1、第14讲 输电线路防雷技术,屠 幼 萍 高电压与电磁兼容研究所 +80798656，13691145432 ,4.1 雷击输电线路的方式,4.2 雷击输电线路的后果,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,输电线路的雷击事故,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4070，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，2030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275500kV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
2、总事故的60,输电线路的雷电过电压及防护,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（只对35kV以下线路有危险）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,输电线路的感应过电压,静电感应电磁感应,感应过电压-静电感应,在雷电放电的先导阶段（假设为负先导），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形成束缚
3、电荷主放电开始以后，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uiZ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,感应过电压计算,感应过电压为,感应过电压计算,如果不能满足S65m及Sh的条件，感应过电压为,避雷线对感应过电压的屏蔽作用,实际上，避雷线与大地连接保持地电位，电位
4、为0，可以假设为避雷线上再叠加了-Us的感应电压-Us在导线上耦合导线上的实际感应电压,雷击塔顶时的感应过电压,雷击塔顶时迅速向上发展的主放电引起周围空间电磁场的突然变化，会在导线上感应出与雷电流极性相反的电压，以静电感应分量为主有避雷线时，导线上的感应过电压,雷击塔顶的分流,避雷线杆 塔闪络后相导线也分流,雷击塔顶的过电压分析,波头部分塔顶电位最高塔顶电位,杆塔的分流,110kV: 0.9(1S), 0.86(2S)220kV: 0.92(1S), 0.88(2S)500kV: 0.88(2S),雷击杆塔时导线的电位,避雷线的耦合电位：kut 雷击塔顶时的感应电位：ahc(1-k0hs/hc
5、)(最大值）假设随时间线性变化 导线电位,绝缘子串的作用电压和闪络,绝缘子串的作用电压为横担高度处的杆塔电位ua与导线电位之差横担高度处的杆塔电位ua绝缘子串的作用电压,反击耐雷水平,反击耐雷水平与导线地线间的耦合系数k，杆塔分流系数，杆塔冲击接地电阻Ri，杆塔等值电感Lt以及绝缘子串的50放电电压U50等因素有关还必须考虑工频电压的作用以及触发相位距离远，耦合系数小，一般以外侧或下方导线计算通常以降低Ri，提高k为提高反击耐雷水平的主要手段,反击耐雷水平,35kV: 20-30kA110kV: 40-75kA220kV: 75-110kA330kV: 100-150kA500kV: 125-
6、175kA,反击耐雷水平与导线地线间的耦合系数k，杆塔分流系数，杆塔冲击接地电阻Ri，杆塔等值电感Lt以及绝缘子串的50放电电压U50等因素有关,雷击避雷线档距中央,雷击避雷线档距中央,雷击避雷线档距中央,情况1：A点最高电位空气间隙最高电压Us等于间隙的50%冲击放电电压时得到最小间隙距离,雷击避雷线档距中央,我国规程,雷击避雷线档距中央,情况2： 负反射波尚未返回雷击点时，雷电流已过峰值，A点最高电位由雷电流峰值确定一般罕见雷击档距中央,雷击导线绕击时的过电压,绕击过电压：幅值为：设Z0Zc/2, 取Zc=400, 则 UA100I,绕击耐雷水平,绕击耐雷水平绕击线路的耐雷水平很低 500
