电力系统防雷保护的初步研究.doc

题 目：电力系统防雷保护的初步研究 姓 名：张渊 学 号： 103521004 专 业：电气工程及其自动化 指导老师：孟鹏 设计时间：2013年6月  电力系统防保护的初步研究 一、 输电线路的防雷保护 1 1 、输电线路的感应雷过电压 1 2、输电线路直击雷过电压 3 3 、输电线路雷击跳闸率 8 4、输电线路防雷措施 11 二　发电厂和变电所的防雷保护 11 1、发电厂、变电所的直击雷保护 12 2、发电厂、变电所的雷电侵入波防护 14 3.变电所的进线段保护 18 4、变电所防雷的几个具体问题 21 5、旋转电机的防雷保护 25  电力系统防保护的初步研究 [摘要] 从发展的角度来看，电力系统的雷电灾害普遍存在，防雷工作既是传统的行业又是具有发展前景的新兴行业，因此，对于电力系统的防雷研究具有十分重要的意义。在防雷技术规范上也只讲如何实施，而未讲为什么，面对电力、电信方面雷电防护工程，往往不敢动手。本文通过对电力系统中发电厂、变电所和输电线路的防雷措施的应用加以介绍。 [关键词] 电力 防雷 接地 一、 输电线路的防雷保护 1 、输电线路的感应雷过电压 当雷击线路附近大地或击于塔顶但未发生反击时,由于电磁感应,输电线路上会产生感应雷过电压。以下将分析感应雷过电压的产生以及避雷线对感应雷过电压的屏蔽作用。 1 .感应雷过电压的产生 在雷云接近输电线路上空时,线路正处于雷击与先导通道和地面构成的电场中。由于静电感应,在导线表面电场强度E的切向分量Ex的驱动下,与雷云异号的正电荷被吸引到靠近先导通道的一段导线上排列成束缚电荷,而导线中负电荷则被排斥到导线两侧远方或结中性点逸入大地,或经中性点绝缘的线路泄漏而逸入大地,如图1-1(a)所示。由于先导放电的发展速度远小于主放电的速度,上述电荷在导线中的移动较慢,由此引起的电流较小,相应的电压波可忽略不计,可见先导放电阶段,导线仍保持着原有电位。 主放电开始以后,先导通道中的负电荷自下而上被迅速中和,由雷击所造成的静电场突然消失,于是输电线路上的束缚电荷就变成了自由电荷,所形成的电压波迅速向线路两侧传播。这种因先导通道中电荷突然中和而引起的感应过电压称为感应雷击过电压的静电分量,如图1-1(b)所示 。 图 1-1 感应雷过电压形成示意图 a 先导放电阶段 b 主放电阶段 当发生主放电时,伴随着雷电流冲击波,在放电通道周围空间产生强大的脉冲磁场,它的磁通若有与导线相交链的情况,就会在导线中感应出一定的电压, 称为感应雷击过电压的电磁分量。由于主放电通道与导线基本上是互相垂直的,所以电磁分量较小,通常只要考虑其静电分量。 2 .无避雷线时的感应雷过电压 根据理论分析与实测结果,有关规程建议,当雷击点与电力线路之间的水平距d65 m时,导线上的感应雷过电压的最大值为 (1-1) 式中,I为雷电流幅值(kA);hc为导线对地的平均高度(m);d为雷击点与线路之间的水平距离(m) 。 在用式(1-1)时,注意到雷击地面被击点的自接地电阻较大这一特点,所以最大雷电流幅值可采用进行估算。实测表明:感应雷过电压幅值一般不超过300～400kV,这可能使35 k V及以下水泥杆线路出现闪络事故。而对110kV及以上绝缘水平较高的线路,一般不会构成威胁。感应雷过电压的极性与雷云的极性相反,而相邻导线同时产生相同极性的感应雷过电压,因此相间不存在电位差,只存在引起对地闪络的可能,而如果两相或三相同时对地闪络,就会转化为相间闪络事故。 在d50m以内的雷将被线路吸引而击中线路本身。当雷直击于导线以外的任何位置而不产生反击时,由于空中电磁场的变化,将会在导线上产生很高的感应雷过电压。研究指出,它与导线的平均高度成正比,当无避雷线时,对一般高度的线路可用下式计算感应雷过电压最大值。 （1-2） 式中,a为感应过电压系数,单位kV/m,在数值上等于雷电流的时间陡度平均值,即a≈I/ 2.6 (时间陡度单位为kV/μs) 。 3 .有避雷线时的感应雷过电压 当导线上方挂有接地的避雷线时,由于先导电荷产生的电力线有一部分被避雷线截住, 即避雷线的屏蔽作用, 因而导线上感应的束缚电荷减少,相应的感应电压也减少。若设避雷线与导线一样未接地,其感应雷击过电压分别为 , ,但实际上避雷线是通过每杆塔接地的,其电位为零。这可以设想为在避雷线上又叠加了一个“”的感应电,它将在导线上产生一个耦合电压“”,这时导线上的实际感应雷过电压应为 （1-3） 式中, k0为避雷线与导线间的几何耦合系数。可以看出,由于避雷线的屏蔽作用