電力系統(tǒng)防雷保護(hù)

1、 2 9 9 電力系統(tǒng)防雷保護(hù)電力系統(tǒng)防雷保護(hù) 耐雷水平：耐雷水平：雷擊線路但不至引起絕緣閃絡(luò)的最大雷電流雷擊線路但不至引起絕緣閃絡(luò)的最大雷電流 峰值峰值( (kAkA) )。 10.1 輸電線路的防雷保護(hù)輸電線路的防雷保護(hù) 占占電網(wǎng)總事故的電網(wǎng)總事故的60%以上。以上。 雷擊跳閘事故過(guò)程：雷擊跳閘事故過(guò)程： （1）線路）線路絕緣絕緣閃絡(luò)；閃絡(luò)； （2）形成工頻電弧，跳閘；）形成工頻電弧，跳閘； （3）跳閘）跳閘后線路絕緣不能恢復(fù)，則發(fā)生停電后線路絕緣不能恢復(fù)，則發(fā)生停電。 3 表表1 19841995年十年間俄羅斯年十年間俄羅斯500kV1150kV線路線路 按照跳閘率原因分類運(yùn)行數(shù)據(jù)（節(jié)選

2、）按照跳閘率原因分類運(yùn)行數(shù)據(jù)（節(jié)選） 跳閘原因跳閘原因 500kV線路線路750kV線路線路1150kV 穩(wěn)定穩(wěn)定 跳閘數(shù)跳閘數(shù) 合計(jì)合計(jì) 穩(wěn)定穩(wěn)定 跳閘數(shù)跳閘數(shù) 合計(jì)合計(jì) 穩(wěn)定穩(wěn)定 跳閘數(shù)跳閘數(shù) 合計(jì)合計(jì) 雷電引起雷電引起 的跳閘的跳閘 17 (12.23%)67(17.49%)1 (5.26%)9 (23.07%)6(75.0%)16(84.21%) 其它原因其它原因 引起的引起的 跳閘跳閘 122 (87.77%)316 (82.51%)18 (94.74%)30 (76.93%)2(25.0%)3(15.79%) 合計(jì)合計(jì)139 (100%)383 (100%)19 (100%)39

3、(100%)8 (100%)19 (100%) 4 感應(yīng) 雷擊中桿塔 雷繞過(guò)避雷 線擊中導(dǎo)線 雷擊中避雷線 L R 反擊引起 的閃絡(luò) 直擊雷和感應(yīng)雷 5 雷 云 + + + + + + + 雷云發(fā) 出的下 行先導(dǎo)， 其中有 大量負(fù) 電荷 下行先導(dǎo)負(fù) 電荷在導(dǎo)線 上感應(yīng)出束 縛電荷，極 性為正 9 9.1.1 .1.1 輸電線路感應(yīng)雷過(guò)電壓輸電線路感應(yīng)雷過(guò)電壓 一一 、雷擊線路附近大地時(shí)、雷擊線路附近大地時(shí) 6 雷 云 + + + + + + 導(dǎo)線上束縛電荷失 去束縛開始向兩側(cè) 自由流動(dòng)，其電流 在導(dǎo)線波阻抗上形 成過(guò)電壓 主放電發(fā)生 后下行先導(dǎo) 中負(fù)電荷全 部被中和 靜電分量：與極性相反靜電分

4、量：與極性相反 電磁電磁分量：相互垂直，較小分量：相互垂直，較小 25(65) Ld g Ih UkVSm S 7 （2 2）實(shí)際避雷線電位為）實(shí)際避雷線電位為0 0，可看成避雷線上存在，可看成避雷線上存在U Ugb gb的電壓， 的電壓， 導(dǎo)線感應(yīng)電位為導(dǎo)線感應(yīng)電位為k k0 0U Ugb gb的，總感應(yīng)的對(duì)地電壓 的，總感應(yīng)的對(duì)地電壓 S hI U dL gd 25 S hI U bL gb 25 gd d b gb U h h U 000 (1)(1) b gdgdgbgdgd d h UUk UUkUk h 避雷線的影響 （1）若）若避雷線不避雷線不接地接地 8 u電磁分量增大，計(jì)算方

