輸電線路防雷保護

1、輸電線路的雷閃過電壓及其防護,衡量指標(biāo)：耐雷水平和雷擊跳閘率,耐雷水平：雷擊線路時，線路絕緣不發(fā)生閃絡(luò)的最大雷電流幅值。 雷擊跳閘率：每100km線路每年由雷擊引起的線路跳閘次數(shù)。,防雷的原則及措施：防止雷擊導(dǎo)線 防止避雷線受雷擊后引絕緣閃絡(luò) 防止雷擊閃絡(luò)后建立工頻短路電弧防止線路中斷供電,一、輸電線路的感應(yīng)雷擊過電壓,1、無避雷線時 當(dāng)雷擊點離開線路的距離大于米時，導(dǎo)線上的感應(yīng)雷過電壓最大值按下式計算：,感應(yīng)電壓一般不超過500kV，對35kV及其以下的水泥桿線路可能會引起閃絡(luò)事故，對110kV及其以上線路，由于線路絕緣水平較高，所以一般不會引起閃絡(luò)事故。,二、有避雷線時：,K為避雷線與導(dǎo)線

2、間的耦合系數(shù)，線間距離愈近，耦合系數(shù)K就愈大。 由于避雷線的屏蔽作用，可使導(dǎo)線上的感應(yīng)電壓降低。,三、雷擊線路桿塔 Ugd=ahd a為感應(yīng)過電壓系數(shù)，kV/m，數(shù)值為IL/2.6 有避雷線時：,二、輸電線路的直擊雷過電壓 1、雷直擊導(dǎo)線時的過電壓 作用于線路絕緣上的電壓最大值Ug=100I。 用絕緣的50%沖擊閃絡(luò)電壓U50%代替Ug，那么IL就能代表引起絕緣閃絡(luò)的雷電流幅值，通常稱為線路在這情況下的耐雷水平。：IL= U50%/100 繞擊率： 對平原地區(qū)： 對山區(qū)地區(qū)： 山區(qū)的繞擊率為平原的3倍，或保護角增大80 減少繞擊率：減小保護角，降低桿塔高度,2、雷擊桿頂時的過電壓 雷擊桿頂?shù)哪?/p>

3、雷水平：,繞擊率：雷電繞過避雷裝置而擊于被保護物體的現(xiàn)象，規(guī)程推薦的保護范圍是對應(yīng)0.1%繞擊率而言,三、輸電線路的防雷措施 1、310kV線路防雷保護 不架設(shè)避雷線，可利用水泥桿的自然接地，為提高供電可靠性可投入自動重合閘。在雷電特別強烈地區(qū)可因地制宜采用高一電壓等級的絕緣子，或頂相用針式兩邊改用兩片懸式絕緣子，也用采用瓷橫擔(dān)，以提高線路的絕緣水平。對特殊用戶應(yīng)用用環(huán)形供電或不同桿雙回路供電，必要時改為電纜供電。,2、35kV線路防雷保護 一般不裝設(shè)避雷線，進變電站（電站）12km設(shè)置避雷線為進線段保護。采用小接地系統(tǒng)運行，若線路長電容電流大則 經(jīng)消弧線圈接地。裝設(shè)自動重合閘，環(huán)網(wǎng)供電。,3

4、、110500kV線路防雷保護 110kV線路一般沿全線架設(shè)避雷線，在雷電活動特別強烈地區(qū)，宜架設(shè)雙避雷線，其保護角取200；在少雷區(qū)或運行經(jīng)驗證明雷電活動輕微的地區(qū)，可不全線架設(shè)避雷線，但應(yīng)裝設(shè)自動重合閘裝置。,習(xí)題：某廠有兩個原油罐，一個高為12米、直徑為6米，另一個高10米、直徑10米，兩油罐的凈距為16米。試設(shè)計采用單支避雷針保護的最佳方案，并繪出避雷針的平面保護范圍。,習(xí)題：某變電站內(nèi)有兩根等高避雷針，高度為25米、針間距離為45米。某被保護物位于兩針之間，被保護物高度為11米。試計算避雷針在被保護物高度水平面上的保護范圍？,發(fā)電廠、變電所的防雷,發(fā)電廠、變電所的雷害事故來源： 一是

