1、第八章 电力系统雷电防护重 点1.避雷针与避雷线2.金属氧化物避雷器3.输电线路雷电防护4.变电站雷电防护 防雷保护设备 雷电放电作为一种强大的自然力的爆发是难以制止的，产生的雷电过电压可高达数百至数千kV，如不采取防护措施，将引起电力系统故障，造成大面积停电。目前人们主要是设法去躲避和限制雷电的破坏性，基本措施就是加装避雷针、避雷线、避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器组、消弧线圈、自动重合闸等防雷保护装置。避雷针、避雷线用于防止直击雷过电压，避雷器用于防止沿输电线路侵入变电所的感应雷过电压。8.1 避雷针与避雷线8.2.1 避雷针防雷原理及保护范围1.避雷针防雷原理 避雷针是明显高出被保护物
2、体的金属支柱，其针头采用圆钢或钢管制成，其作用是吸引雷电击于自身，并将雷电流迅速泄入大地，从而使被保护物体免遭直接雷击。避雷针需有足够截面的接地引下线和良好的接地装置，以便将雷电流安全可靠地引入大地。2.避雷针的保护范围 表示避雷针的保护效能，通常采用保护范围的概念，只具有相对意义。避雷针的保护范围是指被保护物体在此空间范围内不致遭受直接雷击。我国使用的避雷针的保护范围的计算方法，是根据小电流雷电冲击模拟试验确定，并根据多年运行经验进行了校验。保护范围是按照保护概率99.9%确定的空间范围（即屏蔽失效率或绕击率0.1%）。避雷针避雷针的保护范围受保护区域受到保护失去保护避雷针8.1 避雷针与避
3、雷线图中的受保护区域并非100安全受保护区域只是保证在该区域中雷击概率是很小的数值单支避雷针保护范围上图中划定避雷针保护范围的方法称为折线法，用两段斜率不同的折线段确定保护范围（建筑防雷中采用滚球法确定保护范围）折线表达式中的p是修正系数，根据避雷针高度的不同进行有关修正hxhrxh/2rx=(h-hx)prx=(1.5h-2hx)p避雷针受保护区域避雷针保护范围折线法8.1 避雷针与避雷线修正系数p避雷针高度30m时避雷针高度h80m时修正系数p1 hx被保护物高度hxhrxh/2rx=h-hxrx=1.5h-2hx避雷针受保护区域避雷针保护范围折线法 h30m30m修正后未修正80mh12
4、0m时修正系数：hp308.1 避雷针与避雷线如图可见，避雷针高度超过30m后其保护范围随高度而增大的趋势减缓两支避雷针联合保护范围h折线的确定方法同单支避雷针避雷针1两支避雷针联合保护范围避雷针2h0=h-D/7pDAA A-A展开 BB B-B展开 两支避雷针的联合保护范围不是两个避雷针各自保护范围的“并集”，而是比这个并集要大一些图中蓝色虚线部分代表单支避雷针保护范围的界限8.1 避雷针与避雷线8.2.2 避雷线防雷原理及保护范围 避雷线，通常又称架空地线，简称地线。避雷线的防雷原理与避雷针相同，主要用于输电线路的保护，也可用来保护发电厂和变电所，近年来许多国家采用避雷线保护500kV大
5、型超高压变电所。用于输电线路时，避雷线除了防止雷电直击导线外，同时还有分流作用，以减少流经杆塔入地的雷电流从而降低塔顶电位，避雷线对导线的耦合作用还可以降低导线上的感应雷过电压。单根避雷线保护范围hxhrxh/2rx=0.47(h-hx)prx=(h-1.53hx)p避雷线受保护区域避雷线保护范围8.1 避雷针与避雷线双避雷线联合保护范围hh/2rx=0.47(h-hx)prx=(h-1.53hx)p避雷线1受保护区域双避雷线联合保护范围D/4p避雷线2D双避雷线在输电线路上应用极为广泛8.1 避雷针与避雷线避雷针与避雷线的应用范围 避雷针在变电所、发电厂等场合有广泛的应用（集中保护场合）。避