5、法尚有爭(zhēng)論。電磁分量增大，計(jì)算方法尚有爭(zhēng)論。 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建議，（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建議，（1 1）無(wú)避雷線時(shí)，最大值）無(wú)避雷線時(shí)，最大值 a感應(yīng)過(guò)電壓系數(shù)(kV/m)， aIL/2.6 （2）有避雷線時(shí)有避雷線時(shí) (40 ) gddd Uahhm 0 (1) gdd Uahk 雷擊桿塔時(shí)的感應(yīng)過(guò)電壓雷擊桿塔時(shí)的感應(yīng)過(guò)電壓 一般不超過(guò)一般不超過(guò)500kV，僅，僅對(duì)對(duì)35kV及以下線路的絕緣有一定及以下線路的絕緣有一定威脅威脅 （雷電（雷電耐受水平為耐受水平為350kV）。）。 9 9 9.1.2 .1.2 輸電線路的直擊雷過(guò)電壓和耐雷水平輸電線路的直擊雷過(guò)電壓和耐雷水平 10 避雷線根數(shù)避雷線根數(shù)12 平平

6、 原原 山山 區(qū)區(qū) 1/4 1/3 1/6 1/4 一、雷擊桿塔時(shí)的反擊過(guò)電壓一、雷擊桿塔時(shí)的反擊過(guò)電壓 塔頂（橫擔(dān)）電位與導(dǎo)線 電位差引起絕緣子串閃絡(luò) 反擊。 11 ch R ch R gt L gt i gt i b L2 b L2 2 b i2 b i L i L i b L b i gt L Lgt ii () gt tdchgtgt L ch Lgt di uRiL dt di R iL dt 2.6 LL diI a dt () tdchLgt UR IaL hd hdchLhdchLgt gt h UR IaLR IaL h 12 導(dǎo)線總電位幅值： 0 (1) b dtdd d

7、h UkUahk h 避雷線與塔頂電位避雷線與塔頂電位utd相等相等 避雷線與導(dǎo)線間的耦合，導(dǎo)線感應(yīng)電位（同極性）避雷線與導(dǎo)線間的耦合，導(dǎo)線感應(yīng)電位（同極性）k0utd 雷擊桿塔時(shí)，導(dǎo)線上產(chǎn)生反極性的感應(yīng)電位雷擊桿塔時(shí)，導(dǎo)線上產(chǎn)生反極性的感應(yīng)電位ahd(1-k0) 13 （三）（三） 工程中工程中 對(duì)于對(duì)于220kV及以下線路，工作電壓值所占比例不大，可以忽及以下線路，工作電壓值所占比例不大，可以忽 略略不計(jì)。但不計(jì)。但對(duì)超高壓線路而言，則不可對(duì)超高壓線路而言，則不可忽略。忽略。 6 . 2 L I a d d b gt gt hd Lchdhdj ah h h kaLk h h IRkUUU

8、 0 1)1 ( 6 . 2 1 6 . 2 )1 ( 0 d d b gt gt hd chLj h h h k L k h h RkIU 14 當(dāng)當(dāng)Uj大于絕緣子串的大于絕緣子串的U50%時(shí)，絕緣子串將發(fā)生閃絡(luò)；時(shí)，絕緣子串將發(fā)生閃絡(luò)； U50%以下端為正極性時(shí)（負(fù)極性雷）的值較低。以下端為正極性時(shí)（負(fù)極性雷）的值較低。 雷擊桿塔耐雷水平：雷擊桿塔耐雷水平： 遠(yuǎn)離遠(yuǎn)離避雷線的避雷線的導(dǎo)線最具危險(xiǎn)性。導(dǎo)線最具危險(xiǎn)性。 6 . 2 1 6 . 2 )1 ( 0 %50 1 d d b gt gt hd ch h h h k L k h h Rk U I 15 二、雷擊避雷線擋距中央時(shí)的過(guò)電壓二

9、、雷擊避雷線擋距中央時(shí)的過(guò)電壓 避雷線的半徑較小，產(chǎn)生強(qiáng)烈的避雷線的半徑較小，產(chǎn)生強(qiáng)烈的電暈電暈；衰減很快，當(dāng)；衰減很快，當(dāng) 過(guò)電壓波傳播到桿塔時(shí)，已不足以使絕緣子串擊穿，過(guò)電壓波傳播到桿塔時(shí)，已不足以使絕緣子串擊穿， 因此因此通常只需考慮雷擊點(diǎn)避雷線對(duì)導(dǎo)線的反擊問(wèn)題。通常只需考慮雷擊點(diǎn)避雷線對(duì)導(dǎo)線的反擊問(wèn)題。 b Z l 2 A S b Z 0 Z iL 16 u在反射波到達(dá)之前，可用彼得遜等值電路計(jì)算。在反射波到達(dá)之前，可用彼得遜等值電路計(jì)算。 0 Z i A A u 2 b Z 00 L 0 0 22 2 bb A b b ZZZ Z uii Z ZZ Z 最高電位時(shí)間點(diǎn) bb v l

