个分量，一个是电磁分量，一个是静电感应分量感应雷过电压的产生先导放电阶段在雷云放电的先导阶段，先导通道中充满了电荷，如左图。这些电荷对导线产生静电感应，在负先导附近的导线上积累了异号的正束缚电荷，而导线上的负电荷则被排斥到导线的远端感应雷过电压的产生主放电阶段当先导到达附近地面时，主放电开始，先导通道中的电荷被中和，与之相应的导线上的束缚电荷得到释放，以波的形式向导线两侧运动，如左图所示感应雷过电压的产生由于先导通道中电荷所产生的静电场突然消失而引起的感应电压为感应过电压的静电分量感应雷过电压的产生雷电流在通道周围建立了强大的变化的磁场，一部分磁力线穿过导线与大地形成回路，产生的高电压为感应过电压的电磁分量通过本知识点的学习，使学生掌握感应雷过电压产生，理解感应雷过电压的两个分量，为感应雷过电压计算打基础。过电压及防雷保护感应雷过电压的计算感应雷过电压的计算感应雷过电压的计算雷击线路附近大地无避雷线有避雷线雷击线路杆塔无避雷线的感应雷过电压计算

无避雷线的感应雷过电压特点

无避雷线的感应雷过电压特点雷电流幅值一般不超过100kA感应过电压一般不超过300—400kV对35kV及以下电压等级线路绝缘有危险一般为对地闪络有避雷线的感应雷过电压计算

有避雷线的感应雷过电压计算

有避雷线的感应雷过电压计算

雷击杆塔时感应过电压的计算

通过本知识点的学习，使学生掌握输电线路感应雷过电压的计算，了解各因素对输电线路感应过电压的影响。过电压及防雷保护建弧率建弧率

建弧率

建弧率

建弧率

建弧率

降低建弧率可采取的措施适当增加绝缘子片数，减少绝缘子串上工频电场强度采用不接地或经消弧线圈接地方式，防止建立稳定的工频电弧通过本知识点的学习，使学生掌握建弧率的概念、影响因素及计算方法，为后续雷击跳闸率的计算打基础。过电压及防雷保护采用不平衡绝缘方式不平衡绝缘方式同一杆塔上，不同回路的绝缘水平不一样例如在220kV同塔双回线路上一回采用13片绝缘，一回采用15片绝缘子不平衡绝缘方式防雷原理雷击时绝缘子串片数少的回路先闪络，闪络后的导线相当于地线，增加了对另一回路导线的耦合作用，提高了线路的耐雷水平使之不发生闪络，保障了另一回路的连续供电不平衡绝缘方式一般认为双回路绝缘水平的差异宜为相电压峰值的

倍，差异过大将使线路的总跳闸率增加在输电线路两侧环境不同时，雷击概率较大的一侧增强绝缘通过本知识点的学习，使学生掌握采用不平衡绝缘方式这一防雷措施的防雷原理和采用这一防雷措施的惯例。过电压及防雷保护架设耦合地线耦合地线一般应用于雷电活动强烈的地方或经常发生雷击故障的杆塔和线段一般架设在导线下方耦合地线耦合地线可起两个作用一是降低接地电阻，连续伸长接地线是沿线路在地中埋设1～2根接地线，并可与下一基塔的杆塔接地装置相连二是起一部分架空地线的作用，既有避雷线的分流作用，又有避雷线的耦合作用耦合地线是降低高土壤电阻率地区杆塔接地电阻的有效措施之一。通过本知识点的学习，使学生掌握耦合地线架设原则和作用。过电压及防雷保护耦合地线耦合地线架空线路导线下面增设的架空地线主要作用：降低接地电阻分流作用耦合作用耦合地线降低接地电阻国内外的运行经验证明，它是降低高土壤电阻率地区杆塔接地电阻的有效措施之一分流作用兼做避雷线，对雷电流分流耦合作用与避雷线、导线耦合，使耦合系数增大通过本知识点的学习，使学生进一步认识耦合地线这一防雷措施、理解架设耦合地线的三种作用和防雷原理。过电压及防雷保护如何架设避雷线避雷线避雷线，通常又称架空地线，简称地线。避雷线的防雷原理与避雷针相同，主要用于输电线路的保护，也可用来保护发电厂和变电所避雷线架设避雷线是高压和超高压输电线线路最基本的防雷措施，其主要目的是防止雷直击于导线，同时还有分流作用以减小流经杆塔入地电流，从而降低塔顶电位；通过对导线耦合作用可以减小线路绝缘承受的电压；对导线还有屏蔽作用，可以降低感应过电压。避雷线

