变电站防雷、架空输电线路防雷及煤矿变电所防雷.ppt

变电站防雷,一.变电站雷害来源,1.雷直击于变电站的导线或设备上,2.变电站避雷针落雷时产生的感应过电压,3.沿线路传来的雷电波侵入波,避雷器与变压器之间有一段距离l,,,,,,,,,,,,,UT,Ua,,,△U,,τl/v,2τ,避雷器的伏秒特性,td,tdτ,,U5,二.侵入波防护,避雷器的保护距离,避雷器与被保护设备间允许的电气距离,UTmax,,,Ur,,,，,，l,,三、进线段保护,利用线路波阻限制流入避雷器的雷电流，从而降低避雷器残压利用冲击电晕削弱来波陡度，降低来波幅值,进线段靠近变电所1～2km的线路,进线段保护1、无避雷线线路在进线段架设避雷线2、有避雷线线路在进线段加强防雷措施,作用,架空输电线路防雷,一.几个重要参数,,1.线路的冲击绝缘水平U50,U5010084.5np,,,线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值,2.耐雷水平I,表12-1各级电压送电线路的耐雷水平,注表中I0较大的数字适用于多雷区或重要性较大的线路或变电站的进线保护段。,,3.建弧率η,建弧率线路绝缘发生冲击闪络后，转变为工频电弧的概率,,E＜６kV/m时，＝０,绝缘子串的平均运行电压（有效值）梯度（kV/m）EU/l,４．雷击跳闸率n,每年.每百公里线路由于雷击引起的跳闸次数,nNs*ηN*P*η,,反击次数,建弧率,超过耐雷水平的概率,雷击次数,二.雷击导线时的耐雷水平,,,三.雷击塔顶及附近避雷线时的耐雷水平,,,,,,,,分流系数,1.塔顶电位,,2.导线电位Ud,耦合分量,k一般0.20.25,感应分量,,,,所以,3.绝缘子串上的电位差,,,,,4.耐雷水平I,,例110kV线路，取k0.2，＝0.9，Lt16H，hd10m，U50％＝700kV,Ri10Ω,,,四.架空输电线路的防雷措施,雷害过程,雷击,,反击闪络,,建弧跳闸,,停电,防雷措施,高压架空线路的雷电过电压保护,高压架空线路的雷电过电压保护（35kV及以下）（1）一般线路的保护1）送电线路的雷电过电压保护方式，应根据线路的电压等级、负荷性质、系统运行方式，当地原有线路的运行经验、雷电活动的强弱、地形地貌的特点和土壤电阻率的高低等条件，通过技术经济比较确定。各级电压的送、配电线路，应尽量装设自动重合闸装置。35kV及以下的厂区内的短线路，可按需要确定。,2）各级电压的线路，一般采用下列保护方式a35kV及以下线路，一般不沿全线架设避雷线。b除少雷区外，310kV钢筋混凝土杆配电线路，宜采用瓷或其他绝缘材料的横担，如果用铁横担，对供电可靠性要求高的线路宜采用高电压等级的绝缘子，并应尽量以较短的时间切除故障，以减少雷击跳闸和断线事故。3）有避雷线的线路，在一般土壤电阻率地区，其耐雷水平不宜低于表13-2-4所列数值。,4）有避雷线的线路，每基杆塔不连避雷线的工频接地电阻，在雷季干燥时，不宜超过表13-2-5所列数值。,表13-2-4有避雷线线路的耐雷水平,表13-2-5有避雷线的线路杆塔的工频接地电阻,注如土壤电阻率超过2000Ωm，接地电阻很难降低到30Ω时，可采用68根总不超过500m的放射形接地体，或采用连续伸长接地体，接地电阻不受限制,5）杆塔上避雷线对边导线的保护角，一般采用200300。杆塔上两根避雷线间的距离不应超过导线与避雷线间垂直距离的5倍。,雷电绕击机理分析,前言相对于日臻成熟的雷击塔杆和避雷线引起对导线的“反击”的防护技术，“绕击”防护的问题日渐突出。现有的雷击防护措施，如避雷针、线等，由于防绕功能不足，难以满足高建筑物和旷野输电线路防绕要求。而500kV线路雷击闪络的主要形式是“绕击”［1］。尤其是运行在山区，接地电阻已满足设计耐雷水平的线路杆塔，绕击发生的机率远高于反击。因此，研究绕击防护对策十分现实和紧迫。