电力系统雷电防护728章ppt课件.ppt

第八章 电力系统雷电防护重 点1.避雷针与避雷线2.金属氧化物避雷器3.输电线路雷电防护4.变电站雷电防护 防雷维护设备 雷电放电作为一种强大的自然力的迸发是难以制止的，产生的雷电过电压可高达数百至数千kV，如不采取防护措施，将引起电力系统缺点，呵斥大面积停电 目前人们主要是设法去躲避和限制雷电的破坏性，根本措施就是加装避雷针、避雷线、避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器组、消弧线圈、自动重合闸等防雷维护安装 避雷针、避雷线用于防止直击雷过电压，避雷器用于防止沿输电线路侵入变电所的感应雷过电压8.1 避雷针与避雷线8.2.1 避雷针防雷原理及维护范围1.避雷针防雷原理2. 避雷针是明显高出被维护物体的金属支柱，其针头采用圆钢或钢控制成，其作用是吸引雷电击于本身，并将雷电流迅速泄入大地，从而使被维护物体免遭直接雷击避雷针需有足够截面的接地引下线和良好的接地安装，以便将雷电流平安可靠地引入大地 2. 避雷针的维护范围 表表示示避避雷雷针的的维护效效能能，，通通常常采采用用维护范范围的的概概念念，，只只具具有有相相对意意义避避雷雷针的的维护范范围是是指指被被维护物物体体在在此此空空间范范围内内不不致致蒙蒙受受直直接接雷雷击。

我我国国运运用用的的避避雷雷针的的维护范范围的的计算算方方法法，，是是根根据据小小电流流雷雷电冲冲击模模拟实验确确定定，，并并根根据据多多年年运运转阅历进展展了了校校验维护范范围是是按按照照维护概概率率99.9%确确定定的的空空间范范围〔即屏蔽失效率或〔即屏蔽失效率或绕击率率0.1%〕避雷针8.1 避雷针与避雷线Ø图中的受维护区域并非100％平安Ø受维护区域只是保证在该区域中雷击概率是很小的数值单支避雷针维护范围Ø上图中划定避雷针维护范围的方法称为折线法，用两段斜率不同的折线段确定维护范围〔建筑防雷中采用滚球法确定维护范围〕Ø折线表达式中的p是修正系数，根据避雷针高度的不同进展有关修正8.1 避雷针与避雷线修正系数p——避雷针高度≤30m时避雷针高度h≤80m时修正系数p＝1 hx被维护物高度8.1 避雷针与避雷线修正系数p——避雷针高度＞30m时80m＜h≤120m时修正系数：8.1 避雷针与避雷线如图可见，避雷针高度超越30m后其维护范围随高度而增大的趋势减缓两支避雷针结合维护范围Ø两支避雷针的结合维护范围不是两个避雷针各自维护范围的“并集〞，而是比这个并集要大一些Ø图中蓝色虚线部分代表单支避雷针维护范围的界限8.1 避雷针与避雷线8.2.2 避雷线防雷原理及维护范围 避雷线，通常又称架空地线，简称地线。

避雷线的防雷原理与避雷针一样，主要用于输电线路的维护，也可用来维护发电厂和变电所，近年来许多国家采用避雷线维护500kV大型超高压变电所用于输电线路时，避雷线除了防止雷电直击导线外，同时还有分流作用，以减少流经杆塔入地的雷电流从而降低塔顶电位，避雷线对导线的耦协作用还可以降低导线上的感应雷过电压 单根避雷线维护范围8.1 避雷针与避雷线双避雷线结合维护范围Ø双避雷线在输电线路上运用极为广泛8.1 避雷针与避雷线避雷针与避雷线的运用范围•避雷针在变电所、发电厂等场一切广泛的运用〔集中维护场所〕•避雷线适用于输电线路防雷〔分布维护场所〕，在变电所里有时也在电气主回路上空布置多条避雷线进展雷电防护8.1 避雷针与避雷线避雷针是不是越高越好？•答案：ו随着避雷针高度的添加，其维护范围的添加越来越有限，同时其维护范围内免受雷击的概率变得不确定•在提高避雷针高度上下功夫不如采用多针结合维护8.1 避雷针与避雷线8.2.3 避雷器任务原理及常用种类 避雷器是避雷器是专门用以限制用以限制线路路传来的雷来的雷电过电压或操作或操作过电压的一种防雷安装避雷器本的一种防雷安装避雷器本质上是一上是一种种过电压限制器，与被限制器，与被维护的的电气气设备并并联衔接，接，当当过电压出出现并超越避雷器的放并超越避雷器的放电电压时，避雷器，避雷器先放先放电，从而限制了，从而限制了过电压的开展，使的开展，使电气气设备免免遭遭过电压损坏。

