高电压技术讲解（下）(7)

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我国的输电线路运行水平东与西、南与北差别较大，其主要原因有纬度、气候条件、地形地貌的差异，也有维护管理上的差别，因而线路跳闸率有较大的差异，但从全国平均数来看，基本状况如下：

近年全国各电压等级线路故障眺闸率（平均数） 单位：次/100km?a 1996 1997 2000 2003 年份 电压等级（kV） 110 220 330 500 1.204 0.814 0.051 0.516 0.852 0.744 0.114 0.194 0.749 0.452 0.197 0.201 1.085 0.765 0.419 0.327 雷害事故在输电线路总事故中占有很大的比例.雷害较为严重的地区和省份有:福建、广东、广西、华东、贵州、四川、东北、华北等。从最近几年线路运行统计的结果来看，例如，1997年度输电线路的污闪眺闸及事故比1996年度降低了约90%，但雷击眺闸有增无减。可见防雷保护仍是当前输电线路运行维护工作的最重要任务之一。 一、输电线路雷击事故值得注意的几个特点

1、雷电活动强弱年份不同有差异

雷电活动的强弱不同的年份差异较大，同一条线路不同年份的雷击故障率相差达10倍，如下表所示：

500kV天平线1、2回线路雷击跳闸率历年统计表 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 年平均份 数 跳闸情况 6 3 2 2 5 5 5 2 3.625 次数 0.159 0.079 0.397 0.397 0.397 0.159 0.377 次/100km?0.954 0.477 a?40雷日 天平1回总长度314.478km，天平2回总长度315.857km。 最低与最高年份的差异达12倍。 2、保护角大的线路雷击故障率较高

500 750 电压等级（kV） 450 档距 350～400 12 18 相间距离（米） 15.8 21.7 导线平均高度 26.8 37.2 地线平均高度 保护角 20～220 18～220 67 9 雷击跳闸次数 17.49% 23.07% 占总跳闸次数的比例 从表中可以看出： ·架空地线对边导线的保护角越大，雷击故障率越高； 特高压线路防雷工作仍然是线路防护工作的重点。

3、小保护角仍会屏蔽失效

1150 370 22.8 23.9 41 24～280 16 84.21% ·特高压输电线路即使耐雷水平相当高，也由于保护角过大也导致雷击跳闸率高，

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1992年7月，500kV线路发生几次由于绕击引起的雷击跳闸事故，在这几起事故

0

中，遭受雷击的杆塔有一个共同的特点，即都为ZM1型塔，边导线的保护角为7.2。

4、山区线路以绕击为主；

5、雷击档中引起的反击闪；络不容忽视 6、耦合系数大的导线反而遭绕击次数多

一般认为，与地线耦合作用大的相导线较耦合作用小的相导线不太容易遭绕击，然而，对于垂直排列的三相导线而言，下导线尽管耦合系数较小，但其保护角也较小，上导线耦合系数大可保护角也大，所以上导线遭雷击的次数多。

导线位置 上 中 10 8 绕击次数 43.3 34.8 占总绕击数的比例 二、减少线路雷击事故的途径及防雷保护措施 1、接地电阻：当杆塔塔型、尺寸与绝缘子型式和数量确定后，影响线路反击耐雷水平

的主要因素是杆塔的接地电阻。500kV典型酒杯塔和±500kV典型直线塔不同接地电阻所对应的耐雷水平的计算值：

7 15 30 接地电阻 176.7 125.4 81.2 交流500kV耐雷水平 315 235 167 直流500kV耐雷水平 不同的接地电阻对线路杆塔的耐雷水平有较大的影响,杆塔接地的作用显得十分重要.

