项目二项目二 输电线路的直击雷过电压防护输电线路的直击雷过电压防护 一、直击雷过电压一、直击雷过电压分类：分类： 雷击杆顶、雷击雷击杆顶、雷击BLX档距档距中央、直击或绕击导线中央、直击或绕击导线 1、雷击杆顶：、雷击杆顶： 大部分雷电流经杆塔入地，大部分雷电流经杆塔入地，小部分经小部分经BLX入地。入地。 设雷电流设雷电流i为斜角波头，波头为斜角波头，波头T1，幅值，幅值I，陡度，陡度a，流过杆塔的电流为流过杆塔的电流为 （为分流系数）为分流系数）(1) 塔顶电位：塔顶电位： Lt为杆塔等值电感，雷电流波前陡度为杆塔等值电感，雷电流波前陡度di/dt=I/T1，塔顶电位幅值为：塔顶电位幅值为：注：不同类型杆塔的等值电感不同，见表注：不同类型杆塔的等值电感不同，见表7-1；不同电压等级及不同电压等级及BLX数目的数目的也不同，见表也不同，见表7-2则塔顶电位为则塔顶电位为 于是，导线电位就等于避雷线电位产生的耦合电压于是，导线电位就等于避雷线电位产生的耦合电压与雷电流引起的感应过电压之和：与雷电流引起的感应过电压之和： (2) 导线电位和绝缘子串上的电压：导线电位和绝缘子串上的电压：雷击塔顶时，与塔顶相连的雷击塔顶时，与塔顶相连的BLX也有相同的电位也有相同的电位utop。负极性的雷电波沿杆塔及。负极性的雷电波沿杆塔及BLX传播时，由于传播时，由于BLX与导线之间的电磁耦合作用，在导线上将产与导线之间的电磁耦合作用，在导线上将产生生耦合电压耦合电压kutop，其极性与雷电流极性相同。，其极性与雷电流极性相同。另一方面，由塔顶向雷云发展的正极性雷电波，引另一方面，由塔顶向雷云发展的正极性雷电波，引起空间电磁场的迅速变化，又使导线上出现与雷电起空间电磁场的迅速变化，又使导线上出现与雷电流极性相反的正的感应过电压流极性相反的正的感应过电压 。作用在绝缘子串上的电压就等于横担处杆塔电位与作用在绝缘子串上的电压就等于横担处杆塔电位与导线电位之差，近似等于塔顶电位与导线电位差。导线电位之差，近似等于塔顶电位与导线电位差。 绝缘子串上电压随着雷电流增大而增大，当绝缘子绝缘子串上电压随着雷电流增大而增大，当绝缘子串上电压超过其串上电压超过其50冲击放电电压时，绝缘子串就冲击放电电压时，绝缘子串就发生发生逆闪络逆闪络(反击反击)，可能造成线路跳闸。，可能造成线路跳闸。反击：反击：本来是地（低）电位的物体，由于某种原因本来是地（低）电位的物体，由于某种原因导致其电位（绝对值）突然升高，当其与周围导体导致其电位（绝对值）突然升高，当其与周围导体的电压超过了该间隙的击穿电压或表面放电电压时的电压超过了该间隙的击穿电压或表面放电电压时，发生的击穿或闪络现象，发生的击穿或闪络现象。绝缘子串上绝缘子串上电压幅值为：电压幅值为： (3) 耐雷水平：耐雷水平：令令 ，即可求得，即可求得雷击塔顶反击时的耐雷水雷击塔顶反击时的耐雷水平平I1，即，即 影响影响I1的因素：的因素： 杆塔分流系数杆塔分流系数，杆塔等值电感，杆塔等值电感Lt，杆塔冲击接，杆塔冲击接地电阻地电阻Ri，耦合系数，耦合系数k和绝缘子串的和绝缘子串的U50%冲击放冲击放电电压。电电压。 提高雷击塔顶时耐雷水平的措施：提高雷击塔顶时耐雷水平的措施：（1）一般高度杆塔（小于）一般高度杆塔（小于40m），冲击接地电阻），冲击接地电阻上压降是塔顶电位的主要成分，因此降低接地电阻上压降是塔顶电位的主要成分，因此降低接地电阻可以有效地减小塔顶电位和提高耐雷水平；可以有效地减小塔顶电位和提高耐雷水平；（2）增大耦合系数）增大耦合系数k；（3）加强线路绝缘（提高）加强线路绝缘（提高U50%） 。