电力系统防雷

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1、第十章电力系统防雷保护（2学时）10.1输电线路的防雷保护雷害事故在现代电力系统的跳闸停电事故中占有很大的比重。特别是伴随着开关技术的发展，电力系统内部过电压的降低及其导致的事故的减少，雷击引起的跳闸事故占据日益主要的地位。架空输电线路长度大，分布面广，且往往翻山越岭，遭受雷击的机会很多。一条100km长的架空输电线路在一年中往往要遭到数十次雷击，因而线路的雷击事故在电力系统总的雷电事故中占有很大的比重。据统计，因雷击线路造成的跳闸事故占电网总事故的60%以上。输电线路防雷保护的目的就是尽可能减少线路雷害事故的次数和损失。输电线路上出现的雷电过电压主要有两种，即为直击雷

2、过电压和感应雷过电压。前者由雷击于线路引起，后者由雷击线路附近地面、由于电磁感应引起。10.1.1输电线路感应雷过电压一、雷击线路附近大地时，线路上的感应过电压当雷击线路附近的大地时，由于电磁感应，在导线上将产生感应过电压。感应过电压的形成如图10－1所示，设雷云带负电荷。在主放电开始之前，雷云中的负电荷沿先导通道向地面运动，线路处于雷云和先导通道形成的电场中。由于静电感应，导线轴向上的电场强度Ex将正电荷吸引到最靠近先导通道的一段导线上，成为束缚电荷。导线上的负电荷则受Ex的作用向导线两端运动，经线路的泄漏电导和系统的中性点而流入大地。由于先导发展的速度很慢，导致导线

3、上束缚电荷的聚集过程也比较缓慢，因而导线上由此而形成的电流很小，可以忽略不计，在不考虑工频电压的情况下，导线将通过系统的中性点或泄漏电阻保持零电位。主放电开始后，先导通道中的负电荷被迅速中和，使导线上的束缚电荷得到释放，沿导线向两侧运动形成过电压。这种由于先导通道中电荷所产生的静电场突然消失而引起的感应电压称为感应过电压的静电分量。同时，主放电通道中的雷电流在通道周围空间产生了强大的磁场，该磁场的变化也将使导线上感应出很高的电压。这种由于主放电通道中雷电流所产生的磁场变化而引起的感应电压称为感应过电压的电磁分量。由于主放电通道与导线互相垂直，因此电磁分量不大，约为静电分

4、量的1/5。从图10－1可以看出，感应过电压的极性与雷电流极性相反。图10－1感应雷过电压形成示意图根据理论分析和实测结果，我国的技术规程建议，当雷击点离导线的距离超过65m时，导线上的感应雷过电压最大值Ug可按下式计算：（10－1）其中，IL为雷电流幅值（kA），hd为导线高度（m），S为雷击点离导线的距离（m）。由上式可知，感应过电压与雷电流峰值IL成正比，与导线平均高度hd成正比，hd越大则导线对地电容越小，感应电荷产生的电压就越高；感应过电压与雷击点到线路的距离S成反比，S增大时，感应过电压就减小。由于雷击地面时雷击点的自然接地电阻较大，雷电流峰值一般不超过10

5、0kA。因此在式（10－1）中可按IL≤l00kA进行估算。实测证明，感应过电压峰值最大可达的300400kV。对35kV及以下钢筋混凝土杆线路，可能造成绝缘闪络；但对于110kV及以上线路，由于绝缘水平较高，一般不会引起闪络。感应过电压在三相导线中同时存在，相间不存在电位差，故只能引起对地闪络；如果两相或三相同时对地闪络，则形成相间短路。如果导线上方挂有避雷线，其影响相当于增大了导线的对地电容，导线上的感应过电压将会下降。避雷线的屏蔽作用可用叠加法求得。设导线和避雷线的对地平均高度分别为hd和hb，若设避雷线不接地，则由式（10－1）可以求得导线上和避雷线上的感应过

6、电压Ugd和Ugb分别为：和故但实际上避雷线是通过杆塔接地的，其电位为零。为满足这一条件，可以设想在避雷线上还存在一个电位-Ugb。该电位将在导线上产生耦合电位k（-Ugb），其中k为避雷线与导线间的耦合系数。耦合电位与导线的雷电感应过电压相叠加后，导线上实际的感应过电压U’gd为（10－2）从上式可以看出，避雷线的存在使导线上的感应雷过电压下降了（1-k）倍。耦合系数越大，感应过电压越低。二雷击线路杆塔时，导线上的感应过电压式（10－1）和（10－2）只适用于S＞65m的情况，更近的落雷事实上将因线路的引雷作用而击中线路（避雷线或导线）或杆塔。雷击线路杆塔时，由于主放

7、电通道所产生的磁场的迅速变化，将在导线上感应出与雷电流极性相反的过电压，其计算问题至今尚有争论，不同方法的计算结果相差很大，也缺乏实践数据。对一般高度（约40m以下）的无避雷线的线路，导线上感应的过电压的最大值可按下式计算：（10－3）其中，a为感应过电压系数（kV/m），其值近似等于以kA/μs计的雷电流平均波前陡度，即a≈IL/2.6。有避雷线时，导线上的感应过电压相应为（10－4）其中，k为耦合系数。10.1.2输电线路的直击雷过电压和耐雷水平我们以中性点直接接地系统中有避雷线的线路为例进行分析，其它线路的分析原则相同。如图10－2