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第8章电力系统防雷保护主要内容：➢输电线路的防雷保护➢发电厂和变电所的防雷保护➢旋转电机的防雷保护1第1节输电线路的防雷保护主要内容：➢概述➢输电线路的防雷措施➢输电线路的感应雷过电压➢输电线路直击雷过电压➢输电线路雷击跳闸率2一、概述1.线路防雷

的重要性（1）雷击是线路跳闸的主要原因（2）雷电波进入变电所，会给电力设备带来危害2.雷击过电压的分类（1）感应过电压：雷击线路附近地面，由于电磁感应所引起的。（2）直击过电压：雷击于线路所引起的过电压。3.防雷性能耐雷水平：雷击线路

时线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值。（耐雷水平↑→防雷性能↑）雷击跳闸率：折算为统一的条件下，因雷击而引起的线路跳闸的次数（每年40个雷暴日、100km线路长度）。3二、线路雷击事故发展四个阶段的防护措施（四道防线）1.防止雷直击导线避雷线+避雷针或者

采用电缆线路2.防止雷击塔顶或输电线路后引起绝缘闪络降低杆塔接地电阻+增大耦合系数+加强线路绝缘+采用线路型避雷器3.防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧增加绝缘子片数+电网采用不接地或者经消弧线圈接地目的：防止建立稳定的工频电弧，以引起跳闸4.防止线路中

断供电自动重合闸+双回路、环网供电目的：防止线路中断供电4三、输电线路的感应雷过电压1.感应雷过电压的产生（a）先导放电阶段特点：电荷移动慢、电流较小、电压波忽略不计、线路电位不变（b）主放电阶段特点：

静电场突然消失，电压波迅速向两侧传播，导致过电压（静电分量）和电磁感应产生的高电压（电磁分量）。先导放电阶段主放电阶段52.无避雷线时的感应雷过电压（1）d>65m时dIhUci25=可用I≤100kA进行估算。一般认为U

i≤300～400kV。（2）d<50m易击中线路本身。aahUcci=)(：感应过电压系数（陡度）6.2/Ia3.感应过电压的特点➢感应雷过电压的极性与雷云的极性相反；➢相邻线路产生相同极性的感应雷过电压，相间不存在电位差，只会发生对地闪络，但也会转化为相间闪络事故；➢感应过电压幅值一般不超过

300～400kV，35kV及以下水泥杆塔出现闪络事故，110kV及以上线路一般不会出现威胁。64.有避雷线时的感应雷过电压存在接地避雷线→先导电荷产生电力线被避雷线截住（屏蔽作用）→导线感应的束缚电荷↓→感应电压↓避雷线感应雷过电压：ui(g

)导线感应雷过电压:ui(c)，耦合电压：-k0ui(g)导线上的实际感应过电压为：)1(0)()(0)()(cgcigicicihhkuukuu−=−=k0：避雷线与导线之间的几何耦合系数，线间距离越近，k0越大，感应过电压越低。hg：避雷线对地的平均

高度hc：导线的对地平均高度7四、输电线路直击雷过电压以中性点直接接地系统中有避雷线的线路为例，介绍直击雷的作用。雷击杆塔顶端雷击避雷线挡距中间雷绕过避雷线击于导线（绕击）81.雷击杆塔顶端时的过电压和耐雷水平大部分雷电流经被击杆塔及其接地电阻流入大地

小部分雷电流经过避雷线由两相邻杆塔入地该种方式产生的雷电过电压最高，对于引起绝缘子闪络而言是最严重的。杆塔不高，Ri较小→接地点的反射波立即达到塔顶→入射波加倍→总雷电流i为沿雷道波阻抗传播入射电流的两倍。iit=β=0.86～0.92（杆

塔分流系数）9（1）塔顶电位的计算utop当有避雷线时：)6.2()(tititttitopLRIdtdiLiRdtdiLiRu+=+=+=当无避雷线时：)6.2(titopLRIu+=由上面的分析可知，由于避雷线的分流作用，降

低了雷击塔顶时塔顶的电位。与塔顶相连的避雷线的电位也是utop。杆塔电感波阻抗10（2）导线电位的计算Uc导线的电位分为两部分，分别是避雷线与导线的耦合电压（与雷电流同极性）和导线上的感应电压（与雷电流反极性）。)1()1(kahkUhhkahkUUctopcgctopc−−−−=注：k为耦合