10、v l t 2 2 取斜角波頭i=at ，避雷線最高電位 b b b A ZZ ZZ v l aU 0 0 2 )1 ( 2 0 0 k ZZ ZZl aU b b b S 間隙電壓 繞繞擊跳閘是超、特高壓線路雷擊故障的主要原因。擊跳閘是超、特高壓線路雷擊故障的主要原因。 17 三、繞擊時(shí)的過(guò)電壓和耐雷水平三、繞擊時(shí)的過(guò)電壓和耐雷水平 p sL rkI 擊距擊距:雷電雷電先導(dǎo)頭部與地面目先導(dǎo)頭部與地面目 標(biāo)的臨界擊穿標(biāo)的臨界擊穿距離距離。 電氣電氣幾何模型（幾何模型（EGM） 小電流才發(fā)生繞擊。小電流才發(fā)生繞擊。 18 我國(guó)規(guī)程我國(guó)規(guī)程建議建議繞繞擊概率擊概率： （一）繞（一）繞擊概率擊概率

11、9 . 3 86 lg gt h P 35. 3 86 lg gt h P 19 （二）繞（二）繞擊耐雷水平擊耐雷水平 2 0 0 d A ZZ Z ii d dd AA ZZ ZZ i Z iu 0 0 22 d d LA ZZ ZZ IU 0 0 2 d d ZZ ZZ UI 0 0 %502 2 我國(guó)技術(shù)我國(guó)技術(shù)規(guī)程建議規(guī)程建議Zd2Z0 100 4 %50 %502 U Z UI d 20 線路電壓等級(jí)/kV35110220330500 反擊（擊桿） 耐雷水平/kA 20-3040-75875-110110-150 125-175 繞擊耐雷水平/kA3.571216.4521.38 u

12、50%/kV350700120016452138 21 9 9.1.3 .1.3 輸電線路的雷擊跳閘率輸電線路的雷擊跳閘率 線路雷擊跳閘的兩個(gè)條件：線路雷擊跳閘的兩個(gè)條件： 1雷電流超過(guò)耐雷水平雷電流超過(guò)耐雷水平 2沖擊電弧轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的工頻電弧沖擊電弧轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的工頻電弧 一、建弧率一、建弧率 沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的工頻電弧概率沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的工頻電弧概率 與工頻弧道中的電場(chǎng)強(qiáng)度和去游離條件電場(chǎng)強(qiáng)度和去游離條件有關(guān) 0.75 4.514%E E為絕緣子串的平均運(yùn)行電壓(有效值)梯度，kV/m N 1 U 3 E l 對(duì)于中性點(diǎn)有效接地的系統(tǒng)： 對(duì)于中性點(diǎn)非有效接地的系統(tǒng)： N 12 U 2

13、E ll 22 二、有避雷線線路的雷擊跳閘率二、有避雷線線路的雷擊跳閘率 1 雷擊桿塔時(shí)的跳閘率雷擊桿塔時(shí)的跳閘率 每100km線路每年的遭受雷擊的次數(shù)為： b Lb (4) 1000.28(4) 1000 bh NTbh 次/100km年 擊中桿塔引起的跳閘次數(shù)： 1L1 nN gP 2 雷繞擊導(dǎo)線時(shí)的跳閘率雷繞擊導(dǎo)線時(shí)的跳閘率 2L2 nN P P g為擊桿率，P1為雷電流幅值超過(guò)雷擊桿塔耐雷水平I1的概率 P為繞擊率，P2為雷電流幅值超過(guò)繞擊耐雷水平I2的概率， 3 線路總跳閘率線路總跳閘率 )( 2121 PPgPNnnN L 23 標(biāo)稱電壓標(biāo)稱電壓 kV500330220110 桿塔