6、雷线适用于输电线路防雷（分布保护场合），在变电所里有时也在电气主回路上空布置多条避雷线进行雷电防护。8.1 避雷针与避雷线避雷针是不是越高越好？答案：随着避雷针高度的增加，其保护范围的增加越来越有限，同时其保护范围内免受雷击的概率变得不确定。在提高避雷针高度上下功夫不如采用多针联合保护。8.1 避雷针与避雷线8.2.3 避雷器工作原理及常用种类 避雷器是专门用以限制线路传来的雷电过电压或操作过电压的一种防雷装置。避雷器实质上是一种过电压限制器，与被保护的电气设备并联连接，当过电压出现并超过避雷器的放电电压时，避雷器先放电，从而限制了过电压的发展，使电气设备免遭过电压损坏。避雷器的常用类型有：保
7、护间隙、排气式避雷器（常称管型避雷器）、阀式避雷器和金属氧化物避雷器（常称氧化锌避雷器）四种。避雷器1避雷器21.保护间隙 保护间隙是一种简单的避雷器，按其形状可分为：角型、棒形、环形和球型等，常用角形保护间隙如图8-14所示。图8-14 角型保护间隙1角型电极 2主间隙 3支柱绝缘子 4辅助间隙 5电弧的运动方向2.排气式避雷器 排气式避雷器实质上是一种具有较高熄弧能力的保护间隙，其结构如图8-15所示，内间隙固定装在管内，管子由纤维、塑料或橡胶等产气材料制成，其电极一端为棒形电极2，另一端为环形电极3。外间隙裸露在大气中，由于产气材料在泄漏电流作用下会分解，因此管子不能长时间接在工作电压上
8、，正常运行靠外间隙来隔离工作电压。图8-15排气式避雷器1产气管 2棒形电极 3环形电极 S1内间隙 S2外间隙4-动作指示器3.阀式避雷器 阀式避雷器是由装在密封瓷套中的多组火花间隙和多组非线性电阻阀片串联组成。它分普通型和磁吹型两大类。普通阀式避雷器的单个火花间隙结构如图8-16所示，电极由黄铜圆盘冲压而成，两电极间以云母垫圈隔开形成间隙，间隙距离为0.51.0mm，间隙电场接近均匀电场，单个间隙的工频放电电压约为2.73.0kV(有效值)。阀片的伏安特性如图8-17所示。图8-16 单个火花间隙结构1黄铜电极 2云母垫圈图8-17 阀片的伏安特性i1工频续流 u1工频电压 i2雷电流 u
9、2避雷器残压 磁吹阀式避雷器（简称磁吹避雷器）的基本结构和工作原理与普通阀式避雷器相同，主要区别在于，磁吹阀式避雷器采用了磁吹式火花间隙，它是利用磁场对电弧的电动力，迫使间隙中的电弧加快运动并延伸，使间隙的去游离作用增强，从而提高了灭弧能力，磁吹式火花间隙的结构和电弧运动如图8-18所示。图8-18 磁吹式火花间隙1.角形电极 2灭弧盒 3并联电阻 4灭弧栅 多个间隙串联电路中，由于寄生电容存在，灭弧过程工频电压在各个间隙上的分布是不均匀的，将影响每个间隙作用的充分发挥，减弱了灭弧能力。通常将四个火花间隙放在一个瓷套筒里组成标准间隙组，在每个标准间隙组的侧面并有两个串联的半环形非线性分路电阻，
10、以便起均压作用，如图8-19所示。图8-19 在间隙上并联分路电阻(a)标准火花间隙组（普通阀式避雷器）(b)原理图5间隙6分路电阻7工作电阻 4.金属氧化物避雷器 金属氧化物避雷器(MOA)出现于20世纪70年代，因其性能比碳化硅避雷器更好，现在已在全世界得到广泛应用。金属氧化物避雷器的阀片是由以氧化锌（ZnO）为主要原料，并添加其它微量的氧化铋（Bi2O3）、氧化钴（Co2O3）、氧化锰（MnO2）、氧化锑（Sb2O3）、氧化铬（Cr2O3）等金属氧化物作添加剂。金属氧化物避雷器的结构非常简单，仅由相应数量的氧化锌阀片密封在瓷套内组成，所以也称氧化锌避雷器。氧化锌阀片具有极好的非线性伏安特
