,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,输电线路绝缘和过电压保护,山东电力研究院,郭志红,主要内容：,线路绝缘配合,雷电过程和山东地区雷电特点,输电线路雷电过电压机理及保护,输电线路避雷器,输电线路运行有关的一些过电压问题,高压输电线路的绝缘配合,输电线路的绝缘水平在各种电压作用下呈现出相应的绝缘强度(一般以其放电电压来表征)。,绝缘配合技术在考虑运行环境和过电压保护装置特性的根底上，根据可能出现的电压，科学合理的选择其绝缘水平。要权衡设备造价、维修费用和故障损失，力求用较为合理的本钱获得较好的经济效益。,随着电网电压等级的提高，特别是在特、超高压电网中，空气间隙的放电电压在操作过电压下呈现饱和特性，使得电气设备的绝缘占据设备总投资的份额愈来愈大。而超/特高压电网因其输送容量巨大，绝缘故障后果将严重。,绝缘配合的根本原那么,绝缘配合中心思想是要合理确定设备的绝缘水平。,在技术上 作用电压与绝缘强度的全伏秒特性配合。 在估计设备上的作用电压时，应考虑避雷器的作用和特性。,从平安上 考虑设备运行条件, 安装质量, 绝缘老化等因数的影响。,从经济上 考虑适宜的绝缘水平，应兼顾设备造价，运行费用和停电损失等项的综合经济效果。,绝缘配合方式 确定法 统计法 简化统计法,高压输电线路的绝缘配合,电网中输电线路和电气设备的绝缘，在运行中会受到以下几种电压的作用,：,工作电压：具有工频频率，持续地作用在绝缘上。,暂时过电压：因电网操作或故障引起的，较长持续时间。如：工频过电压和谐振过电压。,操作过电压：因电网操作或故障引起的持续时间数毫秒、高阻尼振荡或非振荡过电压。,雷电过电压：来自电网外部、大自然的雷电放电引起的过电压。,系统过电压的分类,有代表性的作用电压,伏秒特性曲线,试验得到的伏秒特性曲线说明了标准冲击电压峰值与闪络时间之间的关系。,高压输电线路的绝缘配合,高压输电线路绝缘的分类,高压架空输电线路绝缘可分为两类：一类是导线与杆塔或大地之间的空气间隙，而另一类那么是绝缘子。,绝缘子运行中需要承受工作电压和操作过电压的作用，前者与绝缘子外表的爬电距离有关，后者那么与绝缘子的结构高度有关。,空气间隙有：导线对杆塔之间的空气间隙、导线之间的空气间隙 、档距中间导线对地的空气间隙 、档距中间导线对地面上运输工具或传动机械间的空气间隙。,高压输电线路的绝缘配合,高压架空输电线路空气间隙的放电特性,空气间隙的放电电压与作用的电压种类、极性,(,操作,/,雷电过电压,),、波形,(,操作过电压的波头长度,),、构成空气间隙电极的形状、距离以及所在地区的空气气象参数等因素有关。正极性操作,/,雷电过电压作用时，空气间隙呈现出较小的放电电压。,冲击波的波头长度与放电电压的关系非常密切。当冲击波波头长度在数百微秒左右，有最小的放电电压。当间隙长度增加时，相应于最小放电电压的冲击波波头长度也变大。,输电线路的绝缘配合过程框图,电压等级,线路绝缘水平,爬电距离,绝缘子串个数 n,导线对杆塔的距离,工频电压要求气隙,内过电压要求气隙,雷电过电压要求气隙,相应风偏,相应风偏,相应风偏,导线对杆塔的空气间隙确实定,在决定空气间隙时，要考虑导线至风力而使绝缘于串偏摇摆的下利因素。,就线路空气间隙所承受的电压幅值来看，雷电过电压最高，操作过电压次之，工作电压最低，但电压的作用时间。那么恰恰相反,由于工作电压长时间作用在导线上故应按线路最大设计风速(取20年一遇最大风速，约(2535m/s)，相应的风偏角最大；操作过电压持续时间较短，按最大设计风速的50%下考虑风偏角亦较小：雷电过电压持续时间最短,通常计箅风速为(10一15) m/s，因而考虑风偏角d亦最小。,空气间隙确实定过程,按工作电压确定风偏后的间隙S,p,：,工频50%放电电压U,p，,U,p,=K,2,U,ph,，K,2,为线路空气间隙工频电压统计配合系数，考虑绝缘裕度、空气密度变化的影响(约可下降8%)、空气湿度变化的影响(约可下降9%)等的系数。对于330kV及以上线路，K,2,=1.4;对于110kV及220kV线路，K,2,=1.354;对66kV及以下的线路，K,2,=1.2。,按操作过电压确定风偏后的间隙S,C：,正极性操作冲击电压波的50%放电电压U,C,，,U,C,=K,3,U,0,，K,3,为线路空气间隙操作过电压统计配合系数。对330kV及以上线路取1.1，对220kV及以下线路取1.03。,按雷电过电压确定空气间隙S,L,：,根据我国线路运行经验,S,L,在正极性雷电冲击波下50%放电电压取为绝缘子串相应电压的,85%,。,空气间隙确实定过程,最后，确定与之对应的绝缘子串在垂直位置时对杆塔的水平距离，它们是Sp+l sin 、SC+l sin 和SL+l sin d ，选三者中最大，通常，对空气间隙确实定起决定作用的是雷电过电压。,发、变电站应增加10%的裕度 ，海拔超过1000M时要进行校正。,高压输电的绝缘配合,导线对杆塔的空气间隙,1分裂导线根数n=2，rp=0.2m；,2n=8，rp=0.6m；,3n=12, rp=1.5m,导线对杆塔间隙的距离与其间隙的工频放电电压幅值关系曲线,特高压输电的绝缘配合,平行导线之间的空气间隙,导线束布置在两个平行面内，相邻导线距离d=0.55m，,每相的分裂导线为12根,150%放电电压；,2平均放电场强,50%放电电压、平均放电场强与平行导线束的间隙距离关系,高压输电线路的绝缘配合,随着操作过电压的深度降低和环境污秽情况的加重，绝缘子串的片数主要由工作电压决定。