配电网防雷保护.ppt

长沙理工大学电气与信息工程学院,配电网防雷保护,第一节 雷电对配电网的作用及危害,一、雷电及其放电过程 雷电是一种恐怖而又壮观的自然现象，这不仅在于它那划破长空的耀目闪电和令人震耳欲聋的雷鸣，重要的是它给人类生活带来巨大的影响。且不说雷电促成有机物质的合成可能在地球生命起源中占有一定的地位，以及雷电引起的森林火灾可能启发了远古人类对火的发现和利用；仅在现代生活中，雷电威胁人类的生命安全，常使航空、通讯、电力、建筑等许多部门遭受破坏，就一直引起人们对于雷电活动及其防护问题的关注。雷电放电是一种气体放电现象，由其引起的过电压，叫做大气过电压。它可以分为直击雷过电压和感应雷过电压两种基本形式。雷电放电是由于带电荷的雷云引起的。雷云带电原因的解释很多，但还没有获得比较满意的一致的认识。一般认为雷云,是在有利的大气和大地条件下，由强大的潮湿的热气流不断上升，进入稀薄的大气层冷凝的结果。强烈的上升气流穿过云层，水滴被撞分裂带电。轻微的水沫带负电，被风吹得较高，形成一些局部带正电的区域。雷云的底部大多数是带负电，它在地面上会感应出大量的正电荷。这样，在带有大量不同极性或不同数量电荷的雷云之间，或者雷云和大地之间形成了强大的电场，其电位差可达数兆伏甚至数十兆伏。随着雷云的发展和运动，一旦空间电场强度超过了大气游离放电的临界电场强度（大气中约30kV/cm，有水滴存在时约10kV/cm）时，就会发生云间或对大地的火花放电；放出几十乃至几百安的电流；产生强烈的光和热（放电通道温度高达15000 oC至20000 oC），使空气急剧膨胀振动，发生霹雳轰鸣。这就是闪电伴随雷鸣，叫做雷电之故。大多数雷电发生在雷云之间，它对地面没有什么直接影响。雷云对大地的放电虽然只占少数，但是一旦发生就有可能带来严重的危险。这正是我们主要关心的问题。,实测表明，对地放电的雷云绝大多数带负电荷，根据放电雷云的极性来定义，此时雷电流的极性也为负电荷。雷云中的负电荷逐渐积聚，同时在附近地面上感应出正电荷。当雷云与大地之间局部电场强度超过大气游离临界场强时，就开始有局部放电通道自雷云边缘向大地发展。这一放电阶段称为先导放电。先导放电通道具有导电性，因此雷云中的负电荷沿通道分布，并继续向地面延伸，地面上的感应正电荷也逐渐增多，先导通道发展临近地面时，由于局部空间电场强度的增加，常在地面突起处出现正电荷的先导放电向天空发展，称为迎面先导。当先导通道到达地面或者与迎面先导相遇以后，就在通道端部因大气强烈游离而产生高密度的等离子区，此区域自下而上迅速传播，形成一条高导电率的等离子通道，使先导通道以及雷云中的负电荷与大地的正电荷迅速中和，这就是主放电过程。与先导放电和主放电对应的电流变化同时表示时，先导放电发展的平均速度较低，约1.5105m/s，表现出的电流不大,，,约为数百安。由于主放电的发展速度很高，约为21071.5108m/s，所以出现甚强的脉冲电流，可达几十乃至二、三百千安。以上描述的是雷云负电荷向下对地放电的基本过程，可称为下行负闪电。在地面高耸的突起处（如尖塔或山顶），也可能出现从地面开始的上行正先导向云中的负电荷区域发展的放电，称为上行负闪电。与上面的情况类似，带正电荷的雷云对地放电，也可能是下行正闪电，或上行正闪电。雷电观测表明，先导放电不是一次贯通全部空间，而是间歇性的脉冲发展过程，称为分级先导。每次间隙时间大约几十微秒。而且，人们眼睛观察到的一次闪电，实际上往往包含多次先导-主放电的重复过程，一般为23次，最多可达40多次。发生多重雷电放电的原因可作如下解释。雷云是一块大介质，电荷在其内部不容易运动。因此如前所述，在雷云积聚电荷的过程中，就可能形成若干个密度较高的电荷中心。第一次,先导-主放电冲击，主要是泄放第一个电荷中心及其已传播到先导通道中的负电荷。这时第一次冲击放电过程虽已结束，但是雷云内两个电荷中心之间的流注放电已开始，由于主放电通道仍然保持着高于周围大气的导电率，由第二个及多个电荷中心发展起来的先导-主放电以更快的速度沿着先前的放电通道发展，这就出现了多次重复的冲击放电。实际观测表明，第二次及以后的冲击放电的先导阶段发展时间较短，没有分叉。观测还表明，第一次冲击放电的电流幅值最高，第二次及以后的电流幅值都比较低，但对GIS变电站的运行可能造成一定程度的危险；而且它们增加了雷云放电的总持续时间，对电力系统的运行同样会带来不利的影响。