11、性，如图8-19所示，可分为小电流区、非线性区和饱和区。图8-20 氧化锌阀片的伏安特性ZnO阀片 在ZnO阀片的侧面上釉是为了防止沿面放电。表面镀铝的的作用是填满表面凹孔、防止电流在局部过于集中。上 釉镀 铝金属氧化物避雷器ZnO避雷器的结构 ZnO避雷器中起主要作用的非线性电阻元件由多片ZnO阀片堆叠而成，根据电压等级的不同堆叠层数也不同。图中给出是目前最为先进的硅橡胶复合外套避雷器的简化结构。下法兰上法兰下法兰承担机械负荷，玻璃钢绝缘套筒承担外绝缘，硅橡胶避雷器芯体，多片ZnO阀片堆叠而成金属氧化物避雷器ZnO避雷器在系统中的连接 绝大部分情况下，避雷器在系统中的连接都是星形接法。星形接
12、法下长期工作中的避雷器承受的是相电压。避雷器的接地要求绝对可靠。8.2 金属氧化物避雷器对避雷器性能的要求 良好的非线性（提高保护水平）。大的通流容量（能够吸收更强的雷电能量）。小的工频续流（雷击时防止系统注入过大的电流）。良好的伏秒特性（无论侵入波陡度如何都保证首先动作）。8.2 金属氧化物避雷器ZnO避雷器的特性曲线 ZnO避雷器具有显著的非线性伏安特性。当过电压袭来时，ZnO避雷器电流剧增，有效地吸收过电压的能量并遏制住系统电压的上升趋势。系 统 相 电 压U /kVI/A10-510-410-310-210-11101021031048.2 金属氧化物避雷器ZnO避雷器的参数U /kV
13、I/A10-510-410-310-210-1110102103104额 定 电 压容 许 最 大 持 续运 行 电 压起 始 动 作 电 压（1 m A参 考 电 压）残 压 1 m A 电 流（雷 电、操 作）冲 击 电 流 幅 值额定电压和容许最大持续运行电压为有效值，1mA参考电压常在直流下测得8.2 金属氧化物避雷器ZnO避雷器的参数 压比：荷电率：压比反映了避雷器伏安特性的非线性程度，压比越小非线性程度越大、保护性能越好（1.55-1.6）。荷电率反映了长期工作条件下避雷器承担电压负荷的轻重，荷电率较高时避雷器老化速度加快。参考电压下残压压比1mA10kA参考电压（幅值）容许最大持
14、续运行电压荷电率1mA8.2 金属氧化物避雷器ZnO避雷器的优劣评判显然避雷器A的非线性程度好于避雷器B，其保护性能也优于避雷器B8.2 金属氧化物避雷器系统相电压U /kVI/A10-510-410-310-210-1110102103104ABZnO避雷器的优点 无串联间隙 非线性程度好、保护性能优越 通流容量大 工频续流极小、可忽略不计8.2 金属氧化物避雷器避雷针作用是吸引雷电击于自身，并将雷电流迅速泄入大地，从而使被保护物体免遭直接雷击。避雷线，又称架空地线，简称地线。主要用于输电线路的保护，也可用来保护发电厂和变电所。避雷器实质上是一种过电压限制器。保护间隙排气式避雷器阀式避雷器金
15、属氧化物避雷器小结返回返回（本节完）8.4 接地的基本概念及原理 8.4.1 接地概念及分类 8.4.2 接地电阻，接触电压和跨步电压 8.4.3 接地和接零保护返回返回8.4.1 接地概念及分类 接地就是指将电力系统中电气装置和设施的某些导电部分，经接地线连接至接地极。埋入地中并直接与大地接触的金属导体称为接地极。电气装置、设施的接地端子与接地极连接用的金属导电部分称为接地线。接地极和接地线合称接地装置。接地按用途可分为：工作接地保护接地防雷接地静电接地返回返回8.4.2 接地电阻，接触电压和跨步电压 大地具有一定的电阻率，如果有电流经过接地极注入，电流以电流场的形式向大地作半球形扩散，则大
