發(fā)變電站接地網(wǎng)腐蝕及斷點(diǎn)的診斷原理和方法

1、第14講 輸電線路防雷技術(shù),屠 幼 萍 ? 高電壓與電磁兼容研究所 ? +80798656，13691145432? typ@ncepubj.edu.cn,4.1 雷擊輸電線路的方式,4.2 雷擊輸電線路的后果,發(fā)生短路接地故障雷電波侵入變電所，破壞設(shè)備絕緣，造成停電事故,輸電線路的雷擊事故,在我國(guó)跳閘率比較高的地區(qū)的高壓線路由雷擊引起的次數(shù)約占40～70％，尤其是在多雷、土壤電阻率高、地形復(fù)雜的地區(qū)，

2、雷擊事故率更高在日本50％以上電力系統(tǒng)事故是由于雷擊輸電線路引起的，雷擊經(jīng)常引起雙回同時(shí)停電，20－30％的輸電線路故障發(fā)生在雙回輸電線路美國(guó)、前蘇聯(lián)等十二個(gè)國(guó)家的電壓為275－500kV總長(zhǎng)為32700km輸電線路連續(xù)三年的運(yùn)行資料中指出，雷害事故占總事故的60％,輸電線路的雷電過(guò)電壓及防護(hù),直擊雷過(guò)電壓：雷電直接擊中桿塔、避雷線或?qū)Ь€引起的線路過(guò)電壓反擊－雷擊桿塔或避雷線,造成絕緣子接地端電位比導(dǎo)線高繞擊－雷電擊中導(dǎo)線感應(yīng)

3、雷過(guò)電壓：雷擊線路附近大地，由電磁感應(yīng)在導(dǎo)線上產(chǎn)生的過(guò)電壓（只對(duì)35kV以下線路有危險(xiǎn)）衡量線路防雷性能的優(yōu)劣耐雷水平：線路遭受雷擊所能耐受不至于引起閃絡(luò)的最大雷電流（kA）雷擊跳閘率：每100km線路每年因雷擊引起的跳閘次數(shù),輸電線路的感應(yīng)過(guò)電壓,靜電感應(yīng)電磁感應(yīng),,,感應(yīng)過(guò)電壓-靜電感應(yīng),在雷電放電的先導(dǎo)階段（假設(shè)為負(fù)先導(dǎo)），線路處于雷云及先導(dǎo)通道與大地構(gòu)成的電場(chǎng)之中。由于靜電感應(yīng)，最靠近先導(dǎo)通道的一段導(dǎo)線上感應(yīng)形成形成束縛

4、電荷主放電開(kāi)始以后，先導(dǎo)通道中的負(fù)電荷自下而上被迅速中和。相應(yīng)電場(chǎng)迅速減弱，使導(dǎo)線上的正束縛電荷迅速釋放，形成電壓波向兩側(cè)傳播由于主放電的平均速度很快，導(dǎo)線上的束縛電荷的釋放過(guò)程也很快，所以形成的電壓波u＝iZ幅值可能很高。這種過(guò)電壓就是感應(yīng)過(guò)電壓的靜電分量,感應(yīng)過(guò)電壓-電磁感應(yīng),在主放電過(guò)程中，伴隨著雷電流沖擊波，在放電通道周圍空間出現(xiàn)甚強(qiáng)的脈沖磁場(chǎng)，其中一部分磁力線穿過(guò)導(dǎo)線－大地回路，產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，這種過(guò)電壓為感應(yīng)過(guò)電壓的電磁分

5、量,,感應(yīng)過(guò)電壓計(jì)算,,感應(yīng)過(guò)電壓為,,,,,,,,感應(yīng)過(guò)電壓計(jì)算,,如果不能滿足S>65m及S>>h的條件，感應(yīng)過(guò)電壓為,,,,,,,,,,,避雷線對(duì)感應(yīng)過(guò)電壓的屏蔽作用,,實(shí)際上，避雷線與大地連接保持地電位，電位為0，可以假設(shè)為避雷線上再疊加了-Us的感應(yīng)電壓-Us在導(dǎo)線上耦合導(dǎo)線上的實(shí)際感應(yīng)電壓,,,,,,,,,,,雷擊塔頂時(shí)的感應(yīng)過(guò)電壓,,雷擊塔頂時(shí)迅速向上發(fā)展的主放電引起周圍空間電磁場(chǎng)的突然變化，會(huì)在導(dǎo)線