带有大量电荷的雷云（实测表明多为负极性），在其周围的电场强度达到使空气绝缘破坏的程度（约2530kV/cm），空气开始游离，形成导电性的通道，通道从云中带电中心向地面发展。在先导通道发展的初级阶段，其方向受偶然的因素影响而不定。但当距离地面达某一高度时,，,先导通道的头部至地面某一感应电荷的电场强度超过了其它方向，先导通道大致沿其头部至感应电荷的集中点的方向连续发展，至此放电发展才有方向。如果配电网中的线路或设备遭受雷击时，将通过很大的电流，产生的过电压称为直击雷过电压。带有负电荷的雷云接近输电线路时，强大的电场在导线上产生静电感应。由于带有负电荷雷云的存在，束缚着导线上的正电荷。当雷云对导线附近地面物体放电后，雷云电荷被中和而失去对导线上电荷的束缚作用，电荷便向导线两侧流动，由此而产生的过电压称为感应过电压。其能量很大，对供电设备的危害也很大。配电网纵横交错，绵延万里，呈网状分布，很容易遭受雷击，引起停电事故，给国民经济和人们生活带来严重的损失。统计资料表明，雷害是造成高压输电线路停电事故的主要原因。为了确保电力系统安全运行，采取防雷保护措施，做好配电网的防雷工作是相当必要的。,二、雷电参数 雷电参数是雷电过电压计算和防雷设计的基础，参数变化，计算结果随之而变。目前采用的参数是建立在现有雷电观测数据的基础上的，这些参数是：（1）雷暴日、雷电小时及地面落雷密度 为了评价某地区雷电活动的强度，常用该地区多年统计所得到的平均出现雷暴日或雷电小时来估计。在每一天内(或一小时内)只要听到雷声就算一个雷暴日(或雷电小时)。据统计，每一雷暴日大致折合为三个雷暴小时。雷暴日的分布与地理位置有关。一般热而潮的地区比冷而干燥的地区多，陆地比海洋多，山区比平原多。就全球而言，雷电最频繁的地区在赤道附近，雷暴日数平均约为100150日，最多者达300日以上。我国年平均雷暴日分布，西北少于25日，长江以北2540日，长江以南4080日，南方大于80日。我国规程规定，等于或少于15日雷暴日的地区称为少雷区，40雷暴日以上的称为多雷区，超过90日的地区为特殊强雷区。在防雷设计中，应根据雷暴日分布因地制宜。,雷暴日和雷电小时的统计中，并没有区分雷云之间的放电与雷云之间对地的放电。只有落地雷才可能产生对电力系统造成危害的过电压，因此需要引入地面落雷密度这个参数，它表示每一雷暴日每平方公里地面受到的平均落雷次数，记为r。根据世界各国及我国的实测结果，有关规程建议取r=0.07，但在雷云经常经过的峡谷，易形成雷云的向阳或迎风的山坡，土壤电阻率突变地带的低电阻率地区的r值比一般地区大很多，在选厂选线时应注意调查易击区，以便躲开或加强防护措施。（2）雷电流幅值、波前时间、波长及陡度 雷电流幅值是表示雷电强度的指标，也是产生雷电过电压的根源，所以是最重要的雷电参数。雷击任一物体时，流过它的电流值与其波阻抗有关，波阻抗愈小，电流值愈大。流过被击物的电流定义为“雷电流”。实际上，波阻抗是不为零的，因而规程规定，雷电流是指雷击于低接地电阻物体时，流过雷击点的电流。它显然近似等于传播下来的电流入射波的2倍。,雷电流的幅值是根据实测数据整理的结果，我国目前在一般的区域使用的雷电流幅值超过I的概率曲线，它也可用经验公式表示 在平均雷暴日数只有20或更小的部分地区，雷电流幅值也较小，可用下式表示 据统计，雷电流的波前时间多在14s内，平均为2.6s左右，波长在20100s内。我国规定在防雷设计中采用2.6/40s的波形，波长对防雷计算结果几乎无影响，为简化计算，一般可视波长为无限长。雷电流的幅值和波前时间决定其上升的陡度电流时间的变化率。雷电流的陡度对过电压有直接的影响，也是一个常用重要参数，雷电流波前的平均陡度,（71）,（72）,（73）,（3）雷电流极性及波形 国内外实测结果表明，75%90%的雷电流是负极性，加之负极性的冲击过电压波沿线路传播衰减，因此电气设备的防雷保护中一般按负极性进行分析研究。在电力系统的防雷保护计算中，要求将雷电流波形用公式描述，以便处理，经过简化和典型化可得以下三种常用的计算波形，如图71所示。,图71 雷电流的等值波形（I表幅值）（a）标准冲击波形；（b）等值斜角波前；（c）等值半余弦波前,图71（a）是标准波形，它是由双指数公式所表示的波形 这种表示是与实际雷电流波形最为接近的等值波形，但比较繁琐。当被击物体的阻抗只是电阻R时，作用在R上的电压波形u和电流波形i是相同的。双指数波形也取作冲击绝缘强度试验电压的波形，对它定出标准波前和波长为1.2/50s。