电力系统防雷要点

电 力 系 统 防 雷 要 点

袁 庆 华

(江西省上饶市气象局 334000)

[摘要] 本文通过对电力系统中发电厂、变电所和输电线路的防雷措施的应用加以介绍。

[关键词] 电力 防雷 接地

前 言

由于气象部门防雷工作起步较晚，对电力系统防雷了解不多，从发展的角度来看，电力系统的雷电灾害普遍存在，防雷工作既是传统的行业又是具有发展前景的新兴行业，因此，对于电力系统的防雷研究具有十分重要的意义。

在防雷技术规范上也只讲如何实施，而未讲为什么，面对电力、电信方面雷电防护工程，往往不敢动手。

电力系统的组成部分：（图1）

图1 电力系统的组成部分

变电所是电力转换站，用以提高或降低电压，并分配用电量。从发电厂送电到用户家中的过程中，变电所扮演的角色，可比喻为高速公路的交流道。车辆在上高速公路前须在交流道先行加速；同理，电厂发出的电要先经过变电所升高电压才可大量快速的输送。车辆要进入市区，必须下交流道减速慢行，再驶向大街小巷，同样的，高压电须经过变电所降低电压才可依序分送各地，并逐段降低到用户可使用的电压。

为维护供电质量，避免用户有电压下降问题，变电所应尽量设在负载中心，也就是说，变电所要尽可能靠近用电多的地方，像交流道或车站若离市区太远，就失去设站的意义一般。变电所若远离负载中心，不仅送电损失大，而且用户电压降低，频率不稳定，会影响用电品质。

电力系统防雷主要是发电厂和输电线路的防雷保护，以下具体就从这两方面来叙述。

一. 发电厂、变电所的防雷保护

发电厂、变电所的雷电灾害事故主要来源于三方面：

⑴雷电直击于发电厂、变电所的建筑物、输电线路和其他设备产生的破坏； ⑵雷电击中避雷针时而在引下线附近产生的高电位和感应过电压而产生的破坏； ⑶输电线路传导来的雷电波击坏设备。

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1.1 发电厂、变电所的建筑物、输电线路和其他设备的直击雷防护

根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-1994，按照滚球法计算保护范围，将发电厂、变电所的被保护设备（如建筑物、电气设备、烟囱、冷却塔、机房等等）均处于避雷针（带、线）的保护范围之内。

在变电所进线处，按照《民用建筑电气设计规范》JGJ/T 16-92，采用进线穿金属管保护，保护距离1～2KM。

1.2 雷电击中接闪器时，在引下线和接地体上产生的高电位，在防雷装置附近的金属体感应过电压的防护

发电厂、变电所设备的防雷离不开建筑物的防雷，按照最新的国家强制性标准GB50054－95，对建筑物与设备的防雷接地应采用等电位连接，而不是传统上分别做独立的接地网。 建筑物本身的防雷装置是建筑物内电气设备及系统防雷的第一道屏障，建筑物本身的防雷性能直接影响到内部的电气设备的防雷，因此首先必须重视建筑物本体的防雷。

建筑物防雷主要由顶部避雷带、网状接闪器、建筑物的梁、柱、楼板和四周墙体内的主钢筋作引下线，利用地下钢筋混凝土基础作为接地体。为了防止直击雷，室外可根据需要，安装一支或多支避雷针，计算其保护范围，以达到保护室外所有设备要求为原则。同时对于室外架构母线和变压器中性点应加装避雷器保护，室外做一接地网，所有设备的接地引下线都与该接地体焊接，以保证等电位。 室内各种金属屏、柜外皮均应与底座槽钢可靠焊接或用螺栓连接，保证接触良好，同时槽钢应与电缆沟道内的电缆支架用镀锌扁钢焊接起来，形成一个整体，与室外接地网形成一个完整的大接地网。