5、雷擊于發(fā)電廠、變電所的導(dǎo)線或設(shè)備。防護措施是采用避雷針或避雷線 二是雷擊線路后沿線路向發(fā)電廠、變電所傳來的雷電波。防護措施是裝設(shè)氧化鋅避雷器，以限制流過避雷器的雷電流和限制入侵雷電波的陡度。,一、直擊雷保護 原則：所有的被保護設(shè)備均應(yīng)處于避雷針的保護范圍之內(nèi)，以免遭受雷擊。當(dāng)雷擊避雷針時，雷電流通過避雷針入地，使避雷針對地電位升高，此時應(yīng)防止避雷針至被保護設(shè)備發(fā)生反擊。,二、變電所的進線保護,如無避雷線，當(dāng)雷擊于變電所附近線路的導(dǎo)線上時，沿線路入侵流經(jīng)避雷器的雷電流可能超過5kA，且陡度也可能超過允許值，因此在靠近變電所的一段進線上，必須裝設(shè)避雷線，稱為進線段保護。,三、三繞組變壓器和自耦變壓

6、器的雷閃過電壓保護,、三繞組變壓器的保護 一般在低壓繞組任一相的直接出口處加裝一只避雷器,2、自耦變壓器的防雷保護 考慮各種運行方式下：如高低繞組運行，中壓開路，這時中壓側(cè)套管與斷路器之間裝設(shè)一組避雷器。高壓側(cè)開路時，中壓側(cè)來波，高壓側(cè)感應(yīng)kU電壓，這時高壓側(cè)套管與斷路器之間也應(yīng)加裝一組避雷器。,3、變壓器中性點保護 三相同時進波時，中性點不接地的變壓器中性點電位可能達到繞組端電壓的2倍，所以中性點需保護。 110kV及上變壓器中性點加裝Y1W或Y1.5W系列的氧化鋅避雷器保護中性點絕緣。,4、配變變壓器的防雷保護 三點共同接地：避雷器的接地引下線、配變外殼、低壓繞組的中性點連接在一起。 逆變

7、換，解決方法：低壓側(cè)某一相裝設(shè)一只避雷器,四、旋轉(zhuǎn)電機的防雷保護 直接與架空線相連的旋轉(zhuǎn)電機稱為直配電機,1、旋轉(zhuǎn)電機防雷保護的特點 電機的絕緣裕度?。簽榱吮Ｗo匝間絕緣，必須將入侵波陡度限制在5kV/S以下；60000kW以上的發(fā)電機不允許與架空線直接要連。 作用電壓類型：一是與電機相連的線路上的感應(yīng)雷過電壓；二是雷直接擊于與電機相連的架空線而引起的過電壓。,2、防雷措施 1）在每臺發(fā)電機出線的母線處裝設(shè)一組電站型氧化鋅避雷器，以限制侵入波幅值 2）在發(fā)電機電壓母線上裝設(shè)電容器，以限制侵入波陡度，從而保護電機匝間絕緣及中性點絕緣，同時降低了感應(yīng)過電壓。 3）進線段保護,電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓及其限

8、制措施,內(nèi)部過電壓：由于斷路器的操作或故障，使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，引起電磁能量的轉(zhuǎn)化或傳遞，在系統(tǒng)中出出過電壓，這種過電壓稱為內(nèi)部過電壓。 一般持續(xù)時間在0.1S內(nèi)的過電壓稱為操作過電壓，持續(xù)時間長的過電壓則稱為暫時過電壓 。 能量來源：電網(wǎng)本身,5.1電力系統(tǒng)工頻過電壓,什么叫工頻過電壓：指頻率為工頻或接近工頻時，電壓升高可能在正常或故障時產(chǎn)生，幅值超過最大工作相電壓，持續(xù)時間的變化范圍很大。 影響： 1）伴隨著工頻電壓升高而同時發(fā)生的操作過電壓卻會達到很高的幅值，所以工頻電壓升高將直接影響操作過電壓的幅值。 2）工頻電壓升高是決定保護電器工作條件的重要因素。 3）工頻電壓升高使斷路器操作時流

9、過其并聯(lián)電阻的電流增大。 4）工頻電壓升高持續(xù)時間長,常見類型：空載線路電容效應(yīng)引起的電壓升高； 不對稱短路時正常相上的工頻電壓升高 甩負荷引起發(fā)電機加速而產(chǎn)生的電壓升高,一、空載線路電容效應(yīng)引起的電壓升高 電容效應(yīng)：在無負載電流的情況下，回路中流過容性電流，于是線路末端將有較大的電壓升高。 即空載線路末端電壓恒比首端電壓高，且線路越長，末端電壓越高，這種現(xiàn)象稱為長輸電線路的電容效應(yīng)，又稱為費蘭梯效應(yīng) 雙電源的線路中，合閘時電源容量大的一側(cè)先合閘，從電源容量小的一側(cè)先分閘,二、不對稱短路引起的工頻電壓升高 對于中性點不接地系統(tǒng)，當(dāng)單相接地時，健全相的工頻電壓升高約為線電壓的1.1倍，因此，在選

