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1、武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP1特高压电网的防雷保护 陈 维 江武汉高压研究所2005/11/202004-12-141武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP2雷电及其主要参数v雷电放电是雷云对大地或雷云之间或雷云内部的放电现象。在 地球上，平均每天约发生800万次雷击。对电力系统而言，雷 击输电线路仍然是导致其跳闸的主要原因之一。v雷电放电通道的形状主要是线状的，有时在云层中能见到片状 雷电，个别极为罕见的情况下会出现球状雷电。雷云与地之间 的线状雷电可能从雷云向下开始，叫下行
2、雷，下行雷又可分为 正下行雷与负下行雷；最常见的（约90%）是带负电的雷云向 下放电即负下行雷的线状雷电，球雷则极为罕见。 v雷云中电荷密集处的电场强度达到25003000kV/km时，将首 先出现向下发展的放电，这种放电称为先导放电。先导每极发 展的速度约为107m/s，延续时间约为1s，总的平均速度为（1 8）105m/s。 2004-12-142武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP3雷电及其主要参数v当先导接近地面时，地面较突出的部分会开始迎着它发出向上的放 电，这称放电称为迎面先导。迎面先导可以是一个，也可以有几个 。当迎面先导的
3、一个与下行先导的一支相遇时，就会产生强裂的中 和效应，出现极大的电流（数十到数百kA），并伴随着雷鸣和闪光 ，这就是雷云放电的主放电阶段。主放电存在时间极短，约为50 100s。主放电电流的波头时间约0.510s，平均时间为约 2.6s。v雷云中可能存在着几个电荷中心，在第一个电荷中心完成上述放电 过程之后，可引起第两个、第三个中心向第一个中心放电，因此雷 云放电通常是多重性的，每次放电相隔离时间约0.6ms到0.8s（平均 为65ms），放电的数目平均为23个，最多记录到42个。 2004-12-143武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE
4、P4雷电及其主要参数雷云电荷分布图a）负下行雷的光学照片描绘图； b）放电 过程中雷电流的变化情况负雷云下行雷的过程 2004-12-144武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP5雷电及其主要参数主放电通道波阻 雷电流波形 雷电流幅值概率分布 雷电流陡度概率分布 雷电流极性 重复放电次数及对地输送的电荷量 2004-12-145武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP6雷电及其主要参数 主放电通道波阻主放电通道波阻与主放电通道雷电流有关，雷电流愈大 ，其值愈小。一般Z=3003000。主放
5、电即是沿着波阻 抗为Z的先导通道传播的。 雷电流波形 雷电流波形 世界各国测得的对地放电雷电流波形基本 一致，多数是单极性重复脉冲波，少数为较小的负过冲， 一次放电过程常常包含多次先导至主放电的过程（分别第 一次放电和随后放电）和后续电流。典型的雷电流波形通 常用双指数来描述 。2004-12-146武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP7雷电及其主要参数 雷电流幅值概率分布 不同地区的雷电流幅值的概率分布不同，这主要与地区的纬度、地 形、地貌、气象和雷暴强度有关。我国电力行业标准DL/T 620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘 配
6、合规定，雷暴日超过20的地区雷电流幅值的概率分布推荐为式中 P雷电流幅值超过I的概率；I雷电流幅值，kA。对20雷暴日及以下地区，概率分布将减小，推荐为：2004-12-147武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP8雷电及其主要参数雷电流极性实测统计资料表明，不同的地形地貌，雷电流正负极性比较不同， 负荷性所占比例在75%90%之间。 ： 重复放电次数在一个雷云单体中，常常有多个电荷密集中心，一次雷云放电也常 常包含多次放电脉冲，称多重放电。根据6000次实测统计，平均重复 放电23次，最多42次。放电之间的间歇时间通常为3050ms，最短
7、 为15ms，最长达700ms。 2004-12-148武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP9雷电过电压直击雷过电压感应雷过电压 雷电直击线路导线 a）先导阶段； b）主放电阶段感应雷过电压的形成 2004-12-149武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP10特高压架空线路的雷电反击与保护特高压架空输电线路采用的绝缘子片数多（48片）和空气间隙 距离大，雷电冲击放电电压很高，采用双避雷线保护，当雷击塔 顶或其附近避雷线反击时的雷电流(耐雷水平)幅值大、出现概率 小，一般无需采取其他措
8、施加以防护。特高压架空输电线路杆塔较高，雷电流流经杆塔时在悬挂绝缘 子串的杆塔横担处形成的杆塔感应电压降分量较大，导线上感应 过电压的分量也高。特高压架空输电线路杆塔较高，雷电波由塔顶传播到塔脚再负 反射到塔顶的时间变长，杆塔接地电阻对雷击时塔顶电位的降低 作用减弱。杆塔高度增加是影响反击耐雷水平降低的因素，但电压等级越 高，冲击放电电压越高，反击耐雷水平亦高。2004-12-1410武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP11特高压架空线路的雷电反击与保护针对220kV、500kV、750kV、1000kV架空线路典型杆塔进行了反 击耐雷性
