输电线路的雷电保护ppt课件.ppt
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1、Chapter 3 输电线路的防雷保护,西安交通大学高压教研室,-2-,Ch.3 输电线路的防雷保护,1. 输电线路防雷的原则和措施2. 线路感应雷过电压3. 输电线路的直击雷过电压4. 输电线路雷击跳闸率的计算,-3-,1. 输电线路防雷的原则和措施,输电线路防雷的意义输电线路遭受雷击的机会较多 输电线路是电力系统的大动脉,它将巨大的电能输送到四面八方。漫长的输电线路穿过平原、山区,跨越江河湖泊,遇到的地理条件和气象条件各不相同,所以遭受雷击的机会较多。输电线路遭受雷击的危害 输电线路遭受雷击造成跳闸,影响电力系统的正常供电,增加线路及开关设备的维修工作量。我国由于雷击造成的跳闸大约占407
2、0。由于输电线路上落雷,雷电波还会沿线路侵入变电所。而在电力系统中,线路的绝缘最强,变电所次之,发电机最弱,往往会引起设备绝缘损坏,影响安全供电。,做好输电线路的防雷工作,不仅可以提高输电线路本身的供电可靠性,而且还可以使变电所安全运行。,-4-,1. 输电线路防雷的原则和措施,架空线路遭受雷击的可能性雷击线路附近地面雷击塔顶及塔顶附近避雷线雷击档距中央的避雷线雷击导线,输电线路防雷的任务是:采用技术上与经济上的合理措施,使系统雷害降低到运行部门能够接受的程度,保证系统安全可靠运行。,感应雷过电压,直击雷过电压,-5-,1. 输电线路防雷的原则和措施,输电线路防雷的四道防线防止雷直击导线沿线架
3、设避雷线,有时还要装设避雷针与其配合;在某些情况下改用电缆线路,使输电线路免受直接雷击。防止雷击塔顶或避雷线后引起绝缘闪络雷击塔顶或避雷线时,使塔顶电位升高,这样,原来被认为是接地的杆塔,现在却具有高电位,因而有可能对导线放电,使过电压加到导线上,这种现象称为反击或逆闪络。雷击线路不致引起绝缘闪络的最大雷电流幅值(kA),称为线路的耐雷水平。,-6-,1. 输电线路防雷的原则和措施,输电线路防雷的四道防线防止雷击塔顶或避雷线后引起绝缘闪络耐雷水平雷击线路不致引起绝缘闪络的最大雷电流幅值(kA),称为线路的耐雷水平。提高线路耐雷水平的措施降低杆塔的接地电阻,增大耦合系数,适当加强线路绝缘,在个别
4、杆塔上采用线路避雷器等。线路避雷器连接于横担和导线之间(亦即与线路绝缘子并联)的避雷器,当雷击塔顶或塔顶附近的避雷线时,塔顶电位升高,避雷器动作,其残压低于绝缘子串的放电电压,故避免了绝缘子串冲击闪络和随之而来的工频电弧。,-7-,输电线路防雷的四道防线防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧建弧率输电线路在遭受雷击引起冲击闪络后,闪络转化为稳定工频电弧的概率。由冲击闪络转化为稳定工频电弧的概率虽与电源容量及去游离条件等因素有关,但主要的影响因素是作用于电弧路径的平均电位梯度。,1. 输电线路防雷的原则和措施,-8-,输电线路防雷的四道防线防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧建弧率,E:绝缘子串的平均
5、工作电压梯度(r.m.s),kV/m。,对中性点有效接地的电网,对中性点非有效接地的电网,式中Ue:额定电压;lj:绝缘子串长度;lm:线路的线间距离(对铁横担和钢筋混凝土横担线路,lm = 0),1. 输电线路防雷的原则和措施,-9-,输电线路防雷的四道防线防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧减小建弧率的措施:适当增加绝缘子片数,减小绝缘子串上的工频电场强度;电网中采用不接地或者经消弧线圈接地方式,防止建立稳定的工频电弧 防止线路中断供电可采用自动重合闸,或双回路、环网供电等措施,即使线路跳闸,也能不中断供电。,输电线路防雷的四道防线在应用时应根据具体情况实施,例如线路的电压等级、重要程度、当
6、地雷电活动强弱、已有线路的运行经验等,再由技术与经济比较的结果,作出因地制宜的保护措施。,1. 输电线路防雷的原则和措施,-10-,衡量输电线路防雷性能的指标:耐雷水平雷击跳闸率雷击跳闸率是指折算为统一的条件下,因雷击而引起的线路跳闸的次数。此统一条件规定为每年 40 个雷电日和 l00km 的线路长度,因此雷击跳闸率的单位是:次/ (l00km40雷电日)。,1. 输电线路防雷的原则和措施,-11-,1. 输电线路防雷的原则和措施,小结架设避雷线降低杆塔接地电阻架设耦合地线采用消弧线圈接地方式加强绝缘采用不平衡绝缘方式装设自动重合闸安装线路避雷器,-12-,Ch.3 输电线路的防雷保护,1.
