《高电压技术-第八章讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高电压技术-第八章讲义（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第八章 电力系统防雷保护 中国石油大学信控学院 薛永端 主要内容 第一节 输电线路的防雷保护 第二节 发电厂和变电所的防雷保护 第三节 旋转电机的防雷保护 （发电机、调相机、变频机、电动机） 8.1 输电线路防雷保护 基本知识（1） 输电线路雷击是线路跳闸的主要起因。 原因：分布广，易受雷击 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， 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，雷害事故占总事故的60 据27550
2、0kV总长为32700km输电线路连续三年的运行资料 基本知识（2） 线路雷击过电压分为：感应雷过电压、直击雷过电压。 感应雷过电压：雷击线路附近地面或塔顶但未发生反击，由电磁感应 引起的过电压。 直击雷过电压：雷击于线路引起的过电压。雷击塔杆、避雷线及绕击 反击雷击杆塔或避雷线,造成绝缘子接地端电位比导线高 绕击绕开避雷线，雷电直接击中导线 直击雷的危害更为严重。 输电线路耐雷性能和防雷措施效果衡量标准：耐雷水平、雷击 跳闸率。 耐雷水平：雷击线路时绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值 耐雷水平越高，防雷性能越好。 雷击跳闸率：折算为统一条件（每年40雷暴日、100km线路 ）下，因雷击而引起的线
3、路跳闸次数。 由于雷电放电的复杂性，相对于计算结果，实际运行经验更为重要 输电线路防雷的四道防线 雷击输电线路的危害： 引起线路跳闸，影响正常供电 雷电波侵入变电站，破坏设备绝缘，造成停电事故。 危害更大 输电线路防雷措施又称为线路防雷的四道防线 防止雷直击导线。 措施：避雷线、避雷针，或电缆线路 防止雷击塔顶或避雷线后引起绝缘闪络。 措施：降低接地电阻、增大耦合系数、增强线路绝缘、采用线路型避雷 器 防止闪络后转为稳定的工频电弧，以免跳闸。 增加绝缘子片数、采用不接地或经消弧线圈接地 防止线路中断供电。 自动重合闸、双回路、环网供电 应用时须根据具体情况，选择合适的保护措施。 如：线路电压等
4、级、供电重要程度、雷电活动强弱等。 感应雷过电压的产生 （1） 感应雷过电压的产生分为：静电分量和电磁分量 感应雷过电压的静电分量。 雷云接近线路上空时，由于静电感应，与雷云异号的正电荷被吸引 到靠近先导通道的一段导线上，形成束缚电荷。而异号电荷则被排 斥到线路远方或流入大地 先导放电速度较慢，电荷移动速度较慢，对应的电压、电流波可忽略 导线仍保持原有电位 主放电开始后，先导通道中的负电荷被快速中和。静电场突然消失 ，被束缚的电荷瞬间成了自由电荷，形成电压波迅速向线路两侧传 播。 感应雷过电压的电磁分量。 主放电时，雷电流冲击波产生强烈的脉冲磁场，其磁通与导线相交 时，即产生一定的感应电压。
5、由于主放电通道与导线基本垂直，故电磁分量较小，通常 只考虑静电分量 感应雷过电压的产生 （2） 电荷聚集过程速度较慢，可忽略对应波过程 电荷释放过程速度快，形成明显的波过程 与先导放电和主放电的速度对应 无避雷线时的感应雷过电压 （1） 当雷击点与电力线路之间的水平距离d65m时，感应雷过 电压的最大值可为： Ui=25Ih/d I雷电流幅值， h导线对地平均高度，d雷击点与导线间 的水平距离 由于雷击点自然接地电阻较大，I最大可按100kA估算 可以推算：感应雷过电压是直击雷的1/10左右。 当d50m，易击中线路本身（受线路吸引） 当d时间 几十us，开关来不及动作- 如果工频续流，则跳闸
6、-如 果无工频续流，则不跳闸 是否发生工频续流，取决于 弧道中的平均电场强度 闪络瞬间工频电压值（相位） 去游离条件（气温、风速等） 雷击跳闸原因：反击或绕击 反击跳闸主要是：雷击杆塔 绕击：绕击导线。 雷击避雷线一般不发生跳闸 雷击杆塔的跳闸率 雷击跳闸率：折算为统一条件（每年40雷暴日、100km线 路）下，因雷击而引起的线路跳闸次数。 每100km有避雷线的线路每年（40个雷暴日）的落雷次数 ：N=2.8hg。 hg为避雷线对地平均高度 击杆率g ：雷击杆塔次数/雷击线路总次数。1/61/2。 不同条件下的击杆率见P196表8-2 雷电流幅值超过雷击塔顶耐雷水平的概率为 P1 可查阅P1