坏 避雷器的常用避雷器的常用类型有：型有：维护间隙、排气式避雷器隙、排气式避雷器〔常称管型避雷器〕、〔常称管型避雷器〕、阀式避雷器和金属氧化物避式避雷器和金属氧化物避雷器〔常称氧化雷器〔常称氧化锌避雷器〕四种避雷器〕四种避雷器1避雷器21.维护间隙 维护间隙是一种简单的避雷器，按其外形可分为：角型、棒形、环形和球型等，常用角形维护间隙如图8-14所示 图8-14 角型维护间隙1—角型电极 2—主间隙 3支柱绝缘子 4—辅助间隙 5—电弧的运动方向2.排气式避雷器 排气式避雷器本质上是一种具有较高熄弧才干的维护间隙，其构造如图8-15所示，内间隙固定装在管内，管子由纤维、塑料或橡胶等产气资料制成，其电极一端为棒形电极2，另一端为环形电极3外间隙裸露在大气中，由于产气资料在走漏电流作用下会分解，因此管子不能长时间接在任务电压上，正常运转靠外间隙来隔离任务电压 图8-15排气式避雷器1—产气管 2—棒形电极 3—环形电极 S1—内间隙 S2—外间隙4-动作指示器3.阀式避雷器 阀式避雷器是由装在密封瓷套中的多组火阀式避雷器是由装在密封瓷套中的多组火花间隙和多组非线性电阻阀片串联组成。

它分花间隙和多组非线性电阻阀片串联组成它分普通型和磁吹型两大类普通型和磁吹型两大类 普普通通阀阀式式避避雷雷器器的的单单个个火火花花间间隙隙构构造造如如图图8-16所所示示，，电电极极由由黄黄铜铜圆圆盘盘冲冲压压而而成成，，两两电电极极间间以以云云母母垫垫圈圈隔隔开开构构成成间间隙隙，，间间隙隙间间隔隔为为0.5～～1.0mm，，间间隙隙电电场场接接近近均均匀匀电电场场，，单单个个间间隙隙的的工工频频放放电电电电压压约约为为2.7～～3.0kV(有有效效值值)阀阀片片的的伏伏安安特特性性如如图图8-17所所示图8-16 单个火花间隙构造1—黄铜电极 2—云母垫圈图8-17 阀片的伏安特性i1—工频续流 u1—工频电压 i2—雷电流 u2—避雷器残压 磁磁吹吹阀阀式式避避雷雷器器〔〔简简称称磁磁吹吹避避雷雷器器〕〕的的根根本本构构造造和和任任务务原原理理与与普普通通阀阀式式避避雷雷器器一一样样，，主主要要区区别别在在于于，，磁磁吹吹阀阀式式避避雷雷器器采采用用了了磁磁吹吹式式火火花花间间隙隙，，它它是是利利用用磁磁场场对对电电弧弧的的电电动动力力，，迫迫使使间间隙隙中中的的电电弧弧加加快快运运动动并并延延伸伸，，使使间间隙隙的的去去游游离离作作用用加加强强，，从从而而提提高高了了灭灭弧弧才才干干，，磁磁吹吹式式火火花花间间隙隙的的构构造造和和电弧运动如图电弧运动如图8-18所示。

所示 图8-18 磁吹式火花间隙角形电极 2—灭弧盒 3—并联电阻 4—灭弧栅 多多个个间间隙隙串串联联电电路路中中，，由由于于寄寄生生电电容容存存在在，，灭灭弧弧过过程程工工频频电电压压在在各各个个间间隙隙上上的的分分布布是是不不均均匀匀的的，，将将影影响响每每个个间间隙隙作作用用的的充充分分发发扬扬，，减减弱弱了了灭灭弧弧才才干干通通常常将将四四个个火火花花间间隙隙放放在在一一个个瓷瓷套套筒筒里里组组成成规规范范间间隙隙组组，，在在每每个个规规范范间间隙隙组组的的侧侧面面并并有有两两个个串串联联的的半半环环形形非非线线性性分分路路电电阻阻，，以以便便起起均均压压作作用用，，如如图图8-19所示图8-19 在间隙上并联分路电阻(a)规范火花间隙组〔普通阀式避雷器〕 (b)原理图5间隙6分路电阻7任务电阻 4. 金属氧化物避雷器 金金属属氧氧化化物物避避雷雷器器(MOA)出出现现于于20世世纪纪70年年代代，，因因其其性性能能比比碳碳化化硅硅避避雷雷器器更更好好，，如如今今已已在在全全世世界界得得到到广广泛泛运运用用金金属属氧氧化化物物避避雷雷器器的的阀阀片片是是由由以以氧氧化化锌锌〔〔ZnO〕〕为为主主要要原原料料，，并并添添加加其其它它微微量量的的氧氧化化铋铋〔〔Bi2O3〕〕、、氧氧化化钴钴〔〔Co2O3〕〕、、氧氧化化锰锰〔〔MnO2〕〕、、氧氧化化锑锑〔〔Sb2O3〕〕、、氧氧化化铬铬〔〔Cr2O3〕〕等等金金属属氧化物作添加剂。