14、型式桿塔型式 保護(hù)角保護(hù)角142016.525 避雷線數(shù)量避雷線數(shù)量雙雙雙單單 桿塔絕緣桿塔絕緣 絕 緣 子 個(gè) 數(shù) 25XP2 160 19XP1 100 13X70 7X 70 U50%（正 極性）kV 213816451200700 檔距長(zhǎng)度檔距長(zhǎng)度 m400400400300 沖擊沖擊接地電阻接地電阻（ ）715715715715 雷擊雷擊桿塔耐桿塔耐雷雷水平水平kA177125155105110766341 建弧率建弧率100%100%91.8%85% 平原線平原線 路路 繞擊率0.112%0.238%0.144%0.238% 擊桿率1/61/61/61/4 跳閘率0.0810.12

15、0.250.83 山區(qū)線山區(qū)線 路路 繞擊率0.40%0.84%0.5%0.82% 擊桿率1/41/41/41/3 跳閘率跳閘率0.170.420.270.60 0.430.95 1.182.0 24 例題：例題： 平原地區(qū)一平原地區(qū)一條條220220kVkV線路，絕緣子串線路，絕緣子串1313片，正極性片，正極性50%50%放電電壓為放電電壓為 14101410kVkV；桿塔沖擊接地電阻為桿塔沖擊接地電阻為7 7 ，避雷線半徑為，避雷線半徑為5.55.5mmmm，弧垂弧垂7m7m， 導(dǎo)線弧垂導(dǎo)線弧垂12m12m。求該線路的耐雷水平和雷擊跳閘率。求該線路的耐雷水平和雷擊跳閘率。 解：（1） 求

16、耦合系數(shù) 避雷線的平均高度 mfh bb 5 .247 3 2 1 .29 3 2 1 .29 導(dǎo)線的平均高度 mfh dd 4 .1512 3 2 4 .23 3 2 4 .23 避雷線1、2對(duì)導(dǎo)線3的幾何耦合系數(shù)為： 229. 0 ln60 2 ln60 ln60ln60 12 12 23 23 13 13 1211 2313 0 d D r h d D d D ZZ ZZ k b b 25 例題：例題： 經(jīng)沖擊電暈修正后： 286. 025. 1 0 kk （2） 查表，求等值電感和分流系數(shù) HLgt5 .141 .295 . 0 88. 0 (3) 耐雷水平 雷擊塔頂?shù)姆磽裟屠姿剑?

17、繞擊引起的過(guò)電壓： （4） 雷電流超過(guò)耐雷水平的概率 88 lg I P I1P15.6； I2P273.1 1 1200 25.614.524.515.4 (1 0.296) 0.88 70.2960.881 0.237 29.12.615.42.6 110.2kA I 2 1200 12kA 100 I 26 例題：例題： (5) 落雷次數(shù)、繞擊率、擊桿率和建弧率 保護(hù)角 1.7 arctan16.6 5.7 平原地區(qū) 山區(qū) %144. 0 P %5 . 0 P 擊桿率：平原g=1/6，山區(qū)g=1/4 建弧率80% (6) 線路雷擊跳閘率 平原地區(qū)： 1 0.28 (11.64 24.5)

18、 80%5.6%0.144% 73.1%0.25/100km 6 N 年 山區(qū)： 1 0.28 (11.64 24.5) 80%5.6%0.5% 73.1%0.43/100km 4 N 年 27 9 9.1.4 .1.4 輸電線路的防雷措施輸電線路的防雷措施 雷害事故的發(fā)展過(guò)程及防護(hù)措施雷害事故的發(fā)展過(guò)程及防護(hù)措施 （1 1） 架設(shè)避雷線：架設(shè)避雷線：最基本防雷措施 u防止雷直擊導(dǎo)線。 u分流作用，減小流入桿塔電流，使塔頂電位降低； u與導(dǎo)線之間的耦合也可降低絕緣子串上的過(guò)電壓。 28 規(guī)程：110kV及以上線路一般應(yīng)全線架設(shè)避雷線； 500kV線路設(shè)雙避雷線。 光纖復(fù)合架空地線（OPGW）：

19、避雷線經(jīng)一個(gè)小間隙 對(duì)地絕緣；通信用。 29 （2）降低桿塔接地電阻 u提高線路擊桿的耐雷水平、防止反擊的有效措施。 u一般需另加人工接地裝置。 （3）架設(shè)耦合避雷線 u具有一定的分流作用 u提高導(dǎo)線與避雷線之間的耦合系數(shù) 30 （4）不平衡絕緣 u同塔雙回或以上線路。 u使一回路的絕緣子片數(shù)少于另一回路的三相，閃絡(luò)后相 當(dāng)于避雷線，降低了其他回路導(dǎo)線電位。 （5）自動(dòng)重合閘 u由于線路絕緣具有自恢復(fù)功能。 u我國(guó)110kV及以上線路重合閘成功率高達(dá)75%95%。 31 （6）消弧線圈接地 u用于中性點(diǎn)不直接接地的線路，減小故障接地點(diǎn)的單 相接地電流，促進(jìn)接地電弧熄滅。雷擊跳閘率大約可 以降低

