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、前蘇聯(lián)等十二個(gè)國家的電壓為275－500kV總長為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％,輸電線路的雷電過電壓及防護(hù),直擊雷過電壓：雷電直接擊中桿塔、避雷線或?qū)Ь€引起的線路過電壓反擊－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)生的過電壓（只對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)過電壓,靜電感應(yīng)電磁感應(yīng),,,感應(yīng)過電壓-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程也很快，所以形成的電壓波u＝iZ幅值可能很高。這種過電壓就是感應(yīng)過電壓的靜電分量,感應(yīng)過電壓-電磁感應(yīng),在主放電過程中，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，其中一部分磁力線穿過導(dǎo)線－大地回路，產(chǎn)生感應(yīng)電勢，這種過電壓為感應(yīng)過電壓的電磁分

5、量,,感應(yīng)過電壓計(jì)算,,感應(yīng)過電壓為,,,,,,,,感應(yīng)過電壓計(jì)算,,如果不能滿足S>65m及S>>h的條件，感應(yīng)過電壓為,,,,,,,,,,,避雷線對感應(yīng)過電壓的屏蔽作用,,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^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)，雷電流已過峰值，A點(diǎn)最高電位由雷電流峰值確定一般罕見雷擊檔距中央,,,,,雷擊導(dǎo)線－繞擊時(shí)的過電壓,繞擊過電壓：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)作用電壓超過避雷器的放電電壓時(shí)，避雷器先放電，限制了過電壓的發(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100 Ω且發(fā)生過閃絡(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：美國AEP和GE公司1980年開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)線段沒有出現(xiàn)絕緣子串的閃絡(luò)。法國：1998年開始在63kV和90kV線路安裝避雷器 日本：1981－1983年研制出無間隙的77kV合成絕緣避雷器。1986年5月開始在雷電活動(dòng)特別

17、嚴(yán)重地區(qū)的輸電線路上安裝。線路沒有出現(xiàn)任何事故，而沒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月開始在投入運(yùn)行。 500kV線路避雷器1990年開發(fā)出來，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,,中國線路避雷器的發(fā)展,1993年清華大學(xué)研制出110－220kV無間隙的線路避雷器，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月通過技術(shù)鑒定，已掛網(wǎng)運(yùn)行。,,中國線路避雷器的發(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)桿塔過去經(jīng)常遭受雷擊。到1997年底，經(jīng)過一個(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相線路避雷器來提高線路的雷電過電壓耐受水平，取得可很好的防雷效果，提高了我國電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性。,,中國線路避雷器的應(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）可以低于無間隙避雷器。間隙大小可選擇避免操作過電壓作用時(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

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20kA，500kV系統(tǒng)不超過30kA；當(dāng)R140Ω，同樣概率下110、220kV避雷器放電電壓不超過10kA，500kV避雷器放電電流不超過20kA?，F(xiàn)行電站型高壓避雷器都要求通過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 我國國產(chǎn)110、220kV電站型避雷器的能量吸收能力為3kJ/kV，極限吸