2022年配电线路高压防雷 .pdf

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1、一、中压柱上开关、10KV 跌落式熔断器、低压熔断器、刀开关与低压断路器、避雷器、低压无功补偿装置与低压低压电力电容器、10KV 箱变、多回路开关与用户供电箱、配电变压器二、电介质的击穿当施加于电介质上的电压超过某临界值时，则使通过电介质的电流剧增，电介质发生破坏或分解，直至电介质丧失固有的绝缘性能，这种现象叫做电介质击穿。Eb=dUb1、雷电冲击电压下气体间隙的击穿：2、雷电冲击50%击穿电压：冲击系数=U50%/Ub1 3、绝缘配合：二、大气过电压及防雷器具：电力系统过电压：大气过电压、操作过电压、短时过电压（谐振、接地故障、长线路容升）1、雷电放电过程，雷电参数：雷电活动频度：雷暴日Td

2、及雷暴小时Th（/年）地面落雷密度：次/km2雷暴日，我国Td=40 取=0.015 100km 线路每年落雷次数N：N=100010h100Td=0.6h 次/100km年雷道波阻抗Z0：我国 Z0300 欧姆雷电的极性：负75%90%雷电流幅值：lgP=-108I（-54I）08KA 10%）波头、波长、陡度：2.6/40s，a=6.2I（kA/s）（50kA/s）2、防雷器具：避雷针：单针：hxh/2 时 rx=（h-hx）p；hxh/2 时 rx=（1.5h-2hx）p P=5.5/h名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 16 页 -双针：a等高：h0=h-pD

3、7，bx=1.5（h0-hx）B 不等高：先化为等高避雷线单线：hxh/2 时 rx=0.7（h-hx）p；hxh/2 时 rx=（h-1.53hx）p P=5.5/h双线：h0=h-pD4避雷器：保护间隙管型避雷器阀型避雷器：火花间隙，电阻阀片：SiC 非线性磁吹避雷器：灭弧能力较强的磁吹火花间隙、通流能力较大的高温阀片ZnO避雷器：理想的非线性、无间隙、造价低、无续流、残压低、伏秒特性好、通流容量大、耐污性能好。如Y10WZ-200/520 氧化锌避雷器。避雷器型号 Type 系 统电 压 KV r.m.s 避雷器额定电压KV r.m.s 避雷器持续运行电压kv r.m.s 直流参考电压不

4、少于UlmA kv 1/5us 陡波残压不大于10KA kVp 8/20 s 雷电残压不大于10kA kVp 30/60 s操作残压不大于0.5kA kVp 2ms 方波通流容量A 4/10 s 冲击通流容量KA 持续运行电压下的阻性电流不大于A Y10WZ-200/520 220 200 156 290 582 520 442 600 100 200 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 16 页 -Y10WZ-200/520 A、避雷器额定电压（200kV）它相当于 SiC（阀型）避雷器的灭弧电压，但含义不同，它是避雷器能较长期耐受的最大工频电压有效值，即在系统中发

5、生短时工频电压升高时(此电压直接施加在ZnO 阀片上)，避雷器亦应能正常可靠地工作一段时间(完成规定的雷电及操作过电压动作负载、特性基本不变、不会出现热损坏)。B、容许最大持续运行电压(MCOV)（156kV=32201.23）该避雷器能长期持续运行的最大工频电压有效值。它一般应等于系统的最高工作相电压。C、起始动作电压(亦称参考电压或转折电压)（290kV）大致位于ZnO 阀片伏安特性曲线由小电流区上升部分进入大电流区平坦部分的转折处，可认为避雷器此时开始进入动作状态以限制过电压。通常以通过lrnA 电流时的电压作为起始动作电压。D、残压（520kV，442kV，582kV）指放电电流通过Z

6、nO 避雷器时，其端子间出现的电压峰值。此时存在三个残压值：雷电冲击电流下的残压UR（1）：电流波形为79/822s，标称放电电流为5kA，10kA，20kA；操作冲击电流下的残压UR（s）：电流波形为3010060200s，电流峰值为0.5kA(一般避雷器)，lkA(330kV避雷器)，2kA(500kV 避雷器)；陡波冲击电流下的残压UR（st）：电流波前时间为1s，峰值与标称(雷电冲击)电流相同。E、保护水平ZnO 避雷器的雷电保护水平UP（1）为下列二值中的较大者（582kV）a、雷电冲击残压UR（1）；b、陡波冲击残压UR（st）除以 1.15。即：UP（1）=maxUR（1），15