氧化物作添加剂 金金属属氧氧化化物物避避雷雷器器的的构构造造非非常常简简单单，，仅仅由由相相应应数数量量的的氧氧化化锌锌阀阀片片密密封封在在瓷瓷套套内内组组成成，，所所以以也也称称氧氧化化锌避雷器锌避雷器 氧化锌阀片具有极好的非线性伏安特性，如图氧化锌阀片具有极好的非线性伏安特性，如图8-19所示，可分为小电流区、非线性区和饱和区所示，可分为小电流区、非线性区和饱和区 图8-20 氧化锌阀片的伏安特性ZnO阀片•在ZnO阀片的侧面上釉是为了防止沿面放电•外表镀铝的的作用是填满外表凹孔、防止电流在部分过于集中金属氧化物避雷器ZnO避雷器的构造•ZnO避雷器中起主要作用的非线性电阻元件由多片ZnO阀片堆叠而成，根据电压等级的不同堆叠层数也不同•图中给出是目前最为先进的硅橡胶复合外套避雷器的简化构造金属氧化物避雷器ZnO避雷器在系统中的衔接•绝大部分情况下，避雷器在系统中的衔接都是星形接法•星形接法下长期任务中的避雷器接受的是相电压•避雷器的接地要求绝对可靠8.2 金属氧化物避雷器对避雷器性能的要求•良好的非线性〔提高维护程度〕•大的通流容量〔可以吸收更强的雷电能量〕。

•小的工频续流〔雷击时防止系统注入过大的电流〕•良好的伏秒特性〔无论侵入波陡度如何都保证首先动作〕8.2 金属氧化物避雷器ZnO避雷器的特性曲线•ZnO避雷器具有显著的非线性伏安特性•当过电压袭来时，ZnO避雷器电流剧增，有效地吸收过电压的能量并遏制住系统电压的上升趋势8.2 金属氧化物避雷器ZnO避雷器的参数额定电压和允许最大继续运转电压为有效值，1mA参考电压常在直流下测得8.2 金属氧化物避雷器ZnO避雷器的参数•压比：•荷电率：•压比反映了避雷器伏安特性的非线性程度，压比越小非线性程度越大、维护性能越好〔1.55-1.6〕•荷电率反映了长期任务条件下避雷器承当电压负荷的轻重，荷电率较高时避雷器老化速度加快8.2 金属氧化物避雷器ZnO避雷器的优劣评判显然避雷器A的非线性程度好于避雷器B，其维护性能也优于避雷器B8.2 金属氧化物避雷器ZnO避雷器的优点•无串联间隙•非线性程度好、维护性能优越•通流容量大•工频续流极小、可忽略不计8.2 金属氧化物避雷器Ø避雷针作用是吸引雷电击于本身，并将雷电流迅速泄入大地，从而使被维护物体免遭直接雷击Ø避雷线，又称架空地线，简称地线。

主要用于输电线路的维护，也可用来维护发电厂和变电所Ø避雷器本质上是一种过电压限制器Ø维护间隙Ø排气式避雷器Ø阀式避雷器Ø金属氧化物避雷器小结前往前往〔本节完〕8.4 接地的根本概念及原理Ø8.4.1 接地概念及分类Ø8.4.2 接地电阻，接触电压和跨步电压Ø8.4.3 接地和接零维护前往前往8.4.1 接地概念及分类 接接地地就就是是指指将将电电力力系系统统中中电电气气安安装装和和设设备备的的某某些些导导电电部部分分，，经经接接地地线线衔衔接接至至接接地地极极埋埋入入地地中中并并直直接接与与大大地地接接触触的的金金属属导导体体称称为为接接地地极极电电气气安安装装、、设设备备的的接接地地端端子子与与接接地地极极衔衔接接用的金属导电部分称为接地线接地极和接地线合称接地安装用的金属导电部分称为接地线接地极和接地线合称接地安装 接地按用途可分为：接地按用途可分为：任务接地任务接地维护接地维护接地防雷接地防雷接地静电接地静电接地前往前往8.4.2 接地电阻，接触电压和跨步电压 大地具有一定的电阻率，假设有电流经过接地极注入，电流以电流场的方式向大地作半球形分散，那么大地就不再坚持等电位，将沿大地产生电压降。

