1、輸電線路防雷技術(shù),雷擊輸電線路的方式,大氣過電壓： 直擊雷過電壓： 、 感應(yīng)雷過電壓：、 其中只對(duì)35KV以下線路有危害 大氣過電壓帶來的后果： 發(fā)生短路接地故障 雷電波侵入變電所，破壞設(shè)備絕緣，造成停電事故 衡量線路防雷性能的優(yōu)劣： 耐雷水平：線路遭受雷擊所能耐受不至于引起閃絡(luò)的最大雷電流（kA） 雷擊跳閘率：每100km線路每年因雷擊引起的跳閘次數(shù),輸電線路的雷擊事故,在我國(guó)跳閘率比較高的地區(qū)的高壓線路由雷擊引起的次數(shù)約占4070，尤其是在多雷、土壤電阻率高、地形復(fù)雜的地區(qū)，雷擊事故率更高 在日本50以上電力系統(tǒng)事故是由于雷擊輸電線路引起的，雷擊經(jīng)常引起雙回同時(shí)停電，2030的輸電線路故障

2、發(fā)生在雙回輸電線路 美國(guó)、前蘇聯(lián)等十二個(gè)國(guó)家的電壓為275500kV總長(zhǎng)為32700km輸電線路連續(xù)三年的運(yùn)行資料中指出，雷害事故占總事故的60,一、輸電線路的感應(yīng)過電壓 1、雷擊線路附近大地時(shí),靜電感應(yīng) 電磁感應(yīng),感應(yīng)過電壓-靜電感應(yīng)分量,在雷電放電的先導(dǎo)階段（假設(shè)為負(fù)先導(dǎo)），線路處于雷云及先導(dǎo)通道與大地構(gòu)成的電場(chǎng)之中。由于靜電感應(yīng)，最靠近先導(dǎo)通道的一段導(dǎo)線上感應(yīng)形成束縛電荷 主放電開始以后，先導(dǎo)通道中的負(fù)電荷自下而上被迅速中和。相應(yīng)電場(chǎng)迅速減弱，使導(dǎo)線上的正束縛電荷迅速釋放，形成電壓波向兩側(cè)傳播 由于主放電的平均速度很快，導(dǎo)線上的束縛電荷的釋放過程也很快，所以形成的電壓波uiZ幅值可能很高

3、。這種過電壓就是感應(yīng)過電壓的靜電分量,感應(yīng)過電壓-電磁感應(yīng)分量,在主放電過程中，伴隨著雷電流沖擊波，在放電通道周圍空間出現(xiàn)甚強(qiáng)的脈沖磁場(chǎng)，其中一部分磁力線穿過導(dǎo)線大地回路，產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，這種過電壓為感應(yīng)過電壓的電磁分量,感應(yīng)過電壓計(jì)算,無避雷線時(shí)感應(yīng)過電壓為,導(dǎo)線越高，感應(yīng)過電壓越高。,一般Ug 500kV，在110kV線路上不引起閃絡(luò)。,避雷線對(duì)感應(yīng)過電壓的屏蔽作用,2）避雷線接地時(shí)： 實(shí)際上，避雷線與大地連接保持地電位，電位為0，可以假設(shè)為避雷線上再疊加了-Ugb的感應(yīng)電壓 -Ugb在導(dǎo)線上耦合電壓為-KUgb 導(dǎo)線上的實(shí)際感應(yīng)電壓,1）避雷線不接地時(shí)：,即避雷線的屏蔽效應(yīng)使導(dǎo)線上的感應(yīng)電

4、荷減少，感應(yīng)電壓降低了（1K）倍,2、雷擊塔頂時(shí)的感應(yīng)過電壓（S65m）,雷擊塔頂時(shí)迅速向上發(fā)展的主放電引起周圍空間電磁場(chǎng)的突然變化，會(huì)在導(dǎo)線上感應(yīng)出與雷電流極性相反的電壓，以靜電感應(yīng)分量為主 無避雷線時(shí): 有避雷線時(shí)，導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓,由于屏蔽效應(yīng)，感應(yīng)電壓降低了（1K）倍,二、輸電線路直擊雷過電壓和耐雷水平 1、雷擊桿塔塔頂：,雷擊塔頂時(shí)雷電流可通過下列途徑的分流： 避雷線 桿 塔 閃絡(luò)后相導(dǎo)線也可分流,雷擊塔頂?shù)倪^電壓分析,波頭部分 塔頂電位 最高塔頂電位,桿塔的分流,110kV: 0.9(1S), 0.86(2S) 220kV: 0.92(1S), 0.88(2S) 500kV: 0