16、地就不再保持等电位，将沿大地产生电压降。设土壤电阻率为 ,大地内的电流密度为 ,则大地中电场强度为 在靠近接地极处，电流密度 和电场强度 最大，离电流注入点愈远，地中电流密度和电场强度就愈小，因此可以认为在相当远（约2040m）处，为零电位。电位分布曲线如图8-42所示。EE图8-42 接地装置的电位分布Ut接触电压 Us跨步电压 接地装置对地电位u与通过接地极流入地中电流i的比值称为接地电阻。人处于分布电位区域内，可能有两种方式触及不同电位点而受到电压的作用。当人触及漏电外壳，加于人手脚之间的电压，称为接触电压。当人在分布电位区域内跨开一步，两脚间（水平距离0.8m）的电位差，称为跨步电位差
17、，即跨步电压。8.4.3 接地和接零保护1.发电厂、变电所的接地保护发电厂、变电所的接地保护 发电厂、变电所中的接地网是集工作接地、保护接地和防雷接地为一体的良好接地装置。一般的作法是：除利用自然接地极以外，根据保护接地和工作接地要求敷设一个统一的接地网，然后再在避雷针和避雷器安装处增加35根集中接地极以满足防雷接地的要求。按照工作接地要求，发电厂、变电所电气装置保护接地的接地电阻应满足：IR2000e2.输电线路的接地保护 高压线路每一杆塔都有混凝土基础，它也起着接地极的作用，其接地装置通过引线与避雷线相连，目的是使击中避雷线的雷电流通过较低的接地电阻而进入大地。高压线路杆塔的自然接地极的工
18、频接地电阻简易计算式为 ,k为各种型式接地装置简易计算式系数，为土壤电阻率。kR3.计算用土壤电阻率 接地电阻除与接地极的形状、尺寸大小有关外，还跟土壤电阻率 密切相关。土壤电阻率 主要取决于其化学成分及湿度大小，计算防雷接地装置所采用的土壤电阻率应取雷季中最大可能的数值，一般按下式计算：0式中：土壤电阻率，单位为m；0雷季中无雨时所测得的土壤电阻率，单位为m；考虑土壤干燥所取的季节系数 接地按用途可分为：工作接地、保护接地、防雷接地、静电接地大地具有一定的电阻率，电流以电流场的形式向大地作半球形扩散，将沿大地产生电压降。发电厂、变电所中的接地网是集工作接地、保护接地和防雷接地为一体的良好接地
19、装置小结返回返回（本节完）电力系统防雷保护 电力系统的防雷保护包括了线路、变电所、发电厂等各个环节。输电线路雷电防护8.3.1 输电线路的防雷保护 在整个电力系统的防雷中，输电线路的防雷问题最为突出。这是因为输电线路绵延数千里、地处旷野、又往往是周边地面上最为高耸的物体，因此极易遭受雷击。输电线路防雷性能的优劣，工程中主要用耐雷水平和雷击跳闸率两个指标来衡量。所谓耐雷水平，是指雷击线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值（单位为kA）。1.输电线路上的感应雷过电压 雷击线路附近地面时，在线路的导线上会产生感应雷过电压，由于雷击地面时雷击点的自然接地电阻较大，雷电流幅值I一般不超过100kA。实测证明