图71（b）为斜角平顶波，其陡度可由给定的雷电流幅值I和波前时间定。斜角波的数学表达式最简单，便于分析与雷电流波前有关的波长，并且斜角平顶波用于分析发生在10s以内的各种波过程，有很好的等值性。图71（c）为等值半余弦波，雷电流波形的波前部分，接近半余弦波，可用下式表达,（74）,（75）,这种波形多用于分析雷电流波前的作用，因为用余弦函数波前计算雷电流通过电感支路所引起压降比较方便。还有在设计特高杆塔时，采用此种表示将使计算更加接近于实际。（4）雷电波阻抗(Z0)雷电通道在主放电时如同导体，使雷电流在其中流动同普通分布参数导线一样，具有某一等值波阻抗，称为雷电波阻抗(Z0)。也就是说，主放电过程可视为一个电流波阻抗Z0的雷电投射到雷击点A的波过程。若设这个电流入射波为I0，则对应的电压入射波u0=I0Z0。根据理论研究和实测分析，我国有关规程建议Z0取300左右。三、雷电对配电网的作用 3.1 感应过电压的影响及计算 雷云较低部分和先导中的电荷在地面上，并在与地面相连的导电物体上感应出相反的极性的电荷，这里说的是与地,相连不仅指直接接地的导线（即架空地线）和杆塔，也包括通过变压器中性点与地联系在一起的相线，后者在静电场缓慢的过程中能保持其地电位。雷云在输电线路附近地区放电时，静电场迅速消失，导线上的束缚电荷被释放。现在导线任一单位长度上的电压等于电荷除以单位长度的电容，这一静止电压可以用两个向导线不同方向传播、幅值只有原幅值一半的行波来代表。在电场迅速消失的瞬间，这两个波互相叠加，大小相等方向相反的电流互相抵消。实际上，电场的迅速消失不可能是瞬时完成的，所以生成波是在每一时间基元段产生的元波之和，因为元波是连续开始其运动的，所以合成的波前变长了，并与电场迅速消失的时间成正比，波幅值则相应减小。三相的感应过电压相等，通常是正极性，它们的波前一般为10s，波幅与雷电流的大小、雷击点的距离、导线的高度、有无屏蔽线有关。因为这种过电压很少超过200kV，在35kV或运行电压更高的输电线路上，由静电感应导致闪络是不大可能的。,但是，由主放电产生的电磁感应是应该注意的。因为由此产生的电流大体上与各导线相垂直，Chowdhuri和 Gross用基本场论进行过计算并发现，考虑电磁感应之后得到的感应电压比只考虑静电效应得到的可能要高得多，在某些情况下，过电压可能足以使较高电压范围的输电线路的绝缘发生闪络。实际上这种情况是不常见的，可能是由于那些靠线路很近的足以产生如此高的感应过电压的雷闪多半会落到输电线路上。可采用下式来估算同时考虑静电感应与电磁感应过电压值,（76）,上式说明，雷击输电线路附近的地面时，输电线上的感应过电压与雷电流的幅值I、导线的高度h成正比，与雷击点的距离s成反比。当输电线路敷设架空地线时，由于避雷线的屏蔽作用，将使输电线路过电压降低，可由下式估计,雷击杆塔顶部时，若无避雷线，感应过电压之值由下式估算 3.2 雷害事故的原因 610kV配电网无避雷线保护，绝缘水平低，易受直击雷和感应雷的危害。调查发现河南、浙江、广东等地配电网总故障率中雷击跳闸率大于80%，柱上开关、刀闸、避雷器、变压器、套管等设备常遭雷击损坏，甚至有些变电站10kV线路在雷电活动强烈时全部跳闸，极大地影响了供电可靠性和电网安全。配电网雷害事故的原因分析如下：（1）电网一般靠变电站出线侧和配电变压器高压侧的避雷器保护，线路中间缺少避雷线保护而易受雷击，即使这些,（77）,U=ah,（78）,若有避雷线，则,（79）,避雷器动作，较高的雷电过电压也会使线路绝缘子击穿放电。目前610kV电网所用避雷器（包括新型氧化锌或老式碳化硅的、带或不带间隙的）较杂，其额定电压、动作电压及其残压差异较大。而配电网又极易由雷电过电压引发弧光接地过电压（可达315p.u.）和铁磁谐振过电压（可达310 p.u.），经常导致避雷器爆炸。如2003年河南信阳宝石桥变电站10 kV配电网就曾因雷击引发这两种内过电压造成多起配电设备事故；另外，还有些避雷器因质量差而在运行中受潮，或间隙动作后不能可靠熄弧而爆炸，造成电网接地短路事故。（2）电网中避雷器接地存在较多问题：1)受场所限制，相当多的（如广东某县供电局统计约30%）配电型避雷器接地电阻超标（达上百欧）；2)接地引下线损坏。引下线有些用带绝缘外皮的铅线，内部折断不易发现，两边连接头易锈蚀；还有些在埋入土中与接地体连接处产生电化学腐蚀甚至断裂（这在县级供电局配电网中相当严重），使避雷器等防雷设备形同虚设，如河南某变电站多次发生雷害事故即是该所母线避雷器与地网腐蚀断裂所致,。