7、.1)(stRU ZnO 避雷器的操作保护水平UP（S）等于操作冲击残压（442kV），即UP（S）=UR（s）F、压比（2905201.793）指 ZnO 避雷器在波形为820s 的冲击电流规定值(例如 10kA)作用下的残压U10kA与名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 16 页 -起始动作电压U1mA之比。压比越小，表明非线性越好、避雷器的保护性能越好。目前产品制造水平所能达到的压比约为1.62.0。7荷电率(AVR)它的定义是容许最大持续运行电压的幅值与起始动作电压之比，即AVR=mAUMCOV12=29021560.76 它是表示阀片上电压负荷程度的一个参数

8、。设计ZnO 避雷器时为它选择一个合理的荷电率是很重要的，这时应综合考虑阀片特性的稳定度、漏电流的大小、温度对伏安特性的影响、阀片预期寿命等因素。选定的荷电率大小对阀片的老化速度有很大的影响。一般选用4575或更大。在中性点非有效接地系统中，因一相接地时健全相上的电压会升至线电压，所以一般选用较小的荷电率。为清晰计，将保护间隙和各种避雷器的有关特性总结于下表中，以便进行综合比较，形成完整的概念。各种避雷器的综合比较名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 16 页 -名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 16 页 -三、防雷接地前面所介绍的各种防雷保

9、护装置都必须配备合适的接地装置才能有效地发挥其保护作用，所以防雷接地装置是整个防雷保护体系中不可或缺的一个组成部分。(一)接地装置一般概念电工中“地”的定义是地中不受入地电流的影响而保持着零电位的土地。电气设备导电部分和非导电部分(例如电缆外皮)与大地的人为连接称为接地，接地起着维持正常运行、保安、防雷、防干扰等作用。电气设备需要接地的部分与大地的连接是靠接地装置来实现的，它由接地体和接地引线组成。接地体有人工和自然两大类，前者专为接地的目的而设置，而后者主要用于别的目的，但也兼起接地体的作用，例如钢筋混凝土基础、电缆的金属外皮、轨道、各种地下金属管道等都属于天然接地体。接地引线也有可能是天然

10、的，例如建筑物墙壁中的钢筋等。电力系统中的接地可分为三类：工作接地：根据电力系统正常运行的需要而设置的接地，例如三相系统的中性点接地，双极直流输电系统的中点接地等。它所要求的接地电阻值约在0.510的范围内。保护接地：不设这种接地，电力系统也能正常运行，但为了人身安全而将电气设备的金属外壳 等加以接地，它是在故障条件下才发挥作用的，它所要求的接地电阻值处于110的范围内。防雷接地：用来将雷电流顺利泄入地下，以减小它所引起的过电压，它的性质似乎介于前面两种接地之间，它是防雷保护装置不可或缺的组成部分，这有些象工作接地；但它又是保障人身安全的有力措施，而且只有在故障条件下才发挥作用，这又有些象保护

11、接地，它的阻值一般在130的范围内。对工作接地和保护接地而言，通常接地电阻是指流过工频或直流电流时的电阻值，这时电流入地点附近的土壤中均出现了一定的电流密度和电位梯度，所以已不是电工意义上的“地”。接地电阻Re是表征接地装置功能的一个最重要的电气参数。严格说来，接地电阻包括四个组成部分，即：接地引线的电阻、接地体本身的电阻、接地体与土壤间的过渡(接触)电阻和大地的溢流电阻。不过与最后的溢流电阻相比，前三种电阻要小得很多，一般均忽略不计，这样一来，接地电阻 Re就等于从接地体到地下远处零位面之间的电压Ue与流过的工频或直流电流Ie之比，即Re=eeIU名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理