,雷电过程和山东地区雷电特点,雷电过程和山东地区雷电特点,积雨云形成过程中，在大气电场、温差起电效应、破碎起电效应的同时作用下，正负电荷分别在云的不同部位积聚。当电荷积聚到一定程度，就会在云与云之间或云与地之间发生放电 ,大于1m空气间隙中的放电物理过程已经证明，长空气间隙击穿包括3个连续的开展阶段：电晕起始、流注传播及先导传播。,雷电的产生机理,云层荷电-初始击穿-梯级先导-连接-第一回击-K、J过程-直窜先导-第二回击-.,对地雷电的开展过程,雷电放电是雷云对大地或雷云之间或雷云内部的放电现象。在地球上，平均每天约发生800万次雷击。,雷电是一种大气中放电现象，产生于积雨中，积雨云在形成过程中，某些云团带正电荷，某些云团带负电荷。它们对大地的静电感应，使地面或建筑物外表产生异性电荷。,当电荷积聚到一定程度时，不同电荷云团之间，或云与大地之间的电场强度可以击穿空气25-30kV/cm，开始游离放电，称之为“先导放电。,云对地的先导放电是云向地面跳跃式逐渐开展的，当到达地面时，便会产生由地面向云团的主放电。,在主放电阶段里，由于异性电荷的剧烈中和，出现雷电流一般为几十千安至几百千安，并发生强烈的闪电和巨响。主放电存在时间极短，约为50100s。主放电电流的波头时间约0.510s，平均时间为约2.6s。,雷云中可能存在着几个电荷中心，在第一个电荷中心完成上述放电过程之后，可引起第两个、第三个中心向第一个中心放电，因此雷云放电通常是多重性的，每次放电相隔离时间约0.6ms到0.8s平均为65ms，放电的数目平均为23个，最多记录到42个。,雷电及其主要参数,雷云电荷分布图,a负下行雷的光学照片描绘图； b放电过程中雷电流的变化情况,负雷云下行雷的过程,雷电先导的数学模型,雷电先导通道中的电荷Q与预期雷电流幅值的关系:,Q=(I/25)1/0.7,迎面先导产生的条件,当大地、导线、避雷线与雷电先导的间隙中的场强超过临界场强时，物体向上开展迎面先导。,雷电及其主要参数,主放电通道波阻,雷电流波形,雷电流幅值概率分布,雷电流极性,重复放电次数及对地输送的电荷量,高压输电的雷电过电压与防雷保护,雷电及其主要参数,雷电流极性,实测统计资料说明，不同的地形地貌，雷电流正负极性比较不同，负荷性所占比例在75%90%之间。,重复放电次数,在一个雷云单体中，常常有多个电荷密集中心，一次雷云放电也常常包含屡次放电脉冲，称多重放电。根据6000次实测统计，平均重复放电23次，最多42次。放电之间的间歇时间通常为3050ms，最短为15ms，最长达700ms。,高压输电的雷电过电压与防雷保护,雷电及其主要参数,雷电流幅值概率分布,不同地区的雷电流幅值的概率分布不同，这主要与地区的纬度、地形、地貌、气象和雷暴强度有关。,我国电力行业标准DL/T 620-1997?交流电气装置的过电压保护和绝缘配合?规定，雷暴日超过20的地区雷电流幅值的概率分布推荐为,式中 P雷电流幅值超过I的概率；,I雷电流幅值，kA。,对20雷暴日及以下地区，概率分布将减小，推荐为：,我省2001年实测雷电分布,1.海湾落雷密度最高,山区落雷密度次之,平原地区较低。,2.山东境内落雷密度最高的是莱州湾。,3.在内陆地区，泰山、沂蒙等山区的落雷密度最高。,4.平原地区正闪比较高，而山区负闪比较高。,实时地将地闪雷电流的极性、幅值、落雷点的经、纬度以及准确到微秒级的落雷时间等雷电参数探测并实时记录下来。经过分析计算和积累，可以准确地掌握该系统所覆盖范围内的雷电活动规律。,山东省2002年实测雷电情况,山东省一年中雷电频度分布,山东省2002年实测雷电密度分布,红36以上，兰21-35，,紫11-20，黄7-10，,浅兰3-6 ， 浅绿1-2,2002年和2003年各地区雷电日统计,地区,2002年,（全年）,2002年,（1-7）,2003年,（1-7）,德州,17,12,21,莱芜,12,12,15,滨州,18,14,21,青岛,20,10,11,济南,19,11,22,淄博,26,18,25,聊城,15,12,18,山东省雷电流强度分布,部颁标准规定雷电流强度分布与我省实测雷电强度分布：,2001年我省雷电流强度分布,雷电流强度,I,k,(kA),100kA,80kA,60kA,40kA,20kA,部颁标准规定雷电流强度分布（%）,7.3,12.33,20.80,35.11,59.26,国内实测闪电强度分布百分比（%）,5.63,9.94,18.20,35.06,68.96,我省实测闪电强度分布百分比（%）,0.35,1.8,3.89,16.38,67.18,我省雷电流强度分布,2002年我省雷电流强度分布,1999年我省雷电流强度分布,输电线路,雷击跳闸,架空输电线路上的感应过电压,当雷击线路附近的地面时，会在架空线路的三相导线上出现感应过电压感应雷。形成过程：,在雷电放电的先导阶段，在先导通道中充满了电荷，它对导线产生静电感应，在负先导通道附近的导线上积累了异号的正束缚电荷，而导线上的负电荷那么被排斥到导线的远端。因为先导的开展速度很慢，所以在上一过程中导线的电流不大。雷击大地后，主放电开始，先导通道中的电荷被中和。导线上的束缚电荷也瞬时变为自由电荷，此时导线出现的电位仅由这些刚解放的束缚电荷决定。,输电线路的几种常见雷电过电压,第一种是：架空线路上的感应过电压即雷击发生在架空线路的附近，通过电磁感应在输电线路上产生的过电压；,第二种是直击雷过电压，即雷电直接打在避雷线或是导线上时产生的过电压。