1、电力系统防雷保护 2023年4月27日星期四 电力系统过电压产生原因电力系统过电压产生原因 直击雷直击雷 雷电雷电 感应雷感应雷 过电压过电压 操作过电压操作过电压 内部内部 暂时过电压暂时过电压 2023年4月27日星期四 2023年4月27日星期四 电力系统防雷保护电力系统防雷保护 进行波 感应雷 感应雷原理图 1 直击雷 2 直击雷 进行波 感应雷 直击雷防护 2023年4月27日星期四 绝缘强度绝缘强度(Insulation strength)电介质保持绝缘性能所能承受的最高电场强度。电介质保持绝缘性能所能承受的最高电场强度。d+_ U 2023年4月27日星期四+正棒正棒-负板负板
2、_ 负棒负棒-正板正板 _ 2023年4月27日星期四 我站哪？主主 讲讲 人：人：鲁志伟鲁志伟 教授教授 电力系统雷电进行波防护 2023年4月27日星期四 尖端放电与避雷针尖端放电与避雷针 房间1 2 3 4 5 6 7 我坐哪？2023年4月27日星期四 电力系统雷电进行波防护 650kV950kV1410kV2023年4月27日星期四 波过程波过程 波阻抗：波阻抗：波速：波速：电磁能：电磁能：电场能：电场能：00LZC001VL C212Li212Cu2023年4月27日星期四 波过程计算波过程计算 iii uuuuZi基本方程：基本方程：uZi 2023年4月27日星期四 波过程算例
3、波过程算例 A800kV400kV600m0.5ts1ts时时?Au?Ai 时时?Au 2023年4月27日星期四 行波的折射与反射行波的折射与反射 qfquuu211qUqqUqqUUZZZZuUUZZZu112112f11121222当Z1Z2时，U1f0,U2qU1q Z 1 Z 2 1 2 u 1 q A Z 1 Z 2 1 2 u 1 q A u 1 f u 2 q 当Z10,U2qU1q Z 1 Z 2 1 2 u 1 q A Z 1 Z 2 1 2 u 1 q A u 1 f u 2 q 2023年4月27日星期四 行波通过串联电感和并联电容行波通过串联电感和并联电容 行波通过串
4、联电感行波通过串联电感 dtdiLzziuqqq22121)(2)(aqu11z1z2z2zLLqu12qi2)1()1(211212222TtqTtqqqeueuzzzziu21zzLTTtqqfeuzzzuzzzzu12111211212)(b1z2zLuqu2qau1f12023年4月27日星期四 行波通过串联电感和并联电容行波通过串联电感和并联电容 行波通过并联电容行波通过并联电容)(aqu11z2z1z2zqu12qi2cc1iqu2)(b1z2zfu1qu2qau1)1()1(211212222TtqTtqqqeaueuzzzziuczzzzT2121串联电感和并联电容可以使侵入波
5、的波头变平缓 2023年4月27日星期四 多导线波过程多导线波过程 112nkk2nkndk ndkhk11111221221122221122nnnnnnnnnnua Qa Qa Qua Qa Qa Qua Qa Qa Q0021ln21ln2kkkkk nknknhrddPQU 2023年4月27日星期四 多导线波过程 kkivq1212kkkkknkknuQVQ VQ VQ Vvvvv1 122kkkkkkknnuZ IZ IZ IZ I考虑到考虑到 为第为第k根导线中的电流根导线中的电流 Ziu 260lnkkkkkkhzvr60lnknk nknkndzvd式中 2023年4月27日
6、星期四 雷击线路塔顶雷击线路塔顶 1U2U111 112 2221 122 2uZ iZ iuZ iZ i20i 1221111ZuukuZ121(1)uuuk u 1u2023年4月27日星期四 冲击电晕对线路波过程的影响冲击电晕对线路波过程的影响 导线波阻抗减小导线波阻抗减小 波速减小波速减小 耦合系数增大耦合系数增大 波幅值衰减，波陡度降低波幅值衰减，波陡度降低 0000000()LLLCCCCZZBAAuku120000000111()()vvL CCL CL C212121111160ln260lndZdKhZr 主主 讲讲 人：人：鲁志伟鲁志伟 教授教授 雷电及防雷设备 2023年
