防雷及过电压保护（电力系统）

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防雷及过电压保护是电力系统安全稳定运行的重要技术保障。其核心目标是限制雷电冲击、操作过电压及暂时过电压等各类异常电压幅值，防止绝缘击穿、设备损坏甚至系统崩溃。雷电过电压主要由直击雷或感应雷引起，具有幅值高（可达数百kV）、陡度大、持续时间短（微秒级）等特点；操作过电压则源于开关操作（如空载线路合闸、切除故障、投切电容器组等），幅值通常为系统最高运行电压的2～4倍；此外，谐振、单相接地故障等还可能引发工频或谐振过电压。

典型防护措施采用“疏、堵、限、泄”相结合的综合策略：在输电线路和变电站入口处装设避雷针、避雷线进行直击雷防护；在线路及关键设备（如变压器、GIS）端口配置金属氧化物避雷器（MOA），利用其优异的非线性伏安特性实现快速限压与能量吸收；合理设置接地系统（接地电阻≤10Ω），确保雷电流有效泄放入地；通过优化开关操作顺序、加装并联电阻、采用氧化锌避雷器配合过电压抑制装置等手段抑制操作过电压。同时，加强绝缘配合设计，确保设备绝缘水平（BIL/BSL）与保护水平（残压）之间留有足够裕度（一般≥15%）。随着智能电网发展，实时过电压监测、自适应避雷器及数字仿真技术的应用，正不断提升防雷保护的精准性与可靠性。（约400字）

1.架空线路上的雷电过电压（1）线路上的感应过电压当雷云对线路附近的地面放电时，先到通路中的负电荷被中和，电场迅速降低，导线上的正电荷被释放，沿导体向两侧运动形成感应雷过电压。由于静电场突然消失而引起的感应电压称为感应过电压的静电分量。同时，雷电流在通道周围空间产生了强大的磁场，此磁场的变化形成感应过电压的电磁分量。

（2）距架空线路S＞65m处，雷云对地放电时，线路上产生的感应过电压最大值可按下式计算：式中Ui——雷击大地时感应过电压最大值，kV；I——雷电流幅值(一般不超过100)，kA；hc——导线平均高度，m；S——雷击点与线路的距离，m。线路上的感应过电压为随机变量，其最大值可达300kV～400kV，一般仅对35kV及以下线路的绝缘有一定威胁。

（3）雷击架空线路导线产生的直击雷过电压，可按下式确定：式中：US——雷击点过电压最大值关角隧道站前5-1标实施性施工组织设计，kV。雷直击导线形成的过电压易导致线路绝缘闪络。架设避雷线可有效地减少雷直击导线的概率。

（4）因雷击架空线路避雷线、杆顶形成作用于线路绝缘的雷电反击过电压，与雷电参数、杆塔型式、高度和接地电阻等有关。宜适当选取杆塔接地电阻，以减少雷电反击过电压的危害。（5）雷直击于避雷线线路的情况有：雷击杆塔塔顶雷击避雷线档距中间雷绕过避雷线击于导线——绕击

2.防直击雷的措施（1）架设避雷线1）有避雷线的线路应防止雷击档距中央反击导线。15℃无风时，档距中央导线与避雷线间的距离宜符合下式：s1＝0.012l＋1式中s1——导线与避雷线间的距离，m；l——档距长度，m。当档距长度较大，按上式计算出的s1大于3m的数值时，可按后者要求。

2）各级电压的线路，一般采用下列保护方式：a)35kV及以下线路，一般不沿全线架设避雷线。b)除少雷区外，3kV～10kV钢筋混凝土杆配电线路，宜采用瓷或其他绝缘材料的横担；如果用铁横担，对供电可靠性要求高的线路宜采用高一电压等级的绝缘子，并应尽量以较短的时间切除故障，以减少雷击跳闸和断线事故。

杆塔上避雷线对边导线的保护角，一般采用20°～30°。220kV～330kV双避雷线线路，一般采用20°左右，500kV一般不大于15°，山区宜采用较小的保护角。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。

2.降低杆塔接地电阻（1）有避雷线的线路，在一般土壤电阻率地区，其耐雷水平不宜低于下表所列数值。

（2）有避雷线的线路，每基杆塔不连避雷线的工频接地电阻，在雷季干燥时，不宜超过表所列数值。

3.架设耦合地线雷电活动强烈的地方和经常发生雷击故障的杆塔和线段，应改善接地装置、架设避雷线、适当加强绝缘或架设耦合地线。

4.采用不平衡绝缘方式在同杆架设的双回线路中，使两回线路中的绝缘子串片数量不等，雷电在少的绝缘子回路先闪络，闪络后的导线相当于地线，增加了对另一回路导线的耦合作用，提高了另一回路的耐雷电水平使之不发生闪络，继续供电。两回路的绝缘水平相差倍的相电压（峰值）。

5.装设重合闸6.采用消弧线圈接地方式7.装设管型避雷器8.加强绝缘

变电所遭受的雷害有：直击雷雷电波侵入主要的保护措施：避雷针、避雷线避雷器

1.变电所的直击雷过电压保护——避雷针（1）变电所的直击雷过电压保护可采用避雷针或避雷线。（2）为保护其他设备而装设的避雷针，不宜装在独立的主控制室和35kV及以下变电所的屋顶上。但采用钢结构或钢筋混凝土结构等有屏蔽作用的建筑物的车间变电所可不受此限制。雷电活动特殊强烈地区的控制室和配电装置室宜设直击雷保护装置。

主控制室、配电装置室和35kV及以下变电所的屋顶上如装设直击雷保护装置时，若为金属屋顶或屋顶上有金属结构，则将金属部分接地；若屋顶为钢筋混凝土结构，则将其焊接成网接地；若结构为非导电的屋顶时，则采用避雷带保护，该避雷带的网格为8m～10m，每隔10m～20m设引下线接地。