20、，感应过电压一般不超过300-400kV，对35kV及以下水泥杆线路会引起一定的闪络事故；对110kV及以上的线路，由于绝缘水平较高，所以一般不会引起闪络事故。感应雷过电压同时存在于三相导线，故相间不存在电位差，只能引起对地闪络，如果二相或三相同时对地闪络即形成相间闪络事故。设避雷线和导线悬挂的对地平均高度分别为hg和hc,若避雷线不接地，则根据教材公式(8-18)可求得避雷线和导线上的感应过电压分别为 和 。igUicUSIhUggi25SIhUcci25于是于是 cgcigihhUU2.输电线路的耐雷水平 我国110kV及以上线路一般全线都装设避雷线，而35kV及以下线路一般不装设避雷线，
21、中性点直接接地系统有避雷线的线路遭受直击雷一般有三种情况：雷击杆塔塔顶；雷击避雷线档距中央；雷电绕过避雷线击于导线，如图8-21所示。图8-21 有避雷线线路直击雷的三种情况（1）雷击杆塔塔顶时的耐雷水平 运行经验表明，雷击杆塔的次数与避雷线的根数和经过地区的地形有关，雷击杆塔次数与雷击线路总次数的比值称为击杆率g，DL/T 6201997标准，击杆率g可采用表8-5所列数据。表8-5 杆率g避雷线根数避雷线根数12平原平原1/41/6山丘山丘1/31/4 雷击塔顶前，雷电通道的负电荷在杆塔及架空地线上产生感应正电荷；当雷击塔顶时，雷通道中的负电荷与杆塔及架空地线上的正感应电荷迅速中和形成雷电
22、流，如图8-22（a）所示。图8-22（a）雷击塔顶时雷电流的分布(b)雷击塔顶时等值电路 对于一般高度(40m以下)的杆塔，在工程近似计算中采用图8-22（b）的集中参数等值电路进行分析计算，考虑到雷击点的阻抗较低，故略去雷电通道波阻的影响。图8-22（a）雷击塔顶时雷电流的分布(b)雷击塔顶时等值电路（2）雷击避雷线档距中央 雷击避雷线档距中央时，雷击点会出现较大的过电压，如图8-23所示，根据彼德逊法则，由教材中公式（8-15），雷击点A的电压为：ggZZZZiU00A2式中 避雷线的波阻抗 gZ图8-23 雷击避雷线档距中央1避雷线 2导线（3）雷电绕击于导线时的耐雷水平 装设避雷线的
23、线路仍然有雷绕过避雷线而击于导线的可能性，虽然绕击的概率很小，但一旦出现此情况，则往往会引起线路绝缘子的闪络。3.输电线路的雷击跳闸率 雷电流超过线路的耐雷水平，会引起线路绝缘发生冲击闪络。这时，雷电流沿闪络通道入地，但持续时间只有几十 ，线路断路器来不及动作。闪络后是否会引起线路跳闸，还要看闪络能不能转化成稳定的工频电弧。其概率称为建弧率以 表示，与沿绝缘子串和空气间隙的平均运行电压梯度有关。可用下式表示：275.010)145.4(E式中：E绝缘子串的平均运行电压梯度，kV(有效值)/m。s 雷击杆塔顶部发生闪络并建立电弧引起跳闸的次数 ,雷绕过避雷线击于导线发生闪络并建立电弧引起跳闸的次
24、数 。有避雷线线路的雷击跳闸率n可按下式计算：11PgNn22PPNn)(212121PPPgNPPNPgNnnn式中：N 落雷次数，次/(100kma)；建弧率；g 击杆率；超过雷击杆塔顶部时耐雷水平的雷电流概率；超过雷击杆塔顶部时耐雷水平的雷电流概率；超过雷绕击导线时耐雷水平的雷电流概率；超过雷绕击导线时耐雷水平的雷电流概率；绕击率绕击率(包括平原和山区包括平原和山区)。P1P2P输电线路雷击分类感应雷击中杆塔雷绕过避雷线击中导线雷击中避雷线8.3 输电线路雷电防护输电线路遭受雷击后引发的后果 导线避雷线、导线杆塔、导线大地闪络。侵入波沿线路侵入变电所、配电所、发电厂。8.3 输电线路雷电