,高压输电线路雷电过电压,雷电过电压,直击雷过电压,感应雷过电压,雷电直击线路导线,a先导阶段； b主放电阶段,感应雷过电压的形成,实际上，主放电的速度有限。被释放的束缚电荷将对称地向导线两侧流动，电荷流动形成的电流i乘以导线的波阻Z即为向两那么流动的静电感应过电压流动波u=iZ。,由于主放电通道是和导线互相垂直的，所以互感不大，即电磁感应不大。因此电磁分量要比静电分量小得多，后者约为前者的五倍。又由于两种分量出现最大值的时刻也不同，所以在对总的感应过电压幅值的构成上，静电分量起主要作用。,线路上的感应过电压为随机变量，其最大值可达300kV400kV，导线与避雷线间空气间隙的平均击穿强度为700kV/m一般仅对35kV及以下线路的绝缘有一定威胁。,为了对感应过电压的值有一个数量级的概念，可以用下式进行粗略的估算,式中，I：主放电电流kA,hc：导线平均高度m,S：雷击点距线路的距离m,架空输电线路上的直击雷过电压,雷直击于有避雷线的输电线路分为三种情况，a、绕过避雷线击于导线；b、雷击杆塔顶部；c、雷击避雷线中央局部。,a、当雷击于导线时，导线的电位可按下式计算：,即使以绝缘很强的500kV线路来说，不难算出在1015kA的雷电流下也将发生闪络，而出现等于及大于这一电流的概率是很大的8173%，因此，采取措施减少雷击于导线是很重要的。雷击架空线路导线产生的绕击雷电过电压：USZ0ZSI/(2Z0+ZS)=100I,b、雷击线路杆塔顶部，,很大的电流i,gt,流过杆塔入地。对一般高的杆塔，塔身可用等值电感L,gt,代替，其冲击接地电阻为R,ch,，于是塔顶电位为：,冲击接地电阻R,ch,对U,gt,起很大的作用，当R,ch,达上百欧时它对U,gt,的值将起决定性的作用。杆塔电感在特高塔或大跨越时会起决定作用。,c、雷直击于档距中央的避雷线，,当雷直击于档距中央的避雷线会产生很高的过电压，可用下式计算：,式中L,b,为半档避雷线的电感，a为雷电流陡度。从世界各国运行的情况看在档中发生相地线间的闪络是很少见的。,平原地区为0.25，山丘地区为0.43,雷击杆塔塔顶造成还击,因雷击架空线路避雷线、杆顶形成作用于线路绝缘的雷电还击过电压，与雷电参数、杆塔型式、高度和接地电阻等有关。,塔顶电位：,导体电位：,绝缘子电压：,如取固定波头长度t2.6s，那么，耐雷水平为：,U,gt,=R,ch,+L,gt,di/dt=,I(,R,ch+,L,gt,/2.6,),U,d,=kU,gt,-,h,d,(1-k),U,j,=U,gt,-(kU,gt,-,h,d,(1-k)=,I(,R,ch,+,L,gt,/2.6+h,d,/2.6)(1-k),雷击避雷线,线路档距中央击穿的情况,线路档距中央空气间隙的U50%为：750S,雷电流陡度在30kA/ s下，不发生线路档距中央击穿的条件：,S?1.17%L,取线路波阻；波速；电晕系数：0.25),规程要求值：S?1.2%L+1,长档距和500KV线路时：US=1-k)Z0ZSI/(2Z0+ZS),S?1-k)Z0ZSI/(2Z0+ZS) 750,高压输电的雷电过电压与防雷保护,特高压架空输电线路上的雷电绕击与保护,雷电绕击线路电气几何模型,绕击线路等值电路,高压输电的雷电过电压与防雷保护,高压架空输电线路上的雷电还击与保护,特高压架空输电线路由于采用避雷线且绝缘子串和空气间隙的雷电冲击放电电压很高，当雷击塔顶或其附近避雷线还击时的雷电流(耐雷水平)幅值大、出现概率小，一般无需采取其他措加以防护。,雷击塔顶或其附近避雷线出现还击闪络的雷电流与杆塔高度关系很大。这主要是因为杆塔高度较高时，雷电流流经杆塔时在悬挂绝缘子串的杆塔横担处形成的杆塔感应电压降分量变大。其次，塔高后导线悬挂高度也必然提高。这自然加大了雷击时导线上感应过电压的分量。,杆塔接地电阻自然也是影响还击耐雷水平一个因素。当杆塔接地电阻相同时，杆塔高度越高那么还击耐雷水平将越低。,一般情况下，电压等级越高，还击耐雷水平越高。,国外高压输电线路雷击跳闸率,0.88,/,0.63,0.36,0.12,0.09,0.87,0.53,0.35,220（230）,330（345）,500,日本,俄罗斯,美国,国家,电压等级kV,据统计，美国、日本和俄罗斯等几个国家的高压和超高压输电线路的雷击跳闸率。,单位：次/100km.a,输电线路雷击跳闸率,以,04,年为例：山东电网高压输电线路跳闸情况：,110-500kV,输电线路共跳闸,56,次，跳闸率,0.31,次,/,百公里,年。雷击跳闸成为引起输电线路跳闸的主要因素之一，仅次于外力破坏。其中：,500kV,跳闸,7,次，跳闸率,0.32,次,/,百公里,年，,3,次雷击跳闸，跳闸率,0.137,次,/,百公里,年；,220kV,跳闸,29,次，跳闸率,0.28,次,/,百公里,年；,11,次雷击跳闸，跳闸率,0.106,次,/,百公里,年；,04年国家电网公司雷击情况,04年国家电网公司220千伏及以上架空输电线路共发生跳闸1189次，雷击跳闸419次，占线路跳闸总数的35.24%。是各类线路跳闸原因中的第一位，严重威胁着电网平安稳定运行。,各电压等级线路雷击跳闸次数的分布,各种影响因素的统计分析,输电线路雷害事故分析,雷击故障特点,从多年的运行情况看，山区线路雷击跳闸和杆塔接地电阻的相关性并不密切,与地形、杆型及保护角的关系更为密切。,耐张杆的击杆率比直线杆高1至2.5倍。,山区线路一般都存在易击区段或某些频发性雷击杆塔。,目前高压线路防雷设计主要考虑的因素是还击,而造成山区线路雷击跳闸主要原因是绕击。,重合成功率较高 我省220kV及以上线路雷击跳闸重合成功率可达85.7%。