第七章_输电线路的防雷保护.ppt

第七章 输电线路的防雷保护,输电线路耐雷性能的指标 1、耐雷水平 指线路遭受雷击时，线路绝缘所能耐受的不至于引起绝缘闪络的最大雷电流幅值，单位为kA 2、雷击跳闸率 指在雷暴日数Td＝40的情况下，100km的线路每年因雷击而引起的跳闸次数，其单位为“次/(100km·40雷暴日)”它是衡量线路防雷性能的综合指标第一节 输电线路的感应雷过电压,一、感应雷过电压的产生 雷击线路附近大地时，雷电通道周围空间电磁场的急剧变化，在导线上会由于电磁感应而产生感应雷过电压，包括静电分量和电磁分量由于先导通道中电荷所产生的静电场突然消失而引起的感应过电压称为感应过电压的静电分量由于主放电的平均发展速度很高，导线上束缚电荷的释放过程也很快，所以形成的电压波u = iZ幅值很高主放电时，雷电通道中雷电流在通道周围空间建立了强大的磁场，此磁场的剧烈变化也使导线感应出很高的电压这种由于先导通道中雷电流所产生的磁场变化而引起的感应过电压称为感应过电压的电磁分量 因主放电通道与导线差不多相互垂直，互感不大，电磁感应较弱，所以导线的感应过电压数值主要由静电感应分量决定。

感应过电压的幅值与雷电流大小、雷电通道与线路间的距离以及导线的悬挂高度等因素有关由于雷击地面时雷击点的自然接地电阻较大，所以雷电流幅值I一般不超过100kA 实测证明，感应过电压一般不超过500kV，对35kV及以下的水泥杆线路会引起闪络事故；对110kV及以上的线路，由于绝缘水平较高，一般不会引起闪络事故线路上的感应雷过电压具有以下特点：①感应过电压与雷电流的极性相反由于大部分的雷云带负电荷，所以感应过电压大多数是正极性；②感应过电压同时存在于三相导线，相间不存在电位差，只能引起对地闪络，若二相或三相同时对地闪络，即形成相间闪络事故；③感应过电压的波形较平缓，波头由几µs到几十µs二、感应雷过电压的计算,1. 导线上方无避雷线 根据理论分析和实测结果，规程建议，当雷击点离开线路的水平距离S ＞65m时，导线上的感应过电压最大值Ui可按下式计算式中 I——雷电流幅值，kA； S——雷击点与导线的水平距离，m； hc——导线对地的平均高度，mkV）,,2. 导线上方挂有避雷线 设导线和避雷线的对地平均高度分别为hc和hs，若避雷线不接地，根据式（7—1）可求得导线和避雷线上的感应过电压分别为Ui和Us，即,所以,,但避雷线实际上是接地的，其电位为零。

为了满足这一条件，可以设想在避雷线上又叠加一个(-Us)的电压而这个电压由于耦合作用，将在导线上产生耦合电压k(-Us)，k为避雷线与导线间的耦合系数，k值主要决定于导线间的相互位置与几何尺寸 于是，导线上方有避雷线时，导线上的实际感应过电压Ui'将为两者的叠加，即,(kV),,3. 雷击线路杆塔时导线上的感应过电压 标准（DL/T620—1997）建议对一般高度的线路，无避雷线时导线上的感应过电压的最大值Ui可用下式计算式中 hc——导线的平均高度，m； a ——感应过电压系数，kV/m，其值等于以kA/µs为单位的雷电流平均陡度，即a = I / 2.6kV),,有避雷线时，由于它的屏蔽作用，导线上的感应过电压将降低为,,(kV),小 结,耐雷水平雷击跳闸率感应雷过电压的特点： ①感应过电压与雷电流的极性相反； ②感应过电压同时存在于三相导线，相间不存在电位差； ③感应过电压的波形较平缓避雷线具有屏蔽作用，可以降低导线上的感应雷过电压第二节 输电线路的直击雷过电压和耐雷水平,雷直击于有避雷线的线路可分为三种情况：雷击线路杆塔塔顶雷击避雷线档距中央雷绕过避雷线击于导线,一、雷击杆塔塔顶时的过电压和耐雷水平,1. 雷击塔顶时雷电流的分布 雷击瞬间自雷击点有一负极性的雷电流冲击波沿着杆塔向下运动，另有两个相同的负极性雷电波沿避雷线向两侧运动，使塔顶电位升高，并通过电磁耦合使导线电位发生变化。