雷电击中发电厂外避雷针后，它引起对地电位升高，如果与被保护设备之间的有效绝缘距离不够，极容易造成高电位反击和感应过电压事故。在一般情况下，接地电阻不宜大于10Ω。有时，由于受周围环境布置上的影响，也可将整个地网连成一体。但一般为了避免避雷针遭雷击时主接地网电位升高太多而造成反击，应保证该连接点至35KV及其以下配电设备的接地线的埋地距离不小于15m。60KV及其以上配电设备，由于设备绝缘水平较高，不易形成反击，可将避雷针（线）安装于其构架或房顶上；而35KV及其以下的配电设备，要架设独立避雷针，而不可在其构架或房顶上架设避雷针。

另外，由于主变压器比较贵重且绝缘较差，在其门型架上不得安装避雷针；发电厂的主厂房一般不允许安装避雷针。如果的确需要，可考虑装设集中接地装置（即我们所说的共用接地装置），将几支避雷针连接，与主厂房钢筋焊接，并多做几条引下线，以增大分流效果。

1.3 输电线路传导来的雷电波

为了防止沿输电线路传导来的雷电波损坏配电设备，可采用安装管型或阀型避雷器。考虑的参数除了与普通电源防雷器相同的，如额定电压、残压等外，还要考虑灭弧电压、冲放电电压等参数。

二. 输电线路的防雷保护

在大多数情况下，电力线路采用保护线保护。

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2.1 耐雷水平和保护角

在考虑输电线路的电压等级后，根据线路所经过地区的雷电活动的情况、地形地貌等条件，采取防雷措施。输电线路的防雷主要是安装避雷线，起着引雷和分流作用。要架设安装避雷线，首先要了解线路的耐雷水平和保护角的问题。

2.2 雷电击中输电线路

大致示意图如右图2：

图2 雷电击中输电线路时雷电流的流向

在电力防雷中，雷直击中架空线路时，实际电流要小于统计测量的雷电流，一般取I/2；在遭雷击时，架空线路的波阻抗定量（两个电线杆之间的导线电阻）约为R=400Ω。此时，在线路上的绝缘冲击电压最大值：

U=I/2× R/2=100I …………………①

用绝缘冲击电压的50%（U50%）代替U，则此时的I就表示能引起反击的雷电流强度，也即线路在这种情况下的耐雷水平：

I=U50%/100……………………………②

我们可算得：

30KV线路，U50%≈350KV， I=3.5KA 110KV线路，U50%≈700KV， I=7.0KA

2.3 雷电击中避雷线或杆顶

当雷电击中避雷线或杆顶时，我们可用下面的公式计算雷电流：

[4]

I=U50% /{（1-K）[β（R+L/2.6）+h/2.6]}…………………③

式中： K 为耦合系数；

β 为分流系数； R 为冲击接地电阻； L 为输电线路电感；

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h

为杆高。

表1 不同电压的输电线路上的避雷线的分流系数 线路电压（KV） 110 220 330 500

单支避雷线的β 0.90 0.92 双支避雷线的β 0.86 0.88 0.87 0.865 2.4 保护角如下图所表示：

图3 输电线路保护角

说明：防止雷电击中输电线路，α、h越小越好

保护角的大小，关系线路遭雷电绕击的可能。计算绕击的可能，即绕击概率，简单的可以用下面的公式计算：

lgPah863.9 非山区 …………………………④

lgPah863.35 山 区 ……………………………⑤

其中，a为保护角；h为杆高；Pa为绕击概率

根据高压送电线路的运行经验、现场实测和模拟试验均证明，雷电绕击率与避雷线对边导线的保护角、杆塔高度以及高压送电线路经过的地形、地貌和地质条件有关。对山区的杆塔，我们的计算公式是：

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lgPah863.35……………………⑥[4]

山区高压送电线路的绕击率约为平地高压送电线路的3倍。山区设计送电线路时不可避免会出现大跨越、大高差档距，这是线路耐雷水平的薄弱环节；一些地区雷电活动相对强烈，使某一区段的线路较其它线路更容易遭受雷击。