,雷击故障特点,山区线路故障率高,山区线路特殊的地理环境，成为雷击的易击区段。,位于山顶的杆塔易遭雷直击，加上杆塔接地电阻偏高，易还击。,位于山坡的杆塔，由于地面倾角使靠近坡底的边相保护角增大，导致避雷线保护失效而对导线产生绕击。,在两山峰之间易形成大跨越段，线段下方为几十米的深沟，易形成风口；同时，两档距较大，导线弧垂大，风偏严重，在大风情况下，避雷线失去对导线的保护，雷电绕击导线档距中央，形成雷电行波在线路绝缘相对较弱的杆塔绝缘子处发生击穿，导致线路跳闸。,雷击故障特点,绕击是我省输电线路雷击跳闸主要原因,多年来，我省线路雷击跳闸中，绕击跳闸占雷击跳闸的70%以上。,造成我省输电线路雷击跳闸主要原因是绕击的原因可能有几个方面。,首先，线路的绕击耐雷水平是远低于其还击耐雷水平的,对超高压线路，前者一般为十几或二十几kA，而后者可达上百kA。我省雷电流幅值概率说明绝大局部雷电强度落在20kA附近及以下，该雷电强度接近或超过了雷电绕击导线的线路的耐雷水平。,雷雨过程中，伴随着大风，使导线常常失去避雷线的保护。,我省输电线路由于防污闪的需要，加强了输电线绝缘，使其抗还击耐雷水平有了较大的提高等。,输电线路防雷根本原那么,线路防雷常用的四道防线及常规措施,保护导线尽量减少雷击,-,选择线路路径、采用避雷线、电缆、避雷针等,雷击塔顶和避雷线，绝缘不闪络,-,减小杆塔接地电阻、适当增加绝缘，有时加耦合地线或在个别杆塔加线路避雷器、不平衡绝缘等。,闪络后不引起稳定的工频电弧,-,减小绝缘上的工频电场强度，或采用中性点不接地系统。,跳闸也不中断供电,-,自动重合闸、双回路、环网供电。,防雷措施及对策,1加大运行维护力度,2降低杆塔接地电阻,3利用斜拉线分流,4加装耦合地线或改善接地射线,5降低雷电绕击率,6提高输电设备的绝缘水平,7加大科研力度，积极推广雷电定位等系统的实用化进程，注意防雷根底数据的积累,绝缘子串雷电冲击伏秒特性,25片,28片,31片,34片,t,V(kV,V(kV),V(kV),V(kV),2,3330,3550,3930,4250,3,2830,3000,3360,3650,4,2630,2810,3080,3330,5,2500,2690,2940,3140,7,2330,2500,2740,2920,10,2260,2400,2625,2800,14,2200,2375,2560,2720,杆塔模型,在工程计算，杆塔被等效为集中参数的电感或分布参数长线。杆塔波阻抗，杆塔电感，相应的波速，模型如下：,酒杯塔仿真模型,雷电模型：经计算，其双指数波形的表达式为：,降低杆塔接地电阻,降低杆塔接地电阻是110kV及以上线路根本的防还击措施，对220kV铁塔，高度为25.6米，双避雷线，绝缘子按13片XP-4.5计算，杆塔接地电阻取7，根据规程，雷击杆塔的耐雷水平：,按照规程中的110500kV线路的杆塔尺寸和绝缘子的50%雷电冲击绝缘水平，对不同杆塔接地电阻计算出各自的耐雷水平如表。,电压等级(kV),110,220,500,接地电阻(,),7,15,30,50,7,15,30,50,7,15,30,50,耐雷水平(kA),63,41,24,16,110,76,48,32,177,125,81,55,I=,110kA,防雷措施及效果分析,接地电阻对220kV线路杆塔耐雷水平及线路雷击跳闸率的影响,接地电阻Ri,（）,1,5,7,10,15,20,30,耐雷水平I （kA）,167,124,110,94,76,63,48,雷击跳闸率N,0.24,0.29,0.38,0.55,0.84,1.15,1.63,耐雷水平随着杆塔接地电阻的减小而提高，雷击跳闸率相应降低。存在的问题是：对山区高电阻率地区的杆塔，技术经济比较，降低接地电阻的可能性不大；另一方面降低杆塔接地电阻对提高线路的绕击耐雷水平作用不大。,注：*根据规程中的雷电流强度分布计算值，*实测的雷电流强度概率分布计算值,加强线路绝缘,增加绝缘子片数提高线路绝缘水平。增加线路的外绝缘，有利于提高绝缘子的闪络电压和线路的耐雷水平，降低雷击跳闸率。湖北的统计说明(1999年6月高电压技术第25卷第2期：湖北省超高压输电线路故障跳闸统计分析)：500kV线路每相25片绝缘子的线路雷击跳闸率为0.334次/百公里年，而每相28片的那么为0.087次/百公里年，相差近4倍。增加外绝缘受制于杆塔头部的结构和尺寸，只在高海拔地区和雷电活动强烈地段才采用这种方法。,另一方面，理论计算说明结构相似且接地电阻相同、导线和避雷线及其布局相同、绝缘子型号和片数一致的情况下，杆塔的高度越高，其耐雷水平反而降低，雷击跳闸率升高，这主要是因为：杆塔越高，杆塔的电感越大，流过杆塔时雷电流产生的幅值越高，同时，杆塔越高，大地的屏蔽作用越小。,因此，增加绝缘子的片数，能提高线路绝缘子的耐雷水平，但由于杆塔结构及高度的变化，大地及地线屏蔽作用的弱化导致绕击概率增大，这些均将影响防雷效果，因此对低电压等级线路，是一种较好的方法。,改变绝缘子片数，即其伏秒特性曲线改变,得到不同片数下的仿真结果如下：,雷击杆塔的耐雷水平：,30片,31片,32片,33片,34片,注：以上均为平原上的值,线路一旦建成，能够提高耐雷水平的措施根本上只有两条，一是降低杆塔接地体的冲击接地电阻，另外一个是适度增加绝缘子的片数以提高U50%放电电压。