设土壤电阻率为 ,大地内的电流密度为 ,那么大地中电场强度为 在接近接地极处，电流密度 和电场强度 最大，离电流注入点愈远，地中电流密度和电场强度就愈小，因此可以以为在相当远〔约20～40m〕处，为零电位电位分布曲线如图8-42所示 图8-42 接地安装的电位分布Ut—接触电压 Us—跨步电压 接地安装对地电位接地安装对地电位u与经过接地极流入地中电流与经过接地极流入地中电流i的比值称的比值称为接地电阻为接地电阻 人处于分布电位区域内，能够有两种方式触及不同电位点人处于分布电位区域内，能够有两种方式触及不同电位点而遭到电压的作用当人触及漏电外壳，加于人手脚之间的电而遭到电压的作用当人触及漏电外壳，加于人手脚之间的电压，称为接触电压压，称为接触电压 当人在分布电位区域内跨开一步，两脚间〔程度间隔当人在分布电位区域内跨开一步，两脚间〔程度间隔0.8m〕〕的电位差，称为跨步电位差，即跨步电压的电位差，称为跨步电位差，即跨步电压8.4.3 接地和接零维护1. 发电厂、变电所的接地维护发电厂、变电所的接地维护 发发电电厂厂、、变变电电所所中中的的接接地地网网是是集集任任务务接接地地、、维维护护接接地地和和防防雷雷接接地地为为一一体体的的良良好好接接地地安安装装。

普普通通的的作作法法是是：：除除利利用用自自然然接接地地极极以以外外，，根根据据维维护护接接地地和和任任务务接接地地要要求求敷敷设设一一个个一一致致的的接接地地网网，，然然后后再再在在避避雷雷针针和和避避雷雷器器安安装装处处添添加加3～～5根根集集中中接接地地极极以以满满足足防防雷雷接接地地的的要求 按照任务接地要求，发电厂、变电所电气安装维按照任务接地要求，发电厂、变电所电气安装维护接地的接地电阻应满足：护接地的接地电阻应满足： 2. 输电线路的接地维护 高高压压线线路路每每一一杆杆塔塔都都有有混混凝凝土土根根底底，，它它也也起起着着接接地地极极的的作作用用，，其其接接地地安安装装经经过过引引线线与与避避雷雷线线相相连连，，目目的的是是使使击击中中避避雷雷线线的的雷雷电电流流经经过过较较低低的的接接地地电电阻阻而而进进入入大大地地高高压压线线路路杆杆塔塔的的自自然然接接地地极极的的工工频频接接地地电电阻阻简简易易计计算算式式为为 ,k为为各各种种型型式式接接地地安安装装简简易易计算式系数，计算式系数， 为土壤电阻率为土壤电阻率 3. 计算用土壤电阻率 接接地地电电阻阻除除与与接接地地极极的的外外形形、、尺尺寸寸大大小小有有关关外外，，还还跟跟土土壤壤电电阻阻率率 亲亲密密相相关关。

土土壤壤电电阻阻率率 主主要要取取决决于于其其化化学学成成分分及及湿湿度度大大小小，，计计算算防防雷雷接接地地安安装装所所采采用用的的土土壤壤电电阻阻率率应应取取雷雷季季中中最最大大能能够够的的数数值值，，普普通通按按下下式式计算：计算：式中： ——土壤电阻率，单位为Ω·m； ——雷季中无雨时所测得的土壤电阻率，单位为Ω·m； ——思索土壤枯燥所取的季节系数 Ø接地按用途可分为：任务接地、维护接地、防雷接地、静电接地Ø大地具有一定的电阻率，电流以电流场的方式向大地作半球形分散，将沿大地产生电压降Ø发电厂、变电所中的接地网是集任务接地、维护接地和防雷接地为一体的良好接地安装小结前往前往〔本节完〕电力系统防雷维护 电力系统的防雷维护包括了线路、变电所、发电厂等各个环节输电线路雷电防护8.3.1 输电线路的防雷维护 在在整整个个电电力力系系统统的的防防雷雷中中，，输输电电线线路路的的防防雷雷问问题题最最为为突突出出这这是是由由于于输输电电线线路路绵绵延延数数千千里里、、地地处处原原野野、、又又往往往往是是周周边边地地面面上上最最为为挺挺拔拔的的物物体体，，因因此此极易蒙受雷击。

极易蒙受雷击 输输电电线线路路防防雷雷性性能能的的优优劣劣，，工工程程中中主主要要用用耐耐雷雷程程度度和和雷雷击击跳跳闸闸率率两两个个目目的的来来衡衡量量所所谓谓耐耐雷雷程程度度，，是是指指雷雷击击线线路路绝绝缘缘不不发发生生闪闪络络的的最最大大雷雷电电流流幅幅值值〔〔单位为单位为kA〕 1. 输电线路上的感应雷过电压 雷雷击击线线路路附附近近地地面面时时，，在线路路的的导导线线上上会会产产生生感感应应雷雷过过电电压压，，由由于于雷雷击击地地面面时时雷雷击击点点的的自自然然接接地地电电阻阻较较大大，，雷雷电电流流幅幅值值I I普普通通不不超超越越100kA100kA实实测测证证明明，，感感应应过过电电压压普普通通不不超超越越300-400kV300-400kV，，对对35kV35kV及及以以下下水水泥泥杆杆线线路路会会引引起起一一定定的的闪闪络络事事故故；；对对110kV110kV及及以以上上的的线线路路，，由由于于绝绝缘缘程程度度较较高高，，所所以以普普通通不不会会引引起闪络事故起闪络事故 感感应应雷雷过过电电压压同同时时存存在在于于三三相相导导线线，，故故相相间间不不存存在在电电位位差差，，只只能能引引起起对对地地闪闪络络，，假假设设二二相相或或三三一一样样时时对对地地闪闪络络即即构构成相间闪络事故。

