电力系统防雷及接地 一、闪电的分类1、云地闪 正闪负闪 （90左右） 2、云闪（云内、云气、云云） 3、球闪（地滚雷）二、云地闪电的主要放电过程云层荷电 初始击穿 梯级先导 连接 第一回击 K、J过程 直窜先导 第二回击 三、雷电放电过程1、先导放电 2、主放电3、余辉放电 图61 雷电放电的发展过程四、雷击的选择性和易击点大量统计资料和实验研究证明，雷击地点和 建筑物遭受雷击部位具有一定的规律性。易击区：空旷地区：雷击高的物体山区：有时山顶物体，有时迎风面与地质条件有关：地质有矿物质五、防雷的几个基本术语1、雷电流波形：雷电流的波头 和波尾皆为随机变量，其平均 波尾为40s；对于中等强度以 上的雷电流，波头大致在1- 4s内，实测表明，雷电流幅 值IL与陡度 的线性相关系数 为0.6左右，这说明雷电流幅值 增加时雷电流陡度也随之增加 ，因此波头变化不大，根据实 测的统计结果，“规程”建议 计算用波头取2.6s。 六、防雷的几个基本术语雷电流的波头形状对防雷设计是有影响的，因此在防 雷设计中需对波头形状作出规定，“规程”建议在一般线 路防雷设计中波头形状可取为斜角坡；而在设计特殊高塔 时，可取为半余弦波头，在波头范围内雷电流可表示为：六、防雷的几个基本术语2、雷电流幅值：雷电流iL为一非周期冲击波，其幅值与气 象、自然条件等有关，是一个随机变量，只有通过大量实 测才能正确估计其概率分布规律。雷电流幅值概率分布可 用下式表示上式中IL为雷电流幅值（kA），P为雷电流幅值超过IL 的概率。例如IL等于120kA，可求得P为4.3%。 六、防雷的几个基本术语3、雷电日：在进行防雷设计和采取防雷措施时，必 须从该地区雷电活动的具体情况出发。某一地区的雷 电活动强度可以用该地区的雷电日来表示。雷电日是 一年中有雷电的日数。“规程”建议采用雷电日作为 计算单位。 规程规定：少雷区 T15中雷区 15T40多雷区 40T90强雷区 T 90六、防雷的几个基本术语4、地面落雷密度：为了防雷设计和采取防雷措施，必须知道地面落 雷密度，地面落雷密度“r”的定义为：每一雷电日每平方 公里地面遭受雷击的次数，“规程”建议r为0.07次/平方 公里雷日。对于线路来说，由于高出地面，有引雷的作用，根 据模拟试验和运行经验，一般高度的线路的等值受雷面的 宽度为（4h+b）(h为避雷线成导线的平均高度，b为两根避 雷线间的距离)，也即等值于受雷面积为线路两侧的地带， 线路愈高，则等值受雷面积愈大。 Td40的地区 ，每 100km每年的雷击次数为：NL0.28(b+4h)六、防雷的几个基本术语5、保护角：通常将避雷线与外侧导线的连线和避雷线对地垂 直线之间的夹角叫保护角。六、防雷的几个基本术语6、击杆率：在线路落雷总数中雷击杆塔的次数与避雷线根数 和经过地区的地形有关，雷击杆塔次数与雷击线路总 次数的比值称为击杆率g避雷线根数地形012平原1/21/41/6山区11/31/4六、防雷的几个基本术语7、建弧率：在雷冲击绝缘子串时，雷冲击电压过去后，弧道 仍有一定程度的游离，在工频电压作用下，将有短路 电流流过闪络通道，形成工频电弧。7、建弧率雷电压持续时间很短（100s左右），绝缘子冲击闪络时间也相应很短，继电保护来不及动作，所以仅有冲击闪络并不会引起开关跳闸，只有当冲击闪络火花转变为稳定工频电弧，才会引起线路开关跳闸，因此一条线路的雷击跳闸数，不仅与耐雷水平有关，而且与冲击闪络之后弧道建立工频电弧的可能性，也就是建弧率有关，建弧率可用 表示： 7、建弧率建弧率的大小，主要与工频电压作用下弧道平均场强的大小有关，也和冲击闪络是发生在工频电压的哪一部分以及弧道的去游离情况有关，如果恰好在u=0发生雷击，随后就不会产生工频电弧，根据实验及运行经验，主要与E有关，可按下式计算：式中，E绝缘子串的平均运行电压梯度（千伏，有效值/米） 六、防雷的几个基本术语8、雷电过电压（外部过电压、大气过电压）： （1）直击雷过电压：对任何电压等级（含百万伏等级）的线路和设备 都可能产生危险。 （2）感应雷过电压：通常只对35kV及以下等级的线路和设备构成威胁 。七、发电厂和变电所的防雷保护1、三道防线 （1）防止雷击于变电所电力设备上（避雷针或避雷 线） （2）进线保护段 （3）将侵入变电所雷电波降低到电气装置绝缘强度 允许值（如采用MOA）2、避雷针（线）（1）避雷针（线）的防雷保护原理在雷电先导阶段，避雷针顶部聚积电荷，在 发展先导和避雷针顶端之间通道建立了很大电场强度 ，避雷针迎面先导的产生和发展大大加强这通道中的 场强，最后选定击中避雷针。 （2）避雷针（线）的保护范围电力行业标准DL/T 620-1997规定的保护范围 内可能遭受雷击概率为0.1%美国IEEE Std142-1991 规定的保护范围，滚 球半径为30m，保护范围内遭受雷击概率为0.1%，采用 45m，大约为0.5%3、单支避雷针的保护范围hx水平面上保护范围的截面4、两支等高避雷针的联合保护范围5、两支不等高避雷针的保护范围6、三支和四支等高避雷针的保护范围（a） （b）7、避雷针（线）的安装规定发电厂的主厂房、主控制室和配电装置室一 般不装设直击雷保护装置。独立避雷针（线）宜设独立的接地装置。在 非高土壤电阻率地区，其接地电阻不宜超过10。当有 困难时，该接地装置可与主接地网连接，但避雷针与 主接地网的地下连接点至35kV及以下设备与主接地网 的地下连接点之间，沿接地体的长度不得小于15m。7、避雷针（线）的安装规定35kV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避 雷针。除水力发电厂外，装设在架构（不包括变压器 门型架构）上的避雷针与主接地网的地下连接点至变压 器接地线与主接地网的地下连接点之间，沿接地体的长 度不得小于15m。严禁在装有避雷针、避雷线的构筑物闪架设未 采取保护措施的通信线、广播线和低压线。8、进线保护段发电厂和变电所应采取措施防止或减少近区 雷击闪络。未沿全线架设避雷线的35kV110kV架空送电 线路，应在变电所1km2km的进线段架设避雷线。变电所出线12基杆塔接地电阻不应大于5 。8、进线保护段220kV500kV架空线路，在2km进线保护段 范围内以及35kV-110kV线路在1km-2km进线保护段范 围内的杆塔耐雷水平应符合以下要求：标称电压（kV）35110220500耐雷水 平kA一般线路203040 7575 110125 175变电所进线保 护段30751101758、进线保护段进线保护段上的避雷线保护角宜不超过20度 ，最大不应超过30度。9、热备用线路的防雷保护经常空充的35220kV线路，应在线路断开点 附近采取防雷保护措施，如加装间隙或避雷器。 对雷电活动强烈的地区，可在110KV及以上线 路的隔离开关处加装加装间隙或避雷器。华东一些地 区已推广。 2007年6月22日，浙江220kV海门变电站220kV 州门2341线遭受连续雷击，C相故障，进而导致刚刚跳 开的220kV州门2341线开关断口击穿，引发开关、保护 等设备连锁反应，造成全站停电。10、避雷器的配置（1）MOA至主变压器间的最大电气距离金属氧化物避雷器至主变压器间的最大电气距离系统额定电 压 （kV）进线段长度 （km）进 线 路 数12341101 1.5 255 90 12585 120 170105 145 205115 165 2302202125 （90）195 （140）235 （170）265 （190）10、避雷器的配置（2）变压器中性点保护对于110kV变压器，当中性点绝缘的冲击耐受 电压185kV时，应在间隙旁并联MOA，其U1mA67kV， 1kA雷电残压120kV。 