系数（3）绝缘子串两端电压的计算uli绝缘子串两端电压为塔顶电压和导线电位电压之差)1)(6.26.2()1)(()1(khLRIkahukahkuuuuuctictopctoptopctopli−++=−+=−+−=−=11)1)(6

.26.2(khLRIuctili−++=对于以上公式的说明：➢各电压分量的幅值均在同一时刻出现；➢没有计入系统工作电压；➢绝缘子上端电压用杆塔顶端电位代替，忽略塔顶和横担间的电位差；➢将utop电压波沿避雷线传播而在导线上产生的耦合电压波的耦合作用系数与避雷线对电压波的屏蔽作用而在导

线上产生的感应过电压的耦合作用系数视为同一个k值处理。12)1)(6.26.2(khLRIuctili−++=当uli大于绝缘子串50%冲击放电电压U50%时，绝缘子串将发生闪络（反击），与其相对应的雷电流幅值I为此线路雷击杆塔时的耐雷水平（反击耐雷水平）I1。当

无避雷线时：)1)(6.26.2(%501khLRUIcti−++=6.26.2%501ctihLRUI++=由分析可知，有避雷线的线路耐雷水平得到提高。13（4）提高线路反击耐雷水平的措施➢增大耦合系数将单避雷线改为双避雷线，加强架空地线，可减小绝缘子串上的电压和感应雷击

过电压。➢降低Ri（降低Ri便可以减小塔顶电位。）➢加强线路绝缘（提高U50%。）➢增大地线分流以降低杆塔分流系数常用措施是将单避雷线改为双避雷线或在导线下方加装耦合地线。主要采用措施1和措施2。)1)

(6.26.2(%501khLRUIcti−++=有避雷线线路耐雷水平142.雷击挡距中央避雷线时的过电压此情况为雷击于避雷线最严重的情况。gggAZvlaatZZiU4414===雷击点电压的最大值为：A点与导线空气间隙绝缘上所承

受的最大电压为：)1(4)1(kZvalkUUgAAB−=−=我国规定的一般挡距的线路，在挡距中央导线、地线的最小空气距离为：mld1012.0+=只要d满足上述要求，便可保证雷击于此位置时，线路不会跳闸。153.雷绕过避雷线击于导线时的过电压（

1）绕击率的计算9.386lg−=tahP（2）雷击过电压的计算雷击点电压为：IZIUA10022==Z=400ΩZ0≈200Ω35.386lg−=tahP平原线路：山区线路：（3）线路的绕击耐雷水平为：100%502UI=雷绕击的耐雷水平较雷击杆塔的小很多。16五、输电线路雷击跳闸率引

起输电线路雷击跳闸需要满足以下两个条件：➢雷电流超过线路耐雷水平，引起线路绝缘冲击闪络；➢短暂雷电波过去后，冲击闪络转变为稳定工频电弧，导线上将产生工频短路电流，造成线路跳闸停电。若不转变为工频电弧将不会跳闸。1.雷击杆塔的跳闸率（反击跳闸率）118.2Pghng=

➢n1：100km线路每年雷击杆塔的跳闸次数➢2.8hg：每年的落雷次数（100km、40雷暴日）➢g：击杆率➢η：建弧率➢P1：雷电流超过I1的次数172.绕击跳闸率228.2PPhnag=3.线路雷击跳闸率线路雷

击跳闸率为反击跳闸率和绕击跳闸率之和。)(8.22121PPgPhnnnag+=+=六、非直接接地无避雷线情况在中性点非直接接地的电网中，无避雷线的线路以每100km线路每年40个雷暴日的雷击跳闸率为：18.2Phn

c=P1：雷击使线路一相导线与杆塔闪络后，再向第二相导线反击时雷电流幅值超过耐雷水平的概率。18例：平原地区220kV双避雷线，绝缘子串的正极性冲击放电电压U50%为150kV，杆塔冲击接地电阻为7

欧姆，避雷线与输电线路的平均高度分别为24.5m和15.4米，耦合系数为0.286，杆塔的等值电感为0.5uH/m，分流系数为0.88，击杆率为1/6，绕击率为0.144%，建弧率为0.8.要求计算线路的耐