12、-第 6 页，共 16 页 -对防雷接地而言，我们最感兴趣的将是流过冲击大电流(雷电流或它的一部分)时呈现的电阻，简称冲击接地电阻Ri。与此相对应，我们将上面工频或直流下的接地电阻Re称为稳态电阻，二者之比称为冲击系数ii=eiRR（1-1）其值一般小于1，但在接地体很长时也有可能大于1。稳态电阻通常均用发出工频交流的测量仪器实际测得，但有些几何形状比较简单和规则的接地体的工频(即稳态)接地电阻也可利用一些计算公式近似地求得。这些计算公式大都利用稳定电流场与静电场之间的相似性，以电磁场理论中的静电类比法得出。最常见的一些接地体的工频接地电阻计算公式如下：1单根垂直接地体当 ld 时Re=l2（

13、lndl 8-1）（）式中 土壤电阻率，m；1接地体的长度，m；d接地体的直径，m。如果接地体不是用钢管或圆钢制成，那么可将别的钢材的几何尺寸按下面的公式折算成等效的圆钢直径，仍可利用上式进行计算：如为等边角钢：d0.84b(b 为每边宽度)；如为扁钢：d0.56(b 为扁钢宽度)。2多根垂直接地体当单根垂直接地体的接地电阻不能满足要求时，可用多根垂直接地体并联的办法来解决，但 n 根并联后的接地电阻并不等于nRe，而是要大一些，这是因为它们溢散的电流相互之间存在屏蔽影响的缘故，此时的接地电阻Re=nRe式中 利用系数 1 3水平接地体Re=L2（lnhdL2+A）（）名师资料总结-精品资料欢

14、迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 16 页 -L水平接地体的总长度，m；h水平接地体的埋深，m；d接地体的直径，m；如为扁钢，d0.5b(b 为扁钢宽度)；A形状系数，反映各水平接地极之间的屏蔽影响，其值可从下表查得水平接地体的形状系数(二)防雷接地及有关计算防雷接地装置可以是单独的(例如架空线路各杆塔的接地装置、独立避雷针的接地装置等)，也可以与变电所、发电厂的总接地网连成一体。防雷接地所泄放的电流是冲击大电流，其波前陡度(dtdi)很大，如果接地装置的延伸范围足够大(例如很长的水平接地体)，接地装置的等值电路与分布参数长线相似，如下图所示。接地体本身的电感L0在冲击电流下起着重要的作用

15、，而电阻 R0的影响可忽略不计；此外，与对地电导G0相比，电容C0的影响也较小，除了在土壤电阻率很大的特殊地区外，C0的影响通常也可忽略不计，这样一来，可得出下图的简化等值电路。接地装置在冲击波下的简化等值电路名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 16 页 -接地体单位长度电感L0虽然不大，但它上面的压降L0dtdi还是很可观的，从而使接地体变成非等电位物体，例如离电流入地点15m 处，电压、电流波的幅值就已降低到原始值的20%左右，这意味着离雷电流入地点较远的水平接地体实际上已不起作用，总的接地电阻变大，换言之，L0的影响是使伸长接地体的冲击接地电阻Ri增大。应该指出

16、，在防雷接地中还有另一个影响冲击接地电阻值的因素：在很大的冲击电流下，经接地体流出的电流密度J 很大，因而在接地体表面附近的土壤中会引起很大的电场强度 E(=J)，当它超过土壤的击穿场强Eb(s)时，在接地体的周围就会出现一个火花放电区，相当于增大了接地体的有效尺寸，因而使其冲击接地电阻Ri变小。在下图中利用一垂直接地体说明这个现象，水平接地体的情况亦与此相似。上述两个因素(接地体本身的L0和接地体周围的火花区)对冲击电流下的接地电阻值的影响是相反的，最后形成的冲击接地电阻Ri究竟大于还是小于稳态接地电阻Re将视这两个因素影响的相对强弱而定，所以前面式(1-1)中的冲击系数 i可能小于1，也可

17、能大于1(当接地体很长时)。如果接地装置由n 根垂直钢管或n 根水平钢带构成，那么它们的冲击接地电阻Ri应为Ri=iinR=ieinR式中 i接地装置的冲击利用系数，它考虑各接地极间的相互屏蔽而使溢流条件恶化的影响，所以 i1。某些常见接地装置的i与i典型(平均)值见下表。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 16 页 -变电所的接地装置通常为由若干条水平钢带和若干根垂直钢管连接在一起的接地网。这种复合型接地网的工频接地电阻Re可近似地利用下面的经验公式求得Re=（SB+nlL1）（）式中 土壤电阻率，m；L全部水平接地体的总长度，m；n垂直接地体的根数；l垂直接地体的