6、上感應(yīng)出與雷電流極性相反的電壓，以靜電感應(yīng)分量為主有避雷線時(shí)，導(dǎo)線上的感應(yīng)過(guò)電壓,,,,,,,,,,,,雷擊塔頂?shù)姆至?避雷線桿 塔閃絡(luò)后相導(dǎo)線也分流,雷擊塔頂?shù)倪^(guò)電壓分析,波頭部分塔頂電位最高塔頂電位,,,桿塔的分流,110kV: 0.9(1S), 0.86(2S)220kV: 0.92(1S), 0.88(2S)500kV: 0.88(2S),,雷擊桿塔時(shí)導(dǎo)線的電位,避雷線的耦合電位：kut 雷擊塔

7、頂時(shí)的感應(yīng)電位：ahc(1-k0hs/hc)(最大值）假設(shè)隨時(shí)間線性變化 導(dǎo)線電位,,,,,,,絕緣子串的作用電壓和閃絡(luò),絕緣子串的作用電壓為橫擔(dān)高度處的桿塔電位ua與導(dǎo)線電位之差橫擔(dān)高度處的桿塔電位ua絕緣子串的作用電壓,,,,,,,反擊耐雷水平,反擊耐雷水平與導(dǎo)線－地線間的耦合系數(shù)k，桿塔分流系數(shù)β，桿塔沖擊接地電阻Ri，桿塔等值電感Lt以及絕緣子串的50％放電電壓U50％等因素有關(guān)還必須考慮工頻電

8、壓的作用以及觸發(fā)相位距離遠(yuǎn)，耦合系數(shù)小，一般以外側(cè)或下方導(dǎo)線計(jì)算通常以降低Ri，提高k為提高反擊耐雷水平的主要手段,反擊耐雷水平,35kV: 20-30kA110kV: 40-75kA220kV: 75-110kA330kV: 100-150kA500kV: 125-175kA,反擊耐雷水平與導(dǎo)線－地線間的耦合系數(shù)k，桿塔分流系數(shù)β，桿塔沖擊接地電阻Ri，桿塔等值電感Lt以及絕緣子串的50％放電電壓U50％等因素有關(guān),

9、雷擊避雷線檔距中央,雷擊避雷線檔距中央,雷擊避雷線檔距中央,情況1：A點(diǎn)最高電位空氣間隙最高電壓Us等于間隙的50%沖擊放電電壓時(shí)得到最小間隙距離,,,,,雷擊避雷線檔距中央,我國(guó)規(guī)程,,,,,,,,雷擊避雷線檔距中央,情況2： 負(fù)反射波尚未返回雷擊點(diǎn)時(shí)，雷電流已過(guò)峰值，A點(diǎn)最高電位由雷電流峰值確定一般罕見(jiàn)雷擊檔距中央,,,,,雷擊導(dǎo)線－繞擊時(shí)的過(guò)電壓,繞擊過(guò)電壓：幅值為：設(shè)Z0≈Zc/2, 取Zc=400?,

10、 則 UA≈100I,,繞擊耐雷水平,繞擊耐雷水平繞擊線路的耐雷水平很低 500kV線路27.4kA，220kV-12kA，110kV-7kA 110kV以上線路要求全線架避雷線繞擊率：平原線路：山區(qū)線路：,,,輸電線路的雷擊跳閘率,建弧率：,,,,,,,,輸電線路的雷擊跳閘率,100km年的雷擊次數(shù)（40個(gè)雷電日）：N次中擊中塔頂引起線路跳閘次數(shù)g為擊桿率, P1為雷電流幅值超過(guò)雷擊桿塔的耐雷水平的概率

11、繞擊導(dǎo)線的跳閘率線路跳閘率：Pa為繞擊率, P2為雷電流幅值超過(guò)繞擊耐雷水平的概率,,,,,,,,,,,,,線路防雷措施,安裝避雷線，減小避雷線的屏蔽角，受到桿塔結(jié)構(gòu)的限制（雨傘的作用）提高線路絕緣水平（加高堤壩）降低桿塔接地電阻（疏淤）雙回輸電線路采用不平衡絕緣（放水）線路避雷器（水漲船高）,,輸電線路的防雷保護(hù)措施,架設(shè)避雷線：引導(dǎo)雷電向避雷線放電，通過(guò)桿塔和接地裝置將雷電流引入大地，從而使被保護(hù)物體免遭雷擊防止直接雷

12、擊導(dǎo)線分流減少經(jīng)桿塔入地電流，降低塔頂電位降低感應(yīng)過(guò)電壓110kV以上應(yīng)全線架設(shè)避雷線保護(hù)角：避雷線和外側(cè)導(dǎo)線的連線與垂線之間的夾角，保護(hù)角越小，對(duì)繞擊雷的保護(hù)效果越好，110kV: 保護(hù)角20～30º，500kV負(fù)保護(hù)角,輸電線路的防雷保護(hù)措施,降低桿塔接地電阻土壤電阻率低的地區(qū)，應(yīng)充分利用鐵塔、鋼筋混凝土桿的自然接地電阻 土壤電阻率高的地區(qū)，可采用多根放射形接地體或連續(xù)伸長(zhǎng)接地體以及垂直接地電極等措施,架設(shè)耦合