避雷线工程中采用保护角α来表示避雷线对导线的保护程度保护角是指避雷线和外侧导线的连线与避雷线的垂线之间的夹角。保护角愈小，避雷线就愈可靠地保护导线免遭雷击。避雷线为了提高避雷线对导线的屏蔽效果，减小绕击率，ll0kV及以上电压等级的输电线路都应全线架设避雷线。平原上的220kV及ll0kV线路可用单根避雷线，保护角为

；山区220kV线路也要采用双避雷线，保护角在

以下。避雷线300～500kV及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线，保护角在

左右。35kV及以下的线路绝缘水平很低，全线架设避雷线依然有可能造成闪络，故一般不沿全线架设避雷线，可采用中性点经消弧线圈接地或不接地

架设避雷线是高压和超高压输电线线路最基本的防雷措施。通过本知识点的学习，使学生掌握避雷线防雷原理、保护范围和架设方法。过电压及防雷保护输电线路防雷原则输电线路防雷目的：提高线路的耐雷性能，降低线路的雷击跳闸率原则：采用技术与经济合理的措施，使系统雷害事故降低到运行部门可以接受的程度，保证系统安全可靠经济运行。输电线路防雷在确定输电线路的防雷方式时，应全面考虑线路的重要程度、系统运行方式、线路经过地区雷电活动的强弱、地形地貌的特点、土壤电阻率的高低等条件，结合当地原有线路的运行经验，根据技术经济比较的结果，因地制宜，采取合理的保护措施输电线路防雷四道防线：防止雷电直击输电线路防止输电线路雷击后绝缘闪络防止雷击闪络后建立稳定的工频电弧防止工频电弧引起电力供应中断输电线路防雷防止雷电直击输电线路架设避雷线、装设避雷针、杆塔侧针等防止输电线路雷击后绝缘闪络增强线路绝缘降低杆塔接地电阻、架设耦合地线防止雷击闪络后建立稳定的工频电弧采用中性点非有效接地方式增强绝缘防止工频电弧引起电力供应中断装设避雷器装设自动重合闸装置通过本知识点的学习，使学生掌握输电线路防雷原则、了解输电线路防雷的四道防线和一些常用的防雷措施。过电压及防雷保护雷击避雷线档距中央雷击避雷线档距中央根据模拟试验和实际运行经验，雷击避雷线档距中央约有10％的概率雷击避雷线档距中央雷击避雷线档距中央雷击避雷线档距中央等值电路

雷击避雷线档距中央

雷击避雷线档距中央

雷击避雷线档距中央

雷击避雷线档距中央

通过本知识点的学习，使学生掌握雷击避雷线档距中央过电压的相关计算。为后续输电线路防雷保护课程打好基础。过电压及防雷保护雷击杆塔塔顶的过电压和耐雷水平输电线路直击雷过电压直击雷过电压雷击杆塔塔顶雷击避雷线或档距中央雷击导线或绕击导线雷击杆塔塔顶以有避雷线的线路为例，作用在线路绝缘子串上的电压由3个分量组成电流在杆塔电感和接她电阻上形成的压降避雷线和导线间的耦合作用而在导线上具有的电位雷电流产生的迅速变化的电磁场在导线上感应的电位雷击杆塔塔顶雷电流分布及等值电路

