华北电力大学高电压技术——输电线路防雷技术.pptx

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1、雷击输电线路的方式雷击输电线路的方式大气过电压：大气过电压：直击雷过电压：直击雷过电压：、感应雷过电压：感应雷过电压：、其中其中只对只对35KV35KV以下线路有危以下线路有危害害大气过电压带来的后果：大气过电压带来的后果：u发生短路接地故障u雷电波侵入变电所，破坏设备绝缘，造成停电事故衡量线路防雷性能的优劣：衡量线路防雷性能的优劣：耐雷水平：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：雷击跳闸率：每100km线路每年因雷击引起的跳闸次数第1页/共43页输电线路的雷击事故输电线路的雷击事故 在在我我国国跳跳闸闸率率比比较较高高的的地地区区的的高高压压线线路路由由

2、雷雷击击引引起起的的次次数数约约占占40407070，尤尤其其是是在在多多雷雷、土土壤壤电电阻阻率率高高、地地形形复杂的地区，雷击事故率更高复杂的地区，雷击事故率更高 在在日日本本5050以以上上电电力力系系统统事事故故是是由由于于雷雷击击输输电电线线路路引引起起的的，雷雷击击经经常常引引起起双双回回同同时时停停电电，20203030的的输输电电线线路路故障发生在双回输电线路故障发生在双回输电线路 美美国国、前前苏苏联联等等十十二二个个国国家家的的电电压压为为275275500500kVkV总总长长为为3270032700kmkm输输电电线线路路连连续续三三年年的的运运行行资资料料中中指指出出

3、，雷雷害害事事故故占总事故的占总事故的6060第2页/共43页一、输电线路的感应过电压一、输电线路的感应过电压 1 1、雷击线路附近大地时、雷击线路附近大地时v静电感应v电磁感应第3页/共43页感应过电压感应过电压-静电感应分量静电感应分量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

4、。这种过电压就是感应过电压的静电分量第4页/共43页感应过电压感应过电压-电磁感应分量电磁感应分量 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5页/共43页感应过电压计算感应过电压计算n n无避雷线时感应过电压为无避雷线时感应过电压为 导线越高，感应过电压越高。导线越高，感应过电压越高。一般一般Ug Ug 500kV500kV，在，在110kV110kV线路上不引起闪络。线路上不引起闪络。第6页/共43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）避雷线接地时：u实

5、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u-Ugb在导线上耦合电压为-KUgbu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（1K）倍第7页/共43页2 2、雷击塔顶时的感应过电压、雷击塔顶时的感应过电压（S65mS 绝缘子串冲击闪络电压绝缘子串冲击闪络电压U Uj50%j50%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，故称为导线发展，故称为反击。反击。耐雷水平耐雷水平:雷击杆塔时绝缘子串上承受最大雷电冲击电压所

6、对应的雷电流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14页/共43页u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Uj50等因素有关u还必须考虑工频电压的作用以及触发相位u距离远，耦合系数小，一般以外侧或下方导线计算u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提高耦合系数K K的方法的方法:1)1)将单避雷线改成双避雷线将单避雷线改成双避雷线2)2)在导线下放增设架空地线在导线下放增设架空地线(耦合地线耦合地线),),也起到分流作用也起到分流作用第15页/共43页反击耐雷水平v3

7、5kV:20-30kAv110kV:40-75kAv220kV:75-110kAv330kV:100-150kAv500kV:125-175kA第16页/共43页二、雷击避雷线档距中央二、雷击避雷线档距中央避雷线雷击点避雷线雷击点A A A A的电压：的电压：Z0Zb/2Aig彼得逊法则彼得逊法则第17页/共43页1 1、当雷电波头长度大于档距时、当雷电波头长度大于档距时Z0AZb/2避雷线雷击点避雷线雷击点A A A A的电压：的电压：雷击点最高点电位出现在从杆塔反射回来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的负电压波到达时刻:此时雷电流此时雷电流 i iL L=t=t=L/