,（3）柱上开关和刀闸处有些未装避雷器保护或仅装在开关一侧，开关或刀闸断开的线路遭雷击时，雷电压将不沿线路传播，而是在断开处经全反射后升高1倍，危害开关或刀闸的绝缘甚至击穿。如信阳电业局110 kV罗山变电站一35kV备用线路曾遭受雷击，雷电波在35kV备用开关断口处全反射，35kV油开关爆炸，刀闸对地击穿。10kV柱上开关常被雷击坏的原因也大都如此。（4）为节约线路走廊用地和投资，常用多回路同杆架设。而一旦雷击线路，绝缘子对地闪络并产生较大工频续流，则持续的接地电弧会波及同杆架设的其它回路而同时接地短路。如广东某铝箔厂每年都发生10 kV同杆4回线路因雷击同时跳闸甚至倒杆断线的事故。（5）目前大多数配电变压器的防雷保护是只在变压器高压侧装一组避雷器而低压侧不装。这在北方少雷区可行，但在南方多雷区和山区，配变常遭雷击损坏（这主要由逆变换、正变换过电压所致），造成线路接地短路并跳闸。某县供电局曾在1年内被雷击坏30多台10kV配变。,（6）电网直接向用户供电，用户多无备用电源，线路和防雷设备长期无法正常检修维护，绝缘弱点不能及时消除，耐雷水平下降，雷击跳闸率上升。（7）雷电过电压造成的闪络多具瞬时性，绝缘子闪络后一般都能自行恢复绝缘，自动重合闸是减少雷害事故、保证供电可靠性的主要手段。但种种原因使610 kV电网自动重合闸投运率不高，这也是中压电网雷害事故偏高的主要原因。3.3 配电网防雷措施的完善 针对上述配电网雷害事故发生的原因，可以采取以下的措施对配电网的防雷进行完善：（1）完善配电网中避雷器的保护。用保护性能好的氧化锌避雷器替代碳化硅避雷器，淘汰额定电压和荷电率偏低的碳化硅避雷器；柱上开关和刀闸两侧装避雷器保护；35 kV进线终端杆加线路避雷器保护，线路备用时可防沿线侵入的雷电波开路反射击坏开关设备，正常运行时可限制沿线侵入变电站的雷电波；配电变压器高、低压侧同时装合适的避雷器,进行保护，防止正变换、逆变换过电压损坏配变；加强避雷器的运行维护和试验，防止因避雷器自身故障而造成电网接地短路。在雷电活动频繁地区或易遭雷击的线路杆塔加装线路避雷针进行保护，线路杆塔的塔顶用钢管焊接钢绞线制作简易的杆顶避雷针即有效。（2）改善配电网杆塔和防雷装置的接地。35 kV进线段有架空地线杆塔的接地电阻应不大于10，终端杆接地电阻应不大于4；避雷器和配电变压器的接地电阻应不大于10，避雷器和重要变压器的接地电阻应不大于4；避雷器等防雷设备的接地引下线要用圆钢或扁钢，应防止连接处锈蚀和地下部分锈蚀开路。（3）电容电流10A的电网安装自动跟踪补偿消弧装置，可有效降低线路建弧率，提高供电可靠性。雷电过电压虽幅值很高，但作用时间很短，绝缘子的热破坏多由雷电流过后的工频续流即电网的电容电流引起。而某些型号的自动跟踪补偿消弧装置能把补偿后的残流控制在5A以下，为雷电流过后的,可靠熄弧创造条件。如广东某铝箔厂四路电源2000年加装ZXB系列自动跟踪补偿消弧装置后，彻底解决其频遭雷害的问题，还有效防止了弧光接地过电压和铁磁谐振过电压。（4）提高自动重合闸的投运率，加强中压电网的运行维护，及时排除绝缘缺陷，提高电网耐雷水平，以减少雷击跳闸率，保证电网安全。中性点非有效接地的635kV的配电系统中雷害事故往往伴随产生一些内过电压。因而配电网防雷是系统工程，只有全方位采取综合治理措施，才能有效防止雷害故障，从而提高电网安全运行水平。第二节 配电线路的防雷保护 一、防止雷直击线路 配电线路绝缘水平低，即便装避雷线也极易反击，防止直击雷的作用不大。所以，一般线路都不装避雷线，对个别或局部易受雷击地段和杆塔，可采用独立避雷针或避雷器保护，或将架空线路改为电缆线路。,独立避雷针可防止线路遭受直击雷，但避雷针的引雷作用，增大了感应雷过电压使线路闪络的概率。二、减少雷击后冲击闪络的概率 加强线路绝缘是减小冲击闪络、提高耐雷水平的有效措施。按我国有关规定，310kV钢筋混凝土杆配电线路，一般采用瓷横担；若是铁横担，宜采用高一级绝缘水平的绝缘子。如10kV线路，可用P-15型绝缘子，其冲击绝缘水平比P-10型高30%以上。在我国南方地区，雨量多，混凝土杆用瓷横担，其冲击绝缘水平可与木横担线路媲美，但机械强度稍差，导线型号大于 A-70及档距大于100m时不宜采用。瓷横担宜用于以农业供电为主的线路，城镇居民区尽量不用瓷横担。在个别乡镇和林区，因地制宜，也可采用木横担提高线路冲击绝缘水平。