25、防护输电线路防雷四道防线1.防止雷电直接击中导线解决：架设避雷线2.防止雷电击中杆塔或避雷线后反击引起绝缘闪络解决：降低杆塔接地电阻3.防止雷击后的绝缘闪络发展为稳定燃烧的工频电弧解决：增大绝缘子片数，中性点经消弧线圈接地4.防止因雷击导致的线路供电中断解决：自动重合闸、环网供电8.3 输电线路雷电防护衡量输电线路防雷水平的指标 耐雷水平雷击线路不至使绝缘发生闪络的最小雷电流幅值（注意耐雷水平指的是雷电流而不是雷电压）。雷击跳闸率标准条件下（雷暴日数40、线路长度100km）每年雷击引起的跳闸次数。8.3 输电线路雷电防护雷击导线引起的过电压计算 图中Z1为雷电通道的波阻抗，其数值约为300，
26、Z2为输电导线的波阻抗，其数值为300400。从彼德逊等效电路中可以求出：将Z1、Z2带入可得 u100i，这也是有关规程中推荐的公式。Z2Z2uAuiZ1Z1Z2/22i+-uiZZZZiZZZZu2121212122228.3 输电线路雷电防护雷击情况分析绕击 在悬挂有避雷线的情况下，雷电还有可能绕过避雷线击中导线，这种情况称作绕击。图中称为保护角，越小则绕击概率越低、保护越完善，在必要的情况下甚至需要负的保护角。注意参考“避雷线保护范围”部分的内容。8.3 输电线路雷电防护 杆塔可以用塔身电感L和接地电阻R串联的等效电路模型来代表。当雷击中杆塔时，雷电流在L、R上产生压降，当这个压降足够
27、高时将使绝缘子与杆塔之间发生闪络。因而，降低杆塔接地电阻具有极其重要的意义。当雷击中避雷线时也可能造成反击。LR反击引起的闪络雷击情况分析反击8.3 输电线路雷电防护雷击情况分析感应雷过电压18.3 输电线路雷电防护雷 云+雷云发出的下行先导，其中有大量负电荷下行先导负电荷在导线上感应出束缚电荷，极性为正雷击情况分析感应雷过电压28.3 输电线路雷电防护雷 云+导线上束缚电荷失去束缚开始向两侧自由流动，其电流在导线波阻抗上形成过电压主放电发生后下行先导中负电荷全部被中和感应雷过电压主要威胁到35kV及以下输电线路输电线路避雷器对于雷击频繁的线路常使用线路避雷器加强保护8.3 输电线路雷电防护避
28、雷线有关问题避雷线损耗ZLUtsin(314)输电导线避雷线电磁耦合如图可知，两端接地的避雷线相当于在输电导线上加装了一个“短路环”，而这个“短路环”与输电线路存在电磁耦合，并通过这个电磁耦合消耗一部分输电线路输送的电能8.3 输电线路雷电防护避雷线有关问题采用架空绝缘地线 通过在避雷线和杆塔之间加装一片绝缘子就可以解决上述损耗问题。一片绝缘子的闪络电压相对来说很低，故不影响避雷线的防雷保护效果。8.3 输电线路雷电防护避雷线有关问题光纤复合架空地线OPGW 常规避雷线为钢芯铝绞线，在钢芯铝绞线中央安装一根或数根光纤就构成了光纤复合架空地线（OPGW）。OPGW既可以完成避雷线所需完成的任务，
29、其中的光纤又可以组建一个电力系统通信网。8.3 输电线路雷电防护8.4 发电厂和变电所雷电防护8.3.2 发电厂和变电所的防雷保护 发电厂和变电所是电力系统的枢纽，设备相对集中，一旦发生雷害事故，往往导致发电机、变压器等重要电气设备的损坏，更换和修复困难，并造成大面积停电，严重影响国民经济和人民生活。因此，发电厂和变电所的防雷保护要求十分可靠。变电所中出现的雷电过电压的两个来源：雷电直击变电所；沿输电线入侵的雷电过电压波。1.直击雷过电压的防护 直击雷防护的措施主要是装设避雷针或避雷线，使被保护设备处于避雷针或避雷线的保护范围之内，同时还必须防止雷击避雷针或避雷线时引起与被保护物的反击事故。当