2.5 输电线路的具体保护如下：

2.5.1 3～35KV线路的防护

3～10KV架空输电线路，绝缘水平低，通常只有一个绝缘子，可直接利用钢筋混凝土柱子自然接地，并采用中性点不接地，而不用架设避雷线。

在雷电活动较强的地区，线路可采用高一等级的绝缘子或采用瓷横担，以提高线路的绝缘水平。35KV线路耐雷绝缘水平对于无避雷线的架空线路，采用铁横担时为350KV，采用木横担时为700KV，出现大于此雷电流的概率大于86%，雷击避雷线而反击输电线路的可能性非常大，因此安装避雷线对提高线路的避雷可靠的作用不大，所以3～35KV架空输电线路，一般不用架设避雷线。

2.5.2 60KV线路的防护

60KV输电线路，除多雷区外，也不用架设避雷线。在规范中要求新建的60KV的线路防雷保护与110KV的线路相同。

2.5.3 110KV及其以上线路的防雷保护

110KV输电线路，一般沿全线架设避雷线，在雷电活动特别强烈的地区，还可架设双

o

避雷线，其保护角取22～25。在雷电活动不频繁的地区，可不沿全线架设避雷线。

220KV输电线路，沿全线架设避雷线，在山区和非少雷区，要架设双避雷线，保护角oo

取16.5～25.5。

330～550KV输电线路，绝缘耐雷水平增加了，但线路落雷总数也增加了，另线路的重

o

要性也较高，一律采用全线架设双避雷线，保护角取10～20。对于线路经过特殊地形的，可采取增强绝缘性的措施，来增强防雷效果。

至于550KV以上的高压输电线路，其防雷措施与550KV输电线路的方法基本相同。

三、电力系统防雷的接地电阻

对所有的防雷来说，接地电阻的大小至观重要，要求接地电阻越小越好。电力部门根据多年的实践经验，以及输电线路所经过的环境等，规定输电线路的防雷接地电阻在20Ω以内都是允许的，但一般要求小于10Ω。

四、小结

电力系统防雷技术的要点可概括如下：

⑴ 发电厂、变电所的建筑物防雷保护。发电厂、变电所等的建筑物防雷，主要是要注意被保护设备要在避雷针的保护范围之内以及两者之间的有效绝缘距离问题。解决了这方面的问题，也就解决了发电厂、变电所等的建筑物防雷保护问题；

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⑵ 输电线路的防雷保护主要是安装避雷线、增强绝缘性及安装管型或阀型避雷器和保护间隙，其中避雷线的安装是关键。而电机和变压器等的防雷主要是安装磁吹避雷器、管型或阀型避雷器和保护间隙等。管型避雷器，是一种改进以后放在管状外壳内的火花隙。多用于电力输送网的线路保护上。阀型避雷器，是火花隙和阀片（非线性电阻元件）串联而成，是变电所最主要的防雷保护装置。保护间隙，是简单而原始的避雷器。

⑶ 由于雷击造成的电源闸刀跳闸问题而选择什么样的重合闸问题，由电力部门解决，在此不做介绍。

[注意] 雷电流直击线路时的线路耐雷水平与雷击避雷线或电线杆顶时的线路耐雷水平不一样。

致谢词：在此,我要向我的导师表示衷心的感谢,感谢他对本论文提出了很好的修改意见及长期以来对我的帮助和指导。

参考文献 1、《雷电与避雷工程》 中山大学出版社 苏邦礼等编 1996年 2、《建筑物防雷设计规范》GB50057-94 中国计划出版社 2001年 3、《南京气象学院防雷教材选编》 南京气象学院印刷厂 2000年 4、《高电压工程》 西安交通大学出版社 邱毓昌等主编 1995年 5、《高电压技术》水利电力出版社 周泽存主编 1988年 6、《防雷技术标准规范汇编》 关象石等主编 2001年

7、《民用建筑电气设计规范》JGJ/T 16-92 中国计划出版社 1992年 8、《低压配电设计规范》GB50054－95 中国计划出版社 1995年

THE MAIN OF LIGHTNING PROTECTION

IN ELECTRIC POWER SYSTEM

Yuan Qinghua

(Weather Bureau,Shangrao,334000)

Abstract The paper introduce the application of the lightning protection measure of power station 、substation and transmission line in electric power system .

Key words Electric power Lightning protection Grounding

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