输电线路的防雷保护.ppt

第八章第八章 电力系统防雷保护电力系统防雷保护第一节第一节 架空线路的防雷保护架空线路的防雷保护衡量输电线路防雷性能的指标衡量输电线路防雷性能的指标耐雷水平(I) ：线路遭受雷击时，其绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值（kA）雷击跳闸率(n) ：每100km线路每年（40雷电日）因雷击引起的跳闸次数（次/100km·年）教学目标教学目标1.1.了解线路的直击雷过电压及其耐雷水平了解线路的直击雷过电压及其耐雷水平计算方法、掌握其特点计算方法、掌握其特点2.2.掌握耐雷水平与雷击跳闸率影响因素掌握耐雷水平与雷击跳闸率影响因素3.3.掌握线路防雷基本措施掌握线路防雷基本措施架空线地处旷野、纵横交错，极易遭受雷击引起跳闸可能的过压引起跳闸可能的过压n直击直击————绕击（绕击（1 1））n击杆顶击杆顶————反击（反击（2 2））n击避雷线档距中央击避雷线档距中央————（（3 3））n感应过压感应过压————（（4 4）） 输电线路的雷电过电压分类输电线路的雷电过电压分类n直击雷过电压直击雷过电压 雷直击输电线路杆塔，避雷线，导线，产生的过电压称为直击雷过电压n感应雷过电压感应雷过电压 雷击导线水平距离65m以外的大地时，由于空间电磁场的急剧变化，在导线上感应出的过电压，称为感应雷过电压直击雷直击雷（（1 1）雷击输电线路）雷击输电线路n无避雷线的线路最易发生，但即使有避雷线，雷电仍可能绕过避雷线的保护范围而击于导线（绕击）（（2 2）雷击杆塔或避雷线）雷击杆塔或避雷线杆塔电位升高，造成绝缘子闪络，形成反击（3）雷击输电线路附近大地S>65m 感应雷过电压S<65m 直击雷过电压感应雷过电压感应雷过电压 直击雷和感应雷过电压产生的危害直击雷和感应雷过电压产生的危害（1）引起线路跳闸，影响正常供电n引起绝缘子闪络，导线对地短路，工频续流沿放电通道放电，在形成稳定燃烧的电弧后，则继电保护装置将使断路器跳闸，影响正常送电（2）雷电波侵入变电站n侵入变电站，经复杂的折反射后，造成电气设备过电压，危及设备绝缘，造成事故送电线路防雷防线　 1. 首先要保护导线不受雷击．为此可以采用避雷器、避雷针或首先要保护导线不受雷击．为此可以采用避雷器、避雷针或改用电缆。

改用电缆　　2 2．其次是如果避雷线受雷击后最好不要使线路的绝缘发生闪络．其次是如果避雷线受雷击后最好不要使线路的绝缘发生闪络为此，需要改善避雷线的接地，适当加强线路的绝缘，个别为此，需要改善避雷线的接地，适当加强线路的绝缘，个别杆塔可以使用避雷器杆塔可以使用避雷器　　3 3．第三道防线是即使线路绝缘因雷击发生闪络也不要转变为稳．第三道防线是即使线路绝缘因雷击发生闪络也不要转变为稳定的工频电弧，即线路上不要发生短路故障，所以不会跳闸定的工频电弧，即线路上不要发生短路故障，所以不会跳闸为此应该减少绝缘上的工频电场强度或电网中性点采用不直为此应该减少绝缘上的工频电场强度或电网中性点采用不直接接地的方式接接地的方式　　4 4．最后一道防线是即使跳闸也不要中断电力的供应为此，可．最后一道防线是即使跳闸也不要中断电力的供应为此，可以采用自动重合闸装置，或用双回路或环网供电以采用自动重合闸装置，或用双回路或环网供电感应雷过电压n感应雷过电压= 静电分量＋电磁分量感应雷过电压大小感应雷过电压大小Ø避雷线对感应雷过电压有屏蔽作用，避雷线对感应雷过电压有屏蔽作用，可使可使导线感应过压导线感应过压↓↓（（1-K1-K）倍）倍n无避雷线时：n有避雷线时：感应雷过电压特点感应雷过电压特点n幅值幅值≤≤500KV500KV（仅对（仅对35 KV35 