2、地线与边导线的保护角：根据计算，当保护角大于20度之后，绕击就会显著增加。

3、杆塔高度：当塔高增加时，绕击数会增加。而且塔高较大时，会趋于饱和，杆塔高度增加，地面屏蔽效应减弱，绕击区变大，使更多的雷不击中导线。而当杆塔相当高时，地面屏蔽作用已变得很弱，几乎所有落入垂直平分线以下区域的雷击能击中相导线，所以绕击数将趋于饱和，不再随塔高增加而增加。从减少绕击的观点应尽量减少保护角和降低杆塔高度。

4、线路绝缘水平与波阻抗：在绕击事故中，小雷电流所占的比例较大，线路总的落雷次数以及击中线路的雷电流幅值的分布情况，也就是用磁钢棒所测得的雷电流值概率分布曲线都应该与杆塔结构有关。

能引起绕击的最小雷电流可以表示为：

下 5 21.7 I?U50%Z

从上式可见，减小波阻抗会使绕击耐雷水平提高，所以从减少绕击事故的观点，增加绝缘子片数和采用分裂导线都是有利的。

5、降低线路雷击跳闸率的思路

长期以来，线路防雷所进行的传统工作是：尽可能降低杆塔接地电阻；尽可能降低

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杆塔高度；增加杆塔绝缘；减少边导线保护角；加装塔顶拉线；在横担处装侧向避雷针；装设耦合地线以及旁路架空地线等。近几年人们也在研究在山区采用负保护角的杆塔，而最近提出的避雷线上加装侧向短针则是基于将绕击转化为反击，这是因为反击的耐雷水平远高于绕击。

第七章 发电厂和变电所的防雷保护

内容提要：

1、发电厂和变电所的直击雷防护 2、避雷器的保护作用 3、变电所的进线保护 4、配电变压器的防雷保护 5、直配电机的防雷 前 言

? 发电厂、变电所是电力系统的重要组成部分，如发生雷击事故，可能会使变压器及其

他电器等主要设备发生损坏，造成大面积停电，严重影响国民经济和人民生活，因此，对发电厂、变电所的防雷保护，必须十分可靠。

?发电厂和变电所的雷害来源于两方面：一是雷电直击，另一是雷击线路后沿线路向发电厂、变电所传来的入侵波。

据统计，我国35kV和110-220kV变电所由于入侵波而引起的事故率分别为0.67次/百所·年和0.5次/百所·年，直配电机的雷击损坏率约为1.25次/百所·年。 §7.1 发电厂、变电所直击雷保护

发电厂、变电所架设避雷针的原则1、所有被保护设备均应处于避雷针的保护范围之内。

2、为了防止反击，避雷针距离被保护设备空气中距离不小于5米；避雷针的接地装置与被保护物的接地装置在土壤中距离不小于3米。雷直击避雷针时，雷电流要通过避雷针向大地泄放，此时雷电流在避雷针

的接地电阻和等值电感上产生电压升高U。设避雷针的等值电感为L，冲击接地电阻为Rch，雷电流为i，则：

Uk?Rchi?Ldidt

Ud=iLRch

设雷电流的幅值为150kA，雷电流陡度则 ukdiLdt?30kA/us，避雷针的电感L=1.7uH/m，

?150Rch?51h

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ud?150Rch

护物被保避雷针

如果Uk在空气中超过了避雷针与被保护物之间气隙的击穿电压，避雷针就会向被保护物放电，如果Ud在土壤中超过了避雷针的接地装置与被保的接地装置之间隙的击穿电压，避雷针的接地装置就会向护物的接地装置放电，这种现象称为反击。

若取空气和土壤的冲击放电电压均为每米500kV，则在空气中与被保护物之间应保持

Sk?0.3Rch?0.1h

我的构架上不能设避雷针！ 避雷针的接地装置与被保护物的接地装置之间应保持

Sd?0.3Rch

反击被认为是避雷针的主要缺点之一。在《建筑物防雷设计规范》（GB50057-1994）中给出了不同类建筑物与避雷针之间为防反击所需的距离的求解公式。在电力系统，空气中避雷针与被保护物之间的距离要求不小于5m，土壤中，避雷针的接地装置与被保护物的接地装置之间的距离要求不小于3m。当受现场条件限制满足不了安全净距的要求时，可以将避雷针的接地装置与被保护物的接地装置进行等电位联结。