7、4月27日星期四 雷电参数雷电参数 000ZZiIZZ-Zzi012I0300Z 雷电放电的计算模型 Z0izZ00I Z2023年4月27日星期四 雷电参数雷电参数 雷电流幅值：雷电流幅值：对于雷暴日数对于雷暴日数2020的地区，我国现行推荐雷的地区，我国现行推荐雷电流幅值概率为：电流幅值概率为：雷电流陡度：雷电流陡度：我国防雷规程建议值为：我国防雷规程建议值为：2.6/50 s，平均陡，平均陡度为：度为：雷暴日：一年中有雷电的天数。在一天之内，只要听到雷雷暴日：一年中有雷电的天数。在一天之内，只要听到雷声就算一个雷暴日。声就算一个雷暴日。雷暴小时：雷暴小时：一年中有雷电的小时数。在一小时之
8、内，只要一年中有雷电的小时数。在一小时之内，只要听到雷声就算一个雷暴小时听到雷声就算一个雷暴小时 地面落雷密度：每一雷暴日每平方千米地面遭受雷击的次地面落雷密度：每一雷暴日每平方千米地面遭受雷击的次数数 lg 88IP 6.2Ia 2023年4月27日星期四 避雷针（线）避雷针（线）防直击雷最常用的措施是装设避防直击雷最常用的措施是装设避雷针（线）雷针（线）避雷线保护角避雷线保护角 ：保护角是指避保护角是指避雷线与所保护的外侧导线之间的雷线与所保护的外侧导线之间的连线与经过避雷线的铅垂线之间连线与经过避雷线的铅垂线之间的夹角的夹角。保护角越小，避雷线。保护角越小，避雷线对导线的屏蔽保护作用就越
9、好。对导线的屏蔽保护作用就越好。有些国家还采用负保护角有些国家还采用负保护角。D5/D2023年4月27日星期四 避雷器避雷器 基本要求 1.过电压限制器的放电电压应略高于系统的最大工作电压。过电压限制器的放电电压应略高于系统的最大工作电压。2.过电压限制器应具有良好的伏秒特性，与被保护设备有合理的绝过电压限制器应具有良好的伏秒特性，与被保护设备有合理的绝缘配合。缘配合。3.过电压限制器应有较强的绝缘强度自恢复能力过电压限制器应有较强的绝缘强度自恢复能力。12Ut12Ut12Ut(a)(b)(c)2023年4月27日星期四 避雷器避雷器 保护间隙与管型避雷器保护间隙与管型避雷器 保护间隙的缺点
10、：保护间隙的缺点：1.放点特性差放点特性差 2.灭弧能力差灭弧能力差 3.动作后产生截波，威胁动作后产生截波，威胁 带绕组设备的纵绝缘带绕组设备的纵绝缘 管型避雷器实质上是一种具管型避雷器实质上是一种具 有较高熄弧能力的保护间隙有较高熄弧能力的保护间隙 保护间隙与管型避雷器保护间隙与管型避雷器 保护间隙的缺点：保护间隙的缺点：1.放点特性差放点特性差 2.灭弧能力差灭弧能力差 3.动作后产生截波，威胁动作后产生截波，威胁 带绕组设备的纵绝缘带绕组设备的纵绝缘 管型避雷器实质上是一种具管型避雷器实质上是一种具 有较高熄弧能力的保护间隙有较高熄弧能力的保护间隙 保护间隙与管型避雷器保护间隙与管型避
11、雷器 保护间隙的缺点：保护间隙的缺点：1.放点特性差放点特性差 2.灭弧能力差灭弧能力差 3.动作后产生截波，威胁动作后产生截波，威胁 带绕组设备的纵绝缘带绕组设备的纵绝缘 管型避雷器实质上是一种具管型避雷器实质上是一种具 有较高熄弧能力的保护间隙有较高熄弧能力的保护间隙 保护间隙与管型避雷器保护间隙与管型避雷器 保护间隙的缺点：保护间隙的缺点：1.放点特性差放点特性差 2.灭弧能力差灭弧能力差 3.动作后产生截波，威胁动作后产生截波，威胁 带绕组设备的纵绝缘带绕组设备的纵绝缘 管型避雷器实质上是一种具管型避雷器实质上是一种具 有较高熄弧能力的保护间隙有较高熄弧能力的保护间隙 2023年4月2