9、能计算。各电压等级线路绝缘雷电冲击50%放电电压（kV）35002004-12-1411武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP12特高压架空线路的雷电反击与保护220kV酒杯型铁铁塔2004-12-1412武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP13特高压架空线路的雷电反击与保护2004-12-1413武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP14特高压架空线路的雷电反击与保护500kV酒杯型铁塔 2004-12-1414武汉高压研究所 W
10、UHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP15特高压架空线路的雷电反击与保护2004-12-1415武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP16特高压架空线路的雷电反击与保护750kV酒杯型铁铁塔2004-12-1416武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP17特高压架空线路的雷电反击与保护2004-12-1417武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP18特高压架空线路的雷电反击与保护1000kV酒杯型铁
11、塔2004-12-1418武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP19特高压架空线路的雷电反击与保护2004-12-1419武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP20特高压架空线路的雷电反击与保护2004-12-1420武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP21特高压架空线路的雷电反击与保护2004-12-1421武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP22特高压架空线路的雷电绕击与保
12、护特高压输电线路杆塔高度很高、导线上工作电压幅值很大比较 容易由导线上产生向上先导，这些因素会使避雷线屏蔽性能变差 。前苏联的1150kV特高压架空输电线路在累计6年的运行期间，发 生雷击跳闸21次，跳闸率高达0.7/100 km.a 。比我国500kV输电 线路的运行统计值0.14/100km.a高得多。跳闸的基本原因是在耐 张转角塔处雷电绕击导线。前苏联研究人员认为提高特高压输电 线路耐雷性能的主要措施是采用更小的避雷线对导线的保护角。日本1000kV特高压架空输电线路东西线所在地区年雷暴日数为25 ，在降压至500kV运行期间，雷击跳闸率高达0.9/100 km.a。尽管 其避雷线采用了
13、负保护角，但据分析认为是线路杆塔很高遭到线 路侧面雷击导线引起了绝缘子闪络。 2004-12-1422武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP23设计特高压输电线路时, 应充分关注雷电绕击保护的重要性，特 别是对耐张塔和转角塔也要专门研究、精心设计，务必使其具有 较少的保护角。对于山区，因地形影响(山坡、峡谷)，避雷线宜 采用负保护角，或者架设耦合地线、装设线路避雷器等。 利用电气几何模型，对220kV、500kV、750kV、1000kV架空线路 典型杆塔进行了绕击耐雷性能计算。电气几何模型法用于分析平原地区架空线路的绕击耐雷性能是 合适的
14、，对于山区和地形复杂的区域，需要探讨更符合实际情况 的分析方法。2004-12-1423武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP24特高压架空线路的雷电绕击与保护雷电绕击线路电气几何模型 绕击线路等值电路 2004-12-1424武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP25特高压架空线路的雷电绕击与保护雷电绕击导线的概率随雷电流幅值增大而降低2004-12-1425武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP26特高压架空线路的雷电绕击与保护雷
15、电绕击导线的概率随避雷线保护角减小而降低2004-12-1426武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP27特高压架空线路的雷电绕击与保护2004-12-1427武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP28特高压架空线路的雷电绕击与保护2004-12-1428武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP29特高压架空线路的雷电绕击与保护2004-12-1429武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITU
16、TEP30特高压架空线路的雷电绕击与保护2004-12-1430武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP31特高压架空线路的雷电绕击与保护2004-12-1431武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP32特高压架空线路的防雷保护实际运行情况表明，110kV及以上电网中雷击引起的线路跳闸次数占线 路跳闸总次数的70%以上。随着电压等级的升高，雷电绕击引起的跳闸率逐渐增大，500kV电网如 此，1000kV电网将更加突出，要特别关注山区和地形复杂区域特高压线 路的防绕击保护。2004-12-1432武汉高压研究所 WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEP33特高压变电所的防雷保护特高压配电装置的直击雷保护根据我国110-500kV大量变电所多年来的运行经验，对特高压变 电所采用敝开式高压配电装置(AIS)