分布图等值电路雷击杆塔塔顶

雷击杆塔塔顶

雷击杆塔塔顶

雷击杆塔塔顶

耐雷水平

耐雷水平

耐雷水平反击现象原来被认为接地的杆塔却带上了高电位，对输电线路放电的现象通过本知识点的学习，使学生掌握雷击杆塔塔顶各部分电位的计算、理解耐雷水平和反击的概念，会采取有关措施提高耐雷水平。过电压及防雷保护绕击时过电压雷击导线等值电路(不考虑导线工作电压)雷击导线或雷电绕过避雷线绕击导线等值电路雷击点电压(不考虑导线工作电压)

雷击点电压(不考虑导线工作电压)

雷击点电压(不考虑导线工作电压)导线上的电压即为雷击点的电压，随雷电流的增大而增大若导线上的电压幅值超过线路绝缘子串的冲击闪络电压，则绝缘将发生闪络雷击点电压(考虑导线工作电压)

通过本知识点的学习，使学生掌握雷电绕击时过电压的相关计算，了解计算的一般模型和参数的一般取值。过电压及防雷保护绕击时耐雷水平耐雷水平定义：雷击线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值耐雷水平反击耐雷水平绕击耐雷水平耐雷水平

耐雷水平

耐雷水平110、220、330kV线路的绕击耐雷水平分别为7、12和16kA。110、220kV线路的反击耐雷水平为40—85、80—120kA耐雷水平额定电压（kV）356011022033050020-3030-6045-8580-12014015068-5353-2842-1618-7.854通过本知识点的学习，使学生掌握直击雷保护措施，避雷针或避雷线装设方式、原则和应用范围，为后续课程打基础。过电压及防雷保护彼得逊等值法则的应用某一变电所上接有N条出线，每条线路的波阻抗均为Z。如有一条线路上落雷，有一幅值为u(t)的直角波沿线路袭来，求母线上的电压和各线路电压幅值及电压折射系数。应用彼得逊法则，将上图化简为下图的等值计算电路，母线上的电压计算如下：各出线承受的电压就是母线电压为,电压折射系数为

通过本知识点的学习，使学生掌握灵活应用彼得逊等值法则，为今后的课程学习打下了良好的基础。过电压及防雷保护波的折射和反射现象一、节点在实际工程中分析过电压保护问题时，经常会遇到---分布参数的长导线或与集中阻抗（如接地电阻R）相连接的情况，不同波阻抗导线之间的连接点称之为节点。二、波的折射和反射

若有一行波来到节点时，由于波要在节点前后保持单位长度导线的电场能和磁场能总和相等的规律，这就意味着波传播到节点处必然要发生能量重新分配的过程，即会在节点处发生行波的折射和反射。

当一行波我们称为入射波，当入射波到达节点A时，由于连接节点两端的导线波阻抗，入射波在节点A处要发生电磁能量的重新分配，也就是在节点A处电压、电流重新调整分配的过程。这就是波的折射和反射现象。

一部分能量通过节点A并沿继续前行，称折射波，一部分能量未能通过结点Ａ将沿导线返回，称反射波。

通过本知识点的学习，使学生掌握折射波和反射波的基本过程，为今后的课程学习打下了良好的基础。过电压及防雷保护分析线路末端电压波形一、直流电源在t=0时合闸于长度为L的空载线路，如图所示，求线路末端点的电压波形。

解：设τ为电磁波通过长度为L的线路时所需的时间。当0＜t＜τ时，由线路首端发生的第一次电压入射波u1q=E尚未到达线路末端，B点电压为零。当τ≤t＜2τ时，由于线路末端开路，在末端发生正电压全反射，产生第一次反射波u1f=E，UB=2E。当2τ≤t＜3τ时，到达线路首端，由于首端电源内阻为零，对波的传输来说，相当于发生末端对地短路的情况，从而在首端发生负电压全反射，产生u2q=-E的第二次电压入射波。但此时尚未到达B点，因而仍有UB=2E。当3τ≤t＜5τ时，u2q已到B点，并产生第二次反射波u2f=-E，UB=u1q+u1f+u2q+u2f=0。当5τ≤t＜7τ时，u2f=-E到达首端，产生的第三次入射波u3q=E到达B点，故在此时间内UB=2E。如此反复下去得到周期为4τ，振幅为2E的振荡方波。