20、1/3左右。 （7）加強(qiáng)絕緣 u增加絕緣子片數(shù)，用于重要線路段，如大跨越高桿塔 上使用。 32 （8）安裝線路避雷器 u能免除線路絕緣的沖擊閃絡(luò)，并能使建弧率降為零。 u一般用復(fù)合外套氧化鋅避雷器。 33 9 9.2 .2 發(fā)電廠和變電站的防雷保護(hù)發(fā)電廠和變電站的防雷保護(hù) u雷直擊變 電站 雷電沖擊波 沿線路入侵 34 9.2.1 發(fā)電廠、變電站的直擊雷保護(hù)發(fā)電廠、變電站的直擊雷保護(hù) 措施：避雷針和避雷線措施：避雷針和避雷線 35 為為防反擊，避雷針與被保護(hù)物體應(yīng)有足夠的間隙距離防反擊，避雷針與被保護(hù)物體應(yīng)有足夠的間隙距離S Sk k。 為防止接地裝置間反擊，地為防止接地裝置間反擊，地中距離中

21、距離S Sd d也也應(yīng)足夠大。應(yīng)足夠大。 電氣主接線電氣主接線 s sk k s sd d 避雷針避雷針 支座支座 變電站構(gòu)架變電站構(gòu)架 chL L k Ri dt di Lu kkk EuS 36 9 9.2.2 .2.2 變電站的侵入波保護(hù)變電站的侵入波保護(hù) 一、避雷器的保護(hù)一、避雷器的保護(hù)作用作用 裝設(shè)避雷器裝設(shè)避雷器 進(jìn)進(jìn)線段設(shè)置線段設(shè)置保護(hù)保護(hù) 斜角入射波 避雷器動(dòng)作電壓 37 1 2 bb uui Z 圖解法圖解法 38 保護(hù)要求：避雷器電壓保護(hù)要求：避雷器電壓 變壓器沖擊耐受電壓變壓器沖擊耐受電壓 避雷器伏秒特性平坦避雷器伏秒特性平坦，殘壓，殘壓幾乎幾乎不變不變。 一般流經(jīng)避雷器

22、不一般流經(jīng)避雷器不超過(guò)超過(guò)5 5kAkA，殘壓，殘壓的最大值取的最大值取5 5kAkA對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)的值的值。 避雷器電壓近似避雷器電壓近似為一斜角平頂波。波頭上升部分斜率為侵入波為一斜角平頂波。波頭上升部分斜率為侵入波 的陡度，幅值為的陡度，幅值為U Ub-5 b-5。 。 39 at LBT at LBT 1 l 2 l )(a)(b 雷電波侵入變電站的典型接線雷電波侵入變電站的典型接線 等值電路等值電路 二、距離效應(yīng)二、距離效應(yīng) 40 2 2 () l a t v 12 2()ll a t v 12 2()ll v 1 2 f l t v 2 () f a tt 2 () f a tt at

23、5 22 )(2)(2)(2)( bffB U v l tatta v l tatu v l a U t b f 25 2 at 2 2 () f a t 52 2 () bf Ua t t b u f t 2 2 41 2 2 () l a t v 12 2()ll a t v 12 2()ll v 1 2 f l t v 1 2 2() f l a tt v + + 2 () f a tt 2 () f a tt 4 () f a tt 2 2 2() f l a tt v + + 2 4 (2) f l a tt v 2 2 2() f l a tt v + + 2 2l v at 2

24、2 () f a t 52 2 () bf Ua t t b u f t 2 2 at 12 ()a t 52 2 b Ua 12 2() 1 2 f t L u t 2at f t 51 2 b Ua 2 2 2 2 T u 5b U 42 避雷器上的電壓波形避雷器上的電壓波形 43 進(jìn)線刀閘上的電壓進(jìn)線刀閘上的電壓 1)在波到達(dá)L時(shí)為時(shí)間起點(diǎn)。開始階段，雷電波在L點(diǎn) 的電壓為ub(t)=at ，直到T點(diǎn)的反射波到達(dá)L點(diǎn) 2) 在T點(diǎn)反射波到達(dá)L點(diǎn)至避雷器動(dòng)作產(chǎn)生的負(fù)電壓波 到達(dá)L點(diǎn)以前，L點(diǎn)的電壓為 )(2 )(2 2121 v ll ta v ll taat 3) 在避雷器動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的負(fù)