对污秽地区，为了防止工频污闪，需增大绝缘子爬距，可将线路绝缘再提高一级，如10kV线路用P-20型绝缘子。从而使线路冲击绝缘水平也随之提高了。,当线路采用不同型号绝缘子组合相导线绝缘时，则要考虑绝缘本身的容量不等对组合绝缘冲击耐受电压的影响。线路绝缘水平的提高，也将明显地减小感应雷过电压造成线路闪络概率。从限制感应雷过电压考虑，若空旷地区架空配电线路设置接地避雷线，将会收到一定的效果。避雷线的接地电阻不作严格要求，只要取得低电位，能起屏蔽作用就可以了，这点与防护直击雷是不同的。另外，直击雷的波头甚短，避雷器或保护间隙的保护范围不大，而感应雷过电压波头较长，在线路适当间隔内装置避雷器或火花间隙，也许能限制感应雷过电压。这些方面目前缺乏运行经验，尚待进一步探讨。三、减小建立相间稳定工频电弧的概率 采用瓷横担、木横担增大绝缘距离，减小相间闪络弧道上的平均工频电场强度E值，可有效地降低由冲击电弧转变为工频稳定电弧的概率。若使E6kV/m，则基本上不会建立工频稳定电弧。,采用不平衡绝缘是减小相间闪络的另一有效措施。对三角排列的导线，一般顶相采用弱绝缘，两边相采用强绝缘。例如顶相用P-10型针式绝缘子，两边相用悬式X-4.5型绝缘子，或用瓷横担DC-230/250，并注意杆塔接地。当顶相受雷击闪络接地后，系统仍可继续运行。此时顶相导线起到耦合地线的作用，降低了两边相绝缘上承受的电压，减小相间闪络的概率。个别地区运行经验表明，不平衡绝缘可使线路跳闸率降至三相平衡正常绝缘线路的1/5。不平衡绝缘也可只用于易击段或配电变压器前级基杆上，其它杆塔仍可加强绝缘。不过，边相绝缘不宜用P-15替代P-10，因它们的冲击耐受电压都低，替代后作用不大。电网中性点经消弧线圈接地，是消除单相接地电弧的有效措施。雷击闪络大多数是从单相发展为相间的。所以，正确整定消弧线圈的运行，可明显减小相间闪络建立工频电弧的概率。,四、避免中断供电 在各条线路上装设自动重合闸装置是减少供电中断的重要技术措施。我国35kV及以下线路重合闸成功率达60%80%。对重要线路，条件许可时，可采用二次自动重合闸。对多支线配电线路，可在支线上装一次重合保险器，以利缩小故障范围，提高供电可靠性。采用环网供电或不同杆的双回路供电，是避免不中断供电的另一有效措施。配电网中雷击引起的导线断线时有发生，给用户造成了长时间停电，甚至造成人、畜触电伤亡事故。产生断线的主要原因是线路继电保护整定不当，断路器跳闸时间过长及冲击闪络后工频短路电流过大，致使工频电弧烧断导线。正常不断股的架空导线，雷电流是烧不断的。据某地区在一年内发生56次断线事故分析，其中有46次断线的过电流保护动作时间为1s，占全部断线次数的82%；有10次断线的过电流保护为0.5s，只占全部断线次数的18%。,同年，又对32次配电线路跳闸而未造成断线事故的情况作了分析，其中25次是线路过流保护动作时间为0.5s，占78%；7次是过电流保护动作时间为1s，占22%。此实例说明，断路器跳闸时间愈短，发生断线的可能性愈小；反之，则迅速增大。但系统中继电保护整定时间是逐级配合的，减少配电线路动作时间会遇到困难。因此，要综合考虑，尽量缩短切除故障的时间。另外，慎重选择配电线路导线截面也是十分重要的。运行经验表明，断线事故中约占90%是在铝导线截面积为25mm2及以下时发生的。所以，最小线号易为A-25。对某些特殊的配电网，在防雷上有其特殊的要求。如油田配电网，它处于空旷野地，地下金属管道纵横交错，易形成雷闪易击区。油田配电网的主要负荷是油井电机及注水电机，要求供电性能可靠性很高，即使雷击跳闸后1s而自动重合闸成功，也会打乱油井的正常生产秩序。因此，油田配电网要千方百计使其不间断供电。,架空线路交叉处的防雷，也是配电网中需注意的问题。若在不同电压等级架空线交叉处发生闪络，将给较低电压等级的配电线路带来严重危害。为了安全运行，线路交叉档两端因覆冰、过载温升、短路电流过热而增大弧垂的影响。线路交叉处空气间隙的冲击绝缘强度不低于两侧杆塔上导线对地绝缘的冲击强度。同级电压线路相互交叉处或与较低电压线路、通信线路交叉时，两交叉线路导线间的垂直距离S，在导线温度为400C时，不得小于表71所列数值。当S大于表中“无保护措施”一栏中的数值时，交叉档不需任何保护措施，也不会发生两条线路间的雷击放电；若不满足无保护的S值，则需在交叉档两端杆塔采取措施，并使S值满足表71中“有保护措施”一栏中的数值。