雷水平及跳闸率。解：（1）计算反击耐雷水平杆塔高度为ht=3.5+2.2+23.4=29.1m杆塔电感Lt=0.5×29.1=14.5uH19kA116)286.01)(6.24.156.25.1488.0788.0(156

0)1)(6.26.2(%501=−++=−++=khLRUIcti由我国雷电流概率曲线查得P1=8.4%（2）计算绕机耐雷水平A6.151001560100%502===UI由我国雷电流概率曲线查得P2=71.7%（3）线路的雷击跳闸率为n=2.8hg(gP1

+PaP2)η=2.8×24.5(1/6×8.4%×0.144%×71.7%)×0.8=0.82次/（100km·40雷暴日）20七.输电线路的防雷措施1.架设避雷线避雷线是高压和超高压输电线路最基本的防雷措施，我国规定：➢330kV及以上应全线架设双避雷线；➢220kV宜全

线架设双避雷线；➢110kV一般全线架设避雷线，但在少雷区或者雷电活动轻微地区可不全线架设避雷线；➢35kV及以下线路一般不沿全线架设避雷线；➢现代超高压、特高压或高杆塔，皆采用双避雷线；➢杆塔上两根避雷线间的距离不应超过导线与避雷

线间垂直距离的5倍；➢避雷线可采用小间隙对地绝缘，以降低正常工作时避雷线中电流引起的附加损耗，同时可以将避雷线兼作通信用。212.降低杆塔接地电阻降低杆塔接地电阻，可降低杆塔顶端电压，以降低反击的发生概率。3.架设耦合地线在降低杆塔接地电阻

有困难时，可在导线的下方架设地线，其作用为增加导线与避雷线间的耦合作用；增加对雷电流的分流作用。4.采用不平衡绝缘方式对于双回路线路的防雷措施不能满足要求时，可采用不平衡绝缘方式降低双回路雷击同时跳闸率，以

保证不同时中断供电。两回路的绝缘子串片数有一定差异，差异宜为相电压峰值的倍。3225.采用消弧线圈接地方式对于35kV及以下的线路，一般不采用全线架设避雷线的方式，而采用中性点不接地或经消弧线圈接地运行方式。6.装设自动重合闸雷击造成的闪络大多能在跳闸后自

动恢复绝缘性能，因此重合闸的成功率较高。我国110kV及以上高压线路成功率为75%～90%；35kV及以下线路约为50%～80%。7.装设排气式避雷器一般在线路交叉处和高杆塔上装设排气式避雷器以限制过电压。8.加强绝缘对于高杆塔，采用增加绝缘子串片数的方法提高

其防雷水平。全高超过40m的带避雷线杆塔，每增加10m，增加一个绝缘子。23第2节发电厂和变电所的防雷保护主要内容：➢概述➢发电厂、变电所的直击雷保护➢发电厂、变电所的雷电侵入波防护➢变电所防雷的几个具体问题24一、概述➢防雷区别：✓线路防雷：部分耐雷✓发电厂、变电所：完全耐雷➢

雷害种类：✓雷直击于发电厂、变电所✓雷击输电线路产生的雷电波侵入发电厂、变电所➢防雷措施：✓直击雷防护：避雷针、避雷线✓雷电侵入波防护：避雷器25二、发电厂、变电所的直击雷保护1.基本要求（1）保护措施安装避雷

针、避雷线和铺设良好的接地网（2）装设要求➢装设避雷针（线）应该使发电厂、变电所的所有设备和建筑物处于保护范围之内；➢应当使被保护物体与避雷针（线）之间留有一定距离，以防止发生避雷针（线）对电气设备的反击或逆闪络。（3）直击雷防护设计的主要内容为防止逆闪络的发生，被保护物体与避雷针间在空气中以及

地下接地装置间应有足够的距离。262.避雷针的设置避雷针：独立避雷针、架构避雷针（1）间距计算=+=iBiAiRUiRdtdihLU02211//EUdEUdBA一般可取：mkVEmkVEmHLdtdikAIa

v/300/500/55.16.2/100)/(100210=====，，，+iiRdhRd3.01.02.021独立避雷针的工频接地电阻不宜大于10Ω。架构避雷针造价低廉，便于布置，但因架构离电气设备较近，必须保证不发生反击的要求。

