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| 高电压课件 第八章 |
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非直配电机的防雷保护国内外的运行经验表明：经变压器送电的电机在防雷上比直配电机较可靠，但也有被雷击坏的事例。
研究及运行经验表明：在多雷区，经升压变压器送电的特别重要的发电机，在其出线上，宜装设一组磁吹避雷器或金属氧化物
避雷器。如与该避雷器并联一组保护电容（C=0.25~0.5μF），再装上中性点避雷器，则可以认为发电机已得到了可靠的保护。
第八章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。第一节架空输电线路防雷保护
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。雷击线路附近地面雷击塔顶雷击档距中央的避雷线雷击导线输电线路防雷的任务：采用技术上与
经济上的合理措施，使系统雷害降低到运行部门能够接受的程度，保证系统安全可靠运行。感应雷过电压直击雷过电压一、输电线路耐心雷
性能的若干指标耐雷水平（单位：kA）雷击线路不致引起绝缘闪络的最大雷电流幅值，称为线路的耐雷水平。线路的耐雷水平愈
高，线路绝缘发生闪络的机会就愈小。雷击跳闸率（单位：次/l00km·40雷电日）雷击跳闸率是指折算为统一的条
件下，因雷击而引起的线路跳闸的次数。此统一条件规定为每年40个雷电日和l00km的线路长度。衡量输电线路防雷性能的两个
指标：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：式中：E—绝缘子串的平均运行电压梯度，kV(有效值)/m。对中性点有效接地系统对中性点非
有效接地系统式中：Un—线路额定电压（有效值），kV；-线路绝缘子长度，m;-木横担线路的
线间距离，m。铁横担或钢筋混凝土横担时为0输电线路防雷的措施（“四道防线”）：防止雷直击导线沿线架设
避雷线，有时还要装避雷针与其配合(2)防止雷击塔顶或避雷线后引起绝缘闪络降低杆塔的接地电阻，增大耦合系数，适当加
强线路绝缘，在个别杆塔上采用避雷器等(3)防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧适当增加绝缘子片数，减少绝缘子串上工
频电场强度，电网中采用不接地或经消弧线圈接地方式(4)防止线路中断供电采用自动重合闸，或双回路、环网供电等措施
二、线路雷害事故发展过程及防护措施三、线路耐雷性能的分析计算1、绕击导线雷击点电压：输电线耐雷水平：此时，避雷线只起到降
低绕击率的作用：平原线路：山区线路：雷击次数绕击率建弧率雷电流幅值大于雷绕击的耐雷水平I2的概率2.雷击档距
中央的避雷线电力系统多年的运行经验表明，间距只要满足上式要求，雷击档距中央避雷线时，导线与避雷线间一般不会发生闪络
。所以，在计算雷击跳闸率时，不计及这种情况。3.雷击杆塔塔顶电位：导线电位：绝缘子承受电压：输电线路耐雷水平：雷击次
数击杆率建弧率雷电流幅值大于雷击塔顶的耐雷水平I1的概率电压等级（kV）500330220110雷击杆塔时耐
雷水平（kA）125~175100~15075~11040~75平原跳闸率（次/百公里·年）0.081
0.1210.2520.833山区跳闸率（次/百公里·年）0.17~0.420.27~0.600.43~
0.951.18~2.01架空输电线路典型杆塔的耐雷水平及雷击跳闸率第三节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。一、变电所的直击雷保护变电所防止直击雷的措施：采用避雷针、避雷线及良好的接地网。
装设避雷针（线）的原则装设的避雷针（线）应该使所有设备均处于避雷针及避雷线的保护范围之内。
另外，要注意防止反击。即雷击于避雷针及避雷线后，它们的地电位可能提高，如果它们与被保护设备的距离不够大，则有可能在避雷针、避雷线