成相间闪络事故  设避避雷雷线和和导线悬挂挂的的对地地平平均均高高度度分分别为hghg和和hc,hc,假假设避避雷雷线不不接接地地，，那那么么根根据据教教材材公公式式(8-18)(8-18)可可求求得避雷得避雷线和和导线上的感上的感应过电压分分别为 和和 于是于是 2. 输电线路的耐雷程度 我我国国110kV及及以以上上线路路普普通通全全线都都装装设避避雷雷线，，而而35kV及及以以下下线路路普普通通不不装装设避避雷雷线，，中中性性点点直直接接接接地地系系统有有避避雷雷线的的线路路蒙蒙受受直直击雷雷普普通通有有三三种种情情况况：：①①雷雷击杆杆塔塔塔塔顶；；②②雷雷击避避雷雷线档档距距中中央央；；③③雷雷电绕过避避雷雷线击于于导线，如，如图8-21所示图8-21 有避雷线线路直击雷的三种情况〔1〕 雷击杆塔塔顶时的耐雷程度 运运转阅历阐明明，，雷雷击杆杆塔塔的的次次数数与与避避雷雷线的的根根数数和和经过地地域域的的地地形形有有关关，，雷雷击杆杆塔塔次次数数与与雷雷击线路路总次次数数的的比比值称称为击杆杆率率g，，DL/T 620—1997规范，范，击杆率杆率g可采用表可采用表8-5所列数据。

所列数据表8-5 杆率g避雷避雷线根数根数12平原平原1/41/6山丘山丘1/31/4 雷击塔顶前，雷电通道的负电荷在杆塔及架空地线雷击塔顶前，雷电通道的负电荷在杆塔及架空地线上产生感应正电荷；当雷击塔顶时，雷通道中的负电荷上产生感应正电荷；当雷击塔顶时，雷通道中的负电荷与杆塔及架空地线上的正感应电荷迅速中和构成雷电流与杆塔及架空地线上的正感应电荷迅速中和构成雷电流，如图，如图8-22〔〔a〕所示〕所示 图8-22 〔a〕雷击塔顶时雷电流的分布(b)雷击塔顶时等值电路 对对于于普普通通高高度度(40m以以下下)的的杆杆塔塔，，在在工工程程近近似似计计算算中中采采用用图图8-22〔〔b〕〕的的集集中中参参数数等等值值电电路路进进展展分分析析计计算算，，思思索索到到雷雷击击点点的的阻阻抗抗较较低低，，故故略略去去雷雷电电通通道道波波阻阻的影响 图8-22 〔a〕雷击塔顶时雷电流的分布(b)雷击塔顶时等值电路〔2〕雷击避雷线档距中央 雷雷击击避避雷雷线线档档距距中中央央时时，，雷雷击击点点会会出出现现较较大大的的过过电电压压，，如如图图8-23所所示示，，根根据据彼彼德德逊逊法法那那么么，，由由教教材材中中公公式式〔〔8-15〕〕，，雷雷击点击点A的电压为：的电压为： 式中 —避雷线的波阻抗 图8-23 雷击避雷线档距中央1—避雷线 2—导线〔3〕雷电绕击于导线时的耐雷程度 装装设设避避雷雷线线的的线线路路依依然然有有雷雷绕绕过过避避雷雷线线而而击击于于导导线线的的能能够够性性，，虽虽然然绕绕击击的的概概率率很很小小，，但但一一旦旦出出现现此此情情况，那么往往会引起线路绝缘子的闪络。

况，那么往往会引起线路绝缘子的闪络3. 输电线路的雷击跳闸率 雷雷电电流流超超越越线线路路的的耐耐雷雷程程度度，，会会引引起起线线路路绝绝缘缘发发生生冲冲击击闪闪络络这这时时，，雷雷电电流流沿沿闪闪络络通通道道入入地地，，但但继继续续时时间间只只需需几几十十 ，，线线路路断断路路器器来来不不及及动动作作闪闪络络后后能能否否会会引引起起线线路路跳跳闸闸，，还还要要看看闪闪络络能能不不能能转转化化成成稳稳定定的的工工频频电电弧弧其其概概率率称称为为建建弧弧率率以以 表表示示，，与与沿沿绝绝缘缘子子串串和和空空气气间间隙隙的的平平均均运运转转电电压压梯梯度度有有关关可可用下式表示：用下式表示：式中：E—绝缘子串的平均运转电压梯度，kV(有效值)/m 雷雷击杆塔杆塔顶部部发生生闪络并建立并建立电弧引起跳弧引起跳闸的次的次数数 ,雷雷绕过避雷避雷线击于于导线发生生闪络并建立并建立电弧引起跳弧引起跳闸的次数的次数 有避雷线线路的雷路的雷击跳跳闸率率n可按下式可按下式计算：算：式中：N —落雷次数，次/(100km·a)； —建弧率； g —击杆率； —超越雷击杆塔顶部时耐雷程度的雷电流概率； —超越雷绕击导线时耐雷程度的雷电流概率； —绕击率(包括平原和山区)。