,=189.3kA 跳闸率：n=0.02 规程法计算值为n=0.0308,=200.0kA 跳闸率：n=0.0146 规程法计算值为n=0.0262,=210.9kA 跳闸率：n=0.0107 规程法计算值为n=0.0225,=219.8kA 跳闸率：n=0.00829 规程法计算值为n=0.0194,=226.7kA 跳闸率：n=0.00674 规程法计算值为n=0.0167,对葛双一回和葛双二回线路的雷击跳闸率分析的结果说明，尽管两回线路所处的气象条件和地理环境相同，但由于二回线路的绝缘设计不同前者为XP-1628，后者为XP3-1625，两者的雷击跳闸率竟相差四倍多。为此，合理配置线路杆塔的绝缘水平和布置方式，会提高杆塔的耐雷水平，尤其是提高线路遭受绕击时的耐雷水平，从而降低雷击故障跳闸率。,采用差绝缘或不平衡绝缘方式,差绝缘方式一般用于中性点不接地或经消弧线圈接地的中低压系统，且导线为三角形排列的情况。采用差绝缘方式的同一基杆塔上三相绝缘有差异，下面两相较之最上面一相各增加一片绝缘子，当雷击杆塔或上导线时，由于上导线绝缘相对较“弱而先击穿，雷电流经杆塔入地，防止了两相闪络。,在同杆双回的线路中也有采用不平衡绝缘方式以到达降低双回线路同时跳闸的概率，但无法消除同时跳闸事故。同杆双回的线路因导线垂直排列，杆塔较高，线路还击耐雷水平一般比同电压等级导线水平排列的线路低，当雷电流足够大时，可能会产生同塔双回线路的绝缘子相继还击，造成双回线路同时跳闸。国内曾有研究说明：不平衡绝缘方式下双回线路同时闪络的概率较目前平衡绝缘方式均有所降低，杆塔接地电阻越小，不平衡绝缘防止双回线路同时闪络跳闸的效果越好，冲击接地电阻小于7，同时闪络的概率可降低86%。,架设耦合地线,架设耦合地线虽不能减少绕击率，但能在雷击杆塔时起分流作用和耦合作用，降低杆塔绝缘子上所承受的电压，提高线路的耐雷水平。在220kV双避雷线线路上架设耦合地线后，耦合系数由0.275增大到0.364，分流作用也明显增大；当杆塔冲击接地电阻为16100时，耦合地线分流为821.5，华东电力试验研究所进行的试验测量并提出耦合地线能分流1222。在接地电阻较大的山区，杆塔所处的地质条件差，电阻率较高如到达2000.m，降低接地电阻非常困难时采用在架空线下加装耦合地线,能起到较好的分流和耦合作用，降低雷击跳闸的概率。,与耦合地线雷同的耦合地埋线也可以降低接地电阻及起一局部架空地线的作用。国外的运行经验证明：耦合地埋线是降低高土壤电阻率地区杆塔接地电阻的有效措施之一，曾在一个20基杆塔的易击段埋设耦合地线后，10年中只发生一次雷击故障，国外文献介绍可降低跳闸率40，显著提高线路耐雷水平。,减小保护角或采用负保护角,220kV典型杆塔改变保护角对绕击跳闸率的影响,塔型,ZL1,ZL34,ZL1-22.5,改变1,改变2,ZL34-27,改变1,改变2,杆塔呼称高(m),22.5,22.5,22.5,27,27,27,地线,间距(m),9.4,11.2,12.0,11.0,13,14,型号,GJ-50,GJ-50,GJ-50,GJ-50,GJ-50,GJ-50,计算弧垂,7m,7m,7m,7m,7m,7m,导线,间距(m),6.5,6.5,6.5,7.5,7.5,7.5,型号,LGJQ-400,LGJQ-400,LGJQ-400,LGJQ-400,LGJQ-400,LGJQ-400,计算弧垂,12,12,12,12,12,12,挡距(m),300,300,300,300,300,300,绝缘子串长(m),2.1,2.1,2.1,2.1,2.1,2.1,塔头高度(m),3.156,3.156,3.156,3.92,3.92,3.92,保护角,18.9,9.7,5.4,18.4,9.4,4.75,计算波形,斜角平顶波,耐雷水平（kA）,12,12,12,12,12,12,仿真软件绕击率,0.318,0.019,0,0.261,0.025,0,对于某些斜山坡、外侧地形开阔处，当避雷线保护角较大时可考虑采用升高避雷线或避雷线外移等减小保护角的方法。对于新设计线路，可考虑在雷电易击段采用负保护角设计，必要时采用三避雷线。减小保护角或采用负保护角可降低线路绕击引起的线路跳闸率。,=30的绕击率是,=0绕击率的5.738.79倍 。,500kV典型杆塔改变保护角对绕击跳闸率的影响,塔型及位置z,ZB,33,-39,平原地,10边坡,10边坡,15边坡,15边坡,15边坡,杆塔呼称高(m),39,39,39,39,39,39,地线,间距(m),24,24,26,24,26,29,型号,GJ-70,GJ-70,GJ-70,GJ-70,GJ-70,GJ-70,计算弧垂,9.5m,9.5m,9.5m,9.5m,9.5m,9.5m,导线,间距(m),14,14,14,14,14,14,型号,4*LGJQ-300,计算弧垂,12,12,12,12,12,12,挡距(m),400,400,400,400,400,400,绝缘子串长(m),4.4,4.4,4.4,4.4,4.4,4.4,塔头高度(m),5,5,5,5,5,5,保护角,12.0,12.0,6.1,18.4,9.4,-3.0,计算波形,斜角平顶波,耐雷水平（kA）,21.4,21.4,21.4,21.4,21.4,21.4,仿真软件,绕击率,0.002,0084,0,1.021,0.154,0.002,雷击杆塔或避雷线电气几何击距模型,对避雷线的击距：,r,s,=8I,0.65,(IEE),r,s,=0.67h,0.6,I,0.74,对导线的击距,r,c,=(1-K,i,)r,c,对大地的击距,r,g,= K,g,r,c,a局部屏蔽,b完全屏蔽,其中：r,s,为绕击击距；,I为绕击电流幅值；,根据线路的电气几何尺寸，建立模型，决定线路绕击电流幅值。