1、高電壓工程系高電壓工程系劉春劉春第1010章章 電力系統防雷保護電力系統防雷保護雷害事故在現代電力系統的跳閘停電事故中占很大比重。電力系統的防雷包含了線路、變電站、發(fā)電廠等各個環(huán)節(jié)。10.1 10.1 輸電線路的防雷保護輸電線路的防雷保護 雷擊線路造成的跳閘事故占電網總事故的60%以上。 線路上的雷過電壓分為：直擊雷直擊雷和感應雷感應雷。 線路雷害事故的形成為：雷過電壓，使線路絕緣閃絡，從而使得沖擊閃絡轉化為穩(wěn)定的工頻電弧，引起線路跳閘。如跳閘后線路絕緣不能恢復，則發(fā)生停電。 提高防雷性能，首要是防止線路閃絡。 耐雷水平耐雷水平：雷擊線路但不至引起絕緣閃絡的最大雷電流

2、峰值(kA) 直擊雷與感應雷的耐雷水平不同。10.1.1 10.1.1 輸電線路感應雷過電壓輸電線路感應雷過電壓一一 、雷擊線路附近大地時，線路上的、雷擊線路附近大地時，線路上的感應過電壓感應過電壓導線dhx導線xExES雷云S雷云主放電前主放電后)(a)(bdh導線高度雷擊點與導線間的距離Sdh感應雷過電壓感應雷過電壓感應雷過電壓感應雷過電壓u在主放電開始前，先導通道中的電荷形成的靜電場使得導線中形成束縛電荷u主放電過程中，先導通道中的電荷流入地中，靜電場消失，導線上的束縛電荷被釋放u束縛電荷沿導線向兩端跑，形成過電壓。它為感應過電壓的靜電分量。u雷電流形成的空間磁場變化，使得導線上感應出過

3、電壓。它稱為過電壓的電磁分量。u電磁分量約為靜電分量的1/5。 我國的技術規(guī)程規(guī)定：當雷擊點離導線 的距離超過65m時，導線上的感應雷過電壓最大值可按下式計算： IL為雷電流幅值（kA），hd為導線高度（m），S為雷擊點離導線的距離 實際上導線上方有避雷線。由于避雷線的屏蔽作用，導線上的感應過電壓會下降。 若避雷線不接地，則導線與避雷線的感應過電壓為： 實際避雷線電位為0，因此，可看成避雷線上存在Ugb的電壓，該電位將在導線上產生耦合電位k Ugb。k為耦合系數。因此，導線的實際感應電位為：ShIUdLg 25ShIUdLgd 25ShIUbLgb 25gddbgbUhhU)1 ()1 (kU

4、hhkUkUUUgddbgdgbgdgd二、雷擊線路桿塔時，導線上的感二、雷擊線路桿塔時，導線上的感 應過電壓應過電壓u前面的公式只適用與S65m的情況。u對于雷擊桿塔時，由于主放電通道的磁場迅速變化，將在導線上感應出與雷電流極性相反的過電壓。計算方法尚有爭論。 一般高度的線路，導線上感應的過電壓最大值 a感應過電壓系數 aIL/2.6 有避雷線時：感應過電壓為： dgdahU)1 (kahUdgd10.1.2 10.1.2 輸電線路的直擊雷過電壓和輸電線路的直擊雷過電壓和 耐雷水平耐雷水平u以中性點直接接地系統中帶避雷線的線路為例u直擊雷分成三種雷擊避雷線雷擊桿塔繞擊導線一、雷擊桿塔時的反擊

5、過電壓一、雷擊桿塔時的反擊過電壓雷擊塔頂時，可能引起絕緣子串的閃絡，即發(fā)生反擊。負極性雷電流一部分沿桿塔向下傳播，還有一部分沿避雷線向兩側傳播；同時，自塔頂有一正極性雷電流沿主放電通道向上運動，其數值等于三個負雷電流數值之和。 線路絕緣上的過電壓即由這幾個電流波引起。 （一）（一） 塔頂電位塔頂電位 對于40m以下的桿塔，可用集中參數的電路計算。chRchRgtLgtigtibL2bL22bi2biLiLibLbigtL塔頂電位：)(dtdiLiRdtdiLiRuLgtLchgtgtgtchtd以 代入，則塔頂電位的幅值為6 . 2LLIdtdi)6 . 2(gtchLtdLRIU（二）（二）