5、.88(2S),2、雷擊桿塔時(shí)導(dǎo)線的電位,避雷線耦合到導(dǎo)線上的電位：u1=kutd (避雷線與塔頂電位相同) 雷擊塔頂時(shí)雷電先導(dǎo)在導(dǎo)線上的的感應(yīng)電位： U2=-hd(1-k) U2為負(fù)的理由：雷電先導(dǎo)在導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓的極性（感應(yīng)出正電荷）與流入桿塔中的電流極性相反 導(dǎo)線電位,絕緣子串的作用電壓: Uj=塔頂電位Utd 導(dǎo)線電位Ud = Utd KUtd + hd(1-k) =(Utd +hd) (1-K) =IL(Rch+Lgt/2.6) + IL hd /2.6(1-K) =IL(Rch+Lgt/2.6) + hd /2.6(1-K),3、絕緣子串上作用的過電壓,4、線路絕緣子耐雷水平

6、,當(dāng)作用在線路絕緣子上的電壓Uj絕緣子串沖擊閃絡(luò)電壓Uj50% 絕緣子將發(fā)生閃絡(luò)，由于塔頂電位高于導(dǎo)線電位，閃絡(luò)將從桿塔向 導(dǎo)線發(fā)展，故稱為反擊。 耐雷水平: 雷擊桿塔時(shí)絕緣子串上承受最大雷電沖擊電壓所對(duì)應(yīng)的雷電流:,反擊耐雷水平與導(dǎo)線地線間的耦合系數(shù)k，桿塔分流系數(shù)，桿塔沖擊接地電阻Rch，桿塔等值電感Lgt以及絕緣子串的50放電電壓Uj50等因素有關(guān) 還必須考慮工頻電壓的作用以及觸發(fā)相位 距離遠(yuǎn)，耦合系數(shù)小，一般以外側(cè)或下方導(dǎo)線計(jì)算 通常以降低Rch，提高k為提高反擊耐雷水平的主要手段 提高耦合系數(shù)K的方法: 1)將單避雷線改成雙避雷線 2)在導(dǎo)線下放增設(shè)架空地線(耦合地線),也起到分流作

7、用,反擊耐雷水平,35kV: 20-30kA 110kV: 40-75kA 220kV: 75-110kA 330kV: 100-150kA 500kV: 125-175kA,二、雷擊避雷線檔距中央,避雷線雷擊點(diǎn)A的電壓：,1、當(dāng)雷電波頭長(zhǎng)度大于檔距時(shí),Z0,A,Zb/2,避雷線雷擊點(diǎn)A的電壓：,雷擊點(diǎn)最高點(diǎn)電位出現(xiàn)在從桿塔反射回來的負(fù)電壓波到達(dá)時(shí)刻: 此時(shí)雷電流 iL=t =L/Vb 間隙S承受的最大電壓:,感應(yīng)過電壓與下列因素有關(guān): 雷電波陡度;檔距長(zhǎng)度;耦合系數(shù). S最短間隙距離從Us的50擊穿電壓得到。,我國(guó)規(guī)程,負(fù)反射波尚未返回雷擊點(diǎn)時(shí)，雷電流已過峰值，A點(diǎn)最高電位由雷電流峰值確定

8、一般罕見雷擊檔距中央,2、當(dāng)雷電波頭長(zhǎng)度小于檔距時(shí),三、雷擊導(dǎo)線繞擊時(shí)的過電壓,繞擊過電壓： 幅值為： 設(shè)Z0Zd/2, 取Zd=400, 則 UA100IL,Z0,Zd/2,A,id,彼得遜法則,繞擊耐雷水平,繞擊耐雷水平 繞擊線路的耐雷水平很低 500kV線路27.4kA，220kV-12kA，110kV-7kA 110kV以上線路要求全線架避雷線 繞擊率：平原線路： 山區(qū)線路：,四、輸電線路的雷擊跳閘率,建弧率： 當(dāng)雷電流超過線路耐雷水平時(shí),線路絕緣發(fā)生閃絡(luò),雷電流經(jīng)閃絡(luò)通道入地,時(shí)間在幾十微秒,線路開關(guān)來不及動(dòng)作.只有當(dāng)沿閃絡(luò)通道流過的工頻短路電流的電弧持續(xù)燃燒時(shí),線路才會(huì)跳閘停電.

