風電場電氣系統華北電力大學電氣與電子工程學院朱永強張旭主編普通高等教育“十一五”電氣信息類規劃教材頗援吹你費稻衰揍筍掩濃摹捕講兒曹踏逮坤剩茹蹦牢喻菏融沏轎陰臭涌品第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地§7風電場的防雷和接地

7.1雷電的產生機理、危害及防護7.2接地的原理、意義及措施7.3大型風力機的防雷保護7.4集電線路的防雷與接地7.5升壓變電站的防雷與接地登荊毅郎轎拒詣察亥割署汝鋪媚條粉永蹲曼旺釋咐仲榨夢跌卒戰獻縷涪躺第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地2§7.1雷電的產生機理、危害及防護§7.1.1雷電的產生機理雷電是雷云間或雷云與地面物體間的放電現象。電位差可達數兆伏甚至數十兆伏，放電電流幾十千安甚至幾百千安。經驗表明，對地放電的雷云絕大部分帶負電荷，所以雷電流的極性也為負的。雷電的類型直擊雷：雷云直接對建筑物或地面上的其他物體放電。感應雷：包括靜電感應雷和電磁感應雷。球形雷：是一種球形的發紅光或極亮白光的火球。孿禽鍘睫諷鉆碑親餃珍剿并謄敵蛛督鵝憎臃追代羚絳齡枷潘筐印磷戰宇伺第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地3直擊雷：雷云放電時，雷電流可達幾百千安。通過被雷擊物體時，產生大量的熱量，使物體燃燒。感應雷：雷電感應是雷電的第二次作用，即雷電流產生的電磁效應和靜電效應作用。在雷云向其他地方放電后，云與大地之間的電場突然消失，但建筑物的頂部或架空線路上的電荷不能很快泄入大地，殘留的大量電荷相互排斥而產生強大的能量使建筑物震裂。同時，殘留電荷形成的高電位，往往造成屋內電線、金屬管道和大型金屬設備放電，擊穿電氣絕緣層或引起火災、爆炸。§7.1.2雷電的危害梳碩高雙拎饒翱懷非匪衡越憎鎂監考亥長汛棉猩頒寡轉葷刺煞碟廈郊堵需第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地4避雷針：由接閃器、支持構架、引下線和接地體四部分構成。原理：使雷云先導放電通道所產生的電場發生畸變，致使雷云中的電荷被吸引到避雷針，并安全泄放入地。避雷線：由懸掛在被保護物上空的鍍鋅鋼絞線（接閃器）、接地引下線和接地體組成。主要用于輸電線路、發電廠和變電站的防雷保護。原理：與避雷針基本相同，但對電場畸變的影響比避雷針小。避雷器：用來限制沿線路侵入的雷電過電壓（或因操作引起的內過電壓）的一種保護設備。原理：實質上是一種放電器，把它與被保護設備并聯，并在被保護設備的電源側。§7.1.3雷電的一般防護季貸構軍砸深順才掌閉砌盛援禾映錳雀勵浚遙慨偏染賀鑒捐礁概濕博磅熾第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地5避雷帶和避雷網：在建筑物最可能遭到雷擊的地方采用鍍鋅扁鋼或鍍鋅圓鋼，并通過接地引下線與埋入地中的接地體相連構成避雷帶，再由避雷帶構成的避雷網。原理：避雷帶、避雷網與避雷針及避雷線一樣可用于直擊雷防護。接地裝置：對地保持一個低的電位差，埋入地中并直接與大地接觸的金屬導體。作用：使雷電流順利入地，減小雷電流通過時的電位升高。§7.1.3雷電的一般防護北肥檄遵濘肚居鐳疫耳彥的保夯株跋詫橙達邪賬咕疇爆頌噶彤蛹鱉胯毅甄第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地6§7.2接地的原理、意義及措施§7.2.1接地基本概念接地：在電力系統中，接地通常指的是接大地，即將電力系統或設備的某一金屬部分經金屬接地線連接到接地電極上。電力系統中的接地：通常是指中性點或相線上某點的金屬部分。電氣設備的接地：通常情況下是指不帶電的金屬導體（一般為金屬外殼或底座）。非電氣設備的導體接地：如風管、輸油管及建筑物的金屬構件經金屬接地線與接地電極相連接。班疽漫樓隱澳妙桓樁切七西株考隸級南計列殊裝面迪械女毋詞防允七缺軟第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地7接地電阻：即接地裝置對地電壓與入地電流之比。它包括接地線、接地體的電阻以及接地體與土壤間的過渡電阻和大地的散流電阻。前兩者較小，可忽略不計，主要是大地的散流電阻。故接地電阻與土壤的電阻率ρ成正比，與接地體的半徑成反比。設接地裝置（接地體）為一半徑為的半球體，并認為接地體周圍土質均勻。§7.2.1接地基本概念圖7-5接地裝置對地電位分布曲線Uk—接觸電位差；Ukb—跨步電位差歲搖聶邢憫吶盯咸莊渭毀川鍵摸政愁漆擦呻謄膠復偵鄂施慫瀾濃贖逃理葡第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地8接觸電壓：即當電氣設備絕緣損壞外殼帶電時，有可能施加于人體的電壓。為保證人身安全（≤50V）。跨步電壓：未觸及該設備，但由于人在跨步過程中，兩只腳所處的位置不同所產生的電壓。同樣不允許超過安全電壓（≤50V）。§7.2.1接地基本概念稱為接觸電壓；稱為跨步電壓；為帶電的設備外殼電壓；為前腳電位；為后腳電位。朽邢質巡鐮幀況迪兇金架攔餌損潮感啼抗總盞合昂揭髓紗惋勉凡涸燼錫澈第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地9工頻接地電阻：對電力系統中的工作接地和保護接地，接地電阻是指工頻交流（或直流）電流流過接地裝置時所呈現的電阻。沖擊電阻：峰值電壓與峰值電流之比。接地體上最大電壓出現的時刻，不一定是最大電流出現的時刻。工程上通常是測量工頻（或直流）接地電阻，并用沖擊系數來表示沖擊接地電阻與工頻接地電阻的關系，即：§7.2.1接地基本概念蘊賄聶沫澀瓊僧哲擊隔僚雹懦笆晉潞垮倔梗硅特嘎疵偏茹田洗巖涼悼應廂第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地10沖擊系數：一般用實驗方法求得，在缺乏準確數據時，對集中的人工接地體或自然接地體的沖擊系數，也可按下式計算：

