电力系统的雷电防护.doc

1、电力系统的雷电防护摘要：雷电过电压可分为感应雷过电压及直击雷过电压。感应雷过电压是由于电磁场的剧烈变化，电磁耦合而产生的；而直击雷过电压则是由于流经被击物很大的雷电流所造成的。 它们不但对电力系统设备产生危害，而且会引起电子系统的误动作，严重的甚至能引起电子系统的永久性破坏，以至造成巨大的直接和间接的经济损失，所以必须对它进行预防。 关键词：配电线路 过电压保护 防雷保护 6-10kV 配电线路是油田供电系统中一个重要组成部分，其安全可靠性直接影响到油田的生产发展和广大人民的生活。而配电线路雷害事故频繁发生，严重危害了配电网的供电可靠性和电网安全。因此，结合配电线路运行与雷害发生情况，提高配电

2、线路的防雷保护措施具有相当重要的实际意义。 1、雷电的特点和引起配电线路跳闸机理 1.1 雷电的发展过程 作用于电力系统的大气过电压，既然是由带有电荷的雷云对地放电所引起的，那么，为了了解大气过电压的产生与发展，就必须先了解雷云放电的发展过程。 在雷雨季节，天空中有许多带有大量电荷的云，即雷云。多数雷云带有负电荷，且集中于几个带电中心。当雷云中集聚电荷时，就会在相应地面上感应出异号电荷，从而在雷云与地之间形成电场。随着雷云中带电中心电荷的集聚.其前方电场强度也越来越大。当其电场强度大于气体的游离场强（空气的游离场强为 2530kv/cm）时，该处就首先游离，此区域内的空气就由原来的绝缘状态变为

3、导电性通道，云中电荷就沿此通道向下运动。该导电通道称为先导通道。先导通道的形成及发展阶段称为先导放电阶段。当先导通道头部与异号感应电荷集中点接近时，由于其一端为雷云的对地电位（高达 10Mv）.而另一端为地电位，故其间电场强度达到很高的数值，从而使空气问隙发生剧烈游离，出现很大的电流，井伴随强烈的电闪、雷鸣。这就是雷云对地放电的另一阶段主放电阶段。 主放电阶段的时间极短，约 50100?s ，移动速度为光速的1/201/2；主放电时电流可达数千安，最大可达 200300kA。主放电到达云端时，意味着主放电阶 段的结束。此时，雷云中剩下的电荷，将继续沿主放电通道下移，此时称为余辉放电阶段。余辉放

4、电电流仅数百安，但持续的时间可达 0.030.15s。由于雷云 中可能存在多个电荷中心，因此，雷云放电往往是多重的，且沿原来的放电通道， 此时先导不是分级的，而是连续发展的。 1.2 雷击引起配电线路跳闸机理 结合配电线路运行状况基础上发现，纯梁油区配电线路雷害事故主要由感应雷电过电压引起，当雷击架空裸导线产生巨大雷电过电压时，就会沿导线寻找电场最薄弱点的绝缘子沿面放电形成闪络，最后工频电弧向绝缘子根部的金属发展后形成金属性短路通道，引发线路跳闸事故。6-10kV 配电线路绝缘水平直接影响了配电线路的耐雷水平，现有的 6-10kV 配电线路的中性点运行方式无法有效地解决线路雷击建弧率问题，配电

5、设备防雷保护措施不完善，上述问题造成了 6-10kV 配电线路较为严峻的防雷形势，从而造成跳闸事故的频繁发生。 1.3 雷击对架空绝缘导线的危害 当绝缘导线遭受雷击时，情况就完全不同，雷电过电压引起绝缘子闪络，并击穿导线的绝缘层。而击穿点附近的绝缘物，阻碍了电弧沿着导线表面向两侧移动。因而，电弧只能在击穿点燃烧。高达数千安培的工频电弧电流集中在绝缘击穿点上，并在断路器跳闸之前很快就把导线熔断，发生断线这样的重大事故发生。 2、传统的防雷装置 2.1 避雷针和避雷线 直击雷的防护措施通常采用接地良好的避雷针和避雷线。当雷云的先导向下发展到离地面一定高度时，高出地面的避雷针（线）顶端形成局部电场强