,1雷电先导闪击的特性,高空带电雷云激励地面接地体，使其快速、强烈响应，自顶端产生迎面先导与之交汇。装有雷电接闪装置的接地体，将把雷云先导发展方向引向自身。有些接地体在顶端装设避雷针、线等，用以控制接地体上部高空雷电先导对建筑物的危害。但并不是所有的高场强雷云在不断向下分级发展的过程中，都恰好被装在高接地体顶端的雷电接闪装置所吸引。,装设在接地体顶端的雷电接闪装置能否接闪，不仅与接闪装置产生异性电荷的能力和异性电荷迁移速率有关，也与雷电先导头部电场游离范围即先导对接地体迁移异性电荷的吸引半径有关；同时也和接地体产生迎面先导的能力有关。雷云在随风向快速移动的过程中，受到雷云与雷云之间，雷云与大地之间各种不断变化的随机因素影响。雷云先导在接受各种影响的同时，不断地调整先导头部分级发展的方向，从而使先导头部向接地体定向发展时的定位高度并不一定恰在接地体的上部空间。发展到接地体侧面低空的雷电先导，将向便于泄放自己能量的方位“最后阶跃”，这是雷电先导有可能向接地体绕击的原因，而接地体自身是否存在易于遭受绕击的条件，也是绕击能否发生的重要原因。,通常把1000m的雷云称为高空雷云，600m则为低空雷云，雷电流≥100kA时称为高幅值雷电流，100kA则为低幅值雷电流。高空雷云可有两种情况一为能形成高幅值雷电先导的高密度高场强带电雷云，即高空高幅值雷云；另一为高空低幅值雷云。低空雷云亦分为低空高幅值雷云和低空低幅值雷云两种情况。不同空间高度、不同幅值区分的雷电先导，对接地体的雷击具有不同的性质和特点。,1.1高幅值雷云先导闪击特性,高空高幅值雷云先导因其电荷量和电位较高，头部电场较强，使地面的高建筑物易于产生迎面先导。雷云先导往往未到接地体侧面绕击定位高度时，即被高接地体的迎面先导拦截。迎面先导的产生与发展不仅与自身产生电荷的能力有关，也与激发电场的雷电先导头部电位密切相关。高幅值雷电先导激发的迎面先导流注发展速度和幅值也较高，因而，高幅值雷电先导对接地体的定位时间快，定位高度较高，即大多数高幅值雷电先导被较高接地体所吸引，不易发展为绕击，这也是高幅值雷电先导易击中接地体顶部的主要原因之一。,但不是所有的高空高幅值雷电先导都不能发展绕击。在向接地体定位之前，高空高幅值先导头部发展方向是依客观条件随机变化的，其向下分级发展的过程既是能量损耗、幅值衰减的过程，也是受气象条件、地质地貌、接地体固有参数等因素影响而随机寻找释放能量最佳途径的过程。这一过程若未受到高接地体迎面先导拦截，它将继续向下，到达低空时，它将可能受到低接地体或高接地体侧面迎面先导的影响，从而向其闪击或绕击。,尤其已进入线路杆塔侧面，避雷线屏蔽失效区域内的雷电先导在带有电压的导线电磁场和雷电场共同作用下，向其定位和发展。由高空到低空长距离发展游离过程使先导幅值大大降低是一般对低空接地体绕击的雷电流幅值较低的原因之一。,发展到低空的高空高幅值雷电先导发生绕击必须具备两个条件一是低空接地体顶端电场产生的迎面先导不足以使雷电先导向其定位，即不能拦截雷电先导而接地体侧面却有吸引雷电先导的能力；二是应运动到距接地体一定的范围内且先导幅值足以达到对剩余空气间隙击穿放电，而具备了这两个条件则必然发生绕击，因此，同时具备二者即是发生绕击的充要条件。,低空高幅值雷电先导由于到达接地体的时间较短，使接地体附近感应场强较高，接地体顶端易于产生迎面流注与之交汇，且高幅值先导前端游离区半径较大，能在较高处定位，故一般高度50m以下的平原、丘陵地带的输电线路杆塔不易产生绕击，而山区、山坡杆塔不仅可发生绕击，且有很大的感应雷过电压机率。另外四周较为空旷的高大建筑物绕击机率也很高，且绕击雷电流幅值也相对较大。,1.2低幅值雷电先导闪击特性,高空低幅值雷电先导由于能量有限，对最先遇到的较高接地体会形成直击雷危害，在向地面多次分级发展的过程中多次发生电场畸变，能量损失较大，放电能力不断降低，游离到低空后才能向某个接地体定向发展，接受最易被吸引的接地体提供的放电快捷通道。