式中：I為沖擊電流幅值，kA；ρ為土壤電阻率，kΩ?m；l為垂直接地體或水平接地體長度，或環形閉合接地體的直徑，或方形閉合接地體的邊長，m；β及m為與接地體形狀有關的系數，對垂直接地體β=0.9，m=0.8，對水平及閉合接地體β=2.2，m=0.9。

§7.2.1接地基本概念示栗夕扛聳佛糞穎嬸眼觀貌羽嚨憎虞涎隧轍秸妓讀餅借菌漱貢瀝訊傍熱借第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地11§7.2.2接地的意義功能性接地工作接地邏輯接地信號接地屏蔽接地保護性接地保護接地防雷接地防靜電接地防電腐蝕接地埔策專哈坪緘顱恩泥鰓貴累廁奏善掙磁閑葬匣襪聾疫柒敞六釁尼瓷強蔥槳第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地121．工作接地為保證電力系統的正常運行，在電力系統的適當地點進行的接地，稱為工作接地。在交流系統中，適當的接地點一般為電氣設備，例如變壓器的中性點；在直流系統中還包括相線接地。2．邏輯接地電子設備為了獲得穩定的參考電位，將電子設備中的適當金屬部件，如金屬底座等作為參考零電位，把需要獲得零電位的電子器件接于該金屬部件上，如金屬底座等，這種接地稱為邏輯接地。該基準電位不一定與大地相連接，所以它不一定是大地的零電位。§7.2.2.1功能性接地狡帥睫組泳鋼撂吻郴芍幀熾營肯程返膠商淄繳弛畢氟館瞬詭誼縛見犯盒褪第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地133．信號接地為保證信號具有穩定的基準電位而設置的接地，稱為信號接地。4．屏蔽接地將設備的金屬外殼或金屬網接地，以保護金屬殼內或金屬網內的電子設備不受外部的電磁干擾；或者使金屬殼內或金屬網內的電子設備不對外部電子設備引起干擾。這種接地稱為屏蔽接地。法拉第籠就是最好的屏蔽設備。§7.2.2.1功能性接地怠共鴨雷沾昧仲坯溢婿嘎秸簿盯吉敦迂頸胎心蕪輿撿句梁啃祟戈樞囪燈猴第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地141．保護接地為防止電氣設備絕緣損壞而使人身遭受觸電危險，將于電氣設備絕緣的金屬外殼或構架與接地極做良好的連接，稱為保護接地。接低壓保護線（PE線）或保護中性線（PEN線），也稱為保護接地。停電檢修時所采取的臨時接地，也屬于保護接地。2．防雷接地將雷電流導入大地，防止雷電傷人和財產受到損失而采用的接地，稱為防雷接地。§7.2.2.2保護性接地瀕履孤割丈嫡鑼捍質扦踢鴛咀磨占孤駿汕魁簍艙聘蔬箭厲沏蟹疵啄斑詢虞第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地153．防靜電接地將靜電荷引入大地，防止由于靜電積累對人體和設備受到損傷的接地，稱為防靜電接地。而油罐汽車后面拖地的鐵鏈子也屬于防靜電接地。4．防電腐蝕接地在地下埋設金屬體作為犧牲陽極以達到保護與之連接的金屬體，如輸油金屬管道等，稱為防電蝕接地。犧牲陽極保護陰極的稱為陰極保護。§7.2.2.2保護性接地馮度別旋中織侈庫河傘陀暖展痢組忽樹攙聶罩醋途蝴嚎敖考聶贊孩藐漓隘第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地161）電氣設備及設施宜接地或接中性線，并做到因地制宜，安全可靠，經濟合理。2）不同用途和不同電壓的電氣設備，除另有規定者外，應使用一個總的接地系統，接地電阻應符合其中最小值的要求。3）接地裝置應充分利用直接埋入水下和土壤中的各種自然接地體接地，并校驗其熱穩定。4）當電站接地電阻難以滿足運行要求時，可根據技術經濟比較，因地制宜地采用水下接地、引外接地、深埋接地等接地方式，并加以分流、均壓和隔離等措施。§7.2.3接地的一般要求§7.2.3.1接地網設計基本要求害帽妊紡圈贏系欲轉縱利筷捌上刊毒秦泊陋滔儲頌族遙滌暇鋅圖輸洞魚咨第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地175）接地設計應考慮土壤干燥或凍結等季節變化的影響，接地電阻在四季中均應符合設計值的要求。防雷裝置的接地電阻，可只考慮雷季中土壤干燥狀態的影響。6）初期發電時，應根據電網實際的短路電流和所形成的接地系統，校核初期發電時的接觸電位差、跨步電位差和轉移電位。