输电线路雷击分类8.3 输电线路雷电防护输电线路蒙受雷击后引发的后果•导线—避雷线、导线—杆塔、导线—大地闪络•侵入波沿线路侵入变电所、配电所、发电厂8.3 输电线路雷电防护输电线路防雷四道防线1.防止雷电直接击中导线——处理：架设避雷线2.防止雷电击中杆塔或避雷线后还击引起绝缘闪络——处理：降低杆塔接地电阻3.防止雷击后的绝缘闪络开展为稳定熄灭的工频电弧——处理：增大绝缘子片数，中性点经消弧线圈接地4.防止因雷击导致的线路供电中断——处理：自动重合闸、环网供电8.3 输电线路雷电防护衡量输电线路防雷程度的目的•耐雷程度——雷击线路不至使绝缘发生闪络的最小雷电流幅值〔留意耐雷程度指的是雷电流而不是雷电压〕•雷击跳闸率——规范条件下〔雷暴日数＝40、线路长度＝100km〕每年雷击引起的跳闸次数8.3 输电线路雷电防护雷击导线引起的过电压计算•图中Z1为雷电通道的波阻抗，其数值约为300Ω，Z2为输电导线的波阻抗，其数值为300Ω～400Ω•从彼德逊等效电路中可以求出：•将Z1、Z2带入可得 u≈100i，这也是有关规程中引荐的公式8.3 输电线路雷电防护雷击情况分析—绕击•在悬挂有避雷线的情况下，雷电还有能够绕过避雷线击中导线，这种情况称作绕击。

•图中φ称为维护角，φ越小那么绕击概率越低、维护越完善，在必要的情况下甚至需求负的维护角φ•留意参考“避雷线维护范围〞部分的内容8.3 输电线路雷电防护•杆塔可以用塔身电感L和接地电阻R串联的等效电路模型来代表•当雷击中杆塔时，雷电流在L、R上产生压降，当这个压降足够高时将使绝缘子与杆塔之间发生闪络•因此，降低杆塔接地电阻具有极其重要的意义•当雷击中避雷线时也能够呵斥还击还击引起的闪络雷击情况分析—还击8.3 输电线路雷电防护雷击情况分析——感应雷过电压18.3 输电线路雷电防护雷云发出的下行先导，其中有大量负电荷下行先导负电荷在导线上感应出束缚电荷，极性为正雷击情况分析——感应雷过电压28.3 输电线路雷电防护导线上束缚电荷失去束缚开场向两侧自在流动，其电流在导线波阻抗上构成过电压主放电发生后下行先导中负电荷全部被中和感应雷过电压主要要挟到35kV及以下输电线路输电线路避雷器对于雷击频繁的线路常运用线路避雷器加强维护8.3 输电线路雷电防护避雷线有关问题—避雷线损耗如图可知，两端接地的避雷线相当于在输电导线上加装了一个“短路环〞，而这个“短路环〞与输电线路存在电磁耦合，并经过这个电磁耦合耗费一部分输电线路保送的电能8.3 输电线路雷电防护避雷线有关问题—采用架空绝缘地线•经过在避雷线和杆塔之间加装一片绝缘子就可以处理上述损耗问题。

•一片绝缘子的闪络电压相对来说很低，故不影响避雷线的防雷维护效果8.3 输电线路雷电防护避雷线有关问题—光纤复合架空地线—OPGW•常躲避雷线为钢芯铝绞线，在钢芯铝绞线中央安装一根或数根光纤就构成了光纤复合架空地线〔OPGW〕•OPGW既可以完成避雷线所需完成的义务，其中的光纤又可以组建一个电力系统通讯网8.3 输电线路雷电防护8.4 发电厂和变电所雷电防护8.3.2 发电厂和变电所的防雷维护 发电厂和变电所是电力系统的枢纽，设备相对集发电厂和变电所是电力系统的枢纽，设备相对集中，一旦发生雷害事故，往往导致发电机、变压器等中，一旦发生雷害事故，往往导致发电机、变压器等重要电气设备的损坏，改换和修复困难，并呵斥大面重要电气设备的损坏，改换和修复困难，并呵斥大面积停电，严重影响国民经济和人民生活因此，发电积停电，严重影响国民经济和人民生活因此，发电厂和变电所的防雷维护要求非常可靠厂和变电所的防雷维护要求非常可靠 变电所中出所中出现的雷的雷电过电压的两个来源：的两个来源：Ø雷电直击变电所；Ø沿输电线入侵的雷电过电压波1. 直击雷过电压的防护 直直击击雷雷防防护护的的措措施施主主要要是是装装设设避避雷雷针针或或避避雷雷线线，，使使被被维维护护设设备备处处于于避避雷雷针针或或避避雷雷线线的的维维护护范范围围之之内内，，同同时时还还必必需需防防止止雷雷击击避避雷雷针针或或避避雷雷线线时时引引起起与与被被维维护物的还击事故。