采用怀特黑德whitehead的击距与雷电幅值的关系,绕击电流幅值,不同保护角,绕击次数与雷电流幅值的关系,改进电气几何模型,改进模型，第一是该模型考虑了结构物高度对输电线路雷电绕击的影响，第二是引入了吸引半径(吸引距离)这一概念。,该模型的主要思想是：接雷的结构物有一吸引半径，当下行雷电先导进入结构物的吸引半径之内，结构物上的上行先导将对下行雷电先导进行拦截；吸引半径同雷电流的幅值和结构物高度是直接相关的；下行雷电先导可从不同角度靠近结构物，一旦超出结构物的吸引半径，雷电先导将会直接击向地面。,从斜坡角度的数据可看出:我国常用的500kVZB6T酒杯形铁塔,当杆塔处于15度山坡的时候，地面闭合侧的临界绕击保护角在15，只要保护角小于此值那么这一侧的绕击率就为0.,保护角单位：度；绕击跳闸率单位：次/100kma40雷电日,220kV曲线拟合图为地面倾斜角,山区线路杆塔的地面倾斜角可能大于30，可达40，甚至更大，这对防止绕击很不利。这些杆塔是防雷的薄弱点。建议今后对于地面倾斜角大于25或30的杆塔的设计，要考虑把地线保护角相应地减少。其减小量可近似取为-25 。,避雷器,无间隙金属氧化物避雷器-由非线性金属氧化物电阻片串联和(或)并联且无并联或串联放电间隙的避雷器。,非线性金属氧化物电阻片-避雷器主的要工作部件。由于其具有非线性伏安特性，在过电压时呈低电阻，从而限制避雷器端子间的电压，而在正常工频电压下呈高电阻(非线性金属氧化物电阻片，以下简称电阻片)。,避雷器内部均压系统-并联于一片或一组电阻片上的均压阻抗，主要是均压电容器，以控制沿电阻片柱的电压分布。,避雷器均压环-一种金属部件，通常是圆环形，用以改善静电场下避雷器的电压分布。,避雷器比例单元-按要求组装好的一个避雷器部件，对某种特定试验，它必须能代表整只避雷器的特性。避雷器比例单元不一定是避雷器元件。,避雷器元件-组装好的一个完整的避雷器部件，可与其他元件串联和(或)并联，构成更高额定电压和(或)更高标称放电电流的避雷器。,避雷器压力释放装置-释放因避雷器内部故障而引起内部增高的压力，以防止避雷器爆炸的一种装置。,避雷器,额定电压-施加到避雷器端子间最大允许工频电压有效值。按照此电压所设计的避雷器，能在所规定的动作负载试验中确定的暂时过电压下正确地工作。它是说明避雷器运行特性的一个重要参数，但它不等于系统额定电压。,持续运行电压-在运行中允许持久地施加在避雷器端子上的工频电压有效值。,放电电流- 避雷器动作时通过避雷器的冲击电流。,持续电流-在持续运行电压下流过避雷器的电流。持续电流由阻性和容性分量组成，可随温度和杂散电容的影响而变化。,工频参考电流-用于确定避雷器工频参考电压的工频电流阻性分量的峰值。工频参考电流与避雷器的标称放电电流及(或)线路放电等级有关，对单柱避雷器，通常在120 mA范围内。在工频电流波形因电压极性而不对称情况下，应以较大极性的电流来确定参考电流。,避雷器,工频参考电压-在工频参考电流下测出的避雷器上的工频电压最大峰值除以。多元件串联组成的避雷器的参考电压是每个元件参考电压之和。,直流参考电流/电压-直流参考电流用于确定避雷器直流参考电压，直流参考电流通常为120mA。在直流参考电流下测出的避雷器上的电压。,残压-放电电流通过避雷器时其端子间的最大电压值。,工频电压耐受时间特性-在规定条件下，对避雷器施加不同的工频电压，避雷器不损坏、不发生热崩溃时所对应的最大持续时间的关系曲线。,保护特性- a.陡波冲击电流残压；b.雷电冲击电流残压； c.操作冲击电流残压。,脱离器-在故障时，使避雷器引线与系统断开以排除系统持续故障的一种装置。切除时避雷器的故障电流通常不是该装置的功能，故不一定能防止瓷套爆炸。,线路避雷器,(5) 金属氧化物避雷器MOA,线路ZnO避雷器的防雷作用,(1)防雷电绕击线路,如果能够确定某个杆塔的雷电事故是由雷电绕击引起的，那么只在雷电绕击的相导线上安装避雷器就能确保在保护范围内不会出现线路的雷击闪络事故。,对于山坡上的杆塔，只在外侧相导线上安装线路避雷器。,对于山顶或平地区域的线路杆塔，应在两侧安装线路避雷器。,特别注意：如果基于防绕击的目的的杆塔避雷线或杆塔遭受雷击，那么没安装避雷器的相导线可能会发生闪络。,(2)防雷电还击线路,根据易击段、易击点历年雷击跳闸记录, 杆塔耐雷水平以及易击段的地形地貌等, 选择耐雷水平较低, 遭受雷击的可能性较大以及档距超过300m 的杆塔加装线路型避雷器110220kV,线路避雷器,工频过电压耐受要求,工频续流切断能力-,工频恢复电压与间隙临界值的线性关系, 满足0.5周波内熄弧.,电压等级kV,110,220,500,MOA U1mA,123kV,246kV,560kV,间隙 mm,650,1200,1900,间隙工频放电电压,235kV,410kV,394kV (1.3p.u),规程要求(1.4p.u),100kV,200kV,424kV,间隙临界值 mm(续流2A),313,626,1400,关于线路避雷器间隙,操作冲击耐受要求,雷电下可靠动作,操作下不动作(500kV要深度限制时除外),MOA故障时,间隙能承受系统操作过电压,电压等级,110kV,220kV,500kV,绝缘子雷电放电电压,700kV (7),1410kV (13),2450kV (28),雷电与绝缘子配合(50%),650mm,1150mm,2200mm,此时雷电放电电压,414kV,771kV,操作耐受,500mm,1050mm,1800mm,工频续流切断,313mm,626mm,1400mm,目前采用间隙,500mm,1050mm,1800mm,对应的操作放电电压,313.6kV,665.0kV,1530kV,规程要求的操作水平(3p.u),308kV,617kV,943kV(2p.u),无间隙线路避雷器在操作过电压,影响间隙放电稳定性的因素,间隙放电电压的稳定性是避雷器保护性能的标准，棒一棒纯空气间隙与环一环带绝缘子支撑间隙放电特性本身存在差异。