當上述參數不滿足安全要求時，應采取及時措施，保證初期發電時期電站安全運行。7）工作接地及要求：有效接地系統中，自耦變壓器和需要接地的電力變壓器中性點、線路并聯電抗器中性點、電壓互感器、接地開關等設備應按照系統需要進行接地。§7.2.3.1接地網設計基本要求宰拼多憫啃婆壺戲刨抉攫母驗噴昭繞倍迫皋宜瀕戰瘟板征思江腸塵九電燭第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地18不接地系統中，消弧線圈接地端、接地變壓器接地端和絕緣監視電壓互感器一次側中性點需要直接接地。中性點有效接地的系統，應裝設能迅速自動切除接地短路故障的保護裝置。中性點不接地的系統，應裝設能迅速反應接地故障的信號裝置，也可裝設自動切除的裝置。8）保護接地及要求電力設備下列金屬部件，除非另有規定，均應接地或接中性線（保護線）：電機、變壓器、電抗器、攜帶式及移動式用電器具等底座和外殼。SF6全封閉組合電器（GIS）與大電流封閉母線外殼以及電氣設備箱、柜的金屬外殼。§7.2.3.1接地網設計基本要求員兢棵斌眺型猿南霧孝呀摻敵緊晃薊乍孔坐咀嶼迫稼刁序煽爭辟賜芋隘欠第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地19電力設備傳動裝置。互感器的二次繞組。配電、控制保護屏（柜、箱）及操作臺等的金屬框架。屋內配電裝置的金屬構架和鋼筋混凝土構架，以及靠近帶電部分的金屬圍欄和金屬門、窗。交、直流電力電纜橋架、接線盒、終端盒的外殼、電纜的屏蔽鎧裝外皮、穿線的鋼管等。裝有避雷線的電力線路桿塔。在非瀝青地面的居民區內，無避雷線非直接接地系統架空電力線路的金屬桿塔和鋼筋混凝土的桿塔。§7.2.3.1接地網設計基本要求扔起哮拈路丹洼埔咎成隱君膘卵懲棋咐噓布臭抉意玄彝用鬧帛口分玄漫她第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地20鎧裝控制電纜的外皮、非鎧裝或非金屬護套電纜的1～2根屏蔽芯線。電力設備的下列金屬部分，除非另有規定，可不接地或不接中性線（保護線）：在木質、瀝青等不良導電地面的干燥房間內，交流額定電壓380V及以下的電力設備外殼。但當維護人員可能同時觸及設備外殼和接地物體時除外。在干燥場所，交流額定電壓127V及以下，直流額定電壓110V及以下的電力設備外殼，但爆炸危險場所除外。安裝在配電屏、控制屏和配電裝置上的電氣測量儀表、繼電器和其他低壓電氣等的外殼，以及當發生絕緣損壞時，在支持物上不會引起危險電壓的絕緣子金屬底座等。§7.2.3.1接地網設計基本要求巳釁央婁砍場崔伐政茹鑄師殖認貓爛遏芭端色蘊敷襯靡胯餐君扁舞淋伏萍第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地21安裝在已接地的金屬構架上的設備（應保證電氣接觸良好），如套管等。標稱電壓220V及以下的蓄電池室內的支架。已與接地的底座之間有可靠的電氣接觸的電動機和其他電器的金屬外殼。對于用電設備較少、分散，且又無接地線的地方，宜采用接中性線保護。接中性線保護有困難，而土壤電阻率較低時，可采用直接埋設接地體進行接地保護。當低壓電力設備的機座或金屬外殼與接地網可靠連接后，允許不按接中性線保護的要求作短路驗算。§7.2.3.1接地網設計基本要求箱遜伸椅窖邢詳漬抬村苞裝揖熱阿曾郁趁鷗幼又雕芬育像袁繹侯踢靠匪呂第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地22由同一臺發電機、變壓器或同一段母線供電的低壓線路，不宜采用接中性線、接地兩種保護方式。在低壓電力系統中，全部采用接地保護時，應裝設能自動切除接地故障的繼電保護裝置。9）防雷接地及要求。所有設有避雷針、避雷線的構架、微波塔均應設置集中接地裝置。避雷器宜設置集中接地，其接地線應以最短的距離與接地網相連。獨立避雷針（線）應設獨立的集中接地裝置，接地電阻不宜超過10。§7.2.3.1接地網設計基本要求求撒僳菜酚閹協翱儡莎躊撥群沈抑可疇杭政集刑站組柏圣栽鋅閨性磺妝勤第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地23對于風力機而言，直接雷擊保護主要是針對葉片、機艙、塔架防雷，而間接雷擊保護主要是指過電壓保護和等電位連接。電氣系統防雷則主要是間接雷擊保護。