为了减少反击，必须提高线路的耐雷水平。标为了减少反击，必须提高线路的耐雷水平。标准中规定，雷击塔顶时应有的耐雷水平准中规定，雷击塔顶时应有的耐雷水平I1为：为：有避雷线时线路应有的耐雷水平有避雷线时线路应有的耐雷水平额定电压额定电压(kV)(kV)3535110110220220330330500500耐雷水平耐雷水平I I1 1(kA)(kA)20203030404075757575110110100100150150125125175175雷电流超过雷电流超过I I1 1的概率的概率(%)(%)595946463535141414146 67 72 23.83.81 12、雷击、雷击BLX档距中央：档距中央： 根据模拟试验和实际运行经验，雷击根据模拟试验和实际运行经验，雷击BLX档距档距中央的概率较小中央的概率较小(10%)。由于半径较小的由于半径较小的BLX的强烈电晕衰减作用，使过的强烈电晕衰减作用，使过电压波传播到杆塔时，已不足以使绝缘子串闪络电压波传播到杆塔时，已不足以使绝缘子串闪络，通常只需要考虑雷击，通常只需要考虑雷击BLX对导线的反击问题。对导线的反击问题。 标准规定，只要按经验公式标准规定，只要按经验公式S0.012l+1确定档距确定档距中央导、地线间的空气间距中央导、地线间的空气间距S，一般不会发生，一般不会发生BLX对导线的反击故障。对导线的反击故障。 3、直击或绕击：、直击或绕击：装设装设BLX的线路，仍有雷绕过的线路，仍有雷绕过BLX击于导线的可能击于导线的可能Ka与避雷线保护角与避雷线保护角、杆塔高度、杆塔高度h及线路通过地区及线路通过地区的地形地貌有关。的地形地貌有关。 山区线路因地面附近电场受山坡地形影响，绕击率山区线路因地面附近电场受山坡地形影响，绕击率约为平原线路的约为平原线路的3倍。倍。 发生绕击的概率称为绕击率发生绕击的概率称为绕击率Ka 虽然绕击率很小，但一旦发生绕击，产生的雷过电虽然绕击率很小，但一旦发生绕击，产生的雷过电压很高，即使是绝缘水平很高的超高压线路也往往压很高，即使是绝缘水平很高的超高压线路也往往难免闪络。难免闪络。 (1) 雷击点电压幅值：雷击点电压幅值：研究表明，雷电流通道具有分布参数特征，其波阻研究表明，雷电流通道具有分布参数特征，其波阻抗用抗用Z0表示。表示。 从实际效果看，雷击线路过程可看作是一数值为雷从实际效果看，雷击线路过程可看作是一数值为雷电流之半电流之半(i/2) 的电流波沿一波阻抗为的电流波沿一波阻抗为Z0的通道向被的通道向被击线路传播的过程，于是可得到其彼得逊等值电路击线路传播的过程，于是可得到其彼得逊等值电路雷击点电压幅值为：雷击点电压幅值为：近似计算中假设近似计算中假设Z0Zc/2，Zc线路波阻抗，线路波阻抗，取取400。此即国标中用来估算绕击时过电压的近似公式此即国标中用来估算绕击时过电压的近似公式(2) 绕击时的耐雷水平：绕击时的耐雷水平： 令令 ，可得绕击时的耐雷水平，可得绕击时的耐雷水平I2： 例如：例如：采用采用13片片XP-70型绝缘子的型绝缘子的220kV线路绝缘子线路绝缘子串的串的U50%1200kV，可求得其，可求得其I212 kA ，大于，大于I2的的雷电流出现概率雷电流出现概率P173.1%。同理。