7、kV线路27.4kA，220kV-12kA，110kV-7kA 110kV以上线路要求全线架避雷线绕击率：平原线路：山区线路：,输电线路的雷击跳闸率,建弧率：,输电线路的雷击跳闸率,100km年的雷击次数（40个雷电日）：N次中击中塔顶引起线路跳闸次数g为击杆率, P1为雷电流幅值超过雷击杆塔的耐雷水平的概率绕击导线的跳闸率线路跳闸率：Pa为绕击率, P2为雷电流幅值超过绕击耐雷水平的概率,线路防雷措施,安装避雷线，减小避雷线的屏蔽角，受到杆塔结构的限制（雨伞的作用）提高线路绝缘水平（加高堤坝）降低杆塔接地电阻（疏淤）双回输电线路采用不平衡绝缘（放水）线路避雷器（水涨船高）,输电线路的防雷保护
8、措施,架设避雷线：引导雷电向避雷线放电，通过杆塔和接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击防止直接雷击导线分流减少经杆塔入地电流，降低塔顶电位降低感应过电压110kV以上应全线架设避雷线保护角：避雷线和外侧导线的连线与垂线之间的夹角，保护角越小，对绕击雷的保护效果越好，110kV: 保护角2030，500kV负保护角,输电线路的防雷保护措施,降低杆塔接地电阻土壤电阻率低的地区，应充分利用铁塔、钢筋混凝土杆的自然接地电阻 土壤电阻率高的地区，可采用多根放射形接地体或连续伸长接地体以及垂直接地电极等措施,架设耦合地线： 在降低杆塔接地电阻有困难时，在导线下方架设一条接地线。它具有分流作用
9、，又加强了避雷线对导线的耦合。运行经验表明，该措施可降低雷击跳闸率50左右采用消弧线圈接地方式：适用110kV及以下电压等级电网，可使大多数雷击单相闪络接地故障被消弧线圈消除，不至发展为持续工频电弧。我国的运行经验表明，该措施可使雷击跳闸率降低1/3左右,输电线路的防雷保护措施,加强绝缘：对个别大跨越、高杆塔，落雷机会多等情况，可增加绝缘子片数采用不平衡绝缘方式：针对同杆并架双回线路，一回普通绝缘，一回加强绝缘装设自动重合闸装置：我国110kV及以上线路重合闸成功率达7595,输电线路的防雷保护措施,安装线路避雷器：作用原理实质上是一种放电器，并联连接在被保护设备附近，当作用电压超过避雷器的放
10、电电压时，避雷器先放电，限制了过电压的发展基本要求：良好的伏秒特性，实现合理的绝缘配合好的绝缘强度自恢复能力，利于快速切断工频续流，使电力系统得以继续运行硅橡胶护套氧化锌线路避雷器已取得良好应用效果,输电线路的防雷保护措施,日本总结77kV各种防雷措施的效果，统计出：增加绝缘、架设耦合地线、减少杆塔接地电阻，可使雷击跳闸次数分别降至62%、56%、45%，安装MOA后可消除雷击跳闸事故,输电线路的防雷保护措施,线路避雷器的应用,线路避雷器的投资较大，难以普遍采用建议优先安装在下列条件杆塔：山区线路易击段、易击点的杆塔山区线路接地电阻超过100 且发生过闪络的杆塔水电站升压站出口线路接地电阻大的
11、杆塔大跨越高杆塔多雷区双回线路易击段、易击点的一回线路上,线路避雷器保护绝缘子原理,线路避雷器的发展,美国：美国AEP和GE公司1980年开始研制线路防雷用合成绝缘ZnO避雷器，1982年10月有75只在138kV线路上投入试运行。运行表明在装有避雷器的被保护线段没有出现绝缘子串的闪络。法国：1998年开始在63kV和90kV线路安装避雷器 日本：19811983年研制出无间隙的77kV合成绝缘避雷器。1986年5月开始在雷电活动特别严重地区的输电线路上安装。线路没有出现任何事故，而没有安装避雷器的线路则仍有故障出现。,线路避雷器的发展,日本：1988年275kV合成绝缘线路避雷器研制成功，1