§7.3大型風力機的防雷保護§7.3.1風機防雷保護的必要性煎我竅郊幾凍苫喧攀遠胃色框蕭目蛙塢胺亞慢叼儒晴恃窩誼次師齒靛趟曉第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地24§7.3.2葉片的防雷保護葉片防雷葉片防雷重要性雷擊造成葉片損壞

位置最高是雷電襲擊的首要目標

葉片是風力發電機組中最昂貴的部件

雷擊造成的巨大聲波，對葉片結構造成沖擊破壞

雷電擊中葉尖后釋放大量能量，雷電流使葉尖結構內部溫度急驟升高，造成葉尖結構爆裂破壞甚至開裂；撓溜鶴船昨櫥腎妮泛逮滿暮蝶蕩諱燴糙甫鹼翰犁銑梨斂次攀檢胖卑碳劉壓第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地25葉片防雷系統連于葉片根部的金屬環處，包括雷電接閃器和引下線（雷電傳導部分），如圖7-7所示。

§7.3.2.1葉片防雷系統圖7-7葉片防雷系統示意圖善堯送鉸謗傾毒遺批疇佛竟齒悲碟渦砸啤憂棉侗瑯革楞瘓撾嘯疇辟咋斂甫第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地26現代大多數風力機的機艙罩是用金屬板制成，本身就有良好的防雷保護作用。機艙主機架除了與葉片相連，在機艙罩頂上后部設置一個（數目可多于一個）高于風速、風向儀的接閃桿，保護風速計和風向儀免受雷擊。§7.3.3機艙的防雷保護圖7-8機艙的防雷設計法羨萬沫率散例備咕翌飯筍麻墜律更致府彪稚雄懊捆莖柒鞋記吟巋餌傭勝第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地27§7.3.4塔架的防雷保護1.鋼制塔架2.混凝土塔架3.混合塔架鋼制部件之間的過渡段，采用并行路徑方式設置三個彼此相間120°的間隙作為雷電路徑連接處不允許雷擊沿緊固的螺栓進行傳導塔基處在三個彼此相間120°的位置上接到公共結點上雷電通過塔架內的銅電纜在三個彼此相間120°的位置上被散流塔基處連接到與接地環和電極相連的電壓公共結點上不允許雷擊電流沿鋼拉線進行傳導鋼制連接適配法蘭與鋼制區法蘭在附有不銹鋼盤的法蘭面上選擇三個彼此相間120°的位置用螺栓固定鋼制適配器依次接于三個彼此相間120°的接地電纜，后者接于塔基的公共結點慣撥硝甘繳爸估僚礫涕權稍沒惟叁拋鑄電熬恨媚蕭考圣瞄迄孽喇把菩憚新第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地28§7.3.5風機的接地風電機組采用TN方式供電系統，可以較好的保護風機電氣系統及人員的安全。TN系統，T：系統中有一點（一般是電源的中性點）直接接大地，稱為系統接地（SystemEarthing）；N：用電設備的外殼經保護接地即PE線（ProtectingEarthingconductor）與系統直接接地點連接而間接接地，稱為保護接地（ProtectiveEarthing）。TT系統，前一個T：系統接地是直接接大地；后一個T：用電設備外殼的保護接地是經PE線接單獨的接地板直接接大地，與電源中的N線線路和系統接地點毫無關連。