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1、供配电安全技术 第四讲：供配电防雷技术,中国矿业大学信息与电气工程学院 电气安全与智能电器研究所 刘建华,目录,一、雷电概述 二、雷电危害 三、防雷标准 线路防雷标准 变电站一次防雷标准 变电站二次防雷标准 四、防雷措施 线路防雷措施 变电站一次防雷措施 变电站二次防雷措施 五、防雷新技术 六、防雷研究方法,雷电是大气中的一种放电现象。 雷电过电压是指由于变配电系统内的设备或建筑物遭受到来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压，又称为大气过电压或外部过电压。 雷电过电压有两种基本形式：一种是直击雷或直接雷击；另一种是雷电感应或感应雷。,一、雷电概述,直击雷是雷电直接击中电气设备或线路，造成强大
2、的雷电流通过击中的物体泄放入地。 感应雷是指附近发生雷击时设备或线路产生静电感应或电磁感应所产生的雷击。,二、雷电危害,1、电流高压效应会产生高达数万伏甚至数十万伏的冲击电压，如此巨大的电压瞬间冲击电气设备，足以击穿绝缘使设备发生短路，导致燃烧、爆炸等直接灾害。 2、电流高热效应会放出几十至上千安的强大电流，并产生大量热能，可导致金属熔化，引发火灾和爆炸。 3、雷电流机械效应主要表现为被雷击物体发生爆炸、扭曲、崩溃、撕裂等现象导致财产损失和人员伤亡。 4、雷电流静电感应可使被击物导体感生出与雷电性质相反的大量电荷，当雷电消失来不及流散时，即会产生很高电压发生放电现象从而导致火灾。 5、雷电流电
3、磁感应会在雷击点周围产生强大的交变电磁场，其感生出的电流可引起变电器局部过热而导致火灾。 6、电波的侵入和防雷装置上的高电压对建筑物的反击作用也会引起配电装置或电气线路断路而燃烧导致火灾。 7、雷电流能破坏电力系统的各个元件，有可能造成发电机、电力变压器、断路器和其它电气设备绝缘损坏，线路上的绝缘子也会因雷击而发生闪络或碎裂、导线烧断和木质电杆被雷劈裂等事故。,三、防雷标准,GB 3482-83：电子设备雷击试验方法 DL/T 620-1997：交流电气装置的过电压保护和绝缘配合 DLT 596-2005 电力设备预防性试验规程 DLT 887-2004 杆塔工频接地电阻测量 GB 50054
4、-95：低压配电设计规范 GB 50169-92：电气装置安装工程 接地装置施工及验收规范 DL 400-91：继电保护和安全自动装置技术规程技术规程 GB 50057-94：建筑物防雷设计规范 DL/T 621-1997：交流电气装置的接地 DL 475-92：接地装置工频特性参数的测量导则 GB/T 21431-2008：建筑物防雷装置检测技术规范 防雷装置安全检测技术规范,三、防雷标准,线路防雷标准 自动重合闸 避雷线 耐雷水平 接地电阻 保护角 线间距 接地装置 交叉线路的交叉点位置及交叉距离 大跨越档耐雷水平，接地电阻、保护角及线间距,三、防雷标准,变电站一次防雷标准 对特定设施装设
5、避雷针或避雷线 避雷针装设的位置及引下线位置 接地及接地电阻 独立避雷针、避雷线与配电装置带电部分间的空气中距离以及独立避雷针、避雷线的接地装置与接地网间的地中距离 架空进线保护段范围内的杆塔耐雷水平 避雷器的配置 金属氧化物避雷器至主变压器等电器的距离,三、防雷标准,变电站二次防雷标准 建筑物和线路的屏蔽 等电位连接 电涌保护器（SPD）的要求 电源SPD的布置 电信和信号网络SPD的布置,四、防雷措施,线路防雷措施 通常情况下，为了解决线路防雷基本任务，将雷击事故减少到可以接受的程度，以保证供电的可靠性与经济性，一般设有四道防线： 第一道防线是保护导线不受或少受雷直击。为此可采用避雷线，个
6、别情况下可用独立避雷针或改用电缆。 第二道防线是雷击塔顶或避雷线时不使或少使绝缘发生闪络。为此，需改善杆塔的接地电阻，特殊情况下可以加藕合地线、或适当加强绝缘、或在个别杆塔上用避雷器。 第三道防线是当绝缘发生冲击闪络时，尽量减小由冲击闪络转变为稳定电力电弧的概率，从而减少雷击跳闸率次数。为此应减少绝缘上的工频电场强度，或电网中性点采用不直接接地的方式。 第四道防线为即使发生跳闸也不中断电力的供应。为此，可采用自动重合闸装置，或用双回路以及环网供电。 并不是所有线路都要具备以上四道防线，而是要因地制宜，合理采用，把雷害引起的停电事故次数减少到可以接受的程度。,四、防雷措施,线路防雷措施 针对这四