12、988年12月开始在投入运行。 500kV线路避雷器1990年开发出来，1990年在双回线路的一回线路上投入运行。到1999年1月已有不同电压等级的47000多只线路避雷器在运行中，其中99%是带串联外间隙的，在各种电压等级的线路上都有成功动作的记录。俄罗斯：80年度中已研制出1101150kV系列合成套避雷器，主要是用于一般超高压输电线路和紧凑型输电线路深度限制操作过电压,线路避雷器应用,线路避雷器应用,线路避雷器应用,中国线路避雷器的发展,1993年清华大学研制出110220kV无间隙的线路避雷器，安装在承德山区多雷地区的线路上，以提高线路耐雷水平。1996年清华大学与中能公司合作研制出1
13、10220kV带间隙的线路合成绝缘避雷器。另外500kV正在由清华大学与华北电管局共同研制。1999年9月通过技术鉴定，已挂网运行。,中国线路避雷器的发展,110kV合成绝缘避雷器已于1997年安装在广东省肇庆的珠西线，这几个杆塔过去经常遭受雷击。到1997年底，经过一个雷雨季节后，该线路为发生雷击跳闸，而处于同一区域，地形和气象条件基本相同的另几条110kV线路均发生多次雷击跳闸，甚至击碎瓷瓶。220 kV线路合成绝缘避雷器也于1998年安装在广东省肇庆供电局的线路上。到2002年5月为止，我国在33220kV的输电线路上已经安装了近4200相线路避雷器来提高线路的雷电过电压耐受水平，取得可
14、很好的防雷效果，提高了我国电网的运行可靠性。,中国线路避雷器的应用,悬挂式避雷器应用于变电站,线路避雷器应用于室内变电站入口处,35kV无间隙线路避雷器,220kV线路避雷器,220kV线路避雷器,110kV带分离间隙的线路避雷器,线路避雷器在中国的应用情况,1996: 99 相1997: 155相1998: 150相1999: 349相2000: 约 1300相2001: 约 1700相,线路避雷器结构类型和选择,带串联间隙线路避雷器优点,线路正常运行时，处于“休息”状态，避雷器阀片的荷电率可以取得高一些，雷电冲击残压可以随之降低；避雷器只有在一定幅值的雷电过电压作用下串联间隙动作后，避雷器
15、本体才处于工作状态，因此其外绝缘水平（绝缘外套爬电距离）可以低于无间隙避雷器。间隙大小可选择避免操作过电压作用时动作，这时大大减轻避雷器动作负载试验的压力。再考虑到阀片数减少，有可能使避雷器的结构紧凑化，并降低造价。由于串联间隙的隔离作用，即使避雷器阀片劣化，也不至于影响线路的正常运行。,无间隙线路避雷器,带串联间隙线路避雷器,线路避雷器安装位置,采用避雷器提高110kV线路耐雷水平,线路避雷器的雷电放电电流,线路避雷器的雷电放电电流,110kV避雷器的放电电流波形为4.0/10 s，220kV、500kV的为2.6/10s 当雷电流峰值为100kA时，各种输电线路上避雷器的IZnO不会超过1
16、0kA。当IM 达到300kA，R1100 时，A、B、C、D四种线路的IZnO分别为25.3、23.1、24.8、30.2kA 当R1100，取概率为0.01次/百公里年时，110、220kV线路上的避雷器不超过20kA，500kV系统不超过30kA；当R140，同样概率下110、220kV避雷器放电电压不超过10kA，500kV避雷器放电电流不超过20kA。现行电站型高压避雷器都要求通过2次65kA的大电流试验，可以认避雷器能承受雷击杆塔的放电电流,线路避雷器吸收的雷电放电能量,线路避雷器吸收的雷电放电能量,WZnO随IM 增加而增加，IM 越大，R1越大，吸收的能量也越多。当R1100，IM300kA时，A、B、C、D四种线路的分别为106、263、398、173kJ，换成每千伏额定电压吸收的能量为1.06、2.63、1.99、0.93kJ/kV 我国国产110、220kV电站型避雷器的能量吸收能力为3kJ/kV，极限吸收能力为9.2kJ/ kV，500kV避雷器的能量吸收能力为8kJ/kV，极限吸收能力为15kJ/kV。因此采用电站型高压避雷器参数来设计合成绝缘避雷器，从雷放电电能量吸收能力方面来说完全可以满足要求,线路避雷器安装数量的影响,不同线路避雷器安装数量时的塔顶电位,线路档距对耐雷水平的影响,
