1输电线路的防雷保护

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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电力系统的防雷保护包括了,线路,、,变电所,、,发电厂,等各个环节。,第五章 电力系统防雷保护,输电线路的防雷保护,发电厂和变电所的防雷保护,旋转电机的防雷保护,第一节 输电线路的防雷保护,输电线路耐雷性能的若干指标,线路雷害事故、发展过程及防护措施,线路耐雷性能的分析计算,一条,100km,长的架空输电线路在一年中遭到数十次雷击。线路的雷击事故在电力系统总的雷害事故中占有很大的比重。,一、输电线路耐雷性能的若干指标,每,100km,线路的,年落雷次数,N,次,/(100km.,年,),为,地面落雷密度,(一般取,0.07,),;,b,为两根避雷线之间的距离(若为单根避雷线,取,b,=0,);,h,为避雷线(或导线)的平均对地高度;,T,d,为雷暴日数(取每年,40,个雷暴日),1,、耐雷水平(),耐雷水平:,是指雷击线路时,其绝缘尚不至于发生闪络的最大雷电流幅值或能引起绝缘闪络的最小雷电流幅值,单位为,kA,(耐雷水平防雷性能),我国标准规定的各级电压线路应有的耐雷水平值见表,2,、雷击跳闸率,雷击跳闸率:,是指在雷暴日数,T,d,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,),”,实际线路长度,L,不是,100km,,雷暴日数也不正好是,40,时必须换算到某一相同的条件下,(100km,,,40,雷暴日,),,才能进行比较,但是雷电流超过了线路耐雷水平,只会引起冲击闪络,只有在冲击闪络之后还建立工频电弧,才会引起线路跳闸,由冲击闪络转变成稳定工频电弧的概率为建弧率,(),它与沿绝缘子串或空气间隙的平均运动电压梯度,E,有关。可由下式求得,绝缘子串的平均运动电压梯度,E,,单位为,kV,(有效值),/m,对有效接地系统,有:,对中性点绝缘或经消弧线圈接地系统,有:,建弧率:,式中,,线路额定电压(,kV,),绝缘子串的放电距离(,m,),横担线路的线间距离,对于铁横担和钢筋混凝土横担线路,取,0,(,m,),二、线路雷害事故、过电压产生及防护措施,1,、雷击输电线路的方式,发生短路接地故障,雷电波侵入变电所,破坏设备绝缘,造成停电事故,2,、雷击输电线路的后果,在我国跳闸率比较高的地区的高压线路由雷击引起的次数约占,40,70,,尤其是在多雷、土壤电阻率高、地形复杂的地区,雷击事故率更高,3,、输电线路的雷击事故,在日本,50,以上电力系统事故是由于雷击输电线路引起的,雷击经常引起双回同时停电,,20,30,的输电线路故障发生在双回输电线路,美国、前苏联等十二个国家的电压为,275,500kV,总长为,32700km,输电线路连续三年的运行资料中指出,雷害事故占总事故的,60,直击雷过电压,:雷电直接击中杆塔、避雷线或导线引起的线路过电压,反击,雷击杆塔或避雷线,造成绝缘子接地端电位比导线高,绕击,雷电击中导线,感应雷过电压,:雷击线路附近大地,由电磁感应在导线上产生的过电压,衡量线路防雷性能的优劣,耐雷水平,:线路遭受雷击所能耐受不至于引起闪络的最大雷电流(,kA,),雷击跳闸率,:每,100km,线路每年因雷击引起的跳闸次数,4,、雷电过电压产生,静电感应,电磁感应,输电线路的感应过电压,先导放电过程,主放电过程,在雷电放电的先导阶段,线路处于雷云及先导通道与大地构成的电场之中。由于静电感应,最靠近先导通道的一段导线上感应形成束缚电荷,感应过电压,-,静电感应,主放电开始以后,先导通道中的负电荷自下而上被迅速中和。相应电场迅速减弱,使导线上的正束缚电荷迅速释放,形成电压波向两侧传播,由于主放电的平均速度很快,导线上的束缚电荷的释放过程也很快,所以形成的电压波,u,iZ,幅值可能很高。