30、雷击独立避雷针时，如图8-27所示。图8-27雷击独立避雷针1母线 2变压器 雷电流经避雷针及其接地装置在避雷针h高度处和避雷针的接地装置上将出现高电位UA(kV)和UG(kV)。tiLiRuddi Ai GiRu图8-27雷击独立避雷针1母线 2变压器式中:i流过避雷针的雷电流，kA；Ri避雷针的冲击接地电阻，单位为；L避雷针的等值电感 ；雷电流的上升陡度，kA 。tiddH 为了防止避雷针与被保护的配电构架或设备之间的空气间隙Sa被击穿而造成反击事故，必须要求Sa大于一定距离，取空气的平均耐压强度为500kVm；为了防止避雷针接地装置和被保护设备接地装置之间在土壤中的间隙Se被击穿，必须要
31、求Se大于一定距离，取土壤的平均耐电强度为300kVm，Sa和Se应满足下式要求:Sa0.2Ri0.1h Se0.3Ri2.侵入波过电压的防护 变电所中限制雷电侵入波过电压的主要措施是装设避雷器。如果三台避雷器分别直接连接在变压器的三个出线套管端部，只要避雷器的冲击放电电压和残压低于变压器的冲击绝缘水平，变压器就得到可靠的保护。但在实际中，变电所有许多电气设备需要防护，而电气设备总是分散布置在变电所内，常常要求尽可能减少避雷器的组数，又要保护全部电气设备的安全，加上布线上的原因，避雷器与电气设备之间总有一段长度不等的距离。3.变电所的进线段保护 变电所的进线段保护是对雷电侵入波保护的一个重要辅
32、助措施，就是在临近变电所12km的一段线路上加强防护。进线段保护的作用在于限制流经避雷器的雷电流幅值和侵入波的陡度。35kV110kV变电所的进线段保护接线如图8-32所示。图8-32 35kV110kV变电所进线保护接线4.变压器防雷保护的几个具体问题（1）变压器中性点防雷保护。当三相来波时，在变压器中性点的电位理论上会达到绕组首端电压的两倍，因此需要考虑变压器中性点的保护问题。（2）三绕组变压器的防雷保护。高压侧有雷电过电压波时，通过绕组间的静电耦合和电磁耦合，低压侧出现一定过电压。在任一相低压绕组加装阀式避雷器。图8-35 自耦变压器的防雷保护接线（3）自耦变压器的防雷保护 自耦变压器除
33、高、中压自耦绕组之外，还有三角形接线的低压非自耦绕组。高低压绕组运行而中压开路时，若有侵入波从高压端线路袭来，绕组中电位的起始与稳态分布以及最大电位包络线都和中性点接地的绕组相同。自耦变压器的防雷保护接线如图8-35所示。配电变压器的防雷保护接线如图8-36所示，其310kV侧应装设阀式避雷器FS-310或保护间隙来保护，构成变压器高压侧FS的接地端点、低压绕组的中性点和变压器金属外壳三点联合接地。（4）配电变压器的防雷保护图8-36 配电变压器的保护接线变电站雷击来源8.4 变电站雷电防护u雷电直击变电所雷电冲击波沿线路入侵变电所直击雷防护 避雷针在变电所内安装数根避雷针联合保护。避雷线在变
34、电所内主接线上方安装数根避雷线联合保护。8.4 变电站雷电防护变电所直击雷防护独立避雷针为防止雷击避雷针后引起的反击，独立避雷针与变电所构架的空气距离s1和接地体距离s2不应小于规程的要求。35kV及以下等级变电所必须安装独立避雷针。电气主接线s1s2避雷针支座变电所构架8.4 变电站雷电防护变电所直击雷防护构架避雷针 对于110kV及以上电压等级系统，由于外绝缘水平相对较高不易发生反击，可以考虑将避雷针安装在构架上。电气主接线避雷针变电所构架8.4 变电站雷电防护变电所侵入波防护 对雷电侵入波的防护通过以下两种方法进行：避雷器吸收雷电侵入波的能量限制电压升高进线段将靠近变电所1km2km的输
