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： 、 感應雷過電壓：、 其中只對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)常引起雙回同時停電，2030的輸電線路故障

2、發(fā)生在雙回輸電線路 美國、前蘇聯(lián)等十二個國家的電壓為275500kV總長為32700km輸電線路連續(xù)三年的運行資料中指出，雷害事故占總事故的60,一、輸電線路的感應過電壓 1、雷擊線路附近大地時,靜電感應 電磁感應,感應過電壓-靜電感應分量,在雷電放電的先導階段（假設(shè)為負先導），線路處于雷云及先導通道與大地構(gòu)成的電場之中。由于靜電感應，最靠近先導通道的一段導線上感應形成束縛電荷 主放電開始以后，先導通道中的負電荷自下而上被迅速中和。相應電場迅速減弱，使導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過電壓的靜電分量,感應過電壓-電磁感應分量,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)甚強的脈沖磁場，其中一部分磁力線穿過導線大地回路，產(chǎn)生感應電勢，這種過電壓為感應過電壓的電磁分量,感應過電壓計算,無避雷線時感應過電壓為,導線越高，感應過電壓越高。,一般Ug 500kV，在110kV線路上不引起閃絡。,避雷線對感應過電壓的屏蔽作用,2）避雷線接地時： 實際上，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的感應電壓 -Ugb在導線上耦合電壓為-KUgb 導線上的實際感應電壓,1）避雷線不接地時：,即避雷線的屏蔽效應使導線上的感應電

4、荷減少，感應電壓降低了（1K）倍,2、雷擊塔頂時的感應過電壓（S65m）,雷擊塔頂時迅速向上發(fā)展的主放電引起周圍空間電磁場的突然變化，會在導線上感應出與雷電流極性相反的電壓，以靜電感應分量為主 無避雷線時: 有避雷線時，導線上的感應過電壓,由于屏蔽效應，感應電壓降低了（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：,雷擊塔頂時雷電流可通過下列途徑的分流： 避雷線 桿 塔 閃絡后相導線也可分流,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、雷擊桿塔時導線的電位,避雷線耦合到導線上的電位：u1=kutd (避雷線與塔頂電位相同) 雷擊塔頂時雷電先導在導線上的的感應電位： U2=-hd(1-k) U2為負的理由：雷電先導在導線上產(chǎn)生感應過電壓的極性（感應出正電荷）與流入桿塔中的電流極性相反 導線電位,絕緣子串的作用電壓: Uj=塔頂電位Utd 導線電位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、,當作用在線路絕緣子上的電壓Uj絕緣子串沖擊閃絡電壓Uj50% 絕緣子將發(fā)生閃絡，由于塔頂電位高于導線電位，閃絡將從桿塔向 導線發(fā)展，故稱為反擊。 耐雷水平: 雷擊桿塔時絕緣子串上承受最大雷電沖擊電壓所對應的雷電流:,反擊耐雷水平與導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，耦合系數(shù)小，一般以外側(cè)或下方導線計算 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A的電壓：,1、當雷電波頭長度大于檔距時,Z0,A,Zb/2,避雷線雷擊點A的電壓：,雷擊點最高點電位出現(xiàn)在從桿塔反射回來的負電壓波到達時刻: 此時雷電流 iL=t =L/Vb 間隙S承受的最大電壓:,感應過電壓與下列因素有關(guān): 雷電波陡度;檔距長度;耦合系數(shù). S最短間隙距離從Us的50擊穿電壓得到。,我國規(guī)程,負反射波尚未返回雷擊點時，雷電流已過峰值，A點最高電位由雷電流峰值確定

8、一般罕見雷擊檔距中央,2、當雷電波頭長度小于檔距時,三、雷擊導線繞擊時的過電壓,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： 當雷電流超過線路耐雷水平時,線路絕緣發(fā)生閃絡,雷電流經(jīng)閃絡通道入地,時間在幾十微秒,線路開關(guān)來不及動作.只有當沿閃絡通道流過的工頻短路電流的電弧持續(xù)燃燒時,線路才會跳閘停電.

9、建弧率 沖擊閃絡轉(zhuǎn)為工頻電弧的概率: 與弧道中的平均電場強度有關(guān),與閃絡瞬間工頻電壓的瞬時值和游離條件有關(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措施,1、架設(shè)避雷線（屏蔽作用）：引導雷電向避雷線放電，通過 桿塔和接地裝置將雷電流引入大地，從而使被保護物體免遭雷擊。 防止直接雷擊導線 分流減少經(jīng)桿塔入地電流，降低塔頂電位 降低感應過電壓 110kV以上應全線架設(shè)避雷線

10、保護角：避雷線和外側(cè)導線的連線與垂線之間的夾角，保護角越小，對繞擊雷的保護效果越好，110kV: 保護角2030，500kV負保護角。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)伸長接地體以及垂直接地電極等措施 3、加強絕緣（加高堤壩） 對大跨越、高桿塔，落雷機會多等情況，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，一回加強絕緣，當雷擊時普通絕緣先閃絡，閃絡后相當于地線，增加了對加強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，在導線下方架設(shè)一條接地線。它具有分流作用，又加強了避雷線對導線的耦合。運行經(jīng)驗表明，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及以下電壓等級電網(wǎng)，可使大多數(shù)雷擊單相閃絡接地故障被消弧線圈消除，不至發(fā)展為持續(xù)工頻電弧。我國的運行經(jīng)驗表明，該措施可使雷擊跳閘率降低1/3左右 7、裝設(shè)自動重合閘裝置：我國110kV及以上線路重合閘成功率達7595 8、安裝線路避雷器（水漲船高）：并聯(lián)連接在絕緣子串上，當作用電壓超過避雷器的放電電壓時，避雷器先放電，避免了絕緣子串的閃絡,良好的伏秒特性，實現(xiàn)合理的絕緣配合 良好的絕緣強度自恢復能力，利于快速

12、切斷工頻續(xù)流，使電力系統(tǒng)得以繼續(xù)運行 硅橡膠護套氧化鋅線路避雷器已取得良好應用效果 日本總結(jié)77kV各種防雷措施效果的統(tǒng)計結(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、易擊點的桿塔 山區(qū)線路接地電阻超過100 且發(fā)生過閃絡的桿塔 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、易擊點的一回線路上,線路避雷器保護絕緣子原理,線路避雷器的發(fā)展,美國：美國A

13、EP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線路上投入試運行。運行表明在裝有避雷器的被保護線段沒有出現(xiàn)絕緣子串的閃絡。 法國：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月開始在雷電活動特別嚴重地區(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合成絕緣線路避雷器研制成功，1988年12月開始在投入運行。 500kV線路避雷器1990年開發(fā)出來，1990年在雙回線路的一回線路上投入運行。到1999年1月已有不同電壓等級的47000多只線路避雷器在運行中，其中99%