6、 導線電位導線電位1） 避雷線與導線間的耦合作用，使得導線上產生與雷電流同極性的電位kUtd2) 雷擊桿塔時，導線上會產生與雷電流反極性的感應過電壓ahd(1-k) 因此，導線上的總電壓幅值為：)1 (kahkUUdtdd（三）（三） 線路上絕緣子串兩端電壓線路上絕緣子串兩端電壓由前面的公式：)(1 ()1 ()1 (dtddtddtdjahUkkahUkUUU)6 . 26 . 2)(1 (dgtchLjhLRkIU 雷擊時，導線和地線上的電位較高，將出現沖擊電暈，耦合系數k 應采用修正后的數值 對于220kV及以下線路，工作電壓值所占比例不大，可以忽略不計 ；但對超高壓線路而言，則不可忽略

7、，雷擊時導線上的工作電壓 的瞬時值應作為一隨機變量加以考慮。 （四）（四） 耐雷水平的計算耐雷水平的計算u當Uj大于絕緣子串的U50%時，絕緣子串將發(fā)生閃絡，發(fā)生反擊 u由于90%以上的雷電流為負極性，同時絕緣子串下端（導線側）為正極性時U50%較低，所以U50%應以下端為正極性時的值為標準。 u按照U50%的放電電壓計算，根據前面的公式，得耐雷水平為：)6 . 26 . 2)(1 (%501dgtchhLRkUI二、雷擊避雷線擋距中央時的過電壓二、雷擊避雷線擋距中央時的過電壓 雷擊避雷線檔距中央時，由于避雷線的半徑較小，產生強烈的電暈；又由于雷擊點離桿塔較遠，當過電壓波傳播到桿塔時，已不足以

8、使絕緣子串擊穿，因此通常只需考慮雷擊點處避雷線對導線的反擊問題 bZl2iASbZ0Z彼得遜等值電路彼得遜等值電路u在反射波到達之前，可用彼得遜等值電路計算。雷擊點處的電壓為：0ZiAAu2bZbbbbAZZZZiZZZZiu0000222雷擊點A的最高電位將出現在 bbvlvlt22若雷電流取為斜角波頭i=at ，雷擊點避雷線的最高電位UA為bbbAZZZZvlaU002檔距中央避雷線與導線間的空氣間隙距離S宜按以下公式確定 1012. 0lS長期運行經驗表明，雷擊避雷線檔距中央引起空氣間隙閃絡的事例非常少見 三、繞擊時的過電壓和耐雷水平（了解三、繞擊時的過電壓和耐雷水平（了解概念即可）概念

9、即可）（一）（一） 電氣幾何模型與繞擊率電氣幾何模型與繞擊率rsirs1rs1rsirskrskA1AiAkBiB1CiC1DiD1Krs1rsirskHodbb避雷線 d導線k6.72，p =0.8 以等擊距的假設為依據 pskIr 繞擊模型繞擊模型電氣幾何模型的優(yōu)點：1可發(fā)生繞擊的原因2可說明保護角減小時，繞擊概率減小3可說明高桿塔和山區(qū)上繞擊概率異常增加的原因電氣幾何模型的問題：1擊距的確定困難?；旧蠑祿疾惶煽?；2不能解釋大電流發(fā)生繞擊的現象。3而用電氣幾何模型解釋，有效保護角隨電壓等級升高可以增大，而實際情況正好相反。高桿塔還要采用負保護角。經驗公式計算繞擊概率經驗公式計算繞擊概率我國規(guī)程建議采用以下公式計算繞擊概率：9 . 386lghP對平原地區(qū) 對山區(qū) 35. 386lghP為保護角（單位：）；h為桿塔高度（單位：m）。 山區(qū)線路的繞擊率約為平原線路的3倍，或相當于保護角增大了8 （二）（二） 繞擊耐雷水平繞擊耐雷