与此同时，自雷击点有一正雷电流冲击波沿雷电通道向上运动，引起周围空间电磁场的迅速变化，使导线上出现正极性的感应过电压2. 塔顶电位 对于一般高度（40m以下）的杆塔，在工程近似计算中，常将杆塔和避雷线以集中参数代替，这样雷击杆塔塔顶时的等值电路如图7—4所示Ri——为杆塔的冲击接地电阻； Lt——为杆塔的等值电感（不同类型杆塔的等值电感可由表7—1查得）， it——为经杆塔流入地中的电流， Ls——为避雷线的等值电感（两侧一档避雷线电感的并联值），单根避雷线的等值电感约为0.67l µH( l为档距长度，m )，双避雷线约为0.42l µH考虑到雷击点的对地阻抗较雷电通道波阻抗低得多，故在计算中可略去雷电通道波阻抗的影响，认为雷电流i直接由雷击点注入流经杆塔的电流it可由下式计算式中 β——分流系数，即流经杆塔的电流与雷电流之比7—5）,,雷击塔顶时，塔顶电位utop可由下式计算式中di / dt 为雷电流波前陡度，以di / dt=I / 2.6代入上式，则塔顶电位的幅值为式中I为雷电流幅值，kA7—7）,,3. 导线电位 与塔顶相连的避雷线上也有相同的电位Utop。

则在导线上将产生耦合电压kUtop（k为耦合系数），耦合电压与雷电流同极性 此外由于静电感应和电磁感应，在导线上还会出现幅值为ahc(1- k)的感应过电压，此电压与雷电流异极性则导线电位的幅值Uc为,(7—8）,,4. 线路绝缘上的电压 作用路绝缘子串上的电压为塔顶电位utop与导线电位uc之差即 其中a =I/2.6,,5. 雷击塔顶时的耐雷水平 令Ul.i = U50%，则雷击塔顶时的耐雷水平I1为,(7—10）,标准中规定，雷击杆塔时的耐雷水平I1应不低于表7—4中的数值二、雷击避雷线档距中央,雷击避雷线档距中央时的波过程如图所示设档距长度为l，避雷线波阻抗为ZS，雷电流为iZ，雷电通道波阻抗为Z0，略去导线对避雷线的耦合影响，可等值,为i/2的雷电流沿Z0运动雷击点处波阻抗为Zg/2，则流入雷击点的雷电流iZ为 则雷击点电压uA为,,,,设避雷线上的波速为vS，则电压波uA经l/2vS时间到达杆塔，负反射波又经l/2vS返回雷击点，若此时雷电流尚未到达幅值，即2×l/2vS小于雷电流波头，则雷击点的电位自负反射波到达之时开始下降，故雷击点的最高电位将出现在t = 2×l/2vS = l/vS时刻。

若雷电流取为斜角波头，即i = at，根据上式以t = l/vS代入，则雷击点的最高电位UA为,,,由于避雷线与导线间的耦合作用，在导线上将产生耦合电压kUA，所以雷击处避雷线与导线间的空气间隙S上所承受的最大电压Us为,,,标准提出对于一般档距的线路，在档距中央导线和避雷线之间的空气距离S宜按下述经验公式确定 对于大跨越档距，若l/vS大于雷电流波头，则来自接地杆塔的负反射波回到雷击点之前，雷电流已过峰值，故雷击点的最高电位由雷电流峰值决定导线与避雷线间的距离S将由雷击点的最高电位和间隙平均击穿场强所决定三、绕击时的过电压和耐雷水平,1. 绕击率 对平原地区线路 对山区线路式中 Pα——绕击概率，指一次雷击线路中出现绕击的概率； α——避雷线对外侧导线的保护角，º； h——杆塔高度，m2. 等值电路及雷击点电压,,流经雷击点的雷电流波iA为 雷击点电位为其幅值UA为,,,,,在近似计算中，认为z0≈zc/2，即不考虑雷击点的反射，则上式可变为若取架空线路波阻抗Zc=400Ω，则,,,3. 绕击时的耐雷水平 令UA等于线路绝缘子串的50%冲击放电电压，则绕击时的耐雷水平I2为 即绕击时的耐雷水平很低。