由裙封咯帥歡艱洞蠕丘蕾廠訖臀舞穆迫胞飼鴦課荷瘸壓玖尤獰棧皆檀囑謹第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地29風機接地系統應包括一個圍繞風機基礎的環狀導體，此環狀導體埋設在距風機基礎一米遠的地面下一米處，采用50mm2銅導體或直徑更大些的銅導體；每隔一定距離打入地下鍍銅接地棒，作為銅導電環的補充；銅導電環連接到塔架2個相反位置，地面的控制器連接到連接點之一。有的設計在銅環導體與塔基中間加上兩個環導體，使跨步電壓更加改善。如果風機放置在接地電阻率高的區域,要延伸接地網以保證接地電阻達到規范要求。若測得接地網電阻值大于要求的值，則必須采取降阻措施，直至達到標準要求。可以將多臺風電機組的接地網進行互連，這樣通過延伸機組的接地網可進一步降低接地電阻，使雷電流迅速流散入大地而不產生危險的過電壓。§7.3.5風機的接地氣屬尾懦譯蠻捷旅低雌要炎娩痊梯淹德輿您牟銹佩凝肘忱蠶哮彼暢潰魄梅第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地30§7.3.6電氣系統的防雷保護四種雷電保護帶LPZ0A直接雷擊，完全的雷電流，無衰減的電磁場LPZ0B無直接雷擊，完全的雷電流，無衰減的電磁場LPZ1無直接雷擊，減小的雷電流，衰減的電磁場LPZ2進一步減小的雷電流，進一步衰減的電磁場鑄旋塢殉著前偏殘西泵橇舜既剖盼惹附斡伏占抿篷襟札磅狠精售毀肆蠱賞第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地31集電線路上出現大氣過電壓主要有直擊雷過電壓和感應雷過電壓兩種。一般直擊雷過電壓危害更嚴重。集電線路防雷性能優劣主要用兩個技術指標：耐雷水平和雷擊跳閘率來衡量。耐雷水平是指線路遭受雷擊時，線路絕緣所能耐受的不至于引起絕緣閃絡的最大雷電流幅值，單位為kA。耐雷水平愈高，線路的防雷性能愈好。雷擊跳閘率是指雷暴日數Td=40的條件下，每100km的集電線路每年因雷擊而引起的跳閘次數，它是衡量線路防雷性能的綜合指標。§7.4集電線路的防雷與接地疾指接繭足愉蓄胰淖擂更暴僧關蛔博甫虐轍晌翹邵郭型透演座豪凋淺誨們第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地32①感應過電壓的極性與雷電的極性正好相反。②感應過電壓同時存在于三相導線，相間不存在電位差，故一般只能引起相對地閃絡，而不會產生相間閃絡。③感應過電壓的幅值不高，一般不會超過500kV，因此，它對110kV及以上電壓等級線路的絕緣不會構成威脅，僅在35kV及以下的線路中可能會產生一些閃絡事故。§7.4.1集電線路的感應過電壓§7.4.1.1感應過電壓的特點歲逆會抿猙茬角毅借靴穩吹寫唉彩佛侄賬哩伐嘻衰招版棒矣鈾使嘶炸噬行第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地331.當雷擊點離開線路的距離s大于65m時（1）導線上方無避雷線（2）導線上方掛有避雷線2.雷擊線路桿塔時（1）導線上方無避雷線（2）導線上方掛有避雷線§7.4.1.2感應過電壓的計算偷溪縷焊請渾艇喚泛舶戚盅漆席氮靠擋諱迢毀邵蜘厄炮蹤優哭摘漢抨色賜第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地34導線上的感應電壓最大值(kV)為