7、道防线，传统的防雷措施有： 1）架设避雷线或加装旁路地线并减小保护角。 2）降低杆塔接地电阻。 3）架设耦合地线。 4）加装氧化锌避雷器。 5）提高线路的绝缘水平。 6）加装单针负角保护，预防杆塔部位绕击雷的发生。 7）装设自动重合闸装置。 8) 采用中性点非有效接地方式。,四、防雷措施,变电站一次防雷措施 变电站遭受雷害可能来自两个方面： 1）雷直击于变电所 2）雷击线路，沿线路向变电所入侵的雷电波 变电所的直击雷保护 为了防止雷直击于发电厂、变电所，可以装设避雷针，应该使所有设备都处于避雷针保护范围之内，此外，还应采取措施，防止雷击避雷针时的反击事故。 变电所内阀型避雷器的保护作用 变电所
8、内必须装设阀型避雷器以限制雷电波入侵时的过电压，这是变电所防雷保护的基本措施之一。,四、防雷措施,变电站一次防雷措施 变电所进线段的保护 变电所进线段保护的作用在于限制流经避雷器的雷电流和限制入侵波的陡度。 三相绕组变压器的防雷保护 当变压器高压侧有雷电波入侵时，通过绕组间的静电和电磁耦合，在其低压侧也将出现过电压。为了限制这种过电压，只要在任一相低压绕组直接出口处对地加装一个避雷器即可，中压绕组虽也有开路的可能，但其绝缘水平较高，一般不装。,四、防雷措施,变电站二次防雷措施 变电站二次防雷措施以防感应雷为主，其主要防护方法有： 屏蔽：用金属材料构造一个闭合空间，且接地，如计算机外壳 静电屏蔽
9、 磁场屏蔽 电磁场屏蔽 信号传输线的屏蔽 均压 ：保护区内的金属装置作等电位连接 建筑物的电位均衡连接 建筑物顶上的各种金属设备的等电位连接 电气装置的均压连接 分流：采用避雷器来限制雷电过电压波，将雷电流分流入地。 接地：接地是使雷电流通过低阻抗接地系统向大地泄放 共用接地 独立接地：特殊要求要设置独立接地时，两地极间用接地保护器连接,五、防雷新技术,雷电给人类带来了巨大的灾难，人们在与雷电作斗争过程中，发挥主观能动性，不断研究、开发新的防雷方法和设备。 目前依靠各种防雷措施的综合运行、开发，并采用雷电定位对雷击进行探测和定位、雷电预警开发、雷电预警运行这三大手段，大幅降低了雷电对人类活动的
10、影响。 雷电定位 雷电定位是雷击发生后对雷击位置的大致确定，目前主要为查找电力线路因雷击故障提供位置数据。 雷电预警 雷电预警是雷击发生前，预报某地雷击很可能发生。,五、防雷新技术,采用差绝缘方式 所谓差绝缘，是指同一基杆塔上三相绝缘有差异，下面两相较之最上面一相各增加一片绝缘子，当雷击杆塔或上导线时，由于上导线绝缘相对较“弱”而先击穿，雷电流经杆塔人地，避免了两相闪络。 采用不平衡绝缘方式 不平衡绝缘的原则是使双回路的绝缘子串片数有差异，这样，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
11、。 采用绝缘子防雷保护间隙技术 并联间隙防雷可以用低投入解决小概率雷击故障，是对传统防雷保护方式的有效补充。这一方式的核心思想是允许线路有一定的雷击跳闸率，虽有雷击闪络，但重合闸能够成功。以传统方式为基础，以间隙防雷为补充，将会大大丰富我们的防雷手段。,五、防雷新技术,此外还有一些新的防雷设备如半导体少长针消雷装置、可控放电避雷针、雷电放散装置等。 消雷装置 消雷装置是近年来发展起来的一种防雷新技术，其设计思想是企图中和雷云电荷，把雷电荷消灭掉或限制放电电流。但这种技术目前在学术界存在很大争议。 可控放电避雷针 可控放电避雷针是近年来输电线路防雷的新技术。它通过引发上行雷闪放电，达到中和雷电荷
12、、保护各类被保护对象的目的。 雷电放散装置 是一种带有很多极细的不锈钢针，它的原理是利用尖端放电原理，将雷电荷放散，降低顶端电位，使其延缓形成或不能形成雷击所需电压，从而消除或减少雷电危害。美国目前已广泛应用，部分代替避雷针或避雷带,六、防雷研究方法,由于雷电这一自然现象的复杂性，人们对雷电的形成和发展机理还处于探索阶段，常借助理论分析和模拟试验的手段来解决实际的工程问题。 雷击模拟试验指在实验室中利用人工方法，“造出”类似于自然界雷击所产生的冲击电压波或电流波，用以在缩小模型的目标上进行试验以研究雷击的机理和规律，或用来考核设备对雷电冲击的耐受能力、验证防雷措施效果等等。,六、防雷研究方法,随着电子技术、测量技术的发展，防雷的研究方法已逐步发展为以下方式的综合运用： 运行经验总结 现场实测 模型试验 理论模型分析 计算机仿真计算 计算机的发展使我们能进行更复杂和准确的计算，试验测量仪器技术参数的提高使过去不能实现的快速暂态过程的测量成为可能。,