35、电线路划为进线段，对进线段加强防雷保护（采用小的避雷线保护角、降低杆塔接地电阻、必要时安装线路避雷器）以保证进线段（几乎）不发生雷击；当进线段以外线路发生雷击后，侵入波在进入变电站之前通过进线段后其波前陡度和幅值会进一步降低 这两种方法往往结合进行。8.4 变电站雷电防护变电所侵入波防护避雷器与待保护变压器间距离的影响 首先对有关条件进行简化：假设侵入波为斜角波假设分析过程中变压器处于开路状态假设避雷的残压等于动作电压假设变压器开路 由右图可见，避雷器将通过的波头进行了限压。斜 角 入 射 波避 雷 器 动 作 电 压8.4 变电站雷电防护变电所侵入波防护避雷器与待保护变压器间距离的影响由于假
36、设变压器开路，波头到达变压器后折射波是入射波的2倍。图中给出的是最坏的情况，变压器事实上没有得到有效保护，其承受电压峰值为避雷器动作电压的2倍。出现这种最坏情况的原因是避雷器距变压器太远，如果两者距离接近一些，则变压器反射波到达避雷器与侵入波叠加，可以使避雷器动作提前，降低变压器上承受的最大电压。Um ax折 射 波折 射 波最 大 幅 值反 射 波反 射 波8.4 变电站雷电防护变电所侵入波防护避雷器与待保护变压器间距离的影响 综合分析前页图和右图可以看出：侵入波的陡度越大，则折射波的幅值越大避雷器和变压器距离越大、则进入变压器的折射波的幅值越大 根据规程要求，避雷器与待保护变压器之间的距离
37、不得大于规定的数值，详见教材表8-7。8.4 变电站雷电防护变电所侵入波防护变压器保护有关问题三绕组变压器保护 三绕组变压器有高压绕组、中压绕组和低压绕组，其中低压绕组绝缘水平最低。当高压绕组遭遇雷电波侵入时，如果低压绕组开路，会因为静电感应产生较高的电压危及其绝缘，所以低压绕组需要安装避雷器。静电感应产生的电压还不足以威胁中压绕组绝缘，故中压绕组不必安装避雷器。8.4 变电站雷电防护变电所侵入波防护变压器保护有关问题自耦变压器保护 自耦变压器防雷保护的避雷器接法如右图。FZ2FZ3FZ18.4 变电站雷电防护变电所侵入波防护变压器保护有关问题变压器中性点保护 当变压器中性点不接地、同时变压器
38、中性点绝缘水平低于相线绝缘水平时，必须在中性点加装避雷器进行保护。8.4 变电站雷电防护变电所侵入波防护进线段 进线段将靠近变电所1km2km的输电线路划为进线段，对进线段加强防雷保护（采用小的避雷线保护角、降低杆塔接地电阻、必要时安装线路避雷器）以保证进线段（几乎）不发生雷击；当进线段以外线路发生雷击后，侵入波在进入变电站之前通过进线段后其波前陡度和幅值会进一步降低进线段8.4 变电站雷电防护变电所侵入波防护进线段 对于全线不架设避雷线的线路（85kV及以下），必须在进线段架设避雷线；对于全线架设避雷线的线路（110kV及以下），在进线段需要加强防雷保护。以上措施是保证进线段发生雷击的可能性降至最低。对于进线段以外线路发生的雷击，其侵入波通过进线段时会因冲击电晕降低其陡度和幅值、因避雷线的耦合进一步降低幅值，这些都有助于减轻变电所内避雷器的负担。8.4 变电站雷电防护GIS防雷保护 GIS中的电场均设计为稍不均匀电场，其冲击系数较小，伏秒特性较平坦。能胜任GIS防雷保护的避雷器只有ZnO避雷器。8.4 变电站雷电防护变电所二次防雷 目前变电所的控制装置越来越复杂，有必要对雷击造成的电磁脉冲辐射进行有效的防范。8.4 变电站雷电防护