护物的还击事故 当当雷雷击击独独立立避避雷雷针针时时，，如图如图8-27所示图8-27雷击独立避雷针1—母线 2—变压器 雷电流经避雷针及其接地安装在避雷针h高度处和避雷针的接地安装上将出现高电位UA(kV)和UG(kV)图8-27雷击独立避雷针1—母线 2—变压器式中:i——流过避雷针的雷电流，kA； Ri——避雷针的冲击接地电阻，单位为Ω； L——避雷针的等值电感 ； ——雷电流的上升陡度，kA／  为为了了防防止止避避雷雷针针与与被被维维护护的的配配电电构构架架或或设设备备之之间间的的空空气气间间隙隙Sa被被击击穿穿而而呵呵斥斥还还击击事事故故，，必必需需求求求求Sa大大于于一一定定间间隔隔，，取取空空气气的的平平均均耐耐压压强强度度为为500kV／／m；；为为了了防防止止避避雷雷针针接接地地安安装装和和被被维维护护设设备备接接地地安安装装之之间间在在土土壤壤中中的的间间隙隙Se被被击击穿穿，，必必需需求求求求Se大大于于一一定定间间隔隔，，取取土土壤壤的的平平均均耐耐电电强强度度为为300kV／／m，，Sa和和Se应满足下式要求应满足下式要求: Sa≥0.2Ri＋0.1h Se≥0.3Ri2. 侵入波过电压的防护 变变电电所所中中限限制制雷雷电电侵侵入入波波过过电电压压的的主主要要措措施施是是装装设设避避雷雷器器。

假假设设三三台台避避雷雷器器分分别别直直接接衔衔接接在在变变压压器器的的三三个个出出线线套套管管端端部部，，只只需需避避雷雷器器的的冲冲击击放放电电电电压压和和残残压压低低于于变变压压器器的的冲冲击击绝绝缘缘程程度度，，变压器就得到可靠的维护变压器就得到可靠的维护 但但在在实实践践中中，，变变电电一一切切许许多多电电气气设设备备需需求求防防护护，，而而电电气气设设备备总总是是分分分分布布置置在在变变电电所所内内，，经经常常要要求求尽尽能能够够减减少少避避雷雷器器的的组组数数，，又又要要维维护护全全部部电电气气设设备备的的平平安安，，加加上上布布线线上上的的缘缘由由，，避避雷雷器与电气设备之间总有一段长度不等的间隔器与电气设备之间总有一段长度不等的间隔3. 变电所的进线段维护 变变电电所所的的进进线线段段维维护护是是对对雷雷电电侵侵入入波波维维护护的的一一个个重重要要辅辅助助措措施施，，就就是是在在临临近近变变电电所所1～～2km的的一一段段线线路路上上加加强强防防护护进进线线段段维维护护的的作作用用在在于于限限制制流流经经避避雷雷器器的的雷雷电电流流幅幅值值和和侵侵入入波波的的陡陡度度。

35kV～～110kV变变电电所所的的进进线线段段维维护接线如图护接线如图8-32所示 图8-32 35kV～110kV变电所进线维护接线4. 变压器防雷维护的几个详细问题〔1〕变压器中性点防雷维护当三相来波时，在变压器中性点的电位实际上会到达绕组首端电压的两倍，因此需求思索变压器中性点的维护问题〔2〕三绕组变压器的防雷维护高压侧有雷电过电压波时，经过绕组间的静电耦合和电磁耦合，低压侧出现一定过电压在任一相低压绕组加装阀式避雷器图8-35 自耦变压器的防雷维护接线〔3〕自耦变压器的防雷维护 自耦变压器除高、中压自耦绕组之外，还有三角形接线的低压非自耦绕组高低压绕组运转而中压开路时，假设有侵入波从高压端线路袭来，绕组中电位的起始与稳态分布以及最大电位包络线都和中性点接地的绕组一样自耦变压器的防雷维护接线如图8-35所示  配电变压器的防雷维护接线如图8-36所示，其3～10kV侧应装设阀式避雷器FS-3～10或维护间隙来维护，构成变压器高压侧FS的接地端点、低压绕组的中性点和变压器金属外壳三点结合接地〔4〕配电变压器的防雷维护图8-36 配电变压器的维护接线变电站雷击来源8.4 变电站雷电防护雷电直击变电所雷电冲击波沿线路入侵变电所直击雷防护•避雷针——在变电所内安装数根避雷针结合维护。