这种过电压就是感应过电压的静电分量,感应过电压,-,电磁感应,在主放电过程中,伴随着雷电流冲击波,在放电通道周围空间出现甚强的脉冲磁场,其中一部分磁力线穿过导线大地回路,产生感应电势,这种过电压为感应过电压的电磁分量,电磁分量较小,通常只考虑其静电分量,(,1,),d,65m,时,(,2,),d,50m,易击中线路本身,:感应过电压系数(陡度),感应过电压的特点,感应雷过电压的极性与雷云的极性,相反,;,相邻线路产生相同极性的感应雷过电压,相间不存在电位差,只会发生对地闪络,但也会转化为相间闪络事故;,感应过电压幅值一般不超过,300,400kV,,,35kV,及以下水泥杆塔出现闪络事故,,110kV,及以上线路一般不会出现威胁。,无避雷线时的感应雷过电压,可用,I,100kA,进行估算。一般认为,U,i,300,400kV,。,有避雷线时的感应雷过电压,存在接地避雷线先导电荷产生电力线被避雷线截住(屏蔽作用)导线感应的束缚电荷感应电压,避雷线感应雷过电压:,u,i(g),导线感应雷过电压,:,u,i(c),,耦合电压:,-,k,0,u,i(g),导线上的实际感应过电压为:,k,0,:避雷线与导线之间的几何耦合系数,线间距离越近,,k,0,越大,感应过电压越低,h,g,:避雷线对地的平均高度,h,c,:导线的对地平均高度,输电线路直击雷过电压,以中性点直接接地系统中有避雷线的线路为例,介绍直击雷的作用。,雷击杆塔顶端,雷击避雷线挡距中间,雷绕过避雷线击于导线(绕击),雷击杆塔顶端时的过电压和耐雷水平,大部分雷电流经被击杆塔及其接地电阻流入大地,小部分雷电流经过避雷线由两相邻杆塔入地,该种方式产生的雷电过电压最高,对于引起,绝缘子闪络,而言是最严重的。,杆塔不高,,R,i,较小接地点的反射波立即达到塔顶入射波加倍总雷电流,i,为沿雷道波阻抗传播入射电流的两倍。,=0.86,0.92,(杆塔分流系数),(,1,)塔顶电位的计算,u,top,当有避雷线时,:,当无避雷线时,:,由上面的分析可知,,由于避雷线的分流作用,降低了雷击塔顶时塔顶的电位,。,与塔顶相连的避雷线的电位也是,u,top,。,杆塔电感波阻抗,(,2,)导线电位的计算,U,c,导线的电位分为两部分,分别是避雷线与导线的耦合电压(与雷电流同极性)和导线上的感应电压(与雷电流反极性),注:,k,为考虑电晕影响的耦合系数,(,3,)绝缘子串两端电压的计算,u,li,绝缘子串两端电压为塔顶电压和导线电位电压之差,对于以上公式的说明:,各电压分量的幅值均在同一时刻出现;,没有计入系统工作电压;,绝缘子上端电压用杆塔顶端电位代替,忽略塔顶和横担间的电位差;,将,u,top,电压波沿避雷线传播而在导线上产生的耦合电压波的耦合作用系数与避雷线对电压波的屏蔽作用而在导线上产生的感应过电压的耦合作用系数视为同一个,k,值处理。,当,u,li,大于绝缘子串,50%,冲击放电电压,U,50%,时,绝缘子串将发生闪络(反击),与其相对应的雷电流幅值,I,为此线路雷击杆塔时的耐雷水平(反击耐雷水平),I,1,当无避雷线时:,由分析可知,,有避雷线的线路耐雷水平得到提高,(,4,)提高线路反击耐雷水平的措施,增大耦合系数,将单避雷线改为双避雷线,加强架空地线,可减小绝缘子串上的电压和感应雷击过电压,降低,R,i,(降低,R,i,便可以减小塔顶电位),加强线路绝缘,(提高,U,50%,),增大地线分流以降低杆塔分流系数,常用措施是将单避雷线改为双避雷线或在导线下方加装耦合地线,主要采用措施,1,和措施,2,。