KV及以下系统有威胁）及以下系统有威胁） n极性与雷电流极性相反极性与雷电流极性相反n三相导线上同时出现三相导线上同时出现n上升速度较慢，波头几～几十上升速度较慢，波头几～几十μμs s雷击杆塔时导线上的感应过电压雷击杆塔时导线上的感应过电压n杆塔有引雷作用，故S<65m的雷击会被吸引到杆塔nα为感应系数（kV/m)取值为雷电流陡度（ α =I/2.6μs）n k为避雷线和导线的耦合系数 无避雷线 有避雷线 二、输电线路直击雷过电压和耐雷水平二、输电线路直击雷过电压和耐雷水平n雷击导线： a. 无避雷线，35kV及以下系统n b. 有避雷线，绕击1.绕击率Pα ：雷绕过避雷线击于导线的概率平原山区n2.雷击导线时的过电压规程规定：Z0≈Z/2 （闪络路径波阻抗）UA=IZ/4 取Z=400Ω（导线波阻抗），则UA=100I耐雷水平耐雷水平nUA 与 U50% 比较，是否闪络?n则雷击导线时的耐雷水平为： I= U50% /100（kA） nU50%为绝缘子串冲击放电电压例题例题n雷电流超过7kA的概率为86.5％n110kV线路每串6－7片绝缘子，U50%=700kVn故耐雷水平 I= 雷电流概率7kA各级线路应有的耐雷水平各级线路应有的耐雷水平雷直击相应电压等级导线时35kV220kV330kV 500kV耐雷水平3.5 kA 12 kA 16 kA 27.4 kA超过耐雷水平雷电流概率91.2%73.1%65.8% 48.8%雷直击导线会引起几乎所有电压等级的线路绝缘子闪络，我国110kV及以上线路需全线架设避雷线n导线电位n（1）负极性雷电流沿杆塔向下和避雷线两侧传播，使塔顶电位升高，并通过电磁耦合使导线电位升高n（2）雷击杆塔，在导线上产生与负极性雷电流极性相反的正极性感应过电压雷击杆塔塔顶时的过电压和耐雷水平雷击杆塔塔顶时的过电压和耐雷水平雷电流 iL=ib+igt igt=βiL β为分流系数塔顶和避雷线电位最大值uA=βI（Rch+Lgt/2.6 ）平行导线上电位： （1）耦合波分量 kuA→与雷电流极性相同 （2）雷击杆塔在导线上的感应过电压 αh（1－k） →与雷电流极性相反 ∴uc=kuA- αh（1－k） 绝缘子串电压 ui=uA-uc 最高值ui u50％u50%为正正极性冲击放电电压雷击塔顶反击时的耐雷水平：提高耐雷水平的主要措施：（1）降低杆塔接地电阻Rch（2）增大耦合系数k（3）减小分流系数β（4）加强线路绝缘一般高度杆塔其压降是塔顶电位主要分量采用双避雷线架装耦合地线增加绝缘子片数采用更好的绝缘材料 u50%三、雷击避雷线档距中央时的过电压需校核避雷线与导线间的空气间隙S能否被击穿规程规定：S=0.012l+1（m）三、三、 输电线路的雷击跳闸率输电线路的雷击跳闸率引起感应雷直击雷过电压的雷电流>耐雷水平绝缘冲击闪络是否跳闸？冲击闪络持续时间只有几十μs，继电保护和断路器根本来不及动作，雷电流过后，工频电压所产生的工频电流（工频续流）以电弧的形式流过闪络通道，若电弧稳定燃烧才会使继电保护动作，断路器跳闸 冲击闪络稳定工频电弧必要条件充分条件雷击跳闸a.弧道中的平均电场强度b.闪络瞬间工频电压值（相位）c.去游离条件（气温、风速等） 具有随机性工程上用建弧率η表示冲击闪络转为稳定工频电弧的概率式中：E为弧道中平均电场强度（kV/m）中性点直接接地系统，单相短路电流大易建立起稳定电弧中性点非直接接地系统，单相短路电流小，不会建立稳定的电弧，只有相间短路时短路电流很大极易建立稳定燃烧的电弧l1为绝缘子串长度 l2为木或瓷横担长度 金属横担l2＝0一般：E≤6 kV/m（有效值）可认为η＝0雷击跳闸率n的计算 1.