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电力系统工程基础高压篇 第8章 电力系统过电压及保护 8.1 雷电过电压及防雷保护 8.2 内部过电压 8.3 工频电压升高  8.1 雷电过电压及防雷保护 8.1.1 雷电的产生 雷电放电是由带电荷的雷云（带电的云）引起的。如果雷云中电荷密集处的电场达到25～30 kV/cm，就会由云向地开始先导放电。 主放电：时间 50-100 μs；主放电时电流可达数千安，最大可达200-300kA。 余辉：雷云中剩下的电荷继续沿主放电通道下移，称为余辉放电阶段。余辉放电电流仅数百安，但持续的时间可达 0.03-0.15 s。 雷暴日：每年中有雷电的天数。 雷暴小时：每年中有雷电的小时数。 年平均雷暴日不超过 15 的地区为少雷区；超过 40 的为多雷区。 通常将雷电引起的电力系统过电压，称为雷电过电压。雷电过电压可分为感应雷过电压和直击雷过电压。 8.1.2 防止雷电过电压的主要设备 雷电过电压对电力系统设备是有害的，所以对 它必须加以预防。电力系统防雷的重点是直击雷 防护 。 ● 避雷针 ● 避雷线，通常又名架空地线，或简称地线 。 ● 避雷器 8.1.3 接地 接地，就是把设备与电位参照点的地球做电气上的连 接，使其对地保持一个低的电位差。 接地按其目的可分 为四种： 工作接地 ：为了运行的需要，将电网某一点接地，其目的是为了稳定对地电位与继电保护上的需要。 保护接地 ：为了保护人身安全，防止因电气设备绝缘劣化，外壳可能带电而危及工作人员安全。 防雷接地 ：导泄雷电流，消除过电压对设备的危害。 静电接地 ：在可燃物场所的金属物体接地。 8.1.4 输电线路的防雷保护措施 输电线路防雷的措施（“四道防线”）： 防止雷直击导线 沿线架设避雷线，有时还要装避雷针与其配合。 防止雷击塔顶或避雷线后引起绝缘闪络 降低杆塔的接地电阻，增大耦合系数，适当加强线路绝缘，在个别杆塔上采用避雷器等。 防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧 适当增加绝缘子片数，减少绝缘子串上工频电场强度，电网中采用不接地或经消弧线圈接地方式。 防止线路中断供电 采用自动重合闸，或双回路、环网供电等措施。 8.1.5 发电厂、变电站的防雷 发电厂、变电站遭受雷击可来自两个方面：一是雷直击于发电厂、变电站的设备；二是雷击线路，产生的雷电过电压沿线路侵入发电厂、变电站。 发电厂、变电站由于设备相对集中，采用避雷针、避雷线后可以非常有效地防护雷击过电压。 8.1.5.1 直击雷过电压的防护 发电厂、变电所防止直击雷的措施是采用避雷针、避雷线及良好的接地网。装设的避雷针或避雷线应使所有的设备均处于其保护范围内，同时还要求当雷击避雷针或避雷线时，避雷针或避雷线不应对被保护设备进行反击。 避雷针按照其装设方式分为独立避雷针和构架避雷针。当独立避雷针受雷击（如图8-2）时，由于巨大的雷电流在避雷针本体及其接地装置上产生很高的电位，因此必须保证避雷针与被保护设备之间的空气间隙Sa及避雷针接地装置与被保护设备接地装置之间的地中距离Se满足一定的要求。 8.1.5.2 侵入波过电压的防护 为防止雷电波侵入变电所损坏电气设备，一般从两方面采取保护措施： 一是使用阀型避雷器，限制来波的幅值。 二是在距变电所适当的距离内，装设可靠的进线保护段，利用导线高幅值入侵波所产生的冲击电晕，降低入侵波的陡度和幅值；利用导线自身的波阻抗限制流过阀型避雷器的冲击电流幅值。 对上图的电路在t0时合闸，解得 其中， 为稳态分量； 为自由振荡分量，当仅关心过电压幅值时，有 过电压幅值＝稳态值＋振荡幅值 ＝稳态值＋（稳态值－起始值）＝2×稳态值－起始值 对空载线路，线路上不存在残余电压，起始值为零，故从上式也可得UCmax=2Em。 8.2.2.2 重合闸过电压 自动重合闸是线路发生故障后，由继电保护系统控制的合闸操作，这也是系统中经常遇到的一种操作。 这时该相上过电压的幅值 起始值＝ ＝ 过电压幅值＝2×稳态值－起始值＝2Em－（－Em）＝3Em 所以，重合闸时在线路上可能出现的最大过电压幅值为3Em。 8.2.5 操作过电压的限制措施8.2.5.1 利用断路器并联电阻限制合闸过电压 为了限制分合闸引起的过电压，在断路器主触头上并联一个大容量电阻，并在主触头外串联一个辅助触头，将分合闸过程分为两个阶段进行，缩小了每一阶段过渡过程的起始值与稳态值的差，从而减小了每一阶段的过电压