10、擇避雷器時，滅弧電壓取110%的線電壓，稱為110%避雷器 對中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)在過補償時，單相接地時健全相上電壓接近線電壓，因此在選擇避雷器滅弧電壓時，取100%的線電壓，稱為100%避雷器 對中性點直接接地系統(tǒng)單相故障接地時，健全相電壓約為0.8倍線電壓，對于該系統(tǒng)避雷器的最大滅弧電壓取為最大線電壓的80%，稱為80%避雷器,三、甩負荷時引起的工頻電壓升高,四、工頻電壓升高的限制措施 1、利用并聯(lián)電抗器補償空載線路的電容效應(yīng) 2、利用靜止補償裝置（SVC)限制工頻過電壓 3、采用良導(dǎo)體地線降低輸電線路的零序阻抗,電力系統(tǒng)的操作過電壓,操作過電壓：是由系統(tǒng)中斷路器操作中各種故障產(chǎn)生的過

11、渡過程引起的。 特點：幅值高、存在高頻振蕩、強阻尼、持續(xù)時間短的特點。 常見類型：空載線路合閘過電壓、切空載線路過電壓、切空載變壓器過電壓及中性點不接地系統(tǒng)弧光接地過電壓。,一、空閘線路合閘過電壓及其限制措施 、計劃合閘 合閘瞬間電源通過電感向電容充電，充電過程是無阻尼的振蕩過程。振蕩頻率 。 電容上電壓值為：,最嚴重情況：E值為最大值。當(dāng)t=/0時，為2Emax,2、自動重合閘 最嚴重情況：重合閘時電源電壓恰好與線路殘余電壓反極性，并且為峰值Em，則重合閘時的過渡過程中最大過電壓為：,3、影響因素 1）合閘相位 2）殘余電荷 3）斷路器合閘的不同期 4）回路耗損 5）電容效應(yīng),4、限制過電壓

12、的措施 1）降低工頻電壓升高 2）斷路器觸頭并聯(lián)電阻 3）消除線路上的殘余電荷 4）裝設(shè)避雷器,二、切除空載線路過電壓及其限制措施 主要原因：電弧重燃 影響因素：斷路器的性能、電網(wǎng)中性點的運行方式 、接線方式的影響、電暈的影響、線路側(cè)的電磁式電壓互感器 限制措施：選用滅弧能力強的快速斷路器 采用帶 并聯(lián)電阻的斷路器,三、切除空載變壓器過電壓 原因：開關(guān)突然截斷了電感中的電流 截流電壓最大值為： ZT為變壓器的特性阻抗 影響因素：斷路器的性能、變壓器的特性阻抗 限制的措施：在變壓器的任一側(cè)裝設(shè)一組普通閥式避雷器,四、弧光接地過電壓及其限制措施 電弧接地過電壓：中性點不接地的電網(wǎng)，如果發(fā)生單相金屬

13、性接地，將引起健全相的電壓升高到線電壓。如果單相通過不穩(wěn)定的電弧接地，即接地點的電弧間歇性熄滅和重燃，則在電網(wǎng)健全相和故障相上都會產(chǎn)生過電壓。,1、電弧接地過電壓發(fā)展的物理過程 建全相的最大過電壓為-3.5U，故障相最大過電壓為2U。在實際情況下，由于過渡過程的衰減、殘余電荷的泄漏以相間電容的限壓作用，燃弧相位不等等原因，過電壓值應(yīng)低些。,2、限制過電壓的措施 產(chǎn)生原因：電網(wǎng)產(chǎn)生間歇性電弧，中性點有電位偏移。 解決方法：將中性點直接接地，使發(fā)生單相接地故障時形成單相短路電流，將線路斷開，待故障消除后恢復(fù)供電流。 中性點采用經(jīng)消弧線圈接地 消弧線圈的基本作用：1）補償流過故障點的短路電流，使電弧

14、自行熄滅，系統(tǒng)自行恢復(fù)正常工作狀態(tài)。 2）降低故障相上的恢復(fù)電壓上升速度，減小電弧重燃的可能性。 補償方式：過補償,5.3 電力系統(tǒng)諧振過電壓,諧振：振蕩系統(tǒng)中的一種周期性的或準(zhǔn)周期性的運行狀態(tài)，其特征是某一個或幾個諧波幅值的急劇上升。 特點：是一種穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，不僅會在操作或事故的過渡過程中產(chǎn)生，而且還可能在過渡過程結(jié)束后較長時間內(nèi)穩(wěn)定存在，直到發(fā)生新的操作，諧振條件受到破壞為止，持續(xù)時間長，后果嚴重。 類型：線性諧振、鐵磁諧振、參數(shù)諧振,一、線性諧振 特點：電路中的參數(shù)是常數(shù)，不隨電壓或電流的變化而變化。,當(dāng)自振頻率與電源頻率相等時，回路的感抗等于容抗時出現(xiàn)線性諧振，此時過電壓最大，其電壓倍數(shù)