•避雷线——在变电所内主接线上方安装数根避雷线结合维护8.4 变电站雷电防护变电所直击雷防护—独立避雷针•为防止雷击避雷针后引起的还击，独立避雷针与变电所构架的空气间隔s1和接地体间隔s2不应小于规程的要求•35kV及以下等级变电所必需安装独立避雷针8.4 变电站雷电防护变电所直击雷防护—构架避雷针•对于110kV及以上电压等级系统，由于外绝缘程度相对较高不易发生还击，可以思索将避雷针安装在构架上8.4 变电站雷电防护变电所侵入波防护•对雷电侵入波的防护经过以下两种方法进展：•避雷器——吸收雷电侵入波的能量限制电压升高•进线段——将接近变电所1km～2km的输电线路划为进线段，对进线段加强防雷维护〔采用小的避雷线维护角、降低杆塔接地电阻、必要时安装线路避雷器〕以保证进线段〔几乎〕不发生雷击；当进线段以外线路发生雷击后，侵入波在进入变电站之前经过进线段后其波前陡度和幅值会进一步降低•这两种方法往往结合进展8.4 变电站雷电防护变电所侵入波防护—避雷器与待维护变压器间间隔的影响•首先对有关条件进展简化：•假设侵入波为斜角波•假设分析过程中变压器处于开路形状•假设避雷的残压等于动作电压•假设变压器开路•由右图可见，避雷器将经过的波头进展了限压。

8.4 变电站雷电防护变电所侵入波防护—避雷器与待维护变压器间间隔的影响•由于假设变压器开路，波头到达变压器后折射波是入射波的2倍•图中给出的是最坏的情况，变压器现实上没有得到有效维护，其接受电压峰值为避雷器动作电压的2倍•出现这种最坏情况的缘由是避雷器距变压器太远，假设两者间隔接近一些，那么变压器反射波到达避雷器与侵入波叠加，可以使避雷器动作提早，降低变压器上接受的最大电压8.4 变电站雷电防护变电所侵入波防护—避雷器与待维护变压器间间隔的影响•综合分析前页图和右图可以看出：•侵入波的陡度越大，那么折射波的幅值越大•避雷器和变压器间隔越大、那么进入变压器的折射波的幅值越大•根据规程要求，避雷器与待维护变压器之间的间隔不得大于规定的数值，详见教材表8-78.4 变电站雷电防护变电所侵入波防护—变压器维护有关问题—三绕组变压器维护•三绕组变压器有高压绕组、中压绕组和低压绕组，其中低压绕组绝缘程度最低•当高压绕组遭遇雷电波侵入时，假设低压绕组开路，会由于静电感应产生较高的电压危及其绝缘，所以低压绕组需求安装避雷器•静电感应产生的电压还缺乏以要挟中压绕组绝缘，故中压绕组不用安装避雷器8.4 变电站雷电防护变电所侵入波防护—变压器维护有关问题—自耦变压器维护•自耦变压器防雷维护的避雷器接法如右图。

8.4 变电站雷电防护变电所侵入波防护—变压器维护有关问题—变压器中性点维护•当变压器中性点不接地、同时变压器中性点绝缘程度低于相线绝缘程度时，必需在中性点加装避雷器进展维护8.4 变电站雷电防护变电所侵入波防护—进线段•进线段——将接近变电所1km～2km的输电线路划为进线段，对进线段加强防雷维护〔采用小的避雷线维护角、降低杆塔接地电阻、必要时安装线路避雷器〕以保证进线段〔几乎〕不发生雷击；当进线段以外线路发生雷击后，侵入波在进入变电站之前经过进线段后其波前陡度和幅值会进一步降低8.4 变电站雷电防护变电所侵入波防护—进线段•对于全线不架设避雷线的线路〔85kV及以下〕，必需在进线段架设避雷线；对于全线架设避雷线的线路〔110kV及以下〕，在进线段需求加强防雷维护以上措施是保证进线段发生雷击的能够性降至最低•对于进线段以外线路发生的雷击，其侵入波经过进线段时会因冲击电晕降低其陡度和幅值、因避雷线的耦合进一步降低幅值，这些都有助于减轻变电所内避雷器的负担8.4 变电站雷电防护GIS防雷维护•GIS中的电场均设计为稍不均匀电场，其冲击系数较小，伏秒特性较平坦•能胜任GIS防雷维护的避雷器只需ZnO避雷器。

8.4 变电站雷电防护变电所二次防雷•目前变电所的控制安装越来越复杂，有必要对雷击呵斥的电磁脉冲辐射进展有效的防备8.4 变电站雷电防护。