13、地線： 在降低桿塔接地電阻有困難時(shí)，在導(dǎo)線下方架設(shè)一條接地線。它具有分流作用，又加強(qiáng)了避雷線對(duì)導(dǎo)線的耦合。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，該措施可降低雷擊跳閘率50％左右采用消弧線圈接地方式：適用110kV及以下電壓等級(jí)電網(wǎng)，可使大多數(shù)雷擊單相閃絡(luò)接地故障被消弧線圈消除，不至發(fā)展為持續(xù)工頻電弧。我國(guó)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，該措施可使雷擊跳閘率降低1/3左右,輸電線路的防雷保護(hù)措施,加強(qiáng)絕緣：對(duì)個(gè)別大跨越、高桿塔，落雷機(jī)會(huì)多等情況，可增加絕緣子片數(shù)采用不平衡

14、絕緣方式：針對(duì)同桿并架雙回線路，一回普通絕緣，一回加強(qiáng)絕緣裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置：我國(guó)110kV及以上線路重合閘成功率達(dá)75～95％,輸電線路的防雷保護(hù)措施,安裝線路避雷器：作用原理－－實(shí)質(zhì)上是一種放電器，并聯(lián)連接在被保護(hù)設(shè)備附近，當(dāng)作用電壓超過(guò)避雷器的放電電壓時(shí)，避雷器先放電，限制了過(guò)電壓的發(fā)展基本要求：良好的伏秒特性，實(shí)現(xiàn)合理的絕緣配合好的絕緣強(qiáng)度自恢復(fù)能力，利于快速切斷工頻續(xù)流，使電力系統(tǒng)得以繼續(xù)運(yùn)行硅橡膠護(hù)套氧化鋅線路避雷

15、器已取得良好應(yīng)用效果,輸電線路的防雷保護(hù)措施,日本總結(jié)77kV各種防雷措施的效果，統(tǒng)計(jì)出：增加絕緣、架設(shè)耦合地線、減少桿塔接地電阻，可使雷擊跳閘次數(shù)分別降至62%、56%、45%，安裝MOA后可消除雷擊跳閘事故,輸電線路的防雷保護(hù)措施,線路避雷器的應(yīng)用,線路避雷器的投資較大，難以普遍采用建議優(yōu)先安裝在下列條件桿塔：山區(qū)線路易擊段、易擊點(diǎn)的桿塔山區(qū)線路接地電阻超過(guò)100 Ω且發(fā)生過(guò)閃絡(luò)的桿塔水電站升壓站出口線路接地電阻大的桿塔大跨

16、越高桿塔多雷區(qū)雙回線路易擊段、易擊點(diǎn)的一回線路上,線路避雷器保護(hù)絕緣子原理,,線路避雷器的發(fā)展,美國(guó)：美國(guó)AEP和GE公司1980年開(kāi)始研制線路防雷用合成絕緣ZnO避雷器，1982年10月有75只在138kV線路上投入試運(yùn)行。運(yùn)行表明在裝有避雷器的被保護(hù)線段沒(méi)有出現(xiàn)絕緣子串的閃絡(luò)。法國(guó)：1998年開(kāi)始在63kV和90kV線路安裝避雷器 日本：1981－1983年研制出無(wú)間隙的77kV合成絕緣避雷器。1986年5月開(kāi)始在雷電活動(dòng)特別

17、嚴(yán)重地區(qū)的輸電線路上安裝。線路沒(méi)有出現(xiàn)任何事故，而沒(méi)有安裝避雷器的線路則仍有故障出現(xiàn)。,,線路避雷器的發(fā)展,日本：1988年275kV合成絕緣線路避雷器研制成功，1988年12月開(kāi)始在投入運(yùn)行。 500kV線路避雷器1990年開(kāi)發(fā)出來(lái)，1990年在雙回線路的一回線路上投入運(yùn)行。到1999年1月已有不同電壓等級(jí)的47000多只線路避雷器在運(yùn)行中，其中99%是帶串聯(lián)外間隙的，在各種電壓等級(jí)的線路上都有成功動(dòng)作的記錄。俄羅斯：80年度中已研