25、電壓波到達(dá)L點(diǎn)以后 v l aU v ll ta v l tta v ll ta bf f 1 5 21 121 2)(2 ) 2 (2)(2 44 進(jìn)線刀閘處的波形進(jìn)線刀閘處的波形 45 變壓器上的電壓變壓器上的電壓 1)在T點(diǎn)首次感受到電壓時(shí)為時(shí)間起點(diǎn)，此時(shí)即發(fā)生正的全反射， 因此，電壓為2at 2) 在避雷器動(dòng)作瞬間，B點(diǎn)電壓為： v l aUat bf 2 5 22 3) 在避雷器動(dòng)作產(chǎn)生的負(fù)波第一次到達(dá)T點(diǎn)瞬間， v l aU v l ta t v l ta v l tattaat bf ffff 2 5 2 22 2) 2 (2 2 4) 2 (2)(42 4) 在避雷器的負(fù)波在T

26、點(diǎn)發(fā)生正全反射，此反射波到達(dá)B點(diǎn)后被吸收， 等于又疊加了一個(gè)負(fù)波，此負(fù)波在一段時(shí)間后到達(dá)T點(diǎn)，發(fā)生正全反射 v l aU v l ta v l a v l ta v l ttattaat bf fff 2 5 2 222 2) 2 (2 2 4) 2 (2) 2 (4)(42 46 變壓器上的電壓波形變壓器上的電壓波形 47 進(jìn)線刀閘處的電壓最大值： 變壓器上的電壓最大值為： v l aUU bL 1 5 2 v l aUU bT 2 5 2 v l aU2 48 實(shí)際上，考慮了設(shè)備對(duì)地電容、出線可能多于一路等情況，被實(shí)際上，考慮了設(shè)備對(duì)地電容、出線可能多于一路等情況，被 保護(hù)設(shè)備與避雷器間電

27、壓差值修正為：保護(hù)設(shè)備與避雷器間電壓差值修正為： K v l aU2 T u 5b U t 變壓器上電壓 變壓器上典型的實(shí)際電壓波形變壓器上典型的實(shí)際電壓波形 49 變壓器多次截波耐壓值與避雷器殘壓的比較變壓器多次截波耐壓值與避雷器殘壓的比較 50 K v l aU2 js UU jb UK v l aU 2 5 K v a UU l bj 2 5 max 最大電氣距離 三、最大電氣距離三、最大電氣距離 51 最大電氣距離與侵入波陡度的關(guān)系最大電氣距離與侵入波陡度的關(guān)系 圖中顯示了變電站避雷器與主變壓器、電壓互感器之 間的最大電氣距離與侵入波陡度的關(guān)系。 一路進(jìn)線兩路進(jìn)線 )( v a a 橫

28、坐標(biāo)：空間梯度 52 普通閥型避雷器至主變之間的最大電氣距離(m) 額定電 壓（ kV） 進(jìn) 線 段 長(zhǎng) 度 （ km） 進(jìn)線路數(shù) 1234 35 1 1.5 2 25 40 50 40 55 75 50 65 90 55 75 105 66 1 1.5 2 45 60 80 65 85 105 80 105 130 90 115 145 110 1 1.5 2 45 70 100 70 95 135 80 115 160 90 130 180 2202105165195220 53 金屬氧化物避雷器至主變之間的最大電氣距離(m) 額 定 電 壓（kV ） 進(jìn)線段長(zhǎng) 度（km） 進(jìn)線路數(shù) 12

29、34 110 1 1.5 2 55 90 125 85 120 170 105 145 205 115 165 230 2202125（90）195（140）235（170）265（190） 54 u一般變電站對(duì)于雷電波的侵入波保護(hù)設(shè)計(jì)侵入波保護(hù)設(shè)計(jì)主要 是采用避雷器避雷器，重點(diǎn)在于 。 u原則：在任何運(yùn)行方式下，均不能超過(guò)最大電 氣距離。 u避雷器一般裝設(shè)在母線上，一組或者多組。 55 圖. 葛洲壩換流站直流側(cè)避雷器的布置及主設(shè)備絕緣水平（kV） （斜線“/”左側(cè)為雷電沖擊水平BIL，右側(cè)為操作沖擊水平BSL） 閥避雷器 換流器避雷器 與平波電抗器并聯(lián)避雷器 直流濾波器避雷器 直流線路避雷器