与被保护设备之间发生放电，或叫做逆闪络。此类放电现象不但会在空气中发生，而且还会在地下接地装置间发生，一旦出现，高电位就将加到电力
设备上，有可能导致电力设备的绝缘损坏。避雷针的设计计算1.独立避雷针i=100kA，L=1.55hμH/m
，空气击穿场强500kV/m，土壤击穿场强300kV/m，di/dt按斜角波头=2.6μs。构架避雷针
（1）对于110kV及以上的配电装置，由于绝缘较强，不易反击，一般可将避雷针装设在构架上。构架避雷针有造价低廉，便于布置的
优点。但因构架离电气设备较近，必须保证不发生反击的要求。在土壤电阻率的地区，仍宜装设独立避雷针，以免发生
反击。（2）35kV及以下配电装置的绝缘较弱，所以其构架或房顶上不宜装设避雷针，而需要装设独立避雷针。
（3）60kV的配电装置，在的地区宜装设独立避雷针，在的地区容许采用采用
构架避雷针。采用阀型避雷器是变电所对入侵波进行防护的主要措施，其保护售后服务主要是限制来波的幅值。配合进线段保护，是现代变电所
防雷接线的基本思路1.避雷器保护的动作过程避雷器上的电压可以看作斜角平顶波二、阀型避雷器保护作用的分析2.被保护设
备上的过电压变压器与避雷器之间允许的最大电气距离：三、变电所的进线段保护不同额定电压的线路与变压器的冲击强度额定电压(
kV)35110154220330500线路绝缘的冲击放电电压1.2/50μs、负极性(kV)35070010
001200~140016452060~2300运行中变压器可耐受的冲击电压1.2/50μs(kV)18042558
583511751540线路的冲击耐压比变电所设备的冲击耐压要高得多，若无避雷线，靠近变电所线路上受到雷击
时，不但流过避雷器的雷电流幅值可能超过规定值，而且陡度也会高于允许值。1.进线保护概念（1）对35~110kV线路，并不
要求全线架设避雷线进行保护，但在靠近变电所的1~2km范围内应装设避雷线、避雷针或其它防雷装置，通常称此线段为进线段。
（2）对全线有避雷线的线路来说，把靠近变电站附近2km长的一段线路也叫进线段。它除了线路防雷外，还担负着避免或减少变电所雷电行
波事故的作用。（3）在上述两种情况下，进线段的耐雷水平要达到有关规程规定值，以减少反击；同时保护角不超过20°，以减少这段线路
的绕击。2.进线保护的作用a.限制流过避雷器的雷电流幅值例如，对于220kV线路，取U50%=1
200kV，Z=400Ω，uR=664kV，则：b.限制侵入波陡度变电所侵入波计算陡度额定电压(kV)侵入波计
算陡度(kV/m)额定电压(kV)侵入波计算陡度(kV/m)1km进线段2km进线段或全线有避雷线1km进线段2km进
线段或全线有避雷线351.00.5220—1.5601.10.55330—2.21101.60.75
500—2.5四、变电所防雷的几个具体问题变电所防雷接线护未沿全线架设避雷线的35~110kV线路进线
保护限制侵入波的幅值保护断路器全线有避雷线的变电所进线保护（1）低压绕组开路时，若线路有入侵波传来雷电
波作用在高压侧或中压侧时，由于低压绕组的对地电容很小，开路的低压绕组上的静电耦合分量可能达到很高的数值，需要在任一相低压绕组出线端
对地加装一台避雷器。（2）如果低压绕组连接有25m及以上的金属铠装电缆段，低压侧可不装避雷器。（3）三
绕组变压器中压绕组，相对来说，绝缘水平比低压绕组要高，当其开路运行时，一般静电耦合分量不会损坏中压绕组，不必加装上述要求的避雷器。
三绕组变压器防雷保护自耦变压器的防雷保护高压端A进波中压端A''进波一般避雷器配置自耦避雷器配置变压器的
中性点保护在中性点直接接地的系统中，为减少单相接地的短路电流，有部分变压器的中性点改为不接地运行。这时，变压器的中
性点需要保护。①全绝缘：中性点处的绝缘水平与相线端的绝缘水平相等。此时，中性点一般不需保护。若变电所为单台变压
器且为单路进线运行时，在三相同时进波的情况下，中性点的对地电位会超过首端的对地电位。这种情况虽属少见，但需在中性点加装一个与首端有
同等电压等级的避雷器。②分级绝缘：中性点处的绝缘水平低于相线端的绝缘水平。应选用与中性点绝缘等级相同的避雷器