8、VL/VL/VL/Vb b b b间隙间隙S S S S承受的最大电压承受的最大电压:感应过电压与下列因素有关感应过电压与下列因素有关:雷电波陡度雷电波陡度;档距长度档距长度;耦合系数耦合系数.S S S S最短间隙距离从最短间隙距离从UsUsUsUs的的50505050击穿电压得到。击穿电压得到。第18页/共43页v v v 我国规程第19页/共43页v 负反射波尚未返回雷负反射波尚未返回雷击点时，雷电流已过峰击点时，雷电流已过峰值，值，A A点最高电位由雷点最高电位由雷电流峰值确定电流峰值确定vv一般罕见雷击档距中一般罕见雷击档距中央央2 2、当雷电波头长度小于档距时、当雷电波头长度小于档

9、距时第20页/共43页三、雷击导线绕击时的过电压三、雷击导线绕击时的过电压vv绕击过电压：绕击过电压：vv幅值为：幅值为：vv设设Z Z0 0 Z Zd d/2,/2,取取Z Zd d=400=400 ,则则 U UA A100100I IL LZ0Zd/2Aid彼得逊法则彼得逊法则第21页/共43页绕击耐雷水平vv绕击耐雷水平绕击耐雷水平vv绕击线路的耐雷水平很低绕击线路的耐雷水平很低vv 500 500kVkV线路线路27.427.4kAkA，220kV-12kA220kV-12kA，110kV-7kA110kV-7kAvv 110kV 110kV以上线路要求全线架避雷线以上线路要求全线架

10、避雷线vv绕击率：绕击率：平原线路：平原线路：vv山区线路：山区线路：第22页/共43页四、输电线路的雷击跳闸率四、输电线路的雷击跳闸率建弧率建弧率：当雷电流超过线路耐雷水平时当雷电流超过线路耐雷水平时,线路绝缘发生闪络线路绝缘发生闪络,雷电流雷电流经闪络通道入地经闪络通道入地,时间在几十微秒时间在几十微秒,线路开关来不及动作线路开关来不及动作.只有当沿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,线路才会跳闸停线路才会跳闸停电电.建弧率建弧率 冲击闪络转为工频电弧的概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弧道中的平均电场强度

11、有关,与闪络瞬间工频电压的瞬时与闪络瞬间工频电压的瞬时值和游离条件有关值和游离条件有关 绝缘子串的电压梯度绝缘子串的电压梯度:第23页/共43页100km100km年的雷击次数（年的雷击次数（4040个雷电日）：个雷电日）：N N次中击中塔顶引起线路跳闸次数次中击中塔顶引起线路跳闸次数 g g为击杆率为击杆率,P1,P1为雷电流幅值超过雷击杆塔的耐雷水平的概为雷电流幅值超过雷击杆塔的耐雷水平的概率率绕击导线的跳闸率绕击导线的跳闸率 Pa Pa为绕击率为绕击率,P2,P2为雷电流幅值超过绕击耐雷水平的概率为雷电流幅值超过绕击耐雷水平的概率线路跳闸率：线路跳闸率：第24页/共43页五、输电线路的防

12、雷保护措施五、输电线路的防雷保护措施1 1、架设避雷线（屏蔽作用）：引导雷电向避雷线放电，通、架设避雷线（屏蔽作用）：引导雷电向避雷线放电，通过过 杆塔和接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物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。体免遭雷击。vv防止直接雷击导线防止直接雷击导线vv分流减少经杆塔入地电流，降低塔顶电位分流减少经杆塔入地电流，降低塔顶电位vv降低感应过电压降低感应过电压vv110110kVkV以上应全线架设避雷线以上应全线架设避雷线vv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：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

13、果越好，保护角越小，对绕击雷的保护效果越好，110110kV:kV:保护保护角角20203030，500500kVkV负保护角。受杆塔结构的限制。负保护角。受杆塔结构的限制。第25页/共43页2 2、降低杆塔接地电阻（疏淤）、降低杆塔接地电阻（疏淤）vv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地电阻 vv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体以及垂直接地电极等措施3 3、加强绝缘（加高堤坝）、加强绝缘（加高堤坝）对大跨

14、越、高杆塔，落雷机会多等情况，可增加绝缘子片数对大跨越、高杆塔，落雷机会多等情况，可增加绝缘子片数4 4、双回输电线路采用不平衡绝缘（放水）、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，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。保证正常供电。第26页/共43页5 5、架设耦合地线：、架设耦合地线：在降低杆塔接地电阻有困难时，在导线下方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

