第六 雷电过电压防护

在雷电活动特别频繁和土壤电阻率较大的地区， 可采用线路型金属氧化物避雷器进行防雷。 这种避雷器采用复合绝缘外套，重量轻，便于安 装。它并接于线路绝缘子串两端，当绝缘子串上 的电压达到一定值时动作，从而避免了绝缘子串 发生闪络，降低了线路的雷击跳闸率。 这种方法的缺点是，避雷器的试验和维护较困难， 成本高。
侵入波
一、对避雷针安装位置的要求

独立避雷针具有独立于变电站地网的接地装置 构成避雷针安装于配电构架上，并于变电站的地网相连
1.独立避雷针
对于35kv及以下的配电装置，由于绝缘水平较 低，为了避免反击的危险，应架设独立避雷针，其 接地装置与主接地网分开埋设。 避雷针在高度h处的电位
di ua iRi L0h dt
220Kv：宜全线架设双避雷线α 在20度左右 110Kv：一般全线架设避雷线α 在20度左右 ≤35Kv：一般不沿全线架设避雷线，α 取20到30度之间
二、降低杆塔接地电阻
在土壤电阻率低的地区，应充分利用铁塔、钢筋 混凝土杆的自然接地电阻 在高土壤电阻率的地区，用一般方法很难降低接 地电阻时，可采用多根放射形接地体，或连续伸 长接地体，或采用某种有效的降阻剂降低接地电 阻值
案例二：规划某 新建35kv变电站 的防雷配置。
Autocad图（加 连接)
（6）自耦变压器必须在两个自耦合的绕组出线上装设避雷 器，避雷器装设于变压器与断路器之间。 （7）下了情况变压器中性点应装设避雷器： 中性点直接接地系统，变压器中性点为分级绝缘且装有隔 离开关时； 中性点直接接地系统，变压器中性点为全绝缘，但是变电 站为单进线且为单台变压器运行时； 中性点不接地或经消弧线圈接地系统，多雷区单进线变压 器中性点。
sa
Sa 0.2 Ri0.1( hl )
2.避雷线的接地装置与发电厂变电站接地网间的地中距离， 应符合下列要求
Se 0.3Ri
通常不宜小于3m
Se
6.4变电站的侵入波防护
沿导线传播的侵入波幅值远远高于变电站内设备绝缘水平 故需采用避雷器作为变电站内侵入波的防护 一、避雷器的保护动作过程
六、装设自动重合闸

由于雷击造成的闪络大多能在跳闸后自行恢复绝缘性能， 所以重合闸成功率较高。 据统计，我国110KV及以上高压线路重合闸成功率为 75%—90%；35KV及以下线路约为50%—80%。

七、加强绝缘


对于输电线路的个别大跨越高杆塔地段，络雷 机会增多，塔高等值电感大，塔顶电位高，感 应过电压也高；绕击时最大雷电流幅值大，绕 击率高。使得线路的雷击跳闸率增加 为降低跳闸率，可在高杆塔上增加绝缘子串的 片数。 标准规定，全高超过40m有避雷线的杆塔，每 增高10m，应增加一片绝缘子。
2、35KV小容量变电站简化接线

变电站面积小，避雷器与变压器距离在10m以内
6-6 过电压综合防护 案例分析
《高电压技术》课题组


案例一：规划某新建110KV变电站的防雷配置。 已知：地形图如下，110KV构架高11米，综合 楼高10.8米，35KV构架高7.8米，其他设备高 度较低。 Autocad图纸（加链接）
6.2 输电线路的防雷措施
1.架设避雷线

防止雷直击于导线 对雷电流有分流作用，使塔顶电位下降 对导线有耦合作用，降低雷击杆塔时绝缘子串上电压 对导线有屏蔽作用，可降低导线上感应电压。

500Kv：全线架设双避雷线α 不大于15度


300Kv：全线架设双避雷线α 在20度左右
6.1 输电线路的雷电过电压

架空线地处旷野、纵横交错，极易遭受雷击
雷击输电线路
（1）雷直击导线 无避雷线的线路最易发生，但即使有避雷线，雷电 仍可能绕过避雷线的保护范围而击于导线绕击。 （2）雷击杆塔或避雷线 强大的雷电流通过杆塔的接地电阻，使杆塔和避雷线 的电位突然升高，杆塔与导线的电位差超过线路绝缘 子闪络电压时，绝缘子发生闪络，到线上出现很高的 电压。这种杆塔电位升高，反过来对导线放电，称为 反击。 直击雷过电压：雷直击输电线路杆塔、避雷线或导线 而产生的过电压