6、度集中的空间，以至有可能产生局部游离而形成向上的迎面先导，这就影响了下行先导的发展方向，使其仅对避雷针（线）放电，从而使得避雷针（线）附近的物体受到保护，免遭雷击，这就是避雷针（线）的保护原理。 避雷针（线）的保护作用是吸引雷击于自身，并使雷电流泻入大地，为了使 雷电流顺利地泻入大地，故要求避雷针（线）应有良好的接地装置。另外，当强 大的雷电流通过避雷针（线）流入大地是，必然在避雷针（线）或接地装置上产 生幅值很高的过电压。为了防止避雷针（线）与被保护物之间的间隙击穿（也称为反击） ，它们之间应保持一定的距离。2.2 避雷器 避雷器是电力系统中保护设备免遭雷电冲击波袭击的设备。当线路中的雷电冲

7、击波超过避雷器保护水平时，避雷器首先放电，并将雷电流经过良导体安全的引入大地，利用接地装置使雷电压幅值限制在被保护设备雷电冲击水平以下，使电气设备受到保护。避雷器按其发展的先后可分为：保护间隙是最简单形式的避雷器；管型避雷器也是一个保护间隙，但它能在放电后自行灭弧；阀型避雷器是将单个放电间隙分成许多短的串联间隙，同时增加了非线性电阻，提高了保护性能；磁吹避雷器利用了磁吹式火花间隙，提高了灭弧能力，同时还具有限制内部过电压能力；氧化锌避雷器利用了氧化锌阀片理想的伏安特性（非线性极高，即在大电流时呈低电阻特性，限制了避雷器上的电压，在正常工频电压下呈高电阻特性） ，具有无间隙、无续流残压低等优点，

8、也能限制内部过电压，被广泛使用。 3、合理的选择避雷器的类型 3.1 避雷器的连续雷电冲击保护能力 有时高压电力装置可能遭受连续雷电冲击，连续雷电冲击是指两次雷电入侵波间隔时间仅数百 s 至数千 s，间隔时间极短。碳化硅避雷器保护动作既泄放雷电流也泄放工频续流，切断续流时耗最大达10000s，一次保护循环时间要远大于 10000s 才能恢复到可进行再次动作能力，故碳化硅避雷器没有连续雷电冲击保护能力。氧化锌避雷器保护动作只泄放雷电流，雷电流泄放（小于 100s）完毕，立即恢复到可进行再次动作能力，故氧化锌避雷器具有连续雷电冲击保护能力，这对于多雷区或雷电活动特殊强烈地区的防雷保护尤为重要。 3

9、.2 避雷器的保护特性 避雷器的保护特性是输配电设备绝缘配合的基础。性能优越的避雷器能将电 力系统中的过电压限制到对绝缘无害的水平。改善避雷器的保护性能，不仅可以 提高输配电系统的运行可靠性，而且可以降低电气设备绝缘水平，从而减轻设备 重量，降低设备造价。 避雷器是防止过电压损坏电力设备的保护装置。它实际上是一个放电器，当雷电入侵波或操作波超过某一电压值后，避雷器将优先于其并联的被保护电力设 备放电，从而限制了过电压，使与其并联的电力设备得到保护。 4、合理的选择避雷器的安装结构 对 610kv 采用钢筋混凝土杆的线路，一般采用瓷横担，如采用铁横担，宜用高一级绝缘水平的绝缘子，并尽量缩短切除故

10、障时间，以减少雷击跳闸率和断线等事故。另外，按防止侵入波的要求，在进线上需装设避雷器或保护间隙及短段避雷线保护措施。对 610kv 配电变压器，应用氧化锌避雷器保护。也可两相用避雷器一相用间隙保护，在同一配电网中，间隙必须装在同一相等线上，或者三相均用间隙保护，保护装置应尽量靠近变压器，其接地线应与变压器低压侧中性点或中性点击穿保险器的接地端（对中性点不接地的电网）以及金属外壳连在一起接地。5 结束语： 1、雷电防护将是个系统工程，雷电防护的中心内容是泄放和均衡：泄放是将雷电与雷电电磁脉冲的能量通过大地泄放，并且应符合层次性原则，即尽可能多、尽可能远地将多余能量在引入电力系统之前泄放入地；层次性就是按照所设立的防雷保护区分层次对雷电能量进行削弱。 2.均衡就是保持系统各部分不产生足以致损的电位差，即系统所在环境及系统本身所有金属导电体的电位在瞬态现象时保持基本相等，这实质是基于均压等电位连接的。 参考文献 1丁荣.城市配电线路绝缘化和防雷措施J.现代电力，2000（2）：55-61 2王茂成，吕永丽，邹洪英.10kV 绝缘导线雷击断线机理分析和防治措施J.高电压技术，2007，33（1）：102-105