27（2）我国对于避雷针的要求我国规程规定：➢35kV及以下配电装置的绝缘较弱，其架构或房顶上不宜装设避雷针，而应装设独立避雷针。➢60kV的配电装置在ρ≤500Ω﹒m的地区容许采用构架避雷针，而在ρ>500Ω﹒m的地

区宜采用独立避雷针。➢110kV及以上的配电装置，在土壤电阻率ρ≤1000Ω﹒m时，不易反击，容许装设构架避雷针。➢安装避雷针的构架的接地装置与主变接地点之间电气距离应大于15m（防止发生反击），不允许在变压器门型架上装设避

雷针。➢发电厂厂房一般不装设避雷针，以免发生感应或反击使继电保护误动作造成绝缘损坏。283.避雷线的设置避雷线保护也应该考虑空气、地下间隙不发生反击的距离d1、d2。（1）两端接地的避雷线+++++iiRdhllhllhRd

3.0)2/()()](16.02.0[2221l：避雷线两支柱间距离Δl：避雷线上校验的雷击点与最近支柱间的距离l2：避雷线上校验的雷击点与另一支柱间的距离lll−=229（2）一端接地的避雷线对于一端经配电装置架构接地，另一端绝缘的避雷线，。1=

++iiRdlhRd3.0)(16.02.021Δl：避雷线上校验的雷击点与接地支柱间的距离4.国家规定无论对于避雷针还是避雷线，d1不宜小于5m，d2不宜小于3m，应根据情况适当增大。30三、发电厂、变电所的雷电侵入波防护1.

主要措施限制雷电侵入波的主要措施是装设避雷器。对避雷器的两点要求：（1）在一切电压波形下，它的伏秒特性均在被保护绝缘的伏秒特性之下；（2）其伏安特性应保证其残压均低于被保护绝缘的冲击绝缘强度。2.变压器和避雷器之间的距离为零避雷器直接接在变压器旁，故变压器上的过电压波形与避雷器上的电压波性相同，若

变压器的冲击耐压大于避雷器的冲击放电电压和残压，变压器将得到可靠保护。313.变压器和避雷器之间有一定的电气距离vlT=在t=0时，斜角波达到避雷器的安装地点1，节点1和节点2的电压u1和u2将按照下列规律变化：（1）0≤t＜Tu1(

t)=atu2(t)=0（2）T≤t＜2Tu1(t)=atu2(t)=2a(t-T)32（3）2T≤t＜tbu1(t)=at+a(t-2T)=2a(t-T)u2(t)=2a(t-T)（4）tb≤t＜tb+Tu1(t)开始下降u2(t)=2a(t-T)（5）t≥tb+Tu2(t)达到最大值

，开始下降。因此可知变压器上的最大电压将比避雷器上的残压高。vlaaTU22==变压器上的最高电压与l和a有关，最大值为：vlaUUUUR21max+=+=33阀式避雷器动作后，变压器上的过电压Uw(i)：绝缘的雷电冲击耐压值UR：阀式避雷器的残压a：时间陡度（kV/us）a’：空间

陡度（kV/m），a’=a/vvlaUUUUR21max+=+=➢变压器与避雷器之间允许的最大电气距离为：)2/(][)(maxvaUUlRiw−=aUUlRiw−=2/][)(max34➢其他设备与避雷器之间允许的最大电气距离为：)max(max35.1Tll➢中间变电所或多出线变电

所主变压器与避雷器之间允许的最大电气距为：aUUKlRiw−=2)(maxK：变电所出线修正系数根据规程，建议两路进线时最大允许电气距离可以比单路增大35%，三路进线时增大65%，四路及以上增大85%。➢不同类型避雷器对最大允许电气距离的影响110kV级FZ型避雷器5kA下

的残压为332kV，FCZ和MOA的残压为260kV，因此变电所中若使用后两种避雷器可以增大安全距离。354.变电所的进线段保护➢进线段：在变电所的进线长度约为1～2km的范围，其重要性远超过其余线路。➢进线段保护的目的✓限制侵入波陡度，使之小于（）)2/(