进行保护，但要注意校验避雷器的灭弧电压，它始终大于中性点可能出现的最高工频电压。全封闭SF6气体绝缘变电所（GIS）是
除变压器以外整个变电所的高压电力设备及母线，封闭在一个接地的金属壳内，壳内充以(3~4)×1.01325×105Pa大气压
的SF6气体作为相间和对地的绝缘。气体绝缘变电所防雷保护的特点GIS绝缘的伏秒特性比较平坦，其冲击系数很小，约为1.2
~1.3。因此它的绝缘水平主要决定于雷电冲击电压。GIS变电所的波阻抗一般在60~100Ω之间，远比架空线路低，这对变电
所的侵入波保护有利。GIS变电所结构紧凑，设备之间的电气距离小，避雷器离被保护设备较近，防雷保护措施比敞开式变电所容易。④
GIS内的绝缘，多数是稍不均匀电场，一旦发生电晕，将立即击穿；而且没有自恢复能力。而GIS本身的价格远较常规变电所昂贵，因此对
它的防雷措施要求更加可靠、在绝缘配合中要留有足够的裕度。第三节旋转电机的防雷保护一、旋转电机的防雷保护特点（1
）旋转电机在结构和工艺上的特点，它们的冲击绝缘水平要比同电压等级的变压器低得多。（2）电机绝缘特别在导线出槽处，电场极
不均匀，故在过电压作用后，会有局部的轻微损伤，使绝缘老化，可能引起击穿。（3）电机绝缘在运行中受机械振动、发热以及局部
放电所产生的臭氧的侵蚀，相对变压器的工作条件更为严峻。（4）保护旋转电机用的磁吹避雷器（FCD）的保护性能与电机绝缘水
平的配合裕度很小。（5）由于电机绕组的结构布置特点，特别是大容量电机，其匝间电容很小，起不了改善冲击电压分布的作用。为
了保证发电机匝间绝缘的安全运行，必须要将入进波陡度限制得很小。发电机经升压变压器与架空线相连接的情况，线路上雷电波经变压器绕组过
渡到发电机绕组。发电机和升压变压器低压侧连线过长，为使这段连线不受雷击，需用避雷针进行保护。当雷击避雷针时，将有感应过电压作用于
电机绝缘。发电机与负荷相距较近，将电机与架空线直接相连，称之谓直配电机的情况。此时，若雷击于导线或附近地面，将会有大气过电压作
用于电机绝缘。二、旋转电机防雷保护措施及接线①每组发电机母线上都装一组FCD型磁吹避雷器，以限制入侵波过电
压的幅值。②在发电机电压母线上装设一组并联电容器（电容量为0.25~0.5μF），以限制侵入波陡度。这不
但是保护电机匝间绝缘及中性点绝缘的需要，同时也是为了降低感应过电压。③在直配线进线处加装电缆段和管形避雷器等，
以限制流过避雷器的雷电流不超过3kA。④发电机中性点有引出线，在中性点加装一只避雷器保护，或者将母线并联电容加
大到1.5~2.0μF，以进一步降低入侵波陡度。直配电机的防雷措施：典型接线：在进线处装设电感线圈L，L可以是限流电抗
器，也可以是专门为防雷所设置的线圈。L不但和母线上的电容器C构成一个串联振荡电路，而且对波在L进端的正反射提高了线路侧的电压，
从而加速了FS的动作，限制了进波的幅值。架空进线段（450~600m）的电感来代替集中电感，此段线路用独立避雷针来保护。
GB1作用：当进线段首端外侧附近发生雷击时，GB1先放电，从而将雷电流大部分由此引入地中，以防止磁吹避雷器FCD电流超过了3kA
。GB2作用：加在线路首端的电压，除了避雷器GB1上的电压降外，主要是接地电阻上的电压降，降低此电压。发电机
经过一段大于l00m的电缆与架空线相连接，可以利用电缆外皮高频电流的集肤效应或电缆外皮的分流及耦合作用。当侵入波使电缆首端管形避雷器GB2动作时，电缆芯线与外皮短接，相当于把电缆芯和外皮连在一起并具有同样的对地电压。电缆发挥集肤效应，从而减小了流过避雷器的电流，使残压降低。GB2与电缆之间串入一组100~300μH的电感，利用电感对侵入波的正反射波使GB2动作也可以将避雷器GB2前移70m或增加GB1，以发挥电缆段的作用。此连接线应悬挂在杆塔导线下2~3m处，以使二线之间有一定的耦合作用。增设GB1的同时，电缆首端仍保留GB2，使强雷时，后者放电，便可发挥电缆段的限流作用。 |
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