雷击杆塔跳闸率n1每100km线路每年（40雷电日）落雷次数 N＝0.28（b+4hb)击杆率g 避雷线根数避雷线根数 地地 形形012平平 原原1/21/41/6山山 区区－－1/31/4雷击杆塔时的耐雷水平为I1，雷电流幅值超过I1的概率为P1 故： n1=0.28（b＋4hb）gηP1 （ η为建弧率） 2.绕击导线的跳闸率n2绕击率为Pα，绕击时耐雷水平为I2，雷电流超过耐雷水平I2的概率为P2 故：n2=0.28（b+4hb）ηPαP2所以线路雷击跳闸率n为n =n1+n2=0.28(b+hb)η(gP1+PαP2) （次/100km.年）输电线路的防雷措施输电线路的防雷措施一、架设避雷线作用：a.减少雷直击导线b.分流作用降低塔顶电位c.屏蔽 作用降低感应过电压规程规定： a.220kV及以上全线双避雷线（α＝200） b.110kV除少雷区外全线架设避雷线（α＝200－300）二、降低杆塔接地电阻 一般高度杆塔特别有效三、架设耦合地线 降低接地电阻困难时采用，有屏蔽和分流作用四、采用不平衡绝缘方式： 同杆双回线路采用五、装设自动重合闸六、采用消弧线圈接地运行方式七、线路薄弱处装设管型避雷器八、加强绝缘 高杆塔增加绝缘子片数九、加装线路型避雷器第十章第十章 发电厂和变电站的防雷保护发电厂和变电站的防雷保护发电厂是产生电能的中心，变电站是分配电能的枢纽重要： （1）遭雷击受到破坏将造成大面积停电事故 （2）发电机、变压器是系统中最重要最昂贵的设备， 且绝缘水平也较低，一旦损坏难于修复 （3）值班运行人员的安全所以比输电线路防雷更加重要 需采取防雷措施雷害来源：（1）雷直击发电厂和变电站的避雷针后，强大的雷电流 在设备上a.产生感应过电压b.避雷针电位升高对设备 反击c.产生跨步电压和接触电压（2）雷击线路后导线上形成雷电波侵入发电厂和变电站防雷措施：（1）选址时尽可能选择少雷区（2）采用避雷针和避雷线作为直击雷防护（3）采用避雷器和进线段保护作为侵入波防护§10－1 发电厂和变电站的直击雷保护避雷针和避雷线的接地都为独立接地体注意校核：（1）空气间隙Sk（2）土壤间隙Sd以免反击另：避雷针能否架设在构架上问题？线路终端杆塔避雷线能否进变电站问题?电压等级土壤电阻率§10－2 变电站的侵入波保护沿导线传播的侵入波幅值远远高于变电站内设备绝缘水平如：110kV线路一般7片绝缘子，闪络电压为700kV，而变压器冲击绝缘水平为480kV，多次全波试验保险电压为478kV，FZ-110J U冲击＝310kV，Ur,5=332kV故需采用避雷器作为变电站内侵入波的保护一、避雷器的保护动作过程避雷器直接并在设备旁避雷器动作前： ub=u(t)动作后：避雷器电压二、避雷器与变压器间的距离对过电压的影响避雷器和被保护设备并在一起时，被保护设备上的过电压就是避雷器上的电压，但实际工程中不可能在每台被保护设备上并一台避雷器，也就是说避雷器与被保护设备存在一定距离 距离对过电压有影响设备上过电压为：可见为了保证设备的安全，需采取如下措施：1）限制通过避雷器的雷电流，≯5kA或10kA，降低残压2）限制雷电流陡度a3）尽量缩短避雷器与被保护设备间的电气距离l三、变压器与避雷器之间的最大允许距离由于避雷器动作以后的波的多次折反射，变压器上的电压为振荡的，这种波形与全波相差较大、而与截波相似，实际中就是以变压器承受多次截波的能力（多次截波耐压值uj）表示承受雷电波的能力∴变压器上的最大冲击电压umax应小于多次截波耐压值uj避雷器与变压器之间的最大允许距离lmaxa’为空间陡度结论：（1）避雷器具有一定的保护范围，最大允许距离lmax与 变压器uj和避雷器ur差值有关 uj－ur lmax（2）lmax与侵入波陡度a有关 a lmax 所以要 