侵入波经过在进线段上传播时，由于冲击电晕陡度会降低， 进线段的波阻抗也起着限制流过避雷器的雷电流作用 进线段作用： （1）限制雷电流 （2）降低侵入波陡度


案例分析：典型接线

1、35KV及以上变电站
F3装设原则：冲击绝缘水平特别高的线路， （如瓷木）横担或降压运行的线路，限制侵 入波幅值用 F2装设原则：雷雨季节常有断路器断开、而 线路带电运行方式，防止来波在开路的线路 末端全反射造成闪络，工频短路电流烧坏断 路器或隔离开关，但正常运行时，F2应在F1 的保护范围内

四、采用不平衡绝缘方式
同杆双回线路采用 作用原理： 二回路的绝缘子串片数有差异，这样雷击时 绝缘子串片数少的回路先闪络，闪络后的导线相当 于地线，增加了与另一回路导线的耦合作用，提高 了另一回路的耐雷水平，使之不发生闪络，以保证 另一回路连续供电。
一般认为，二回路绝缘水平的差异宜为 压
倍的相电
3
第六章 雷电过电压防护
输电线路上的雷电过电压
1、直击雷过电压：是由雷电直接击中杆塔、避雷 线或导线引起的过电压；一般采用避雷线保护 2、感应雷过电压：是由雷击线路附近大地，由于 电磁感应在导线产生的过电压

运行经验表明，直击雷过电压对电力系统的危害 最大，感应雷过电压只对35KV及以下的线路会造 成雷害。
3）尽量缩短避雷器与被保护设备间的电气距 离。
三、变电站避雷器保护配置
（1）配电装置每组母线上应装设避雷器，但是进出 线都装有避雷器的除外。 （2）旁路母线是否装设避雷器视其运行时避雷器到 被保护设备的电气距离是否满足要求而定。 （3）330KV及以上变压器和并联电抗器处必须装设 避雷器，避雷器应尽可能靠近设备本体。 （4）220KV及以下变压器到避雷器之间的电气距离 超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。 （5）三绕组变压器低压侧的一相上宜装设一台避雷 器。
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6.5 变电站的进线段保护
进线段：输电线靠近变电站1—2Km的线段 统计表明：变电站侵入波事故50%是1Km线路落雷造 成的，71%是3Km线路落雷造成的。
进线段保护：加强进线段防雷保护措施（无避雷线 的架设避雷线，有避雷线减小保护角，增加绝缘子 片数，加强检查巡视）使进线段耐雷水平高于线路 其他部分，减小进线段发生绕击和反击形成侵入波 的概率，这样侵入变电站的雷电波主要来自进线段 之外。
八、采用排气式避雷器

排气式避雷器仅用作线路上雷电过电压特别大或绝缘薄弱 点的防雷保护。 它能免除线路绝缘的冲击闪络，并使建弧率降为零 排气式避雷器只能安装在高压线路交叉的地方及高压线路 与通信线路之间的交叉跨越档、过江大跨越高杆塔、变电 站的进线保护段等处。
九、采用线路型金属氧化物避雷器



（1）配电构架辅助接地装置与地网连接点 （2）变压器接地与地网的连接点
二、对避雷线安装位置的要求
1.为防止反击，避雷线与配电装置带点部分、发电厂和 变电站电气设备接地部分以及构架接地部分间的空气 中距离，应符合下列要求 对一端绝缘另一端接地的避雷线
s a 0.2 Ri 0.1( h l ) 对两端接地的避雷线 通常不小于5m

土壤电阻 ≤10 100~5 率 0 00 Ω.m 接地电阻 ≤10 ≤15 Ω 500~10 00 ≤20 1000~20 >200 00 0 ≤25 ≤30
三、架设耦合地线
降低接地电阻困难时采用 在导线下方架设 作用 增加避雷线与导线间的耦合作用以降低绝缘子串上的电 压 增加对雷电流的分流作用。