小 结,雷直击于有避雷线的线路可分为三种情况；雷击塔顶时的耐雷水平：绕击时的耐雷水平：,第三节 输电线路的雷击跳闸率,雷击输电线路导致跳闸的两个条件：（1）雷电流超过线路耐雷水平，引起冲击闪络；（2） 冲击闪络转变为稳定的工频电弧,一、建弧率,建弧率:冲击闪络转变为稳定工频电弧的概率，以η表示 冲击闪络能否转变为稳定的工频电弧主要取决于工频弧道中的平均电场强度E，还取决于闪络瞬间工频电压的瞬时值以及去游离强度等条件建弧率可按下式计算式中 E——为绝缘子串的平均运行电压梯度 [ kV ( 有效值 ) / m] 7—20）,,对中性点直接接地系统：对中性点绝缘或经消弧线圈接地系统,,,,式中 Un——系统额定电压（有效值），kV; li——绝缘子串闪络距离，m； lm——木横担线路的线间距离，对铁横担和钢筋混凝土横担线路，lm = 0二、 线路落雷次数 雷击输电线路的跳闸次数与线路可能受雷击的次数有关 根据模拟试验和运行经验，一般高度线路的等效受雷面宽度为b+4hg则每100km线路年落雷次数N可以下式计算,,式中 Td——雷暴日数； γ——地面落雷密度， 1/ km2 ·年； b——两根避雷线之间的距离，m。

若为单根避雷线，则b = 0；若无避雷线，则b为边相导线间的距离[次/（100km·年）],,hS——避雷线的平均对地高度，m；无避雷线时为最上层导线的平均高度可按下式求得 式中 ht——避雷线在杆塔上的悬点高度，m； f——避雷线的弧垂，m. 取Td = 40时，γ = 0.07，则,,二、有避雷线线路雷击跳闸率n的计算,1.雷击杆塔时的跳闸率n1（反击跳闸率）式中 g——击杆率，为雷击杆塔次数与雷击线路总次数的比； P1——雷电流幅值大于雷击杆塔时的耐雷水平I1的概率； η——建弧率击杆率g与避雷线的根数和地形有关，标准建议取下表的数值2.雷绕击导线时的跳闸率n2 （绕击跳闸率）式中 Pα——线路的绕击率； P2——雷电流幅值超过绕击耐雷水平I2的概率；,,,3. 线路雷击跳闸率 线路雷击跳闸率只考虑雷击杆塔和雷绕击于导线两种情况所以有避雷线的线路，雷击总跳闸率n为,（7—28）,第四节 输电线路的防雷措施,一、 架设避雷线 110kV及以上架空输电线路防雷措施是沿全线架设避雷线；35kV及以下的线路主要依靠架设消弧线圈和自动重合闸来进行防雷保护。

其主要作用是防止雷直击导线此外避雷线还有以下作用：对塔顶雷击有分流作用，减少流入杆塔的雷电流，从而降低塔顶电位；对导线有耦合作用，可以降低绝缘子串上的电位差；对导线有屏蔽作用，可以降低导线上的感应过电压二、 降低杆塔接地电阻 线路架设避雷线后，杆塔必须良好接地降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平，防止反击的有效措施 三、架设耦合地线 如果接地电阻很难降低时，作为一种补救措施，具有一定的分流作用和增大导地线之间的耦合系数，因而能提高线路的耐雷水平和降低雷击跳闸率四、 采用不平衡绝缘 在现代高压及超高压线路中，同杆架设的双回路线路日益增多为了降低雷击时双回路同时跳闸的跳闸率，当采用通常的防雷措施不能满足要求时，可采用不平衡绝缘方式，以保证不中断供电。