7、69图7-2 建弧率 ：绝缘击穿后存在工频续流的概率。 每100km线路每年雷击杆塔跳闸次数 绕击跳闸率 每100km线路每年绕击跳闸次数： Pa为绕击率。绕击次数/雷击线路总次数 平原线路绕击率： 山区线路绕击率： 为避雷线保护角，ht为避雷线平均高度 P2为雷电流幅值超过绕击耐雷水平的概率。 可查阅P169图7-2 线路雷击跳闸率 线路雷击跳闸率：= 雷击杆塔（反击）跳闸率 +绕击跳闸率 中性点非直接接地电网雷击跳闸率 无避雷线，每100km线路每年40雷暴日的雷击跳闸 率为 hc上导线平均高度， 建弧率： P1为：雷击使一相导线与塔杆闪络，再向第二相导线反 击且雷电流幅值超过耐雷水平的概
8、率。 单相闪络不跳闸。需要两相同时闪络（接地并短路 ）才能跳闸。为什么？ 输电线路的防雷措施（1） 架设避雷线 减少雷直击导线； 分流作用降低塔顶电位； 屏蔽作用降低感应过电压 规程规定： 220kV及以上全线双避雷线 110kV除少雷区外全线架设避雷线 保护角。110kV：20o30o； 220kV：20o ；500kV：负角 降低杆塔接地电阻。 一般高度杆塔特别有效 架设耦合地线。 降低接地电阻困难时用 导线下方架设一条接地线 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，可降低雷击跳闸率50左右 输电线路的防雷措施（2） 加强绝缘 针对个别大跨越、高杆塔，落雷机会多等情况 方
9、法：增加绝缘子片数 采用不平衡绝缘方式。 同杆双回线路采用。 方法：一回普通绝缘，一回加强绝缘。 避免同时闪络，同时跳闸。 装设自动重合闸 我国110kV及以上线路重合闸成功率达7595 采用消弧线圈接地运行方式 单相雷击闪络电弧被消弧线圈熄灭，不跳闸 我国的运行经验表明，可使雷击跳闸率降低1/3左右 仅适用中压配电网 输电线路的防雷措施（3） 加装线路型避雷器 作用：实质是一种放电器，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 基本要求： 良好的伏秒特性，实现合理的绝缘配合 很强的绝缘强度自恢复能力，快速切断工频续流 硅橡胶护套氧化锌线路避
10、雷器已取得良好应用效果 输电线路的防雷措施（4） 加装线路型避雷器（续） 线路避雷器的投资较大，难以普遍采用 建议优先安装在： 山区线路易击段、易击点的杆塔 山区线路接地电阻超过100 且发生过闪络的杆塔 水电站升压站出口线路接地电阻大的杆塔，大跨越高杆塔 多雷区双回线路易击段、易击点的一回线路上 输电线路的防雷措施（5） 输电线路的防雷措施（6） 日本：总结77kV各种防雷措施的效果，统计出： 增加绝缘， 可使雷击跳闸次数降至62% 架设耦合地线， 可使雷击跳闸次数降至56% 减少杆塔接地电阻，可使雷击跳闸次数降至45% 安装MOA后可消除雷击跳闸事故 美国： AEP和GE公司1980年开始
11、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。 法国： 1998年开始在63kV和90kV线路安装避雷器 中国： 1993年，清华大学研制出110220kV无间隙的线路避雷器， 1999年，500kV线路避雷器挂网运行 8.2 发电厂和变电所的防雷保护 变电所防雷的要求和雷害来源 发电厂和变电所防雷保护的要求更高： 线路防雷，可以是部分耐雷。 线路绝缘损害主要是绝缘子沿面闪络，可恢复。 具体耐雷水平可视线路重要程度而定。 发电厂、变电所，要求是完全耐雷。 雷击造成的停电面积大。发电厂是电力网
12、的心脏，变电所是枢纽。 一些重要设备不是自恢复绝缘。一旦闪络，不可恢复。 发电厂和变电所雷害事故的来源： 雷直击 雷电波沿输电线路侵入 对直接雷的防护：避雷针、避雷线 + 良好的接地网 对雷电波侵入的防护：避雷器（如阀式避雷器）+辅助措施 。 限制过电压幅值；限制雷电流幅值；降低侵入波的陡度。 直击雷保护 方法：避雷针、避雷线+良好的接地网 使所有设备和建筑物处于保护范围之内 复习：避雷针和避雷线的保护范围。 防止反击（逆闪络）发生。 反击的概念。 被保护物与避雷针（线）在地上和地下均留有足够的距 离。 工作接地和防雷接地要分开。 避雷针分类：独立避雷针、构架避雷针 独立避雷针的过电压（1） 在避雷针的A点（高度h）和 接地装置B点的电位为： L0避雷针单位高度等值电感 Ri接地装置冲击接地电阻 避雷针与被保护物体的空间 距离（空气间歇）应满足 E1空气击穿场强 一般为500kV/m d1 d2 B Ri 独立避雷针的过电压（2） 地