18、长度，m；S接地网所占的总面积，m；B按 L/S值决定的一个系数，可从下表得出。复合接地网的冲击系数i的大致数值见下图。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 16 页 -复合接地网的冲击系数i值=100600m；区域 1-2：I=10kA；区域 3-4：I=100kA 四、架空输电线路防雷保护每 100km 线路的年落雷次数N=104hbTd次/（100km年）=0.07104hb40=0.28（b+4h）落雷密度 次/（雷暴日 km2）；b 两避雷线间距离，m；h 避雷线平均对地高度，m；Td雷暴日数（一）输电线路耐雷性能的若干指标1、耐雷水平(I)它的定义是：雷击

19、线路时，其绝缘尚不至于发生闪络的最大雷电流幅值或能引起绝缘闪络的最小雷电流幅值，单位为kA。根据技术经济综合比较的结果，我国标准规定的各级电压线路应有的耐雷水平值(通常指雷击杆塔的情况)和超过该耐雷水平的雷电流出现的概率列于下表。可见即使是电压等级很高的线路，也并不是完全耐雷的，仍有一部分雷击会引起绝缘闪络。lgP=-108I（我国一般地区）=-44I（我国少雷地区）各级电压线路应有的耐雷水平2、雷击跳闸率(n)它是指在雷暴日数Td40 的情况下、100km 的线路每年因雷击而引起的跳闸次数，其单位为“次(100km40 雷暴日)”。当然，实际线路长度上不可能正好是100km，线路所在地区的雷

20、暴日数也不可能正好是40，但为了评估处于不同地区、长度各异的输电线路的名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 16 页 -防雷效果，就必须将它们都换算到某一相同的条件下(100km，40 雷暴日)，才能进行比较。单是雷电流超过了线路耐雷水平，只会引起冲击闪络，只有在冲击闪络之后还建立起工频电弧，才会引起线路跳闸。由冲击闪络转变为稳定工频电弧的概率称为建弧率()，它与沿绝缘子串或空气间隙的平均运行电压梯度有关，可由下式求得=（4.5E0.75-14)10-2式中E绝缘子串的平均工作电压梯度(有效值)，kVm。对中性点有效接地系统E=13lUn对中性点非有效接地系统E=21

21、2llUn式中Un线路额定电压(有效值)，kV；l1绝缘子串长度，m；l2木横担线路的线间距离，m。若为铁横担或钢筋混凝土横担线路，l2=0。如果 E6kV(有效值)m，得出的建弧率很小，可取 0。3、雷击跳闸次数n=N（gP1+PP2）=0.28（b+4h）（gP1+PP2）g击杆率；P1超过反击耐雷水平I1的雷电流出现概率；P绕击（直击）率；P2超过绕击耐雷水平I2的雷电流出现概率（二）线路雷害事故发展过程及防护措施架空输电线路雷害事故的发展过程及相应的防护措施可利用下图中的图解加以说明。线路雷害事故的发展过程及防护措施只要能设法制止上述发展过程中任一环节的实现，就可避免雷击引起长时间停电

22、事故。这里扼要介绍一下现代输电线路上所采用的各种防雷保护措施：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 16 页 -1、避雷线(架空地线)沿全线装设避雷线直到目前为止仍然是110kV 及以上架空输电线路最重要和最有效的防雷措施，它除了能避免雷电直接击中导线而产生极高的雷电过电压以外，而且还是提高线路耐雷水平的有效措施之一。在 110220kV 高压线路上，避雷线的保护角大多取 200300；在 500kV 及以上的超高压线路上，往往取 150。35kV 及以下的线路一般不在全线装设避雷线，主要因为这些线路本身的绝缘水平太低，即使装上避雷线来截住直击雷，往往仍难以避免发生反

23、击闪络，因而效果不好；另一方面，这些线路均属中性点非有效接地系统，一相接地故障的后果不象中性点有效接地系统中那样严重，因而主要依靠装设消弧线圈和自动重合闸来进行防雷保护。2、降低杆塔接地电阻这是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1030，具体数值可按下表选取。在土壤电阻率 1000m 的地区，杆塔的混凝土基础也能在某种程度上起天然接地体的作用，但在大多数情况下难以满足上表中接地电阻值的要求，故需另加人工接地装置。必要时还可采用多根放射形水平接地体、连续伸长接地体、长效土壤降阻剂等措施。3、加强线路绝缘例如增加绝缘子串中的片数、改用大爬距悬式绝缘子、增大塔头空气间