前者一是极不均匀电场，后者一是稍不均匀电场;前者一放电电压稍低、分散性小，后者不仅分散性大，受绝缘子污秽性能影响明显，当污秽引起漏电流到达一定值时，它与避雷器本体漏电流形成一个“分压器，明显地改变了整个避雷器电位分布，提高了避雷器放电电压值，这是设计者必须给子充分考虑的。,两种线路避雷器的比较,无间隙线路避雷器,运行条件除满足一般电站避雷器要求外，还应满足以下条件:,(1承受各种内过电压作用，特别在线路中段，内过电压值最高，过电压出现频率高，要求通流容量较大。,(2)荷电率相对较高，与变电站内避雷器不同，线路中段没有限压措施，电容效应等都能引起电压升高，线路避雷器荷电率较高。,(3线震、特强冷热作用、风摆、冰雪等可能破坏避雷器的密封。,有间隙线路避雷器,在实际应用中.间隙距离和电极直径相比在2倍以上(通常为2-5倍).对环一环的电极结构和绝缘支撑物固定间隙的放电电压的极性差异较大。,有间隙线路避雷器,线路避雷器应是免维护,(1) 生产高质量避雷器，还应当适当提高无间隙线路避雷器的残压，减少老化损坏可能性。,(2)应附加避雷器加装脱离器。无间隙,(3)应附加避雷器失效指示装置。,关于线路避雷器,型号,系统标称电压(kV ),直流1mA 标称电压不小于(kV ),2kA 最大雷电冲击残压(kV 峰值),5kA 最大雷电冲击残压(kV 峰值),方波通流容量(A ),冲击波通流容量(kA ),伞型外径(mm ),避雷器串联间隙距离(mm ),总高度(mm ),参考重量(kg),H Y5CX2110220,110,123,187,220,400,65,144,500,1340,27,H Y5CX2220440,220,246,374,440,400,65,144,1050,2700,55,防止雷电还击事故 采用复合外套ZnO 避雷器后线路的耐雷水平kA,避雷器配置,R 1 (欧),R 2 (欧 ),110kV,220kV,500kV,没装,避雷器,10,10,95,175,295,40,10,35,75,140,100,10,25,40,70,安装1 组,避雷器,10,10,260,300, 350,40,10,100,180, 350,100,10,60,110,340,安装3 组,避雷器,10,10, 300, 300, 350,40,40,275, 300, 350,100,100,105,250,340,关于线路避雷器,(1) 线路杆塔安装线路避雷器以后, 雷击杆塔耐雷水平有很大的提高, 但其提高程度受避雷器吸收雷电流能量的能力与避雷器最大耐受冲击电流的限制。避雷器热容量和流过避雷器的电流, 随杆塔接地电阻、档距、杆塔高度、雷电流的波形变化而变化。,(2) 线路安装线路避雷器以后, 雷击导线的耐雷水平提高很多,500kV绕击耐雷水平也可以到达54kA 。理论上平原、丘陵、山区, 最大绕击电流都低于线路避雷器所能耐受的雷电流.,(3) 110kV 线路型避雷器提高还击耐雷水平的效果，主要决定于雷击杆塔时雷电流数值, 即避雷器最大耐受冲击电流能力与避雷器热稳定性的限制。,(4) 线路型避雷器只能保护装设杆塔两个档距范围内的雷击。由于波的运动需要时间, 假设其档距l = 300m , 来去约2微秒多的时间。因此一个杆塔上的避雷器只能防护两侧一个档距内的雷击。,杆塔的接地要求,注：如土壤电阻率超过2000m，接地电阻很难降低到30时，可采用68根总长不超过550m的放射形接地体。在多雷区，如是联络线路或重要线路，杆塔接地电阻最好能处理到10以下。,注：当在杆塔根底的放射形接地极每根长度的1.5倍范围内有土壤电阻率较低的地带时，可引外接地。,对于中雷区及多雷区35kV及66kV无避雷线线路，减少雷击引起的多相短路和两相异地接地引起的断线事故，其接地电阻不受限制，多雷区不宜超过30。35KV及以上线路相互交叉或与较低电压线路、通信线路交叉时，交叉档两端钢筋混凝土杆或铁塔上、下方线路共4基不管有无避雷线，均应接地。,阻低杆塔接地电阻的措施,在土壤电阻率高的山区，由于受地质、地势等条件的限制，架空线路的杆塔接地装置的工频接地电阻往往达不到要求，要根据每基杆塔的实际情况，认真查看地质、地势、测试杆塔周围各个不同深度的土壤电阻率，然后根据每基杆塔的实际情况经技术经济比照之后，采取有效降阻措施。,做好地质、地势调查，了解杆塔工频接地电阻超标的原因。,测试杆塔周围的土壤电阻率，四周是否有土壤电阻率低的地方可以利用，测试不同深度的土壤电阻率，地下有无可以利用的低电阻率的地层。,降低工频接地电阻的措施主要有以下几种方式：,水平外延接地体：尽量采用水平放射，以有效的降低冲击接地电阻。,深埋式接地极：深处的土壤电率较低、地下水位较高或有金属矿体时，将接地体接近或插入。利用山岩的裂缝，插入接地极并灌入降阻剂。在冻土区，深埋接地体应在冻土层以下。深埋接地体间距宜大于20m。,填充电阻率较低的物质：利用的附近低电阻率的物质。在水平接地体周围施加长效防腐降阻剂或采用深井爆破制裂压力灌注降阻剂。采用接地模块进行降阻，接地模块具有吸收和保持水分的作用。