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* * 项目二 输电线路的直击雷过电压防护 一、直击雷过电压 分类: 雷击杆顶、雷击BLX档距 中央、直击或绕击导线 1、雷击杆顶: 大部分雷电流经杆塔入地, 小部分经BLX入地。 设雷电流i为斜角波头,波头T1,幅值I,陡度a, 流过杆塔的电流为 (β为分流系数) (1) 塔顶电位: Lt为杆塔等值电感,雷电流波前陡度di/dt=I/T1, 塔顶电位幅值为: 注:不同类型杆塔的等值电感不同,见表7-1; 不同电压等级及BLX数目的β也不同,见表7-2 则塔顶电位为 于是,导线电位就等于避雷线电位产生的耦合电压 与雷电流引起的感应过电压之和: (2) 导线电位和绝缘子串上的电压: 雷击塔顶时,与塔顶相连的BLX也有相同的电位 utop。负极性的雷电波沿杆塔及BLX传播时,由于BLX与导线之间的电磁耦合作用,在导线上将产 生耦合电压kutop,其极性与雷电流极性相同。 另一方面,由塔顶向雷云发展的正极性雷电波,引 起空间电磁场的迅速变化,又使导线上出现与雷电 流极性相反的正的感应过电压 。 作用在绝缘子串上的电压就等于横担处杆塔电位与 导线电位之差,近似等于塔顶电位与导线电位差。 绝缘子串上电压随着雷电流增大而增大,当绝缘子 串上电压超过其50%冲击放电电压时,绝缘子串就 发生逆闪络(反击),可能造成线路跳闸。 反击:本来是地(低)电位的物体,由于某种原因 导致其电位(绝对值)突然升高,当其与周围导体 的电压超过了该间隙的击穿电压或表面放电电压时 ,发生的击穿或闪络现象。 绝缘子串上 电压幅值为: (3) 耐雷水平: 令 ,即可求得 雷击塔顶反击时的耐雷水 平I1,即 影响I1的因素: 杆塔分流系数β,杆塔等值电感Lt,杆塔冲击接 地电阻Ri,耦合系数k和绝缘子串的U50%冲击放 电电压。 提高雷击塔顶时耐雷水平的措施: (1)一般高度杆塔(小于40m),冲击接地电阻 上压降是塔顶电位的主要成分,因此降低接地电阻 可以有效地减小塔顶电位和提高耐雷水平; (2)增大耦合系数k; (3)加强线路绝缘(提高U50%) 。 为了减少反击,必须提高线路的耐雷水平。标 准中规定,雷击塔顶时应有的耐雷水平I1为: 有避雷线时线路应有的耐雷水平 3.8~1 7~2 14~6 35~14 59~46 雷电流超过I1的概率(%) 125~175 100~150 75~110 40~75 20~30 耐雷水平I1(kA) 500 330 220 110 35 额定电压(kV) 2、雷击BLX档距中央: 根据模拟试验和实际运行经验,雷击BLX档距 中央的概率较小(10%)。 由于半径较小的BLX的强烈电晕衰减作用,使过 电压波传播到杆塔时,已不足以使绝缘子串闪络 ,通常只需要考虑雷击BLX对导线的反击问题。 标准规定,只要按经验公式S=0.012l+1确定档距 中央导、地线间的空气间距S,一般不会发生BLX 对导线的反击故障。 3、直击或绕击: 装设BLX的线路,仍有雷绕过BLX击于导线的可能 Ka与避雷线保护角α、杆塔高度h及线路通过地区 的地形地貌有关。 山区线路因地面附近电场受山坡地形影响,绕击率 约为平原线路的3倍。 发生绕击的概率称为绕击率Ka 虽然绕击率很小,但一旦发生绕击,产生的雷过电 压很高,即使是绝缘水平很高的超高压线路也往往 难免闪络。 (1) 雷击点电压幅值: 研究表明,雷电流通道具有分布参数特征,其波阻 抗用Z0表示。 从实际效果看,雷击线路过程可看作是一数值为雷电流之半(i/2) 的电流波沿一波阻抗为Z0的通道向被击线路传播的过程,于是可得到其彼得逊等值电路 雷击点电压幅值为: ——近似计算中假设Z0 ≈Zc/2,Zc线路波阻抗, 取400Ω。 此即国标中用来估算绕击时过电压的近似公式 (2) 绕击时的耐雷水平: 令 ,可得绕击时的耐雷水平I2: 例如:采用13片XP-70型绝缘子的220kV线路绝缘子 串的U50%≈1200kV,可求得其I2=12 kA ,大于I2的 雷电流出现概率P1≈73.1%。同理110、500kV线路 绕击时耐雷水平分别只有7、27.4kA,雷电流幅值超 过7、27.4kA的概率分别为83.3%、48.8%! 可见,绕(直)击时线路的耐雷水平很低! 因此对110kV及以上中性点直接接地系统的输电线路,一般都要求沿全线架设避雷线,以防止线路频 繁发生雷击闪络跳闸事故。 4.4 雷击跳闸率及防雷措施 一、引起跳闸的过电压类型 击杆顶——反击(1) 击避雷线档距中央——(2) 直击——绕击(3

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