15、：,自振頻率：,解決方法：在設(shè)計或運行時避開諧振范圍,二、參數(shù)諧振過電壓 特點：系統(tǒng)中某些元件的電感參數(shù)在外界因素的影響下發(fā)生周期性變化。當(dāng)接有電容性負載，參數(shù)配合不當(dāng)，就可能發(fā)生參數(shù)諧振。 1）諧振所需的能量由改變參數(shù)的原動機供給，不需要單獨的電源；同時只要回路中具有某些殘余的電場或磁場能量，就足以使諧振的發(fā)生和發(fā)展。 2）實際電網(wǎng)中存在一定的電阻，因此要求每次變化所引入的能量必須足夠大，才能在補償電阻能量損耗外，還使回路中的儲能愈積愈多，促使諧振的進一步發(fā)展。,影響：威脅電氣設(shè)備的絕緣和損壞避雷器，而且使電機與其他電源不能實現(xiàn)并列運行。 解決方法：發(fā)電機投入運行之前，進行自激校核。,三、鐵

16、磁諧振過電壓 特點：電力系統(tǒng)的振蕩回路中，由于鐵芯電感的磁路飽和引起本身電感值發(fā)生變化，因而激發(fā)起持續(xù)性的較高幅值的鐵磁諧振過電壓?？梢允腔?、高次諧波諧振，也可是分次諧波諧振,影響：單相、兩相或三相對地電壓升高，或低頻擺動引起避雷器爆炸。也可能產(chǎn)生高值零序電壓分量，出現(xiàn)虛幻接地和不正確的接地指示，或在電壓互感器上產(chǎn)生過電流，引起FU熔斷等現(xiàn)象。,產(chǎn)生諧振的必要條件：,只有滿足以上條件，伏安特性曲線UL和UC才有可能相交。即：當(dāng)滿足以上條件在電感未飽和時電路的自振頻率低于電源頻率，,當(dāng)諧振時線圈中的電流增加，電感值下降，使回路自振頻率正好等于或接近電源頻率?；芈分性膲航岛碗娫措妱萜胶獾臈l件

17、可得：,在一定的電勢E作用下，可能有三個平衡點。,據(jù)分析：鐵磁諧振回路在穩(wěn)態(tài)時可能有兩個穩(wěn)定的工作狀態(tài)： 1、非諧振工作狀態(tài)a1點，回路中的ULUC，整個回路屬于電感性的，這時作用在電感和電容上的電壓都不高，不會產(chǎn)生過電壓。 2、諧振工作狀態(tài)a3點，這時ULUC，回路是電容性的，此時不僅回路電流較大，而且在電容和電感上都會發(fā)生較大的過電壓。,當(dāng)存在兩個工作點時，若電源電勢沒有擾動，則只能處在a1點為建立起穩(wěn)定的諧振點，回路必須經(jīng)過強烈的過渡過程，如電源突然合閘等。這種需要經(jīng)過過渡過程來建立諧振的現(xiàn)象稱為鐵磁諧振的激發(fā)。,存在現(xiàn)象：當(dāng)電勢E由零逐漸增加時，回路的工作點將由O點逐漸上升到m點，然后

18、突變到n點，回路電流將由感性突變成容性，這種回路電流相位發(fā)生1800的突變稱為相位反傾現(xiàn)象，同時回路電流及電容和電感上的電壓將突然的大幅度的提高。,特點：1)對鐵磁諧振電路，在相同的電源電勢作用下，回路可能有不只一種穩(wěn)定的工作狀態(tài)。 2)非線性鐵磁特性是產(chǎn)生鐵磁諧振的根本原因，但鐵磁元件飽和效應(yīng)本身也限制了過電壓的幅值。 3)諧振的必要條件是：電感和電容的伏安特性曲線有交點，即：,4)由于諧振回路的電感不是常數(shù)，在同樣的回路中即可產(chǎn)生諧振頻率等于電源頻率的基波振蕩，也可能產(chǎn)生倍頻諧振和分頻諧振，具有各諧波的可能性。,解決辦法： 1)選擇勵磁特性好的電壓互感器或改用電容式電壓互感器。 2)在電壓互感器開口三角,形繞組中短時接入阻尼電阻，或在電壓互感器一次繞組中性點接入電阻以阻尼振蕩。 3)可在10kV及以下電壓等級母線上裝設(shè)一組三相對地電容器，或利用電纜代替架空線