输电线路防雷技术高电压技术.pptx

1 1、雷击输电线路的方式雷击输电线路的方式第1页/共48页2 2、雷击输电线路的后果、雷击输电线路的后果u发生短路接地故障u雷电波侵入变电所，破坏设备绝缘，造成停电事故第2页/共48页输电线路的雷击事故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4070，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，2030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 275500kV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3页/共48页输电线路的雷电过电压及防护输电线路的雷电过电压及防护直击雷过电压：雷电直接击中杆塔、避雷线或导线引起的线路过电压反击雷击杆塔或避雷线,造成绝缘子接地端电位比导线高绕击雷电击中导线感应雷过电压：雷击线路附近大地，由电磁感应在导线上产生的过电压（只对35kV以下线路有危险）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4页/共48页输电线路的感应过电压输电线路的感应过电压v静电感应v电磁感应第5页/共48页感应过电压感应过电压-静电感应静电感应v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形成束缚电荷v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v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uiZ幅值可能很高。这种过电压就是感应过电压的静电分量第6页/共48页感应过电压感应过电压-电磁感应电磁感应在主放电过程中，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7页/共48页感应过电压计算感应过电压计算n n感应过电压为感应过电压为 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8页/共48页避雷线对感应过电压的屏蔽作用避雷线对感应过电压的屏蔽作用2、避雷线接地n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n-Ugb在导线上耦合n导线上的实际感应电压1、避雷线不接地：第9页/共48页雷击塔顶时的感应过电压雷击塔顶时的感应过电压n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n无避雷线时n有避雷线时，导线上的感应过电压第10页/共48页雷击塔顶的分流雷击塔顶的分流u避雷线u杆 塔u闪络后相导线也分流反击反击第11页/共48页雷击塔顶的过电压分析雷击塔顶的过电压分析u波头部分u塔顶电位u最高塔顶电位第12页/共48页杆塔的分流杆塔的分流u110kV:0.9(1S),0.86(2S)u220kV:0.92(1S),0.88(2S)u500kV:0.88(2S)第13页/共48页雷击杆塔时导线的电位雷击杆塔时导线的电位u避雷线耦合到导线上的电位：kutu 雷击塔顶时的感应电位：ahc(1-k0hs/hc)(最大值）假设随时间线性变化 u导线电位第14页/共48页u绝缘子串的作用电压为横担高度处的杆塔电位ua与导线电位之差横担高度处的杆塔电位ua绝缘子串的作用电压绝缘子串的作用电压和闪络绝缘子串的作用电压和闪络第15页/共48页反击耐雷水平反击耐雷水平v反击耐雷水平与导线地线间的耦合系数k，杆塔分流系数，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U50等因素有关v还必须考虑工频电压的作用以及触发相位v距离远，耦合系数小，一般以外侧或下方导线计算v通常以降低Rch，提高k为提高反击耐雷水平的主要手段第16页/共48页反击耐雷水平反击耐雷水平v35kV:20-30kAv110kV:40-75kAv220kV:75-110kAv330kV:100-150kAv500kV:125-175kA第17页/共48页雷击避雷线档距中央雷击避雷线档距中央v反击耐雷水平与导线地线间的耦合系数k，杆塔分流系数，杆塔冲击接地电阻Ri，杆塔等值电感Lt以及绝缘子串的50放电电压U50等因素有关第18页/共48页雷击避雷线档距中央雷击避雷线档距中央第19页/共48页雷击避雷线档距中央雷击避雷线档距中央v情况1：vA点最高电位v空气间隙最高电压vUs大于间隙的50%冲击放电电压似的到最小间隙距离第20页/共48页雷击避雷线档距中央雷击避雷线档距中央v v v 我国规程第21页/共48页雷击避雷线档距中央雷击避雷线档距中央v情况2：v 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v一般罕见雷击档距中央第22页/共48页雷击导线绕击时的过电雷击导线绕击时的过电压压v绕击过电压：v幅值为：v设Z0Zc/2,取Zc=400,则 UA100I第23页/共48页绕击耐雷水平绕击耐雷水平v绕击耐雷水平v绕击线路的耐雷水平很低v 500kV线路27.4kA，220kV-12kA，110kV-7kAv 