通过本知识点的学习，使学生掌握分析线路末端电压波形的方法，为今后的课程学习打下了良好的基础。过电压及防雷保护计算折射波的等值电路在图中有一前行波沿波阻抗为的线路传到波阻抗为的线路时，在节点A所引起的折射和反射，是用集中参数的等值电路来求解的问题。节点A的边界条件把i1q=u1q/z、i1f=-u1f/z代入上式中的电流方程中，与电压方程联立求解得到：可以看出，要计算分布参数上节点A的电压u2q，可以应用下图的集中参数等值电路。彼得逊法则：①线路波阻抗用数值相等的集中参数电阻代替；②把线路上的入射电压波的两倍2u1q作为等值电压源。彼得逊法则使用条件：①入射波必须是沿分布参数线路传来的；②节点A后面的线路中没有反行波或反行波尚未到达节点A。

通过本知识点的学习，使学生掌握折射波如何计算，为今后的课程学习打下了良好的基础。过电压及防雷保护线路末端短路的折射、反射波一、线路末端短路相当于故有入射波u1q到达末端后，发生了负的全反射，负反射的结果是使线路末端电压下降为零，并逐步向首端发展。电流波i1q发生了正的全反射，线路末端的电流i2q=2i1q，即电流上升到原来的2倍，且逐步向首端发展。二、线路末端短路参数变化

从能量守恒的角度来看，这是由于末端短路接地，末端电压为零，入射波的全部电场能量转变为磁场能量之故。

通过本知识点的学习，使学生掌握线路末端短路时波发生折射和反射时各物理量的变化，为今后的课程学习打下了良好的基础。过电压及防雷保护末端接负载电阻的折射、反射波一、线路末端接负载相当于故有

入射波到达与线路波阻抗相同的负载时，没有反射现象，既没有电压反射波，也没有电流反射波，由Z1传过来的能量全部消耗在R中。线路上的电压电流波形保持不变。相当于线路末端接于另一波阻抗相同的线路（Z2=Z1），也是均匀线路的延伸。这种情况我们又称之为阻抗匹配。二、线路末端短路参数变化

从能量角度看两者是有本质的区别的，前者是把能量全部消耗在负载中，后者是把能量储存在线路中并向前传播。阻抗匹配在实际中的应用：在高压测量中，我们常在电缆末端接上和电缆波阻相等的匹配电阻来消除在电缆末端折、反射所引起的测量误差。

通过本知识点的学习，使学生掌握线路末端接负载时波发生折射和反射时各物理量的变化，为今后的课程学习打下了良好的基础。过电压及防雷保护线路末端开路的折射、反射波一、线路末端开路相当于故有

电压入射波u1q到达开路的末端时发生了正的全反射,结果是使线路末端的电压上升到入射波的两倍。随着电压反射波的逆向传播,其所到之处均加倍达2u1q。电流反射波i1f=-u1f/z1=-u1q/z1=-i1q，可见电流发生了负的全反射,随着电流反射波的逆向传播,其所到之处电流全部降为零。二、线路末端开路参数变化

从能量守恒的角度来看，这是由于末端开路时，末端电流为零，入射波的全部磁场能量转变为电场能量之故。应用：过电压波在开路末端的加倍升高对绝缘是很危险的，在考虑过电压防护措施时应引起充分的重视。

通过本知识点的学习，使学生掌握线路末端开路时波发生折射和反射时各物理量的变化，为今后的课程学习打下了良好的基础。过电压及防雷保护折射波和反射波的计算一、折射波和反射波的大小

在节点处只能有一个电压值和电流值，即节点左侧及右侧的电压和电