7、 输电线路防雷的原则和措施2. 线路感应雷过电压3. 输电线路的直击雷过电压4. 输电线路雷击跳闸率的计算,-13-,2. 线路感应雷过电压,感应雷过电压静电感应(主要部分)束缚电荷的形成:当雷云接近输电线路上空时,根据静电感应的原理,将在线路上感应出一个与雷云电荷相等但极性相反的电荷,这就是束缚电荷,而与雷云同号的电荷则通过线路的接地中性点逸入大地,对中性点绝缘的线路,此同号电荷将由线路泄漏而逸入大地束缚电荷的释放:如雷云对地(输电线路附近地面)放电,或雷击塔顶但未发生反击(它们之间的差别仅在于后者以杆塔代替部分雷电通道),由于放电速度很快,雷云中的电荷便很快消失,输电线路上的束缚电荷就变成
8、了自由电荷,沿线路向左右传播。磁感应雷电流产生的磁场可在导线中产生电磁感应过电压,不过电磁感应过电压部分比较小。,-14-,2. 线路感应雷过电压,感应雷过电压,束缚电荷的形成和分布,被释放电荷的移动,-15-,2. 线路感应雷过电压,感应雷过电压,a)先导阶段; b)主放电阶段感应雷过电压的形成,感应雷过电压的计算,-16-,无避雷线时的感应雷过电压根据理论分析和实测结果,有关规程建议,当雷击点距输电线路的距离s大于65m时,导线上产生的感应过电压最大值可按下式计算:静电感应,式中I :雷电流幅值,kA;hd:导线悬挂平均高度,m;s:雷击点至线路的距离,m。,2. 线路感应雷过电压,推导,
9、先导通道中电荷密度大,主放电速度高,雷电流幅值I大,静电感应分量大,高度hd大,线路对地电容小,释放相同数量的束缚电荷造成的电压高,距离s小,束缚电荷多,-17-,2. 线路感应雷过电压,无避雷线时的感应雷过电压电磁感应I大,s小均将使导线与大地构成的回路中各部位的磁通密度加大; hd大,该回路面积愈大,这些都会使感应过电压的电磁分量增高。感应过电压的极性与雷电流极性相反,峰值一般最大可达300-400 kV。幅值比较小,故感应过电压一般只对35 kV线路有害,对110 kV及以上的线路,由于绝缘水平较高,一般不会引起闪络事故。,-18-,【例】雷电流I=88 kA,线路悬挂平均高度hd=12
10、 m,雷击点至线路的距离s=65 m,则导线上产生的感应过电压约为:,更近的雷击,则因线路的吸引,而击于线路本身。当雷直击于杆塔或线路附近的避雷线(针)时,周围迅速变化的电磁场将在导线上感应出相反符号的过电压。在无避雷线时,对一般高度的线路,这一感应过电压的最大值可由下式计算:,式中: 感应过电压系数,kV/m,其值等于以kA/s为单位的雷电流平均陡度值,即 = I / 2.6 。,【例】雷电流I=88 kA,线路悬挂平均高度hd=12 m。,2. 线路感应雷过电压,-19-,有避雷线时的感应雷过电压如果线路架设有接地的避雷线,则导线受它的屏蔽作用,感应过电压将会降低。假定避雷线不接地,则导线
11、和避雷线上将分别感应出过电压事实上避雷线接地,相当于避雷线上再叠加了一个电压-Ub,该电压使得避雷线电压为0,并在导线上耦合出故有接地避雷线的情况下,感应过电压变为:,2. 线路感应雷过电压,-20-,有避雷线时的感应雷过电压如果线路架设有接地的避雷线,则导线受它的屏蔽作用,感应过电压将会降低。,由于接地避雷线的屏蔽作用,导线上的感应过电压变为原来的(1-k)倍,因此,耦合系数对有避雷线时的感应过电压有较大的影响。,2. 线路感应雷过电压,-21-,Ch.3 输电线路的防雷保护,1. 输电线路防雷的原则和措施2. 线路感应雷过电压3. 输电线路的直击雷过电压4. 输电线路雷击跳闸率的计算,-2