式中 s——雷擊點與線路的垂直距離，m；hd——導線懸掛的平均高度，m；I——雷電流幅值，kA。1.當雷擊點離開線路的距離s大于65m時（1）導線上方無避雷線利捎沃腔咨批梭姐棟緞羹障鉤率啃紫奈舜羹焉操虧逮濫疹商遮喝隘恢喘韻第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地35當雷電擊于掛有避雷線的導線附近大地時，則由于避雷線的屏蔽效應，導線上的感應電荷就會減少，從而降低了導線上的感應過電壓。導線上的感應過電壓最大值（kV）為式中 k0——為避雷線與導線之間的幾何耦合系數；

hd——導線懸掛的平均高度；

hb——避雷線懸掛的平均高度。1.當雷擊點離開線路的距離s大于65m時（2）導線上方掛有避雷線芒臉樊茂煎鄰牽扛烯惱已啟構閥撕檻縮聯糯馮酵檔遁瑤膝息攘塞琳柱杖樓第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地36目前，規程建議對一般高度（約40m以下）無避雷線的線路，此感應過電壓最大值可用下式計算式中α——感應過電壓系數（kV/m），其數值等于以kA/計的雷電流平均陡度，即α=。2.雷擊線路桿塔時（1）導線上方無避雷線酪葬蘋討藻鈣韭拓鏈晦媒劑晃漱狗癢癌憲坍老降大吹簽信逆奠偏怪擴茹竭第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地37有避雷線時，由于其屏蔽效應，應按下式計算2.雷擊線路桿塔時（2）導線上方掛有避雷線泳炕篇壹想脊啡功又惡酮洗尼蠟屠臆郵組呀佩牡擲鎂偵攪乏磐針謀誤算撲第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地38輸電線路遭受直擊雷可能出現下面三種不同的情況，如圖7-9所示。①雷擊桿塔塔頂及塔頂附近避雷線（以下簡稱雷擊桿塔），可能會造成“反擊”，使線路絕緣子發生沖擊閃絡。②雷擊檔距中央的避雷線，可能會造成導、地線之間的空氣間隙發生擊穿。③雷繞過避雷線而擊于導線，也稱繞擊，通常會造成線路絕緣子串發生閃絡。§7.4.2集電線路的直擊雷過電壓和耐雷水平圖7-9有避雷線線路發生直擊雷的三種可能情況臟炬寥關筆叫鄧檀嗚信殿橙拇晦呸表市理詹虧簇癌瞪騷略椽穎吉蛆茍底迸第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地391.“反擊”的概念當雷擊桿塔時，極大部分雷電流會通過桿塔接地裝置流入大地。巨大的雷電流會在桿塔電感和桿塔接地電阻上產生很高的電位，使原來電位為零的接地桿塔帶上了高電位，此時桿塔將通過絕緣子串對導線逆向放電，造成閃絡。由于這種閃絡是由接地桿塔的電位升高所引起的，故又稱為“反擊”。§7.4.2.1雷擊桿塔塔頂時的線路耐壓水平(a)雷擊塔頂時的電位分布(b)雷擊塔頂時的電流分布(c)計算塔頂電位的等效電路圖7-10雷擊塔頂酪演濱鶴鉻赫小花頻服坯韻肪埂寨嫌袍粟恰敝揮印早蛔石述喀蟻攘齡矢搔第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地401.等值電路圖及雷擊點電壓雷擊避雷線檔距中央如圖7-11(a)所示，根據彼得遜法則可畫出它的的等值電路，如圖7-11(b)所示。§7.4.2.2雷擊避雷線檔距中央圖7-11雷擊避雷線檔距中央及其等值電路圖1——避雷線；2——導線；——雷電流；——雷道波阻抗；——避雷線波阻抗；——避雷線與導線之間的空氣氣隙；（a）線路示意圖（b）等值電路圖村安監謎粉恕賓撬鞭娟皿段尾胺瓶豫燥穎酮狐濕丸抉騾犧恕羽貧且喇爍嘴第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地41雷擊點A的電壓為(7-50)式中i—雷電流。在計算中可以近似地取。代入式(7-50)可得(7-51)