,有避雷线线路耐雷水平,雷击挡距中央避雷线时的过电压,此情况为雷击于避雷线最严重的情况,雷击点电压的最大值为:,A,点与导线空气间隙绝缘上所承受的最大电压为:,我国规定的一般挡距的线路,在挡距中央导线、地线的最小空气距离为:,只要,d,满足上述要求,便可保证雷击于此位置时,线路不会跳闸,雷绕过避雷线击于导线时的过电压,(,1,)绕击率的计算,(,2,)雷击过电压的计算,雷击点电压为:,Z=400,Z,0,200,平原线路:,山区线路:,(,3,)线路的绕击耐雷水平为:,雷绕击的耐雷水平较雷击杆塔的小很多,只要能设法制止上述发展过程中任一环节的实现,就可避免雷击引起长时间停电事故,雷电过电压危害过程,输电线路的防雷措施(四原则、四道防线),1.,防止雷直击导线,避雷线,+,避雷针或者采用电缆线路,2.,防止雷击塔顶或输电线路后引起绝缘闪络,降低杆塔接地电阻,+,增大耦合系数,+,加强线路绝缘,+,采用线路型避雷器,3.,防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧,增加绝缘子片数,+,电网采用不接地或者经消弧线圈接地,目的:防止建立稳定的工频电弧,以引起跳闸,4.,防止线路中断供电,自动重合闸,+,双回路、环网供电,目的:防止线路中断供电,跳闸次数,(次,/,年),N,击杆率,雷电流超过绕击耐压水平 的概率,建弧率,(,1,)雷击杆塔跳闸率(反击),三、线路耐雷性能的分析计算,每,100km,线路的,年落雷次数,次,/(100km.,年,),雷击线路的方式,绕击跳闸次数 (次,/,年),N,年落雷总数,绕击率,雷电流超过绕击耐压水平 的概率,建弧率,(,2,)绕击跳闸率,平原线路:,山区线路:,线路雷击跳闸率为反击跳闸率和绕击跳闸率之和,(,3,)线路雷击跳闸率,线路耐雷性能计算实例,平原地区,220kV,双避雷线线路,绝缘子串由,13,片,X-7,组成,其正极性冲击放电电压,U,50%,为,1410kV,,负极性冲击放电电压,U,50%,为,1560kV,。杆塔冲击接地电阻,R,i,为,7,欧姆,避雷线和导线的弧垂分别为,f,g,=7m,和,f,c,=12m,,避雷线半径为,5.5mm,,求该线路的耐雷水平和雷击跳闸率。,主要的防雷措施,1.,架设避雷线:,避雷线是高压和超高压输电线路最基本的防雷措施,我国规定:,330kV,及以上应全线架设双避雷线;,220kV,宜全线架设双避雷线;,110kV,一般全线架设避雷线,但在少雷区或者雷电活动轻微地区可不全线架设避雷线;,35kV,及以下线路一般不沿全线架设避雷线;,现代超高压、特高压或高杆塔,皆采用双避雷线;,杆塔上两根避雷线间的距离不应超过导线与避雷线间垂直距离的,5,倍;,避雷线可采用小间隙对地绝缘,以降低正常工作时避雷线中电流引起的附加损耗,同时可将避雷线兼作通信用。,2.,降低杆塔接地电阻,降低杆塔接地电阻,可降低杆塔顶端电压,以降低反击的发生概率。,3.,架设耦合地线,在降低杆塔接地电阻有困难时,可在导线的下方架设地线,其作用为增加导线与避雷线间的耦合作用;增加对雷电流的分流作用。,4.,采用不平衡绝缘方式,对于双回路线路的防雷措施不能满足要求时,可采用不平衡绝缘方式降低双回路雷击同时跳闸率,以保证不同时中断供电。两回路的绝缘子串片数有一定差异,差异宜为相电压峰值的 倍。,5.,采用消弧线圈接地方式,对于,35kV,及以下的线路,一般不采用全线架设避雷线的方式,而采用中性点不接地或经消弧线圈接地运行方式。,6.,装设自动重合闸,雷击造成的闪络大多能在跳闸后自动恢复绝缘性能,因此重合闸的成功率较高。我国,110kV,及以上高压线路成功率为,75%,90%,;,35kV,及以下线路约为,50%,80%,。,7.,装设排气式避雷器,一般在线路交叉处和高杆塔上装设排气式避雷器以限制过电压,。,8.,加强绝缘,对于高杆塔,采用增加绝缘子串片数的方法提高其防雷水平。全高超过,40m,的带避雷线杆塔,每增加,10m,,增加一个绝缘子。,
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