)()(maxlUUaRiw−=maxa✓限制流过避雷器的冲击电流幅值IFV，以防止残压过高，同时防止烧坏避雷器。➢进线段保护的措施在进线段装设避雷线、避雷针或其他防雷装置，以降低侵入波的幅值和陡度，使避雷器

可靠动作，减小反击和绕击的概率。36✓35kV～110kV全线无避雷线的线路该段线路必须装设避雷线，且线路保护角一般不宜超过20°。✓220kV及以上的全线有避雷线的线路通过减小该段电路的保护角（不宜超过20°）和杆塔冲击接地电阻，提高该段线路的耐雷水平，以尽量

避免在该段线路出现反击和绕击，使进线段内雷电通过绕击和反击侵入变电站的概率变得很小。37➢避雷器的作用✓FT1管式避雷器：当线路的绝缘水平很高时，由于其雷电入侵波的幅值可能很高，有可能使流过避雷器的电流超过规定值，因此需要FT1限

制雷电入侵波的幅值。✓FT2管式避雷器：在雷电季节，QF会经常处于断开状态，沿线路的侵入波会在此处发生全反射加倍，此时FT2应该先动作，以防QF外侧对地绝缘闪络；当QF合闸时，FT2不应当动作，以防产生截波。38➢进线段降低陡度的作用✓当进线段保护的长度为lp时，相应的波前陡度为：pclhUUa)

008.05.0(+=ahUUlcp)008.05.0(+=✓当a是波前陡度允许值时，所需要的进线段长度为：✓两种典型计算（1）给出避雷器到变压器的电气距离lmax，计算应有的进线保护段长度lp；（2）给出线路进线保护段长度lp，计算lmax39➢进线段的限流作用通过分

析可知，流过避雷器的电流为ZUUIRFV−=%502➢进线段的作用雷电过电压波从进线段以外传来，当它在流过进线段时，将因冲击电晕而发生衰减和变形，降低了波前陡度和幅值，同时也限制了流过避雷器的冲击电流幅值。40四、变电所防雷的几个具体问题

1.自耦变压器和三绕组变压器的保护（1）在中压侧和断路器之间应装设一组避雷器FV2；（2）在高压断路器的内侧也必须装一组避雷器FV1；（3）在高中压绕组间装设一组避雷器FV3；（4）三绕组变压器的低压侧开路运行时，

在任一相的低压绕组出线端对地接一台避雷器，便可以限制静电耦合作用产生的过电压，保护三相低压绕组。412.变压器中性点的保护（1）中性点绝缘水平的分类➢全绝缘：中性点的绝缘水平与绕组首端（相线端）的绝缘水平相等（60kV及以下变压器）。➢分级绝缘：中性点的绝缘水平低于绕组首端（相线端）的绝缘

水平（110kV及以上）。（2）不同电压等级的中性点保护➢60kV及以下电网，一般都是非直接接地，采用全绝缘，一般不需要保护。但在单台变压器、单路进线情况下，应安装一个与绕组首端同样电压等级的避雷器作为保护。42➢110kV及以上的电网一般

是中性点直接接地，但部分为了继电保护要求，中性点不直接接地，属分级绝缘。要求：需选用与中性点绝缘等级相同的避雷器进行保护，并且避雷器的灭弧电压必须大于中性点可能出现的最大工频电压。特点：✓中性点的绝缘水平比相电压低得多：110kV变压器中性点采用的是35kV级

绝缘，220kV中性点采用110kV级绝缘，330kV变压器采用154kV级绝缘；✓如果中性点采用分级绝缘且未装设保护间隙，应在中性点加装避雷器，宜选变压器中性点MOA；✓如果变压器中性点全绝缘，一般不需保护。433.配电变压器

的保护（1）安装位置应该在变压器的高压侧和低压侧分别安装避雷器。（2）安装方式避雷器应当尽可能靠近变压器装设，其接地线应与变压器的金属外壳以及低压侧中性点共同接地，并减小接地线的长度，以减小电压降。（3）油田配电变压器主要问题➢油田380V/1140V配变低压侧由于接电动机、输电线路短，因此低压侧

不用装避雷器➢如直配电机（注水电机6kV）变压器低压侧需安装避雷器444.GIS变电所防雷保护（全封闭SF6气体绝缘变电所）GIS（全封闭组合电器）变电所是除变压器以外，其余高压电力设备及母线封闭在一个接地的金属壳内（内充0.3