因此它只有满足自身绕击条件且目的物也符合绕击条件时才能发展“最后阶跃”击穿放电，即小电流、小击距绕击。,低幅值雷电先导易于向产生迎面先导能力较强的金属尖端，或带有电压的输电线路导线发展。因此，在地质、地貌、杆塔固有参数等条件相同的情况下，输电线路电压水平越高，导线电场愈强，绕击的可能性越大。反击决定于雷电先导幅值和杆塔本身固有参数包含绝缘配置，而绕击仅决定于“接地体”和“先导”是否具备绕击条件。绕击到导线后绝缘是否闪络，则与杆塔的绝缘水平和雷电幅值有关。高绝缘水平的500kV输电线路频繁发生的绕击现象即是很有说服力的证明。,低空低幅值雷电先导对低耐雷水平的输电线路会有反击危害，且容易满足绕击的自身条件，在接地体同时满足自身绕击条件时，绕击的机率较高。,2先导的流动、定位和闪击特性,空中雷云等效带电中心向地面分级发展是电场畸变和能量损耗过程，同时也是一个寻找最佳能量释放途径的过程，发展方向是随机的，依据头部附近空中电场畸变结果而不断调整，其对某一目的物的定位决定于先导前方电场的强度和分布情况，随机的雷电先导每一次分级跃变都是选择的必然结果。雷电先导电场的大小，是接地体产生迎面先导大小的决定因素。接地体迎面先导对随机雷电先导的拦截能力，是后者能否对接地体定位的关键。不同材质、不同形状处在不同地质地貌的接地体，发生迎面先导的能力不同，对雷电先导的拦截高度不同，亦即最后定位高度不同。这是研究绕击机理和正确选择防绕措施必须关注的问题。,3雷击目的物接闪特性,被接地体感应而向其发展的迎面先导定位该接地体并最终导致闪击，闪击方向指向迎面先导出发点，故称为定位迎面先导。因而雷击目的物的安装方位是定位迎面先导发展、最终闪击的导向。因此，目的物的方位既决定先导的定位高度，也决定雷电先导闪击的方向。,架有避雷线的输电线路侧面存在屏蔽失效区域说明，避雷线对侧向低幅值雷电先导的引雷能力较弱，杆塔保护角越大，侧面雷电先导的定位越高，屏蔽失效区域也越大。在保护角相同时，导线电压越高、导线电磁场越强，先导对导线的绕击机率越高，避雷线的屏蔽效果也越差。,接地体能否发出迎面先导和发出的方位是成功拦截雷云先导的关键，而被拦截雷云先导幅值与其定位高度成正比，即定位迎面先导发出的位置和方向，不仅仅是对被拦截先导的定位，也是对它在幅值数量上的某种界定。,4雷电防护决策的思考,4.1不同幅值不同高度雷电先导有各自的定位和闪击特点，必须根据不同先导的不同定位闪击特性，结合不同方位雷击目的物接闪效能和特点，因地制宜的制定雷电防护措施。对同一个接地体而言，“反击”的特点是①与先导雷电流幅值密切相关；②机率与绝缘配置密切相关。“绕击”的特点是①定位高度比反击低；②只在满足绕击充要条件时发生。,目前我国500kV线路杆塔防雷保护设计重在“反击”，而高接地体和500kV高压输电线路频次较高的绕击现象不仅暴露了杆塔防雷保护中采取的防绕措施不力，也显示出对雷电先导特性和绕击机理的认识不足。,4.2对先导携带的雷电流幅值、接地体阻抗和接地体绝缘配置是接地体、绝缘击穿造成反击的决定因素。所以防止接地体反击应考虑,1提高接地体反击耐雷水平，其中包括降阻、均压、屏蔽、分流、增加绝缘等等措施。2不在接地体上安装可拦截高幅值雷电先导的接闪装置。,4.3根据绕击特点，防止绕击应考虑,1对设计耐雷水平远高于本地区雷电活动强度的接地体，可在高空拦截雷电先导，不使其进入接地体绕击区。2对既要防止反击，又要防止绕击的接地体，应降低雷电先导对接地体闪击的定位高度，使接地体不发出易使雷电先导定位高度较高的“定位迎面先导”。同时应在接地体侧面安装接闪装置，如在高接地体或线路杆塔侧面安装具有防绕功能的“全屏蔽防雷装置”［3］，作为对已进入接地体侧面屏蔽失效区的雷电先导可靠接闪的有效防绕措施。,5关于防雷的几点建议,a.