18、制出110－1150kV系列合成套避雷器，主要是用于一般超高壓輸電線路和緊湊型輸電線路深度限制操作過(guò)電壓,,線路避雷器應(yīng)用,,線路避雷器應(yīng)用,,線路避雷器應(yīng)用,,中國(guó)線路避雷器的發(fā)展,1993年清華大學(xué)研制出110－220kV無(wú)間隙的線路避雷器，安裝在承德山區(qū)多雷地區(qū)的線路上，以提高線路耐雷水平。1996年清華大學(xué)與中能公司合作研制出110－220kV帶間隙的線路合成絕緣避雷器。另外500kV正在由清華大學(xué)與華北電管局共同研制。19

19、99年9月通過(guò)技術(shù)鑒定，已掛網(wǎng)運(yùn)行。,,中國(guó)線路避雷器的發(fā)展,110kV合成絕緣避雷器已于1997年安裝在廣東省肇慶的珠西線，這幾個(gè)桿塔過(guò)去經(jīng)常遭受雷擊。到1997年底，經(jīng)過(guò)一個(gè)雷雨季節(jié)后，該線路為發(fā)生雷擊跳閘，而處于同一區(qū)域，地形和氣象條件基本相同的另幾條110kV線路均發(fā)生多次雷擊跳閘，甚至擊碎瓷瓶。220 kV線路合成絕緣避雷器也于1998年安裝在廣東省肇慶供電局的線路上。到2002年5月為止，我國(guó)在33～220kV的輸電線路

20、上已經(jīng)安裝了近4200相線路避雷器來(lái)提高線路的雷電過(guò)電壓耐受水平，取得可很好的防雷效果，提高了我國(guó)電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性。,,中國(guó)線路避雷器的應(yīng)用,,懸掛式避雷器應(yīng)用于變電站,,線路避雷器應(yīng)用于室內(nèi)變電站入口處,35kV無(wú)間隙線路避雷器,,220kV線路避雷器,,220kV線路避雷器,,110kV帶分離間隙的線路避雷器,,線路避雷器在中國(guó)的應(yīng)用情況,1996: 99 相1997: 155相1998: 150相1999: 349相20

21、00: 約 1300相2001: 約 1700相,線路避雷器結(jié)構(gòu)類型和選擇,,帶串聯(lián)間隙線路避雷器優(yōu)點(diǎn),線路正常運(yùn)行時(shí)，處于“休息”狀態(tài)，避雷器閥片的荷電率可以取得高一些，雷電沖擊殘壓可以隨之降低；避雷器只有在一定幅值的雷電過(guò)電壓作用下串聯(lián)間隙動(dòng)作后，避雷器本體才處于工作狀態(tài)，因此其外絕緣水平（絕緣外套爬電距離）可以低于無(wú)間隙避雷器。間隙大小可選擇避免操作過(guò)電壓作用時(shí)動(dòng)作，這時(shí)大大減輕避雷器動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)的壓力。再考慮到閥片數(shù)減少，

22、有可能使避雷器的結(jié)構(gòu)緊湊化，并降低造價(jià)。由于串聯(lián)間隙的隔離作用，即使避雷器閥片劣化，也不至于影響線路的正常運(yùn)行。,,無(wú)間隙線路避雷器,帶串聯(lián)間隙線路避雷器,,線路避雷器安裝位置,,,采用避雷器提高110kV線路耐雷水平,,線路避雷器的雷電放電電流,線路避雷器的雷電放電電流,110kV避雷器的放電電流波形為4.0/10 μs，220kV、500kV的為2.6/10μs 當(dāng)雷電流峰值為100kA時(shí)，各種輸電線路上避雷器的IZnO不會(huì)超過(guò)

23、10kA。當(dāng)IM 達(dá)到300kA，R1＝100 Ω時(shí)，A、B、C、D四種線路的IZnO分別為25.3、23.1、24.8、30.2kA 當(dāng)R1100Ω，取概率為0.01次/百公里·年時(shí)，110、220kV線路上的避雷器不超過(guò)20kA，500kV系統(tǒng)不超過(guò)30kA；當(dāng)R140Ω，同樣概率下110、220kV避雷器放電電壓不超過(guò)10kA，500kV避雷器放電電流不超過(guò)20kA?，F(xiàn)行電站型高壓避雷器都要求通過(guò)2次65kA的大電流試

24、驗(yàn)，可以認(rèn)避雷器能承受雷擊桿塔的放電電流,線路避雷器吸收的雷電放電能量,,線路避雷器吸收的雷電放電能量,WZnO隨IM 增加而增加，IM 越大，R1越大，吸收的能量也越多。當(dāng)R1＝100Ω，IM＝300kA時(shí)，A、B、C、D四種線路的分別為106、263、398、173kJ，換成每千伏額定電壓吸收的能量為1.06、2.63、1.99、0.93kJ/kV 我國(guó)國(guó)產(chǎn)110、220kV電站型避雷器的能量吸收能力為3kJ/kV，極限吸