～0.4MPa压力SF6）。➢GIS对所用避雷器的伏秒特性、放电稳定性等技术指标要求很高，应使用保护性能优异的MOA；➢GIS的绝缘均为稍不均匀电场结构，因此需要防雷措施更可靠、在绝缘配合中应留有足够的

裕度；➢GIS结构紧凑，设备之间距离较近，波阻抗较大，防雷措施、行波保护措施较常规变电所方便；➢GIS中的同轴母线筒的波阻抗远比架空线低，从架空线侵入的过电压波经过折射，幅值和陡度显著减小，因此进行波保护措施比常规变电所

更加容易。45第3节旋转电机的防雷保护➢旋转电机安装于室内，可不考虑直击雷保护➢旋转电机与架空线的连接：✓直配线：雷击于导线或地面✓经变压器与线路相连：雷击经线路、变压器传给电机或雷击附近地面主要内容：➢旋转电机防雷的特点➢直配电机防雷保

护措施及接线➢非直配电机的防雷保护46一、旋转电机防雷的特点1.旋转电机防雷的主要困难是冲击绝缘水平很低，在同一电压等级的电气设备中冲击电气强度最低。➢电机绕组采用的是固体绝缘，而不是像变压器的组合绝缘；➢电机的运行条件恶劣，老化较快；➢绝缘结构的电场较均

匀，冲击系数接近1。2.采用磁吹避雷器（FCD）作旋转电机的主保护元件，残压（3kA）较电机出厂冲击耐压值低8%～10%，MOA低25%～35%。3.若发电机绕组中性点接地，应将侵入波陡度a限制在5kV/us以下；若发电机绕组中性点不接地，应将侵入波陡度

a限制在2kV/us以下；中性点过电压将不超过相端电压，中性点绝缘不会受到损坏。47二、直配电机防雷保护措施及接线1.直配电机的雷电过电压种类➢与电机相连的架空线上的感应过电压；➢雷直击于与电机相连的架空线而侵入的

过电压。2.感应雷过电压的防护措施增加导线对地电容可以降低感应过电压。为了限制在电机上的感应过电压使之低于电机的冲击绝缘水平，可在发电机母线上装设电容器。3.直击雷过电压的防护措施（1）主保护元件—FCD或MOA在每组发电机母线处装设一组FCD避雷器或MOA避雷器，以限制侵入波幅值，为主要保护元件

。48（2）进线段保护（降低侵入波陡度和幅值）➢在发电机电压母线装设一组电容器→限制侵入波陡度a和降低感应雷过电压（每相0.25～0.5uF，满足a<2kV/us）；➢在直配电机与架空线间插接电缆段与管式避雷器FT1和FT2→保证FV2的限流小于3kA。➢电抗器L→限制侵入波陡度和

减小流过FV2的冲击电流，FV1→保护电抗器L和B处电缆头的绝缘。➢避雷线组成的进线段不能用来保护直配电机，因为直配线路绝缘水平很低，架设避雷线易发生反击。49（3）电缆段和管式避雷器联合作用侵入波使FT2动作→电缆芯和外皮短接→使其具有相同的对地电压→外皮与线芯之间具有互感→外皮通过电流

→线芯上会产生反电动势→阻止沿线芯流向电机的电流→降低流过FV2的电流（4）避免FT2不动作的措施➢在FT2与电缆之间串入一组100～300uH的电感，利用电感对电压的反射使FT2动作；➢将FT2前移70m（相当上述电感）或者增加FT1，发挥电缆段的作用。50（4）直

配电机具有限流作用的其余两种保护接线a：在断路器前安装电抗器，产生电压正反射提高线路侧电压，从而使FV1易于动作，限制侵入波的幅值；b：利用450～600m架空进线段电感代替集中L的保护接线，线路使用独立避雷针保护，FT1与FT2的作用都是为了将雷电流大部分引入地中，防止FCD电流超过3kA。注

意：60MW以上发电机不能以直配电机方式运行。51三、非直配电机的防雷保护1.一般非直配电机过电压由变压器传递→保护变压器是重点2.多雷地区经升压变压器送电的大型发电机➢发电机应装设一组MOA或FCD➢并联电容C➢发电机中性点加装避雷器525354