输电线路防雷技术

1. 输电线路防雷技术

2. 一、雷击输电线路的方式

3. 二、名词解释 • 输电线路上的两种大气过电压： • 1：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 • 2：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 • 反击：雷击杆塔或避雷线,造成绝缘子接地端电位比导线高，并击穿绝缘子 • 绕击：雷电绕过避雷线击中导线 • 衡量线路防雷性能优劣的两个指标： • 1：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） • 2：雷击跳闸率：每100km线路每年因雷击引起的跳闸次数

4. 三：雷击地面时的感应过电压 1：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。最靠近先导通道的一段导线上感应正电荷。由于该过程较慢，没有形成明显的电压波。 • 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，使导线上的正电荷迅速释放，形成电压波向两侧传播。这种过电压就是感应过电压的静电分量

5. 三：雷击地面时的感应过电压 2：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

6. 三：雷击地面时的感应过电压 3：过电压计算 • 1）不考虑避雷线作用时： Ug：过电压幅值（kV） I：雷电流幅值（kA） H：导线平均高度（m） S：雷击点离线路的距离（m） 导线越高，感应过电压越高 由于雷击点自然接地电阻较大，雷电流一般小于100kA，Ug « 500kV，110kV以上线路因绝缘水平较高，不会引起闪络事故。

7. 三：雷击地面时的感应过电压 3：过电压计算 2）避雷线不接地： 3）避雷线接地 • 实际上，避雷线与大地连接保持地电位，电位为0，可以假设为避雷线上再叠加了-Ugb的感应电压 • -Ugb在导线上耦合，耦合系数为k • 导线上的实际感应电压：

8. 四：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。 • 无避雷线时：为系数，数值上等于雷电流平均陡度 • 有避雷线时，导线上的感应过电压

9. 五：雷击塔顶时的直击雷过电压 1：分流 • 分流系数：流经杆塔的电流igt与雷电流iL之比； • 避雷线分流 • 闪络后相导线也分流

10. 五：雷击塔顶时的直击雷过电压 2：过电压计算 1）塔顶电位 2）导线电位（来自避雷线的耦合与感应过电压） 3）绝缘子承担的电压（塔顶电位与导线电位之差）

11. 五：雷击塔顶时的直击雷过电压 3：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β，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

12. 反击耐雷水平规定 • 35kV: 20-30kA • 110kV: 40-75kA • 220kV: 75-110kA • 330kV: 100-150kA • 500kV: 125-175kA

13. 六：雷击避雷线中央的直击雷过电压 1：等值电路

14. 六：雷击避雷线中央时直击雷过电压 2：过电压计算 • 情况1：反射波未到A点 • A点最高电位： • 空气间隙最高电压： • Us大于间隙的50%冲击放电电压时得到最小间隙距离： • 我国规程规定

15. 六：雷击避雷线中央时直击雷过电压 2：过电压计算 • 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

16. 七：雷击导线中央时直击雷过电压 1：绕击过电压计算 • 绕击过电压： • 幅值为： • 设Z0≈Zc/2, 取Zc=400, 则UA≈100I

17. 七：雷击导线中央时直击雷过电压 2：绕击耐雷水平 • 绕击耐雷水平 • 绕击线路的耐雷水平很低 • 500kV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：

18. 八：输电线路的雷击跳闸率 1：建弧率：冲击闪络转化为稳定工频电弧的概率 2：击杆率g：雷击杆塔次数与雷击线路总次数的比值 3：雷击杆塔时的跳闸率n1： 100km年的雷击次数（40个雷电日）： P1为雷电流幅值超过雷击杆塔的耐雷水平的概率： 4：绕击率P：一次雷击线路中出现绕击的概率 5：绕击时的跳闸率n2： P2为雷电流幅值超过绕击耐雷水平的概率 6：线路跳闸率n：n＝n1＋n2

19. 九：线路防雷措施 0：种类 • 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）

20. 九：线路防雷措施1：避雷线及其作用 • 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20～30º，500kV负保护角

21. 九：线路防雷措施 2：降低接地电阻 • 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

22. 九：线路防雷措施3：架设耦合地线等 • 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，又加强了对导线的耦合。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

23. 九：线路防雷措施4：其它 • 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75～95％ • 安装线路避雷器

24. 国外线路避雷器应用

25. 国内线路避雷器的应用