中性点经小电抗接地10、避雷器的配置（3）自耦变压器必须在其两个自耦合的绕组出线上 装设阀式避雷器，该避雷器应装设在自耦变压器和断 路器之间。11、雷电波侵入自耦变压器时的过电压分布（a）高压端A1进波； （b）中压端A2进波 1初始电压分布；2稳态电压分布；3最大电位包络线12、避雷器（MOA)金属氧化物避雷器是以氧化锌（ZnO）基压 敏电阻（非线性电阻）组成的。日本称氧化锌避雷器 ，美国称金属氧化物避雷器（MOA），前苏联称非线性 过电压限制器。它们都是以氧化锌为主要成分，添加 三氧化二铋（Bi2O3），三氧化二钴（Co 2O3），二氧 化锰（MnO2），三氧化二锑（Sb2O3）等金属氧化物， 经过粉碎混合后，高温烧结而成。12、避雷器（MOA)ZnO、SiC和理想避雷器 伏安特性的比较ZnO避雷器的伏安特性（1）MOA的应用选择使用环境条件：根据使用地区的气温、太阳光辐射、海拔、风速 、污秽、地震等环境条件。 额定电压和持续运行电压以及压力释放等级：根据使用电网的最高运行电压、频率、中性点接 地方式、供电运行方式、短路电流数值以及故障持续 时间等。（1）MOA的应用选择MOA类型、标称放电电流、冲击耐受试验电流值、线 路放电等级：根据被保护对象以及其重要性。 MOA保护水平及绝缘配合：根据使用电网的过电压水平和可接受的故障率。（2）氧化锌避雷器的检测 氧化锌避雷器在保护电力系统的安全运行上 起着十分重要的作用。由于避雷器长期直接承受工频 电压、冲击电压和内部受潮的影响，引起ZnO阀片老化 ，阻性电流增加和功耗增大，导致避雷器内部阀片温 度升高，直至发生热崩溃，使避雷器爆炸。为了及时发现避雷器的隐患，需要经常对其 运行状况进行检测。目前我们的检测手段是以在线监 测为主，带电测试和停电预试为辅。目前安装的绝大 多数在线监测仪只是检测全泄漏电流，有必要定期通 过带电测试或停电试验来检测避雷器的阻性电流和功 率损耗等参量.（3）带电测试泄漏电流测试结果的主要影响因素 避雷器表面泄漏的影响 外界环境的影响 避雷器相间电容耦合的影响 （4）带电测试带电测试由于受空间电磁场干扰的影响，主 要是电容耦合，测量结果与停电测量结果有一定差别, 容易对避雷器的健康状况产生误判断。对带电测试数 据的分析主要是靠横向及纵向比较。对出现异常测试数据的避雷器，应按周期进 行带电测试，并以初次测试数据为基准进行比较，并 注意其变化趋势。新投运避雷器应立即安排带电测试，以便积 累原始数据。八、高压输电线路的防雷概述输电线路在运行过程中承受工作电压、操作过 电压或大气过电压时，都可能会发生绝缘闪络事故。 在超高压输电系统中，操作过电压已被限制在较低的 水平（500kV系统不超过2.0p.u），已不再是构成线路 绝缘的控制因素。另一方面，近几年来因治理污闪事 故的调爬等措施使线路的绝缘水平得到提高，线路在 工作电压作用下的可靠性也明显提高。国内、外运行 经验表明，大气过电压引起的绝缘闪络已成为线路故 障的主要原因。 1、国外高压输电线路雷击跳闸率（单位：次/100km.a） 国家 电压等级(kV) 美国俄罗斯日本220（230）0.870.360.88330（345）0.530.12/5000.350.090.632、国家电网公司雷击跳闸率规定统计表明，雷害引起的跳闸约占线路跳闸次 数的50。为确保送电线路的安全稳定运行，建设坚 强电网，国家电网公司对雷击跳闸率指标提出了更加 严格的要求。2005年3月国家电网公司颁布的 110(66)kV500kV架空输电线路运行规范明确指出 各电压等级线路的雷击跳闸率（规算到40个雷暴日） ，应达到如下指标：2、国家电网公司雷击跳闸率规定表12 线路雷击跳闸率目标值 （单位：次/100km.a）110kV220kV330kV500kV 0.5250.3150.200.14电力行业标准DL/T 6201997 计算的雷击跳闸率（次/100k