15、用，又加强了避雷线对导线的耦合。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运行经验表明，该措施可降低雷击跳闸率5050左右左右6 6、采用消弧线圈接地方式：、采用消弧线圈接地方式：适用适用110110kVkV及以下电压等级电网，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1/31/3左右左右7 7、装设自动重合闸装置：、装设自动重合闸装置：

16、我国我国110110kVkV及以上线路重合闸成功率及以上线路重合闸成功率达达757595958 8、安装线路避雷器（水涨船高）：、安装线路避雷器（水涨船高）：并联连接在绝缘子串上，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子串的闪络第27页/共43页vv良好的伏秒特性，实现合理的绝缘配合良好的伏秒特性，实现合理的绝缘配合vv良好的绝缘强度自恢复能力，利于快速切断工频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续流，使电力系统得以继续运行vv硅橡胶护套氧化锌线路避雷

17、器已取得良好应用效硅橡胶护套氧化锌线路避雷器已取得良好应用效果果 日本总结日本总结7777kVkV各种防雷措施效果的统计结果：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击跳闸次数分别降至62%62%、56%56%、45%45%，安装氧化锌线，安装氧化锌线路避雷器后可消除雷击跳闸事故路避雷器后可消除雷击跳闸事故安装线路避雷器的安装线路避雷器的基本要求：第28页/共43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

18、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 且发生过闪络的杆塔且发生过闪络的杆塔且发生过闪络的杆塔且发生过闪络的杆塔vv水电站升压站出口线路接地电阻大的杆塔大跨越高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水电站升压站出口线路接地电阻大的杆塔大跨越高杆塔水电站

19、升压站出口线路接地电阻大的杆塔大跨越高杆塔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29页/共43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30页/共43页线路避雷器的发展线路避雷器的发展uu美国：美国美国：美国AEPAEP和和GEGE公司公司19801980年开始研制线路防雷用合年开始研制线路防雷用合成绝缘成绝缘ZnOZnO避雷器，避雷器，19821982年年1010月有月有7575只在只在138138kVkV线路上线路上投入试运行。运行表明在装有避雷器的被保

20、护线段没有出投入试运行。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。现绝缘子串的闪络。uu法国：法国：19981998年开始在年开始在6363kVkV和和9090kVkV线路安装避雷器线路安装避雷器uu 日本：日本：1981198119831983年研制出无间隙的年研制出无间隙的7777kVkV合成绝缘避合成绝缘避雷器。雷器。19861986年年5 5月开始在雷电活动特别严重地区的输电线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。线路则仍有故障出现。第31页/共43页线路

21、避雷器的发展线路避雷器的发展uu日日 本本：19881988年年 275275kVkV合合 成成 绝绝 缘缘 线线 路路 避避 雷雷 器器 研研 制制 成成 功功，19881988年年1212月月开开始始在在投投入入运运行行。500500kVkV线线路路避避雷雷器器19901990年年开开发发出出来来，19901990年年在在双双回回线线路路的的一一回回线线路路上上投投入入运运行行。到到19991999年年1 1月月已已有有不不同同电电压压等等级级的的4700047000多多只只线线路路避避雷雷器器在在运运行行中中，其其中中99%99%是是带带串串联联外外间间隙隙的的，在在各各种种电电压压等等

22、级级的线路上都有成功动作的记录。的线路上都有成功动作的记录。uu俄俄罗罗斯斯：8080年年度度中中已已研研制制出出11011011501150kVkV系系列列合合成成套套避避雷雷器器，主主要要是是用用于于一一般般超超高高压压输输电电线线路路和和紧紧凑凑型型输输电电线线路路深度限制操作过电压深度限制操作过电压第32页/共43页线路避雷器应用线路避雷器应用第33页/共43页线路避雷器应用线路避雷器应用第34页/共43页中国线路避雷器的应用中国线路避雷器的应用第35页/共43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36页/共43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37页/共43页3535kVkV无间隙线路避雷器无间隙线路避雷器第38页/共43页220220kVkV线路避雷器线路避雷器第39页/共43页220220kVkV线路避雷器线路避雷器第40页/共43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41页/共43页谢谢！谢谢！第42页/共43页感谢您的观看。第43页/共43页