3、对于35kV及以下的变电所，因其绝缘水平较低，故不允许将避雷针装在配电构架上，以免发生反击，需架设独立避雷针并满足不发生反击的要求。

110kV及以上的变电所可以将避雷针装设在配电装置的构架上。但避雷针的配电构架应装设辅助接地装置，此接地装置与变电所接地网的连接点距主变压器接地装置与变电所接地网的连接点之间的距离不小于15米。

4、发电厂厂房上一般不设避雷针，以免发生反击事故和引起继电保护误动作。

§7.2 变电所母线阀型避雷器的保护作用如图一陡度为30kV/us的无限长斜角波从一条波阻抗Z=300欧的半无限长架空线路上传来，A、B两点间距300米，B点开路，A点管型避雷器的放电电压为120KV，求FT动作时B点电压及A、B两点最大电压。 解：

TAB=1us，2 us后有反行波从B点返回。反行波与前行波极性和波形相同。所以有： 2×30+2t×30=120

得到t=1us,即3us时避雷器动作，此时B点电压为60kV， B点最大电压为2 × 90=180kV，A点最大电压为120kV。

结论：对避雷器的基本要求是：先于被保护物放电，并能可

靠灭弧。避雷器与被保护物之间最好零距离，但从成本上考虑，变电所中是在母线上加装一组避雷器，此时避雷器是有保护范围的。

t=τ=l/v时刻 uA=aτ,uB=0；前行波到达B点发生全反射；

?t=2τ时刻 uA=2aτ,uB=2aτ；反行波回到A点,A点电压按UA=at+a(t-2·l/v)=2a(t-l/v)变化；

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t=t0 时刻避雷器放电，A点电压为2a(t0-l/v),令它等于5kA下避雷器的残压Ub5。前行波在A点电压是at0,此电压到达B点后发生全反射，是变压器上出现的最大电压，等于2at0。

?从图中可以看出，变压器上承担的最大电压也等于避雷器的残压与2al/v的和，即

uB?ub5?2alv实际上由于变电所具体接线的复杂性以及各设备具有对地电容存在，避雷器与变压器之间的连线也有电感，使避雷器动作后在避雷器与变压器之间的波过程复杂化。这是由于避雷器放电时产生的的负电压波在避雷器与变压器之间多次反射所引起的。此时，变压器上的波形与全波相差很大，对变压器绝缘的作用接近于截断波。因此常以变压器绝缘承受截断波的能力来说明变压器承受雷电的能力，变压器承受截断波的能力称为多次截波耐受电压uj。变压器要于此电压，即：

为了保证设备安全，必须限制避雷器的残压，也就是限制流过避雷器的雷电流不超过5kA，同时也必须限制入侵波的陡度和设备离开避雷器的距离。

在入侵波陡度一定时，避雷器与变压器之间的距离有一极限值，超过此值，变压器上受到的冲击电压将超过其冲击耐压，避雷器对变压器起不到保护作用，此值称为避雷器的最大保护距离或称保护范围。 §7.3 变电所进线的保护

ub5?2alv得到保护，其多次截波耐受电压应该高

?uj? 为了限制流经避雷器的雷电流和限制入侵波的陡度，变电所需采用进线保护接线。

一、35及以上变电所的进线段保护

对于35~110kV无避雷线的线路，当雷击于变电所附近线路的导线上时，沿线入侵流经避雷器的雷电流可能超过5kA，而且陡度也可能超过允许值，因此对对于35~110kV无避雷线的线路，在靠近变电所的一段进线上，必须架设避雷线，在进线段内出现雷电波的概率大大减小，保证雷电波只能在进线段以外出现。架设避雷线的这段进线称为变电所进线保护段

1、未沿全线架设避雷线的进线段保护1）阀型避雷器的作用：保护全所设备 2）避雷线作用：避雷线保护角很小，在进线段内不发生绕击，雷击于进线段以

外的导线上时，导线自身电阻将消耗入侵波能量，来限制入侵波幅值。3）管型避雷器1：限流

4）管型避雷器2：保护开关二、全线架设避雷线的变电所进线段保护 三、35kV小容量变电所的简化进线保护

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