110kV以上线路要求全线架避雷线v绕击率：平原线路：v山区线路：第24页/共48页输电线路的雷击跳闸率输电线路的雷击跳闸率v建弧率：第25页/共48页输电线路的雷击跳闸率输电线路的雷击跳闸率v100km年的雷击次数（40个雷电日）：vN次中击中塔顶引起线路跳闸次数vg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v绕击导线的跳闸率线路跳闸率：vPa为绕击率,P2为雷电流幅值超过绕击耐雷水平的概率第26页/共48页线路防雷措施线路防雷措施u安装避雷线，减小避雷线的屏蔽角，受到杆塔结构的限制（雨伞的作用）u提高线路绝缘水平（加高堤坝）u降低杆塔接地电阻（疏淤）u双回输电线路采用不平衡绝缘（放水）u线路避雷器（水涨船高）第27页/共48页输电线路的防雷保护措施输电线路的防雷保护措施v架设避雷线：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v防止直接雷击导线v分流减少经杆塔入地电流，降低塔顶电位v降低感应过电压v110kV以上应全线架设避雷线v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2030，500kV负保护角第28页/共48页输电线路的防雷保护措施输电线路的防雷保护措施v降低杆塔接地电阻v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 v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第29页/共48页v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v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左右输电线路的防雷保护措施输电线路的防雷保护措施第30页/共48页v加强绝缘：对个别大跨越、高杆塔，落雷机会多等情况，可增加绝缘子片数v采用不平衡绝缘方式：针对同杆并架双回线路，一回普通绝缘，一回加强绝缘v装设自动重合闸装置：我国110kV及以上线路重合闸成功率达7595输电线路的防雷保护措施输电线路的防雷保护措施第31页/共48页v安装线路避雷器：作用原理实质上是一种放电器，并联连接在被保护设备附近，当作用电压超过避雷器的放电电压时，避雷器先放电，限制了过电压的发展v基本要求：v良好的伏秒特性，实现合理的绝缘配合v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v硅橡胶护套氧化锌线路避雷器已取得良好应用效果输电线路的防雷保护措施输电线路的防雷保护措施第32页/共48页v日本总结77kV各种防雷措施的效果，统计出：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MOA后可消除雷击跳闸事故输电线路的防雷保护措施输电线路的防雷保护措施第33页/共48页线路避雷器的应用线路避雷器的应用vv线路避雷器的投资较大，难以普遍采用线路避雷器的投资较大，难以普遍采用线路避雷器的投资较大，难以普遍采用线路避雷器的投资较大，难以普遍采用vv建议优先安装在下列条件杆塔：建议优先安装在下列条件杆塔：建议优先安装在下列条件杆塔：建议优先安装在下列条件杆塔：vv山区线路易击段、易击点的杆塔山区线路易击段、易击点的杆塔山区线路易击段、易击点的杆塔山区线路易击段、易击点的杆塔vv山区线路接地电阻超过山区线路接地电阻超过山区线路接地电阻超过山区线路接地电阻超过100 100 且发生过闪络的且发生过闪络的且发生过闪络的且发生过闪络的杆塔杆塔杆塔杆塔vv水电站升压站出口线路接地电阻大的杆塔大跨水电站升压站出口线路接地电阻大的杆塔大跨水电站升压站出口线路接地电阻大的杆塔大跨水电站升压站出口线路接地电阻大的杆塔大跨越高杆塔越高杆塔越高杆塔越高杆塔vv多雷区双回线路易击段、易击点的一回线路上多雷区双回线路易击段、易击点的一回线路上多雷区双回线路易击段、易击点的一回线路上多雷区双回线路易击段、易击点的一回线路上第34页/共48页线路避雷器保护绝缘子原理线路避雷器保护绝缘子原理第35页/共48页线路避雷器的发展线路避雷器的发展u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。u法国：1998年开始在63kV和90kV线路安装避雷器u 日本：19811983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36页/共48页线路避雷器的发展线路避雷器的发展u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。u俄罗斯：80年度中已研制出1101150kV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第37页/共48页线路避雷器应用线路避雷器应用第38页/共48页线路避雷器应用线路避雷器应用第39页/共48页中国线路避雷器的应用中国线路避雷器的应用第40页/共48页悬挂式避雷器应用于变电站悬挂式避雷器应用于变电站第41页/共48页线路线路避雷避雷器应器应用于用于室内室内变电变电站入站入口处口处第42页/共48页3535kVkV无间隙线路避雷器无间隙线路避雷器第43页/共48页220220kVkV线路避雷器线路避雷器第44页/共48页220220kVkV线路避雷器线路避雷器第45页/共48页110110kVkV带分离间隙的线路避雷器带分离间隙的线路避雷器第46页/共48页谢谢！谢谢！第47页/共48页感谢您的观看！第48页/共48页