30、 中性母線避雷器 直接保護(hù)閥組， 與其它類型避雷器 串并聯(lián)保護(hù)換流變 閥側(cè)繞組 雷電過(guò)電壓傳播 到閥區(qū)時(shí)，可 限制過(guò)電壓 平波電抗器的 雷電和操作波保護(hù) 保護(hù)直流濾波器元件 直流開關(guān)場(chǎng)的雷電 和操作波保護(hù) 吸收進(jìn)入中性母線的 快波前過(guò)電壓和 大的放電能量 56 9 9.2.3 .2.3 變電站的進(jìn)線段保護(hù)變電站的進(jìn)線段保護(hù) 對(duì)于對(duì)于35110kV全線無(wú)避雷器的線路，進(jìn)線段須架設(shè)避雷全線無(wú)避雷器的線路，進(jìn)線段須架設(shè)避雷 器，保護(hù)角取器，保護(hù)角取20 ； 對(duì)全線架設(shè)避雷線的線路，在進(jìn)線段內(nèi)應(yīng)使保護(hù)角減小，對(duì)全線架設(shè)避雷線的線路，在進(jìn)線段內(nèi)應(yīng)使保護(hù)角減小， 并使線路有比其他段更高的耐雷水平。并使線路

31、有比其他段更高的耐雷水平。 大部分變電站發(fā)生的雷電侵入波事故都是由于雷擊到變電站附近大部分變電站發(fā)生的雷電侵入波事故都是由于雷擊到變電站附近 3km以內(nèi)的線路引起的。以內(nèi)的線路引起的。 進(jìn)線段保護(hù)進(jìn)線段保護(hù)： 認(rèn)為認(rèn)為雷電波都是從進(jìn)線段以外傳過(guò)來(lái)雷電波都是從進(jìn)線段以外傳過(guò)來(lái)。（侵入波過(guò)電壓）。（侵入波過(guò)電壓） 前面的最大電氣距離就是按照進(jìn)線段以外落雷求得的。前面的最大電氣距離就是按照進(jìn)線段以外落雷求得的。 57 3535kVkV及以上變電站的進(jìn)線段保護(hù)典型接線圖及以上變電站的進(jìn)線段保護(hù)典型接線圖 GB FZ 2 GB 1 GB A )(a未沿全線架設(shè)避雷線的35110kV 線路的變電站的進(jìn)站保

32、護(hù)接線 (b)全線有避雷線的變電站的進(jìn)站保護(hù)接線 km21 FZ 限制入侵雷電波 的幅值 防止在隔離開關(guān)或者斷 路器在熱備用狀態(tài)時(shí)， 發(fā)生侵入波的全反射， 使得隔離開關(guān)或者斷路 器閃絡(luò)并燒毀。 GB2必須在FZ的保 護(hù)范圍之內(nèi)，否則 可能發(fā)生截波，危 及變壓器的縱絕緣 與相間絕緣。 58 一、進(jìn)線段保護(hù)的作用一、進(jìn)線段保護(hù)的作用 1） 雷電波流過(guò)進(jìn)線段時(shí)，將因沖擊電暈沖擊電暈而發(fā)生 衰減和變形，降低波的幅值與陡度。 2） 進(jìn)線段可限制流過(guò)避雷器的沖擊電流幅值 %50 U )(a %50 2U bm U bL I )(b Z Z 59 (1) (1) 進(jìn)線段首端落雷，進(jìn)線段首端落雷， 流經(jīng)避雷器

33、的電流流經(jīng)避雷器的電流 雷電侵入波的最大幅值為線路絕緣的沖擊閃絡(luò)U50%。雷 電波在12km內(nèi)往返一次的時(shí)間為： svlt3 .137 . 6300/ )21 (*2/2 因此避雷器動(dòng)作產(chǎn)生的負(fù)波到首端，發(fā)生反射后又回到 避雷器處時(shí)，已經(jīng)過(guò)了雷電波的峰值，因此可不考慮它 的影響。 回路方程： bmbL UZIU %50 2 避雷器伏安特性： )(ifub 用圖解法，可 求出流經(jīng)避雷 器的最大電流 60 由回路方程可得： Z UU I b bL 5%50 2 例：例：220kV線路的沖擊絕緣強(qiáng)度線路的沖擊絕緣強(qiáng)度U50%=1200kV，線路波阻線路波阻=400 ，變，變 電站中電站中FZ220J