a（3）其它设备lmax要大35%（4）变电站多回出线比单回出线lmax高所以实际工程中，在变电站雷电侵入波保护设计时就是选择避雷器的布置位置，原则是在任何可能的运行方式下，变电站内变压器和其它设备距避雷器的电气距离应小于最大允许电气距离四、变电站的保护接线220kV及以下变电站保证每段可能单独运行的母线都有一组避雷器500kV国内敞开式变电站主要是双母线带旁路或一个半开关的电气主接线，由于电气距离远，每台避雷器只能保护与它靠近的电气设备 每条单独运行的母线需装一组电站型避雷器 每回出线出口的线路侧需装一组线路型避雷器 每台变压器旁需装一组电站型避雷器 线路入口的高压并联电抗器根据具体情况决定是否装 线路型避雷器§10§10－－3 3 变电站的进线段保护变电站的进线段保护变电站电气设备在雷电侵入时出现的过电压为：需限制i雷电 ur 及 需 a u 进线段保护进线段：输电线靠近变电站1－2km的线段统计表明：变电站侵入波事故50%是1km线路落雷造成的，71％是3km线路落雷造成的进线段保护：加强进线段防雷保护措施（无避雷线的架设避雷线，有避雷线减小保护角，增加绝缘子片数，加强检查巡视）使进线段耐雷水平高于线路其它部分，减小进线段发生绕击和反击形成侵入波的概率，这样侵入变电站的雷电波主要来自进线段之外侵入波经过在进线段上传播时，由于冲击电晕陡度会降低，进线段的波阻抗也起着限制流过避雷器的雷电流的作用进线段作用：（1）限制雷电流（2）降低侵入波陡度一、避雷器雷电流计算进线段以外落雷，侵入波幅值被限制在进线段绝缘子串的u50%，进线段1－2km的传播时间 故不考虑负的反射波220kV线路绝缘子u50%=1200kV 、架空线z=400Ω FZ-220J避雷器ur,5=664kV∴IBL=4.34kA<5kA 出线越多雷电流越小330kV和500kV线路为分裂导线其波阻抗小些，故避雷器雷电流取10kA二、侵入波陡度的衰减计算由于u50%超过了导线上起始冲击电晕电压，侵入波传播时会因冲击电晕产生衰减和变形（陡度降低）时间陡度空间陡度例：110kV终端变电站仅一回出线，进线段导线平均高度8.5m，站中变压器距避雷器的电气距离l=45m，进线段长度l0为1km，变压器uj=478kV，FZ-110J的ur,5=332kV试校核变压器是否受到可靠保护解：可见变压器能得到可靠保护三、典型接线 1、35kV及以上变电站F3装设原则：冲击绝缘水平特别高的线路，如瓷（木）横担或降压运行的线路，限制侵入波幅值用F2装设原则：雷雨季节常有断路器断开、而线路带电运行方式，防止来波在开路的线路末端全反射造成闪络，工频短路电流烧坏断路器或隔离开关，但正常运行时，F2应在F1的保护范围内2、35kV小容量变电站简化接线变电站面积小，避雷器与变压器距离在10m以内§10§10－－6 6 旋转电机的防雷保护旋转电机的防雷保护一、旋转电机防雷特点：1）重要、昂贵、修复困难2）绝缘易老化（固体绝缘介质气隙多、易损伤，且运行 条件恶劣，受潮、振动、电动力作用）3）冲击耐压低（仅为同电压等级变压器的1/2.5-1/4）4）保护用的避雷器保护裕度低（a.FZ型避雷器不能保护 b.FCD避雷器可以c.只能3kA雷电流的残压 d.冲击电压耐压值比残压仅高8－10％）5）为降低纵绝缘压降需将来波陡度限制在a≤5kV/μs∴不仅要把避雷器雷电流限制在3kA以下而且需将侵入波陡度限制在5kV/μs以下保护措施：1）母线上FCD型磁吹避雷器或金属氧化物避雷器，限制电机上的过电压水平2）母线上装并联电容器 感应过电压ug 侵入波陡度a3）直配线的进线处加装电缆和管型避雷器 分流 避雷器电流≯3kA4）发电机中性点有引出线时，中性点加装一只避雷器，否则需加大母线并联电容以 a典型接线。