NHS01-FS/20防雷保護(hù)器

  一、架空輸電線路雷電過(guò)電壓概述
    架空輸電線路地處曠野，綿延數(shù)千千米，很容易遭受雷擊.雷擊是造成線路跳閘的主要原因.同時(shí)，雷擊線路形成的雷電過(guò)電壓波.沿線路傳播侵人變電所.也是危害變電所設(shè)備安全運(yùn)行的重要因素。
    根據(jù)過(guò)電壓形成的物理，雷電過(guò)電壓可以分為兩種。一是直擊雷過(guò)電壓。它是雷電直接擊中桿塔、避雷線或?qū)Ь€（見(jiàn)圖2. 1中①、②或③）引起的線路過(guò)電壓。二是感應(yīng)雷過(guò)電壓。它是在雷擊線路附近大地，由于電磁感應(yīng)在導(dǎo)線上產(chǎn)生的過(guò)電壓。運(yùn)行表明.直擊雷過(guò)電壓對(duì)電力的危害大，感應(yīng)雷過(guò)電壓只對(duì)35 kV及其以下的線路有威脅。  圖2.1 雷擊輸電線路部位示意圖

按照雷擊線路部位的不同，直擊雷過(guò)電壓又分為兩種情況.一種是雷擊線路桿塔或避雷線時(shí)，雷電流通過(guò)雷擊點(diǎn)阻抗使該點(diǎn)對(duì)地電位大大升高.當(dāng)雷擊點(diǎn)與導(dǎo)線之間的電位差超過(guò)線路絕緣的沖擊放電電壓時(shí)，會(huì)對(duì)導(dǎo)線發(fā)生閃絡(luò)，使導(dǎo)線出現(xiàn)過(guò)電壓。因?yàn)檫@時(shí)桿塔或避雷線的電位(值)反而高于導(dǎo)線。故通常稱為反擊。另一種是雷電直接擊中導(dǎo)線(無(wú)避雷線時(shí))或繞過(guò)避雷線(屏蔽失效)擊中導(dǎo)線.直接在導(dǎo)線上引起過(guò)電壓。后者通常稱為繞擊。
    雷擊線路可能兩種性后果。一是使線路發(fā)生短路接地故障。雷電過(guò)電壓的作用時(shí)間雖然很短(數(shù)十微秒)，但導(dǎo)線對(duì)地(避雷線或桿塔)發(fā)生閃絡(luò)以后，工頻電壓將沿此閃絡(luò)通道繼續(xù)放電，進(jìn)而發(fā)展成為工頻電弧接地。此時(shí)繼電保護(hù)裝置將會(huì)，使斷路器跳閘，影響線路正常送電。二是形成沿輸電線路侵人變電站的雷電波，在變電站內(nèi)產(chǎn)生復(fù)雜的折反射，可能使電力設(shè)備承受很高的過(guò)電壓，以致設(shè)備絕緣.造成停電事故。
    輸電線路防雷性能的優(yōu)劣，工程上主要用耐雷水平和雷擊跳閘率這兩個(gè)指標(biāo)來(lái)衡盆。耐雷水平是指線路遭受雷擊時(shí)所能耐受的不致引起絕緣閃絡(luò)的大雷電流幅值(單位為kA).耐雷水平越高，線路的防雷性能越好.雷擊跳閘率是指在折算至年雷電日數(shù)為40的條件下.每百千米線路每年因雷擊引起的線路跳閘.單位為:次/百千米·年。需擊跳閘率是衡量線路防雷性能的綜合性指標(biāo)。

二、感應(yīng)過(guò)電壓
    在雷云對(duì)地放電中.放電通道周圍的空間電磁場(chǎng)將發(fā)生急劇變化。因而當(dāng)雷擊輸電線附近的地面時(shí)，雖未直擊導(dǎo)線。由于雷電引起周圍電磁場(chǎng)的突變，也會(huì)在導(dǎo)線上感應(yīng)出一個(gè)高電壓來(lái).這就是感應(yīng)過(guò)電壓。感應(yīng)過(guò)電壓包含靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)兩個(gè)分量，一般以靜電感應(yīng)分量為主。
    雖然對(duì)于感應(yīng)過(guò)電壓形成的物理解釋已經(jīng)有了一個(gè)比較一致的認(rèn)識(shí)，但由于難以雷電放電的原始數(shù)據(jù)等原因，感應(yīng)過(guò)電壓有多種不同的計(jì)算，而且結(jié)果還差別較大。
   由于感應(yīng)過(guò)電壓對(duì)各相導(dǎo)線來(lái)說(shuō)基本相同，所以不會(huì)發(fā)生相間閃絡(luò)。又由于感應(yīng)過(guò)電壓是因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的，其極性與雷云電荷.即與雷電流的極性正相反，因而絕大部分感應(yīng)過(guò)電壓是正極性的，這一點(diǎn)與直擊雷過(guò)電壓不同。另外，感應(yīng)過(guò)電壓的波形較直擊雷過(guò)電壓更平緩，波頭由幾微秒至幾十微秒，波尾則可達(dá)數(shù)百微秒。避雷線由于對(duì)導(dǎo)線有屏蔽作用.因而能導(dǎo)線上的感應(yīng)過(guò)電壓幅值。避雷線與導(dǎo)線間的藕合系數(shù)越大，導(dǎo)線上的感應(yīng)過(guò)電壓就越低。