表71 线路交叉时的交叉距离,交叉档两端的保护措施有：（1）交叉档两端的钢筋混凝土杆塔或铁塔（上、下方线路共4基）不论有无避雷线，均应接地；（2）3kV及以上电力线路交叉档两端为木杆或木横担钢筋混凝土杆且无避雷线时，应装设管式避雷器或保护间隙；（3）与3kV及以上电路线路交叉的低压线、通信线、交叉档两端为木杆时，应装设保护间隙。以上杆塔、管式避雷器和保护间隙的接地电阻应尽量小，要满足有关规程规定的线路杆塔接地电阻值。根据土壤电阻率大小不同，接地电阻要在1030以下。当交叉点至最近杆塔的距离不大于40m时，可不在线路交叉档的另一杆塔上装交叉保护用的接地装置、管式避雷器或保护间隙。门型木质电杆上的保护间隙，可由横担与沿杆身的接地引下线构成，如图72所示。单木杆针式绝缘子的保护间隙，可在距绝缘子固定点750mm处，作一线环绑扎在杆身上（用卡钉钉住），再用引下线引下接地，如图73所示。,上述保护措施是以具有较大陡度和幅值的雷电流直击于线路交叉处为条件的。被击导线上电压随雷电流波头上升而增大，直到最近的杆塔的负反射波返回雷击处为止，不再增大。再假设交叉处另一线路导线仍保持零电位，是以被击线路上的雷电压完全作用在S距离的空气间隙上为条件的。在实际当中并非如此，所以，某些情况下，可参考类似线路的运行经验，适当降低交叉跨越线路防雷保护要求。配电线路的高杆大跨越档，要增强绝缘，装设避雷器或保护间隙，杆塔接地电阻应满足规程要求。新建35kV线路宜在跨越档架设避雷线。采用木杆或木横担的大跨越，其避雷线两端杆塔应装避雷器或保护间隙。,图72 门型木杆上的保护间隙 图73 单木杆上的保护间隙,第三节 配电所的防雷保护 配电所是电力系统的枢纽，担负着电网的供变电重要任务，一旦遭受雷击损坏，影响严重，因此要求有可靠的防雷措施。配电所的雷害来源有二：一是雷直击变电站，二是沿线路传过来过电压波。每个配电所每年落雷次数可按下式计算,（710）,式中，T每年雷暴日数；a、b、h分别为变电站的长、宽、高，m；K选择性雷击系数（在一般地区K=1；在选择性雷击区，如有水的山谷、土壤电阻率突变处的低处、矿区等，K可大到10左右）。配电所防直击雷用避雷针（线），装针（线）后只有绕击、反击或感应时会发生事故。每年每百个配电所的绕击事故约为0.3次，反击事故也约为0.3次。35kV及更低电压的一侧的感应过电压事故每年每百个配电所约为1次。沿线路侵入雷电波造成的配电所事故，在采取合理保护后，每年每百个配电所可控制在0.50.67次。,一、配电所直击雷保护 主要讨论配电所安装避雷针（线）的注意事项，由于发电厂与配电所在防直击雷方面有很多共同点，所以也一并讨论。发电厂、配电所的屋外配电装置，较高建（构）筑物以及易燃易爆对象，都应加直击雷保护。独立避雷针（线）与被保护物之间应有一定距离，以免雷击避雷针（线）时造成反击。如图74。,图74 独立避雷针,在雷击避雷针时，避雷针上离被保护物最近的A点的电位为,（710）,式中，L为从A到地面这段避雷针的电感；取雷电流i的幅值为150kA，波头为斜角坡，波头长2.6s。即,=,避雷针的电感取为1.3h（H）（h是A点高度，m），于是,（kV）,（711）,上式右侧前一项存在时间较长（波尾），后一项存在时间较短（波头）。对前项，空气的耐压约为500kV/m；对后者空气的耐压约为750kV/m。于是可求出不发生反击的空气距离Sk为,（712）,独立避雷针的接地装置与被保护物的接地装置之间在土中也应保持一定距离Sd（如图74所示），以免击穿，Sd应为 在一般情况下，Sk不应小于5m，Sd不应小于3m。有时由于布置上的困难，Sd无法保证，此时可将两个接地装置相连。但为避免设备反击，该连接点到35kV及以下设备的接地线入地点，沿接地体的地中距离应大于15m。因冲击波沿地中埋线流动15m后，在时，幅值可衰减到原来的20%左右，一般不会引起事故。对于60kV级以上的配电装置，由于绝缘较强，不易反击，一般可将避雷针（线）装设在架构上。装于架构上的避雷针利用配电所的主接地网接地，但应根据土质，在附近加设35根垂直接地体或水平接地带。由于主变压器的绝缘较弱而且设备重要，所以在变压器的门形架上不应安装避雷针。其它构架避雷针的接地引下线入地点到变压器接地线入地点，沿接地体的地中距离应大于15m。,（713）,在安装避雷针（线）时还应注意：（1）独立避雷针应距道路3m以上，否则应铺碎石或沥青路面（厚58cm），以保人身不受跨步电压的危害。