9、建弧率 沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)為工頻電弧的概率: 與弧道中的平均電場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān),與閃絡(luò)瞬間工頻電壓的瞬時(shí)值和游離條件有關(guān) 絕緣子串的電壓梯度:,100km年的雷擊次數(shù)（40個(gè)雷電日）： N次中擊中塔頂引起線路跳閘次數(shù) g為擊桿率, P1為雷電流幅值超過雷擊桿塔的耐雷水平的概率 繞擊導(dǎo)線的跳閘率 Pa為繞擊率, P2為雷電流幅值超過繞擊耐雷水平的概率 線路跳閘率：,五、輸電線路的防雷保護(hù)措施,1、架設(shè)避雷線（屏蔽作用）：引導(dǎo)雷電向避雷線放電，通過 桿塔和接地裝置將雷電流引入大地，從而使被保護(hù)物體免遭雷擊。 防止直接雷擊導(dǎo)線 分流減少經(jīng)桿塔入地電流，降低塔頂電位 降低感應(yīng)過電壓 110kV以上應(yīng)全線架設(shè)避雷線

10、保護(hù)角：避雷線和外側(cè)導(dǎo)線的連線與垂線之間的夾角，保護(hù)角越小，對(duì)繞擊雷的保護(hù)效果越好，110kV: 保護(hù)角2030，500kV負(fù)保護(hù)角。受桿塔結(jié)構(gòu)的限制。,2、降低桿塔接地電阻（疏淤） 土壤電阻率低的地區(qū)，應(yīng)充分利用鐵塔、鋼筋混凝土桿的自然接地電阻 土壤電阻率高的地區(qū)，可采用多根放射形接地體或連續(xù)伸長(zhǎng)接地體以及垂直接地電極等措施 3、加強(qiáng)絕緣（加高堤壩） 對(duì)大跨越、高桿塔，落雷機(jī)會(huì)多等情況，可增加絕緣子片數(shù) 4、雙回輸電線路采用不平衡絕緣（放水） 一回普通絕緣，一回加強(qiáng)絕緣，當(dāng)雷擊時(shí)普通絕緣先閃絡(luò)，閃絡(luò)后相當(dāng)于地線，增加了對(duì)加強(qiáng)絕緣線路的耦合作用，提高了耐雷水平，保證正常供電。,5、架設(shè)耦合地線

11、： 在降低桿塔接地電阻有困難時(shí)，在導(dǎo)線下方架設(shè)一條接地線。它具有分流作用，又加強(qiáng)了避雷線對(duì)導(dǎo)線的耦合。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，該措施可降低雷擊跳閘率50左右 6、采用消弧線圈接地方式：適用110kV及以下電壓等級(jí)電網(wǎng)，可使大多數(shù)雷擊單相閃絡(luò)接地故障被消弧線圈消除，不至發(fā)展為持續(xù)工頻電弧。我國(guó)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，該措施可使雷擊跳閘率降低1/3左右 7、裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置：我國(guó)110kV及以上線路重合閘成功率達(dá)7595 8、安裝線路避雷器（水漲船高）：并聯(lián)連接在絕緣子串上，當(dāng)作用電壓超過避雷器的放電電壓時(shí)，避雷器先放電，避免了絕緣子串的閃絡(luò),良好的伏秒特性，實(shí)現(xiàn)合理的絕緣配合 良好的絕緣強(qiáng)度自恢復(fù)能力，利于快速

12、切斷工頻續(xù)流，使電力系統(tǒng)得以繼續(xù)運(yùn)行 硅橡膠護(hù)套氧化鋅線路避雷器已取得良好應(yīng)用效果 日本總結(jié)77kV各種防雷措施效果的統(tǒng)計(jì)結(jié)果： 增加絕緣、架設(shè)耦合地線、減少桿塔接地電阻，可使雷擊跳閘次數(shù)分別降至62%、56%、45%，安裝氧化鋅線路避雷器后可消除雷擊跳閘事故,安裝線路避雷器的基本要求：,線路避雷器的應(yīng)用,線路避雷器的投資較大，難以普遍采用 建議優(yōu)先安裝在下列條件桿塔： 山區(qū)線路易擊段、易擊點(diǎn)的桿塔 山區(qū)線路接地電阻超過100 且發(fā)生過閃絡(luò)的桿塔 水電站升壓站出口線路接地電阻大的桿塔大跨越高桿塔 多雷區(qū)雙回線路易擊段、易擊點(diǎn)的一回線路上,線路避雷器保護(hù)絕緣子原理,線路避雷器的發(fā)展,美國(guó)：美國(guó)AEP和GE公司1980年開始研制線路防雷用合成絕緣ZnO避雷器，1982年10月有75只在138kV線路上投入試運(yùn)行。運(yùn)行表明在裝有避雷器的被保護(hù)線段沒有出現(xiàn)絕緣子串的閃絡(luò)。 法國(guó)：1998年開始在63kV和90kV線路安裝避雷器 日本：19811983年研制出無間隙的77kV合成絕緣避雷器。1986年5月開始在雷電活動(dòng)特別嚴(yán)重地區(qū)的輸電線路上安裝。線路沒有出現(xiàn)任何事故，而沒有安裝避雷器的線路則仍有故障出現(xiàn)。,線路避雷器的發(fā)展,日本：1988年275kV合成絕緣