6.3 发电厂和变电站的直击雷保护
发电厂、变电站雷害来源： （1）雷直击发电厂和变电站的避雷针后，强大的雷电流 a.在设备上产生感应过电压 b.避雷针电位升高对设备反击 c.产生跨步电压和接触电压 （2）雷击线路后导线上形成雷电波侵入发电厂和变电站

厂、站过电压防护的主要措施
针，线，保护范围 直接雷 防止反击 避雷器的保护作用与范围 降低来波陡度 进线保护段 减小通过避雷器的电流的复制
发电厂、变电站的雷电过电压
1、雷直击于发电厂、变电站而形成的直击雷过电 压，一般采用避雷针保护。 2、雷击输电线路后产生的向发电厂、变电站入侵 波过电压。一般采用避雷针保护和进线段保护。

根据我国运行经验，凡装设符合标准要求的避雷 针（线）的发电厂和变电站绕击和反击事故率是 非常低的，故沿线路入侵的雷电波是造成发电厂、 变电站雷害事故的主要原因。
避雷器直接并在设备旁
避雷器动作前：
动作后
Z1 Ub ib U (t ) 2
Ub U (t )
Ub f (ib)
二、避雷器与设备的距离对过电压的影响

不可能在每台被保护设备上并一台避雷器，也就是说避雷 器与被保护设备存在一定距离。
可见为了保证设备的安全，需采用如下措施：
1）限制通过避雷器的雷电流，≥5KA或10KA， 降低残压； 2）限制雷电流陡度a；
接地装置上的电位
ue iRi

为防止避雷针对构架发生反击，避雷针与构架间的空气间隙距 离
通常不宜小于 a 5m
通常不宜小于
s

为了防止避雷针接地装置与被保护设备接地装置之间因土壤击
穿造成反击，两者之间地中距离
3m
se
2、构成避雷针

对于110kv及以上的配电装置，因为绝缘水平较高，可 以将避雷针架设在配电装置的构架上，以可以节约投资、 便于布置。 在装设避雷针的构架附近埋设辅助集中接地装置，且避 雷针与主接地网的地下连接点至变压器接地线与主接地 网的地下连接点之间，沿接地体的长度不得小于15m。 土壤电阻率＞500Ω m时，需独立架设避雷针。 在变压器的门型构架上，一般也不允许装设避雷针（线）
五、采用消弧线圈接地方式

适用条件： 雷电活动强烈、接地电阻又难以降低的地区 作用原理： 单相对地闪络时，消弧线圈使其不至于发展成持 续工频电弧 两相或三相对地闪络时，第一相闪络并不会造成 跳闸，先闪络的导线相当于一根避雷线，增加了分流和对 未闪络相的耦合作用，使未闪络相绝缘上的电压下降，从 而提高了线路的耐雷水平。

说明： 本站设置2根构架避雷针、2根独立避雷针作为全站的直 击雷保护。 避雷针的高度均为25m。 本站110KV构架高度11m，综合楼高度10.8m，35kv构架 高度7.3m，其他设施高度较低，保护校验高度分别选择为 12m和8m。 计算结果表明，全站处于所设置避雷针的保护范围内。 独立避雷针与带电部分在空气中的距离不应小于5m，其 集中接地装置与主地网的地户距离不应小于3m。 构架避雷针与带电部分在空气中的距离不得小于绝缘子 串的长度，装设在构架上的避雷针与主地网地下连接点至变 压器接地线与主地网的地下连接点之间，沿接地体的长度不 得小于15m。
(3)雷击输电线路附近大地 雷击导线水平距离65m以外的大地时，由于空间电磁 场的急剧变化，在导线上感应的过电压，称为感应 雷过电压

直击雷过电压和感应雷过电压产生的危害： （1）引起线路跳闸，影响正常供电 （2）雷电波侵入变电站
工程上衡量输电线路防雷性能优劣的指标


输电线路防雷性能的优劣主要用耐雷水平及雷击跳闸率来 衡量。 耐雷水平：雷击线路时线路绝缘不发生闪络的最大雷电流 幅值，以KA为单位。 耐雷水平越高，线路发生闪络的概率越小，线路的防雷性 能越好。 雷击跳闸率：每100Km线路每年由雷击引起的跳闸次数。 它是衡量线路防雷性能的综合指标