（2）严禁将架空照明线、电话线、广播线、天线等装在避雷针上或其下的架构上。（3）如在独立针上或在装有针的架构上装有照明灯，这些灯的电源必须用铅皮电缆，或将全部导线装在金属管内，并应将电缆或金属管直接埋入地中长度10m以上，才允许与35kV及以下配电装置的接地网相连，或者与屋内低压配电装置相连。机力通风冷却塔上电动机的电源线也照此办理，烟囱下引风机的电源线也应如此办理。（4）发电厂主厂房上一般不装设避雷针，以免发生感应或反击使继电保护误动作或造成绝缘损坏。由于避雷线有两端分流的特点，所以对线路终端上的避雷线能否与配电所构架相连，规定比避雷针放宽一些。110kV及以下电压时，允许相连（但 时应加装35根接地体）；3560kV时，只有 在不大于500 的情况下才允许相连，但需加装35根接地体，终端塔上则允许装设避雷针以保护最后一档线路。,二、配电所侵入波过电压 雷直击线路的几率远比雷直击配电所的几率大，所以沿线路入侵配电所的雷过电压行波是很常见的。因线路的绝缘水平要比变压器（或其它设备）的冲击试验电压高得多，所以配电所侵入波的保护十分重要。配电所所有的电气设备绝缘都应当受到阀型避雷器的可靠保护，为了避免阀型避雷器和被保护设备伏秒特性相互接近或交叉，而使被保护设备绝缘击穿，必须使二者的平均伏秒特性相差15%20%，这样才能起到较好的保护作用。但是阀型避雷器应尽量靠近被保护设备，尤其是在终端配电所。阀型避雷器最好与变压器直接并联在一起，否则会由于波的反射而使阀型避雷器起不到应有的保护作用，后果将是十分严重的。根据理论计算，阀型避雷器离开变压器的最大允许电气距离可用下式求出,（714）,式中，,变压器绝缘的23,时的击穿强度；,预放电时间为 时避雷器的冲击放电电压；侵入配电所雷电波的陡度。由式（714）可见，侵入配电所雷电波的陡度越大，则其最大允许距离就越小。雷电波的陡度（kV/m），可以由进线保护段的长度来决定，如表72所示。雷电波的幅值可取到主变压器和电压互感器之间的最大允许距离可按图75选择。对一般配电所来说，这样选择尚有一定安全裕度。由于其它电气设备的冲击强度比变压器高，阀型避雷器至其它电气设备之间的距离允许再增加35%。,表72 侵入变电站雷电波波头值与进线保护段长度的关系,对两路及以上进线的配电所，一路来波可以从另外几路分流出一部分，因此进线数超过两路时，阀型避雷器到被保护设备之间的允许电气距离可较图75的数值相应增大，三路进线的配电所所允许的距离比两路进线的增大20%，四路进线的可增加35%。,图75 35330kV变电站避雷器到变压器之间的最大允许距离曲线（a）一路进线的变电站；（b）两路进线的变电站,对于电气接线比较特殊的配电所，可以通过计算或模拟试验来核定允许的电气距离。模拟试验通常在防雷分析仪上进行。配电所的防雷性能通常用危险波曲线来说明。在防雷分析仪上，危险波曲线可以通过下述方法获得。在某一运行方式下，固定入侵的幅值，改变其陡度直到配电所某一设备的电压为止。记下这一侵入波的幅值与陡度作为危险波曲线上的一点。然后改变侵入波幅值，重复上述实验，可得出图76曲线。若侵入波的参数处在曲线右上方，则配电所将发生危险；反之，若侵入波的参数处在曲线左下方，则配电所将不会发生,危险。由此即可判明在线路上临近配电所有多长的线段上（进线）发生绕击或反击时会使配电所发生危险，从而可算出配电所的耐雷指标，必要时可采取措施加强进线段的保护以提高配电所的耐雷指标。,图76 变电站的危险波曲线,三、配电所的进线保护,配电所的全部保护措施，可根据送电线路、被保护的高压设备及结构方式等具体条件确定。对35110kV无避雷线的线路，为了保护配电所的安全，应在配电所的进线段12km长度内加装避雷线，其保护角一般小于20o，这样在这一段雷绕击或反击于导线的机会就会大大减少。图77是进线段的保护方式。在进线以外落雷时，由于进线段导线的阻抗，使避雷器电流IBL受到限制，而且沿导线的来波陡度 也将由于冲击电晕作用而大为降低。此外，导线及大地的电阻对波的衰减变形也会有一定的影响。对沿全线有避雷线的线路来说，把配电所附近2km长的一段线称进线段。线路其余长度的避雷线是为了防雷用的，而这2km进线段的避雷线除为了线路防雷，还担负着避免或减少配电所雷电侵入波事故的作用。有些配电所的进线保护段是较老的线路，从杆塔条件来看架设避雷线有困难，或由于线路经过地区的土壤电阻率较高（），降低接地电阻很不容易，进线保护段所需耐雷水平很难到达要求时，可以考虑在进线保护段的终端杆上安装一组电抗线圈来代替进线保护段，如图78所示。