12、2-,3. 输电线路的直击雷过电压,耐雷水平,各级电压线路应有的耐雷水平,有什么规律?为什么?,?,-23-,3. 输电线路的直击雷过电压,无避雷线时直击雷过电压雷击导线雷击塔顶雷击导线的过电压及耐雷水平,-24-,欲使雷击时,线路绝缘子不发生闪络,必须:,故线路的耐雷水平为:,3. 输电线路的直击雷过电压,无避雷线时直击雷过电压雷击导线的过电压及耐雷水平,各电压等级线路绝缘雷电冲击50%放电电压(kV),-25-,【例】110 kV线路,水泥杆,铁横担,每串绝缘子为7个X-4.5,其正冲击50%放电电压为U50%=100+84.5m,其中m为每串绝缘子个数。求线路的直击雷耐雷水平。,直击雷的
13、耐雷水平很低,故采用避雷线来大大减少雷直击于导线的情况是很重要的措施。,耐雷水平,3. 输电线路的直击雷过电压,无避雷线时直击雷过电压雷击导线的过电压及耐雷水平,-26-,3. 输电线路的直击雷过电压,闪络判据,1绝缘子串两端电压曲线2绝缘子串伏秒特性曲线Uf闪络时绝缘子的电压U50%绝缘子串的50%放电电压,-27-,式中Rch:杆塔的冲击电阻,;Lgt:极塔的等值电感,H。,3. 输电线路的直击雷过电压,无避雷线时直击雷过电压雷击塔顶的过电压及耐雷水平 当雷击线路杆塔顶端时,雷电流I将流经杆塔及其接地电阻Rch流入大地。设杆塔的电感为Lgt ,雷电流为斜角平顶波,且工程计算取波头为2.6s
14、,则 = I / 2.6。根据右图的等值电路可求出塔顶电位为:,-28-,无避雷线时直击雷过电压雷击塔顶的过电压及耐雷水平当雷击塔顶(如绝缘子未闪络,则情况与前述感应雷过电压一样)时,导线上的感应过电压为:感应过电压的极性与塔顶电位的极性相反(假定为负极性雷,则塔顶电位为负,感应过电压为正),因此,作用于绝缘子串上的电压为:,3. 输电线路的直击雷过电压,-29-,无避雷线时直击雷过电压雷击塔顶的过电压及耐雷水平,线路的耐雷水平:,因在负极性雷电的情况下,塔顶电位为负,绝缘子串挂导线端电位为正,故上述公式中的50%冲击电压应为绝缘子串正极性放电电压,它要比U50% 绝缘子串负极性放电电压低一些
15、。,3. 输电线路的直击雷过电压,-30-,3. 输电线路的直击雷过电压,杆塔模型集中电感(杆塔高度小于30米)单波阻抗(杆塔高度大于30米,小于60米)多波阻抗(杆塔高度大于60米),-31-,中性点直接接地系统,中性点非直接接地系统,3. 输电线路的直击雷过电压,无避雷线时直击雷过电压雷击塔顶的过电压及耐雷水平雷击塔顶造成绝缘子闪络,工频电流很小,-32-,无避雷线时直击雷过电压雷击塔顶的过电压及耐雷水平雷击塔顶造成绝缘子闪络的两种情况,第一相对第二相反击的情况,雷击塔顶,第一相绝缘闪络后,可以认为该相导线具有塔顶的电位。由于第一相导线与第二相导线的耦合作用,使两相导线电压差为:,式中Kc
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