,铺设水下接地装置：利用附近的水源，布置水下或水边接地极。,一般情况下水平接地体施加降阻剂的方法。采用深井，地下一定要有低电阻率的地层才有明显效果。采用深井爆破制裂压力灌注降阻剂的方法费用较大，而效果并不明显。假设受地形、地势和土壤电阻率的限制把工频接地电阻降到合格30以内较困难时，可以考虑用68根长为80m的水平射线的方法来降低冲击接地电阻，可把假设干基杆塔的接地用耦合地线连接起来，在其中找出便于处理的，把接地电阻10以下，也可以起到一定防雷作用。,架空线路杆塔的接地装置，因运行环境恶劣，主要存在以下问题：,腐蚀问题。容易发生腐蚀的部位主要有：,1接地引下线与水平或垂直接地体的连接处，由于腐蚀电位不同，极易发生电化学腐蚀，有的已经形成开路状态。,2接地线与杆塔的连接螺丝处，由于腐蚀、螺丝生锈，用表计测量，接触电阻非常高，有的已形成电气上的开路。,3接地引下线本身，由于所处位置比较潮湿，运行条件恶劣，运行中又没有按期进行必要的防腐保护，因而腐蚀速度较快，特别是运行10年以上的接地线，作热稳定校核时不能满足短路电流热稳定的要求。,4水平接地体本身，有的埋深不够，特别是一些山区的输电线路杆塔，由于地质为石头，土层薄、埋深有的缺乏30cm，回填土又是用碎石回填、土中含氧量高，极容易发生吸氧腐蚀。在酸性土壤中的接地体容易发生析氢腐蚀；在海边的杆塔容易发生化学和电化学腐蚀。,外力破坏问题。对于架空线路杆塔的接地装置，特别是接地线，外力破坏是一个特别值得注意的问题，据某县110KV线路杆塔接地装置的调查，全线有60%的杆塔接地装置被破坏，接地引上线被剪断，接地极被挖走。,3加强管理。建立健全设备台帐、技术资料。健全所辖高压输电线路的设备台帐，详细的线路数据库。标准接地电阻的测试方法。测量杆塔接地电阻时，应根据杆塔接地装置的布置方式合理地布置测量引线。,杆塔接地装置的运行及维护,慎重采用接地降阻剂,降阻剂应执行?接地降阻剂技术条件?质量指标。对产品、原材料质量监控能力，严格施工工艺，保证以下属性：,1、防腐性：电极石墨为良好导电惰性物物理降阻剂，对金属不发生化学反响。胶凝物及其添加剂均为强碱弱酸盐，对金属具有防腐性。施工中严格配方、搅拌和隔绝氧气工艺要求。,2、导电稳定性：电极石墨存在于物理性接地降阻剂中，凝固成地下接地体之后不发生物理和化学变化，不流失。导电不受上下温、干湿度和环境介质的影响。,3、降阻剂稳定性：物理性接地降阻剂电阻率远小于土壤电阻率，施工时胶凝液与土壤有限渗透凝固成接地体与金属紧密相结合。使金属极与降阻剂层、降阻剂层与土壤间有效接触面增加，接触电阻减小、有利于稳定泄流降阻。,工频过电压,-,-,-系统暂态过电压,超高压系统,长线路容升幅值的影响因数：,线路长度、线路高抗的容量与布置、电网结构、电源容量、系统运行方式、故障及操作方式,例： 临青线：首 1.010p.u,末 1.246p.u,青潍线：首 1.021p.u,末 1.180p.u,例： 邹县侧送电前525kV，送电后邹县侧 530kV，济南侧539kV， 高抗退出时,有高抗时:,标准要求：线首1.3p.u,线末1.4p.u,对电缆线路，由于C较大，相位系数较大，在其他条件不变时，很短的线路，末端电压较高。,例；邹县电厂2#联变投运调试,潜供电流和恢复电压,自动重合闸的关键,影响因数：线路长度、高抗、故障位置；,要求：电压梯度815kV/m,潜供电流20A,重合闸时间可取0.4s,例： 临青线：8.38A,19.69kV,重合闸时间可取0.4s,青潍线无高抗：16.35A,38.94kV,重合闸时间可取0.7 0.9 s,200,400,600,900,1200,1500,1.02,1.09,1.24,1.7,3.24,长线路容升现象,潜供电流和恢复电压,自动重合闸的关键,影响因数：线路长度、高抗、故障位置；,要求：电压梯度815kV/m,潜供电流20A,重合闸时间可取0.4s,例： 临青线：8.38A,19.69kV,重合闸时间可取0.4s,青潍线无高抗：16.35A,38.94kV,重合闸时间可取0.7 0.9 s,断路器单相自动重合闸分合时间与潜供电弧自灭特性,潜供电弧：风速范围为1.52.5m/s；输电线路有补偿；,恢复电压梯度为815kV/m时；,潜供电流为20A以下，单相重合闸分合时间0.1s；,潜供电流为30A以下，单相重合闸分合时间0.180.22s；,例：郓城泰安紧凑型输电线路各运行方式下，单相自动重合闸分合时间与潜供电弧自灭特性的配合如下表：,方式,180,高抗中性点电抗,恢复电压,峰值（kV,）,恢复电压,梯度（kV/m）,潜供电流（A）,单相自动重合闸时间,2005,年大方式,600,120.64,20.39,21.73,0.18s,2005,年小方式,600,123.59,20.89,22.38,0.18s,2010,年基本方式,850,89.99,15.21,16.54,0.1s,2010,年基本方式（单线运行）,850,82.42,13.93,15.45,0.1s,2015,年基本方式,850,95.93,16.21,16.54,0.1s,传递过电压,同塔双回线路感应,益川I线正常运行(潮流1170MW)，益川II线的电磁感应电流约为130A，电磁感应电压约为4kV；静电感应电流约为10A，静电感应电压约为30kV。,益潍I线正常运行(潮流632MW)，益潍II线的电磁感应电流约为70A，电磁感应电压约为2kV；静电感应电流约为10A，静电感应电压约为30kV。,同塔双回线路感应,额定,电压