,图77 35110kV无避雷线线路的进线保护,图78 用电抗线圈代替变电站进线段的接线,长期的运行经验证明，电抗线圈对电力设备的防雷保护作用是很显著的，不论是保护发电机还是变压器都十分有效，所以有些地区把电抗线圈称作“防雷线圈”。,如果配电所的进出线（35330kV）采用电缆，在电缆和架空线路的连接处应装设避雷器保护，其接地必须与电缆的金属外皮相联接。三芯与单芯电缆保护接线不同，图79（a）为三芯电缆保护接线，图79（b）为单芯电缆保护接线。但线路传来雷电波、产生操作过电压或发生短路故障时，电缆金属外皮上感应的高电压可以由电缆一端的接地和另一端接地体或间隙来保护。当电缆长度超过50m或经过验算装设一组避雷器即能满足保护要求时，可只装一组。,图7-9 具有35kV及以上电缆段的变电站进线保护接线（a）三芯电缆保护接线；（b）单芯电缆保护接线,若电缆长度超过50m，且断路器在雷季有时开路运行时，应在电缆末端加装间隙保护。此外，靠近电缆段的1km线路上还应装设避雷线保护。为使电缆头上的避雷器易于放电，条件许可时可在电缆与架空线连接处加装一组电抗线圈，避雷器应装在电抗线圈的外侧。第四节 配电变压器的防雷保护 635kV配电网络，是我们国家的主要配电网络，该网络由于网状的网络结构且电网的绝缘水平较低，最容易发生雷害事故。配电网最为频繁的雷害事故是雷击跳闸和配电设备被雷击坏。配电变压器是向广大用户分配电能、变换电压的主要设备。在配电网中，经常发生的雷害事故就是雷电击坏配电变压器事故。每年都要损坏几百台，其影响范围是很广的，经济损失也很大。,一般配电变压器高压侧应装设氧化锌、阀式避雷器保护，避雷器应尽可能靠近变压器装设，其接地线应与变压器的金属外壳以及低压侧中性点（变压器中性点绝缘时则为中性点的击穿保险器的接地端）连在一起共同接地，如图710所示。之所以要三点连在一起共同接地，是考虑到在雷电波侵袭时，避雷器动作，若避雷器独立接地，则雷电流通过接地电阻的压降可能比避雷器上的残压还大，变压器将承受这两者叠加的过电压作用，危害性大大增加。现将避雷器接地线连至变压器外壳上，则变压器绝缘只承受残压的作用，只是外壳电位大大增加，其值等于通过避雷器雷电流在接地装置上的压降，可能会反击低压绕组。为此，需将低压侧中性点与外壳连接，免除逆闪络。这种共同接地的缺点是避雷器动作时引起的地电位升高，可能危害低压用户的安全，应加强低压用户的防雷措施。在运行中，按上述接法装设避雷器，变压器绝缘和避雷器特性都合格，仍有不少变压器遭受雷击损坏，经分析其原因如下：,（1）雷直击低压线路或低压线有感应雷过电压，低压侧绝缘被损坏；（2）低压侧线路落雷时，由于没有避雷器的保护，雷电波沿线直接侵入低压绕组，经其中性点接地体入地，雷电流IL在接地电阻上产生压降U=RIL，使低压侧中性点电位偏移。此压降一方面叠加在低压绕组相电压上，另一方面通过铁芯按电磁感应定律以变比的倍数升高到高压侧，与高压绕组相电压叠加，使高压绕组出现危险过电压，这种引起高压侧中性点过电压的现象叫“正变换”过电压。此电压的大小与进波电压的幅值、变比成正比，与接地电阻的大小成反比。根据雷电侵入波幅值的大小，高压绕组中性点附近电位约高于额定值的十几倍，导致变压器高压绕组绝缘击穿。（3）保护变压器的避雷器安装在高压侧，与低压侧中性线变压器金属外壳连接在一起，同用一个接地体接地。雷直击高压线路或高压线遭受感应雷，高压侧避雷器动作，雷电流I通过避雷器和接地装置散入大地，使接地体呈现电压U=IRch（Rch为接地体的冲击接地电阻）。由于配电变压器低压侧绕组中性点,图710 配电变压器的保护接线,与外壳相连，所以此U值就作用在低压侧绕组及与其相连接的线路上，又因为低压线圈波阻比低压线路波阻大得多，U的绝大部分都加在低压绕组上，由于配电变压器低压侧没有避雷器保护，通过高、低压线圈的电磁耦合作用，将按配电变压器变比比例在高压线圈上产生一个很高的过电压（称为反变换过程），使高压线圈绝缘损坏，这种引起高压侧中性点过电压的现象叫“反变换”过电压。此逆变换过电压幅值取决于进波电流幅值、波长、接地电阻及变压器变比等因素。此电压可达到额定值十几倍，大大超过了变压器绝缘的耐压值，导致变压器中性点附近的绝缘击穿。由上可知，限制低压绕组两端的过电压值，不仅能保护低压绕组，而且无论发生正变换或反变换过程，都能保护