（3）独立避雷针、避雷线与配电装置带电部分间的空气中距离以及独立避雷针、避雷线的接地装置与接地网间的地中距离。a)独立避雷针与配电装置带电部分、发电厂和变电所电气设备接地部分、架构接地部分之间的空气中距离，应符合下式的要求：Sa≥0.2Ri＋0.1h式中：Sa——空气中距离，m；Ri——避雷针的冲击接地电阻，Ω；h——避雷针校验点的高度，m。

b)独立避雷针的接地装置与发电厂或变电所接地网间的地中距离，应符合下式的要求：Se≥0.3Ri式中Se——地中距离，m。

c)避雷线与配电装置带电部分、发电厂和变电所电气设备接地部分以及架构接地部分间的空气中距离，应符合下列要求对一端绝缘另一端接地的避雷线Sa≥0.2Ri＋0.1(h＋Δl)式中h——避雷线支柱的高度，m；Δl——避雷线上校验的雷击点与接地支柱的距离，m。

对两端接地的避雷线Sa≥β′［0.2Ri＋0.1(h＋Δl)］式中β′——避雷线分流系数；Δl——避雷线上校验的雷击点与最近支柱间的距离，m。

避雷线分流系数可按下式计算：式中l2——避雷线上校验的雷击点与另一端支柱间的距离，l2＝l′－Δl，m；l′——避雷线两支柱间的距离，m；τt——雷电流波头长度，一般取2.6μs。

d)避雷线的接地装置与发电厂或变电所接地网间的地中距离，应符合下列要求：对一端绝缘另一端接地的避雷线，应按Se≥0.3Ri校验。对两端接地的避雷线应按下式校验：Se≥0.3β′Rie)除上述要求外，对避雷针和避雷线，Sa不宜小于5m，Se不宜小于3m。对66kV及以下配电装置，包括组合导线、母线廊道等，应尽量降低感应过电压，当条件许可时，Sa应尽量增大。

（4）直击雷保护装置包括兼作接闪器的设备金属外壳、电缆金属外皮、建筑物金属构件等，其接地可利用发电厂或变电所的主接地网，但应在直击雷保护装置附近装设集中接地装置。

（5）独立避雷针(线)宜设独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区，其接地电阻不宜超过10Ω。当有困难时，该接地装置可与主接地网连接，但避雷针与主接地网的地下连接点至35kV及以下设备与主接地网的地下连接点之间，沿接地体的长度不得小于15m。独立避雷针不应设在人经常通行的地方，避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜小于3m，否则应采取均压措施，或铺设砾石或沥青地面，也可铺设混凝土地面。

（6）110kV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的架构或房顶上，但在土壤电阻率大于1000Ω·m的地区沙市土地平整施工组织设计方案，宜装设独立避雷针。否则，应通过验算，采取降低接地电阻或加强绝缘等措施。66kV的配电装置，允许将避雷针装在配电装置的架构或房顶上，但在土壤电阻率大于500Ω·m的地区，宜装设独立避雷针。35kV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针。

装在架构上的避雷针应与接地网连接，并应在其附近装设集中接地装置。装有避雷针的架构上，接地部分与带电部分间的空气中距离不得小于绝缘子串的长度；但在空气污秽地区，如有困难，空气中距离可按非污秽区标准绝缘子串的长度确定。装设在架构(不包括变压器门型架构)上的避雷针与主接地网的地下连接点至变压器接地线与主接地网的地下连接点之间，沿接地体的长度不得小于15m。

（7）在变压器门型架构上和在离变压器主接地线小于15m的配电装置的架构上，当土壤电阻率大于350Ω·m时，不允许装设避雷针、避雷线；如不大于350Ω·m，则应根据方案比较确有经济效益，经过计算采取相应的防止反击措施，并至少遵守下列规定，方可在变压器门型架构上装设避雷针、避雷线：a)装在变压器门型架构上的避雷针应与接地网连接，并应沿不同方向引出3根～4根放射形水平接地体，在每根水平接地体上离避雷针架构3m～5m处装设一根垂直接地体；

（9）露天布置的GIS的外壳不需装设直击雷保护装置，但应接地。（10）发电厂和变电所有爆炸危险且爆炸后可能波及发电厂和变电所内主设备或严重影响发供电的建构筑物(如制氢站、露天氢气贮罐、氢气罐储存室、易燃油泵房、露天易燃油贮罐、厂区内的架空易燃油管道、装卸油台和天然气管道以及露天天然气贮罐等)，应用独立避雷针保护，并应采取防止雷电感应的措施。

35kV～110kV变电所的进线保护接线

（2）未沿全线架设避雷线的35kV～110kV线路xxx科技馆施工方案设计，其变电所的进线段应采用上图所示的保护接线。在雷季，如变电所35kV～110kV进线的隔离开关或断路器可能经常断路运行，同时线路侧又带电，必须在靠近隔离开关或断路器处装设一组排气式避雷器FE。FE外间隙距离的整定，应使其在断路运行时，能可靠地保护隔离开关或断路器，而在闭路运行时不动作。如FE整定有困难，或无适当参数的排气式避雷器，则可用阀式避雷器代替。

全线架设避雷线的35kV～220kV变电所，其进线的隔离开关或断路器与上述情况相同时，宜在靠近隔离开关或断路器处装设一组保护间隙或阀式避雷器。

（3）变电所的35kV及以上电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设阀式避雷器，其接地端应与电缆金属外皮连接。对三芯电缆，末端的金属外皮应直接接地图a)；对单芯电缆，应经金属氧化物电缆护层保护器(FC)或保护间隙(FG)接地图b)。