12、7日星期四 避雷器避雷器 阀型避雷器阀型避雷器 1.普通阀型避雷器普通阀型避雷器 间隙：均匀电场，放电特性好间隙：均匀电场，放电特性好 阀片：限制截波，限制工频续流阀片：限制截波，限制工频续流 2.磁吹阀式避雷器磁吹阀式避雷器 雷电下：母线雷电下：母线212阀片阀片 工频下：母线工频下：母线313阀片阀片 特点：灭弧能力强特点：灭弧能力强 工作母线12233磁吹阀式避雷器工作母线普通阀型避雷器2023年4月27日星期四 ZnOZnO避雷器避雷器 ZnO阀片的伏安特性可分为小电流区、非线性区和饱和区，如阀片的伏安特性可分为小电流区、非线性区和饱和区，如图所示，在图所示，在1mA以下的区域为小电流
13、区，非线性系数以下的区域为小电流区，非线性系数 较较高。电流在高。电流在1mA3kA范围内时，通常为非线性区，用关系范围内时，通常为非线性区，用关系式式 表示。在饱和区，表示。在饱和区，ZnO晶粒开始作用随电压的增晶粒开始作用随电压的增加电流增长不快。加电流增长不快。残压：冲击电流在避雷器阀片上的最大压降；残压：冲击电流在避雷器阀片上的最大压降；灭弧电压：保证灭弧的条件下允许加在避雷器上的最高工频电灭弧电压：保证灭弧的条件下允许加在避雷器上的最高工频电压。压。0100A10kAIU理想避雷器ZnO避雷器SiC避雷器线性电阻伏安特性比较 UCI 主主 讲讲 人：人：鲁志伟鲁志伟 教授教授 输电线
14、路的防雷保护 2023年4月27日星期四 直击雷直击雷 感应雷感应雷 2023年4月27日星期四 感应雷过电压感应雷过电压 感应与耦合的差异：耦合电压与耦合源电压同时存在，且感应与耦合的差异：耦合电压与耦合源电压同时存在，且同极性；感应电压在感应源电压消失后出现，且异极性。同极性；感应电压在感应源电压消失后出现，且异极性。无避雷线：无避雷线：有避雷线：有避雷线：25LdgIhUS25(1)LdgIhUkSdSCh2023年4月27日星期四 雷击杆塔过电压和耐雷水平雷击杆塔过电压和耐雷水平 击杆率击杆率g：雷击杆塔次数与雷击线路总次数的比值。：雷击杆塔次数与雷击线路总次数的比值。分流系数分流系数
15、：流经杆塔的电流：流经杆塔的电流 与雷电流与雷电流 之比之比 即：即：gtiLigtLii2023年4月27日星期四 雷击杆塔过电压和耐雷水平雷击杆塔过电压和耐雷水平 塔顶电位：塔顶电位：导线点位：导线点位：绝缘子串两端：绝缘子串两端：耐雷水平：耐雷水平：)6.2()(gtchgtchtgtchttLRidtdiLiRdtdiLRiuLibigtigtLchR(1)2.6LdtddIukuhk)1)(6.26.2(khLRiuuudgtchdtj50%1(1)()2.62.6gtdchUILhkR计算塔顶电位等值电路 2023年4月27日星期四 绕击过电压和耐雷水平绕击过电压和耐雷水平 绕击率
16、绕击率 ：一次雷击线路中出现绕击：一次雷击线路中出现绕击 的概率。的概率。对平原地区对平原地区 对山区对山区 Plg3.986hPlg3.3586hP2023年4月27日星期四 绕击时的过电压和耐雷水平绕击时的过电压和耐雷水平 流经雷击点的雷电流波：流经雷击点的雷电流波：导线上电压：导线上电压：绕击时的耐雷水平：绕击时的耐雷水平：认为认为 故故 0/2dzz0/21LZdiizz0022dddzLdzz zuiizz0250%02ddzzIUz z50%250%4100dUIUz2023年4月27日星期四 雷击避雷线档距中央时的过电压雷击避雷线档距中央时的过电压 A点最高点位点最高点位 ：空气间隙最高电压：空气间隙最高电压：经过我国多年运行经验的修正，认为对于一般档距的线路，经过我国多年运行经验的修正，认为对于一般档距的线路，如果档距中央导、地线间的空气距离如果档距中央导、地线间的空气距离s满足下述经验公式则一满足下述经验公式则一般不会出现击穿事故般不会出现击穿事故 AU002sAssZ ZluvZZ00(1)(1)2bsAbbz zluk uakvzzAu0.0121()slm202