同理110、500kV线路线路绕击时耐雷水平分别只有绕击时耐雷水平分别只有7、27.4kA，雷电流幅值超，雷电流幅值超过过7、27.4kA的概率分别为的概率分别为83.3%、48.8%！可见，绕（直）击时线路的耐雷水平很低！可见，绕（直）击时线路的耐雷水平很低！可见，绕（直）击时线路的耐雷水平很低！可见，绕（直）击时线路的耐雷水平很低！因此对因此对110kV及以上中性点直接接地系统的输电线路，及以上中性点直接接地系统的输电线路，一般都要求沿全线架设避雷线，以防止线路频一般都要求沿全线架设避雷线，以防止线路频繁发生雷击闪络跳闸事故。繁发生雷击闪络跳闸事故。4.4 雷击跳闸率及防雷措施雷击跳闸率及防雷措施 一、引起跳闸的过电压类型一、引起跳闸的过电压类型击杆顶击杆顶反击反击(1)击避雷线档距中央击避雷线档距中央(2)直击直击绕击绕击(3)感应雷过电压感应雷过电压(4) 显然，对显然，对110KV及以上线路，只需考虑及以上线路，只需考虑(1)、 (3)两种情况下过电压产生的跳闸率。两种情况下过电压产生的跳闸率。二、雷击跳闸率计算二、雷击跳闸率计算雷击输电线路导致跳闸需要两个条件，一是雷电流雷击输电线路导致跳闸需要两个条件，一是雷电流超过线路的耐雷水平，导致绝缘子串发生冲击闪络；超过线路的耐雷水平，导致绝缘子串发生冲击闪络；其二是冲击电弧转化为稳定的工频短路电弧，才会其二是冲击电弧转化为稳定的工频短路电弧，才会跳闸。跳闸。 建弧有一定的统计性，在线路冲击闪络的总次数建弧有一定的统计性，在线路冲击闪络的总次数中，可能转为稳定工频电弧的比例称为中，可能转为稳定工频电弧的比例称为建弧率建弧率：建弧率建弧率取决于沿绝缘子串或空气间隙的平均工作电取决于沿绝缘子串或空气间隙的平均工作电压梯度压梯度E，也与闪络瞬间工频电压瞬时值和去游离，也与闪络瞬间工频电压瞬时值和去游离条件有关。条件有关。1、建弧率、建弧率n1=NgP1 其中其中g为击杆率，为击杆率，P1为雷电流幅值超过雷击杆顶为雷电流幅值超过雷击杆顶耐雷水平耐雷水平I1的概率；的概率； Pa为绕击率，为绕击率，P2为雷电流幅为雷电流幅值超过绕击耐雷水平值超过绕击耐雷水平I2的概率。的概率。n2=NPaP2 2、雷击跳闸率的计算、雷击跳闸率的计算线路总的雷击跳闸率线路总的雷击跳闸率n为雷击杆塔跳闸率为雷击杆塔跳闸率n1和和绕击跳闸率绕击跳闸率n2之和，即之和，即n=n1+n2经验公式：经验公式：影响因素：影响因素：P1（I1）耐雷水平耐雷水平降低雷击跳闸率的措施：降低雷击跳闸率的措施：I、加强绝缘法、加强绝缘法E架空输电线路典型杆塔的雷击跳闸率架空输电线路典型杆塔的雷击跳闸率电压等级电压等级/kV/kV110110220220500500平原跳闸率平原跳闸率/(/(次次/ /百公里百公里年）年）0.830.830.250.250.0810.081山区跳闸率山区跳闸率/(/(次次/ /百公里百公里年）年）1.181.182.012.010.430.430.950.950.170.170.420.42三、输电线路防雷措施三、输电线路防雷措施自学总结自学总结 自学要点：（自学要点：（1）BLX在线路防雷中的作用？在线路防雷中的作用？（2）Ri的影响？的影响？（3）消弧线圈在防雷中怎么起作用？）消弧线圈在防雷中怎么起作用？思考题思考题 7-3 补充思考题：补充思考题：1、耐雷水平的含义？影响耐雷水平的、耐雷水平的含义？影响耐雷水平的因素主要有哪些？因素主要有哪些？2、线路防雷措施主要有哪些？、线路防雷措施主要有哪些？