34、型避雷器的型避雷器的Ub-5664kV，由上式可得單進(jìn)線運(yùn)行由上式可得單進(jìn)線運(yùn)行 時(shí)避雷器上最大電流：時(shí)避雷器上最大電流： kAI bL 34. 4 400 66412002 可見，避雷器中的雷電流不超過(guò)可見，避雷器中的雷電流不超過(guò)5 5kAkA ，這也是避雷器殘壓按照這也是避雷器殘壓按照 5 5kAkA考慮的原因?？紤]的原因。 61 變電站外落雷，流經(jīng)單路進(jìn)線的變電站避雷器雷變電站外落雷，流經(jīng)單路進(jìn)線的變電站避雷器雷 電流幅值計(jì)算的結(jié)果電流幅值計(jì)算的結(jié)果 62 (2) (2) 進(jìn)入變電站的雷電波的陡度進(jìn)入變電站的雷電波的陡度 從最嚴(yán)重情況出發(fā)，設(shè)侵入波為直角波，幅值為U50%， 則侵入波會(huì)發(fā)

35、生電暈，導(dǎo)致波形變形與衰減。 l h u t) 008. 0 5 . 0( 0 按照第八章內(nèi)容，電暈對(duì)波形的衰減與變 形中的內(nèi)容，波形的延遲時(shí)間為： 因此，進(jìn)入變電站的雷電波時(shí)間陡 度為： l h U UU a d ) 008. 0 5 . 0( kV/s 空間陡度為： 300 a v a akV/m 63 二、二、3535kVkV小容量變電站的簡(jiǎn)化進(jìn)線保護(hù)小容量變電站的簡(jiǎn)化進(jìn)線保護(hù) 由于變電站尺寸小，電氣距離一般在10m以內(nèi)，所以允許侵入波陡度 增加，進(jìn)線段長(zhǎng)度縮短到500600m m600500 10R 5R FZ 2 GB 1 GB 64 簡(jiǎn)化接線：用電抗器代替進(jìn)線段保護(hù)簡(jiǎn)化接線：用電抗

36、器代替進(jìn)線段保護(hù) 在進(jìn)線段裝設(shè)避雷器有困難，或者進(jìn)線段桿塔接地電阻難以降到耐雷水 平的要求時(shí)，可用一組1mH左右的電抗器代替進(jìn)線段保護(hù)，以限制流過(guò) 避雷器的雷電流幅值和陡度 FZ GB . 65 10.2.4 10.2.4 變電站防雷的幾個(gè)具體問(wèn)題變電站防雷的幾個(gè)具體問(wèn)題 （一）（一） 三繞組變壓器的保護(hù)三繞組變壓器的保護(hù) 當(dāng)變壓器高壓側(cè)有雷電波侵入時(shí)，通過(guò)繞組間的靜電 耦合和電磁耦合，會(huì)使得低壓側(cè)上出現(xiàn)過(guò)電壓。 1） 雙繞組變壓器：在正常運(yùn)行時(shí)，一般兩個(gè)繞組上的 斷路器都是閉合的，兩側(cè)都有避雷器保護(hù)，因此可不 考慮。 2） 三繞組變壓器：在正常運(yùn)行時(shí)，可能有高壓、中壓 繞組工作而低壓繞組開路的情況。由于低壓繞組對(duì)地 電容很小，因此它可能感應(yīng)很高的過(guò)電壓，危及縱絕 緣。避免危險(xiǎn)的方法：在任意一相上加裝一個(gè)避雷器 。中壓繞組因?yàn)槠浣^緣水平較高，因此不需要考慮這 種感應(yīng)過(guò)電壓。 66 （二）（二） 自耦變壓器的保護(hù)自耦變壓器的保護(hù) 自耦變壓器有一個(gè)三角形接線的低壓繞組， 以減小零序阻抗和改善電壓波形。此低壓繞組 也應(yīng)加裝避雷器。 此外，自耦變壓器由于波過(guò)程有自己的特點(diǎn) ，因此其保護(hù)方式也與其他變壓器不同。