三、雷擊導(dǎo)線過(guò)電壓
    無(wú)避雷線的線路，當(dāng)雷閃放電過(guò)分靠近線路時(shí)，發(fā)生的就不是雷擊地面的感應(yīng)過(guò)電壓，而是雷電直擊導(dǎo)線的過(guò)電壓。在我國(guó)110 kV及其以上線路一般都架
有避雷線.以免導(dǎo)線直接遭受雷擊，但由于各種偶然因素的影響.仍有可能發(fā)生避雷線屏蔽失效.雷電繞過(guò)避雷線而擊中導(dǎo)線的情況，通常稱繞擊.
    繞擊發(fā)生的概率雖然很低，但一旦雷中導(dǎo)線，線路跳閘的幾率將很高。

四、雷擊塔頂過(guò)電壓
    雷擊塔頂(包括雷擊塔頂附近的避雷線)時(shí)，桿塔電感與接地電阻的存在將使塔頂電位瞬時(shí)升高，其電位位甚至大大超過(guò)導(dǎo)線電位，引起絕緣子串閃絡(luò)，即反擊，造成線路跳閘，同時(shí)在線路上形成向線路兩側(cè)傳播的過(guò)電壓波.過(guò)電壓波侵人發(fā)電廠、變電站。
  除上述二種雷電過(guò)電壓外，還有一種雷擊避雷線擋距時(shí)的過(guò)電壓.國(guó)內(nèi)外大量的運(yùn)行表明，此時(shí)引起擋距避需線與導(dǎo)線空氣問(wèn)隙發(fā)生閃絡(luò)是非常罕見(jiàn)的，故對(duì)這種雷電過(guò)電壓此處不再分析。
    應(yīng)當(dāng)指出，上面的感應(yīng)過(guò)電壓、雷擊導(dǎo)線過(guò)電壓、雷擊塔頂過(guò)電壓的計(jì)算公式都沒(méi)有考慮絕緣子串的運(yùn)行電壓，亦即導(dǎo)線的運(yùn)行電壓.對(duì)220 kV及其以下的線路來(lái)說(shuō)，運(yùn)行電壓所占比重不大，一般可以忽略。但在超高壓線路中，隨著電壓等級(jí)的，工作電壓不應(yīng)再被忽略，有人建議至少應(yīng)按照導(dǎo)線運(yùn)行相電壓峰值的一半來(lái)考慮，且電壓極性與雷電流極性相反。因?yàn)槿魏螘r(shí)刻都至少有一相導(dǎo)線運(yùn)行在與雷電流相反的極性下。如果按照統(tǒng)計(jì)法計(jì)算，則雷擊時(shí)的導(dǎo)線工作電壓瞬時(shí)值及其極性應(yīng)作為一個(gè)隨機(jī)變來(lái)考慮。但這些還都沒(méi)有列入電力行業(yè)的相關(guān)規(guī)程中。
五、雷擊跳閘率
    當(dāng)雷閃放電造成線路產(chǎn)生雷電過(guò)電壓時(shí)，若雷電流超過(guò)相應(yīng)情況下的耐雷水平，則線路絕緣發(fā)生閃絡(luò)。但雷電過(guò)電壓的時(shí)間極短，只有幾十微秒、高壓開(kāi)關(guān)還來(lái)不及跳閘.只有當(dāng)沖擊閃絡(luò)后的閃絡(luò)通道發(fā)展成的工頻電弧時(shí)才會(huì)線路跳閘。這些都有隨機(jī)性。因此工程中除耐雷水平外.還采用雷擊跳閘率作為一個(gè)綜合指標(biāo)，來(lái)衡量線路防雷性能的優(yōu)劣。我國(guó)電力行業(yè)DL/T 620 1997給出了一般上壤電阻率地區(qū)有避雷線線路的耐雷水平和雷擊跳閘率數(shù)值.見(jiàn)表2.

表2 架空輸電線路典型桿塔的耐雷水平及雷擊跳閘率