高于雷电先导定位高度的避雷针，不能防止已在避雷针下方的先导对接地体闪击［2］，因此应在接地体侧面安装符合要求的侧面接闪针，仅注意防护上部空间雷云，对接地体侧面的低空小雷电先导失去了防护，是装有防雷设备线路或接地体上依然发生绕击雷害事故的原因之一。b.不同方位的避雷针发生定位迎面先导的方位不同。垂直方向的避雷针更易于接闪高空、高幅值雷云，因而，不宜装在输电线路，尤其是已架有避雷线的输电线路上，以避免本来不应在杆塔顶部高空定位的高幅值雷云，反被吸引到杆塔自身。在杆塔上安装侧面接闪针，以防护进入杆塔侧面避雷线屏蔽失效区的低空雷电先导，补充避雷线屏蔽的不足。,c.防止高空、高幅值先导直击接地体，是高建筑物防雷主要问题。但高建筑物顶端只宜安装符合要求的雷电接闪装置，不必一定要把高空中大范围的雷云都吸引到自身。对于四周空旷的超高建筑物，为防止低空小雷电先导对建筑物中部绕击，在建筑物中部适当位置安装侧向防绕接闪装置。d.防止雷电对接地体绕击，也可在接地体附近架设“旁路”避雷针、线［4］。,煤矿变电所防雷,变电所雷击类型及防雷的首要任务煤矿变电所遭受雷击事故的类型分为三类一是输电线路受雷击时沿线路向变电所入侵的雷电波；二是雷击输电线路附近地面的感应雷；三是雷直击变电所内线路和设备的直击雷。雷电波与感应雷的陡度大、幅值高，危害严重，不采用防雷措施就使变电所的电器设备绝缘击穿。据统计，我国110220kV的变电所因雷电波引起的事故率约0.5次/百所.年，直配电机的损坏率约1.25次/百所.年。变电所防范雷电波和感应雷是防雷的首要任务，对直击雷要采取合理的防雷措施，对高压输电线路要用耐雷水平和雷击跳闸率来衡量防雷性能优劣，确保煤矿变电所安全正常运行。,煤矿变电所的防雷措施,1、煤矿变电所对直击雷的防护措施变电所防护直击雷的有效措施就是在变电所安装避雷装置。避雷装置由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。接闪器采用避雷针、带、线和网。引下线要保证接闪器与大地间有良好连接，接地装置的电阻应不大于10Ω。在避雷针高于被保护设备时，它的保护范围包括变电所厂房及室外所有设备。避雷针就像一把伞，只要把被保护设备置于伞盖的范围内，它就能将雷电吸引到自身上，就能把极大的雷电流通过引下线引入地下的接地装置，尽快散逸到大地并与异种电荷中和，可以保护设备雷击概率小于0.1。要防止它们之间造成反击事故。在采用滚球法计算时，避雷针保护范围缩小，可在建筑物上安装避雷带（网）。,变电所内防护雷电波措施,变电所内的主变电压最重要，应重点保护。利用变电所母线安装阀型避雷器，把它接在主变压器旁边。在雷电波入侵到主变压器时，产生全反射使它们身上的电压升高，雷电波电压曲线与阀型避雷器的较平坦的伏秒特性相交，使避雷器动作。对有正常防雷的110220kV变电所，流过避雷器的雷电流不大于5kA，在主变压器冲击耐压大于避雷器冲击放电电压时，主变压器得到可靠保护。要选择好安装避雷器的位置，它与主变压器及其它设备的距离都应小于最大允许电气距离。一组不满足要求时可再增一组。,输电线路防护雷电波措施,35110kV无避雷线的输电线路，当进线段遭雷击时，雷电波的幅值和陡度会超过变电所设备的耐压值。在接近变电所12km的进线段处安装避雷线就能降低雷电波的陡度，限制流过变电所阀型避雷器中的雷电流不大于5kA，使进线段内出现雷电波的概率大为减小，即使出现也只能在进线段外。对重雷区及雨季经常合闸的情况，还应该在进线段保护的首端各安装一组管型避雷器。,各种变压器防护雷电波措施,（1）三相绕组变压器只须在低压绕组某相出口处加装一只避雷器；（2）自耦变压器可在高压、中压侧与断路器之间各安装一组避雷器；（3）35kV变压器中性不用保护，110kV变压器中性接避雷器；（4）310kV配电变压器采用阀型避雷器，对多雷区还要在低压侧安装一组氧化锌避雷器。,谢谢大家,孟宪刚,