24、距等等，这样做当然也能提高线路的耐雷水平、降低建弧率，但实施起来会有相当大的局限性。一般为了提高线路的耐雷水平，均优先考虑采用降低杆塔接地电阻的办法。4、耦合地线作为一种补救措施，可在某些建成投运后雷击故障频发线段上，在导线的下方加装一条耦合地线，它虽然不能象避雷线那样拦截直击雷，但因具有一定的分流作用和增大导地线之间的耦合系数，因而也能提高线路的耐雷水平和降低雷击跳闸率。5、消弧线圈能使雷电过电压所引起的一相对地冲击闪络不转变为稳定的工频电弧，即大大减小建弧率和断路器的跳闸次数。6、管式避雷器不作密集安装，仅用作线路上雷电过电压特别大或绝缘薄弱点的防雷保护。它能免除线名师资料总结-精品资料欢

25、迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 16 页 -路绝缘的冲击闪络，并使建弧率降为零。在现代输电线路上，管式避雷器仅安装在高压线路之间及高压线路与弱电(例如通信)线路之间的交叉跨越档、过江大跨越高杆塔、变电所的进线保护段等处。7、不平衡绝缘为了节省线路走廊用地，在现代高压及超高压线路中，采用同杆架设双回线路的情况日益增多。为了避免线路落雷时双回路同时闪络跳闸而造成完全停电的严重局面，当采用通常的防雷措施仍无法满足要求时，可再采用不平衡绝缘的方案，亦即使一回路的三相绝缘子片数少于另一回路的三相，这样在雷击线路时，绝缘水平较低的那一回路将先发生冲击闪络，甚至跳闸、停电。这就保护了另一回路使之继续

26、正常运行，不致于完全停电，以减少损失。8、自动重合闸由于线路绝缘具有自恢复功能，大多数雷击造成的冲击闪络和工频电弧在线路跳闸后能迅速去电离，线路绝缘不会发生永久性的损坏或劣化，因此装设自动重合闸的效果很好，例如我国 110kV 及以上高压线路的重合闸成功率高达75 95，可见自动重合闸是减少线路雷击停电事故的有效措施。五、变电所防雷：1、直击雷保护：基本原则：避免遭受直接雷击避免 反击（雷电击中接地物体（如杆塔），使雷击点对地电位（绝对值）大大增高，引起对导线的逆向闪络的情况，称为反击）我国规程规定：1l0kV 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1000m的地区，仍宜装设

27、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；60kY 的配电装置，在 500 m 的地区宜采用独立避雷针，在 500m 的地区容许采用构架避雷针。不发生反击的条件：Uk=iLRch+L0hAdtdiL=150Rch+51 hA500Sk名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 16 页 -Ud=iLRch=150Rch500SdSk0.3 Rch+0.1 hA；不小于 5m；Sd0.3 Rch；不小于 3m 2、变电所避雷器的保护作用：1、避雷器保护范围：避雷器动作后被保护设备上的最大冲击电压：USm=Uc5+2avlUjlmvaUUjc/

28、25=25aUUjc其中：Uj为多次截波耐压值；Uc5为 5kA 残压a 为陡度；a为计算陡度2、变压器的最大电气距离与侵入波陡度的关系曲线（图）3、变电所的进线保护：1、12km 为进线段：限制雷电流幅值（Z）降低雷电流陡度（电晕）2、GB1：限制侵入波幅值3、GB2：保护开关4、FZ：保护变压器4、变压器防雷保护：Y10WZ-200/520其 UC5=290kV 双绕组：两侧全装三绕组：低压绕组装中性点：全绝缘、分级绝缘自耦变压器：FZ1 保护高压侧，FZ2 保护中压侧，FZ3 保护 A1-A2 绕组“自耦“避雷器配电变压器：三点共地：变压器外壳、配变低压绕组中性点、配变高压侧避雷器接名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 16 页 -地端低压侧保护：ZnO。正变换过电压：低高；逆变换过电压：高低高。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 16 页 -