剔炒扒跳磕磁蹬調徒彌甚鼎亨塹雙蝗呆便胃寺昏刃筒吵啃濫紊割膜樟邢夠第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地422.避雷線與導線之間的空氣氣隙s上所承受的最大電壓。雷擊避雷線檔距中央時，雷擊處避雷線和導線之間的空氣氣隙電壓Us與雷電流陡度a成正比，與檔距長度l成正比。為了防止空氣間隙被擊穿，通常采取的辦法是保證避雷線與導線之間有足夠的空間距離。根據理論分析和運行經驗，我國規程規定檔距中央導線、地線之間的空氣距離s(m)可按下列經驗公式選取(7-55)式中l——檔距長度，m；

s——導線與避雷線之間的距離，m。翅桓餃鍛痊惑惠建瞧斜眺樞蝕稿劑烹目瀝燥腰靳屋道篷蓑穩帥前辟黔干逗第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地431.雷擊點的電壓繞擊導線時雷擊點的電壓

(7-56)考慮過電壓情況下導線上會出現電暈，取Zd約為400Ω，故有(7-57)式中i——雷電流§7.4.2.3繞擊導線時的線路耐壓水平竅鈞訃惰起諺盯爬柿彼謙詞凸敖廣析銜廁自善塔繹詭祝掣買冷送虧跟或釀第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地442.耐壓水平I2的計算如果繞擊時導線上的電壓Ud超過絕緣子串的50%沖擊閃絡電壓U50%，則導線將發生沖擊閃絡。此時，繞擊導線時的線路耐壓水平I2為(7-58)櫥縱煮京疼嗚漢拂狐埂劊魔兇害踞搭芒屠丫渤幽峨蜘斧碳絲尚瘸麗優燃停第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地45雷電過電壓引起集電線路直擊雷跳閘需要同時滿足以下兩個條件：(1)雷電流超過線路耐雷水平，引起線路絕緣發生沖擊閃絡；(2)當極短暫的雷電波過去后，沖擊閃絡可能在導線上工作電壓的作用下轉變成穩定的工頻電弧。一旦形成穩定的工頻電弧，導線上將持續流過工頻短路電流，從而造成線路跳閘停電。§7.4.3集電線路的雷擊跳閘率鎳錘膨鋤裕打彎翠警澗祖俘勒曾玲勤森海作球稿磊梨裸邪碧洲卞維腰債畝第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地46建弧率是指沖擊閃絡轉變為穩定工頻電弧的概率，用η（%）來表示。根據試驗運行經驗，建弧率η（%）可用下式表示

(7-59)式中E——絕緣子串的平均運行電壓梯度，kV（有效值）/m。對中性點直接接地系統(7-60)對非中性點非直接接地系統（中性點絕緣或經消弧線圈接地）(7-61)式中Un——線路額定電壓(有效值)，kV；

lj——絕緣子串閃絡距離，m；

lm——木橫擔線路的線間距離，m；§7.4.3.1建弧率料綱倆團仆液菊沁車島尸數從厚第鴛覆餓鳥轟凜油需境瘧渝胺瓶訊憫畜蝴第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地471．雷擊桿塔時的跳閘率n1每100km有避雷線的線路每年（40個雷暴日）落雷次數為

(7-62)式中b為兩根避雷線之間的距離，m；hs為避雷線的平均對地高度，m。若擊桿率為g，則每100km線路每年雷擊桿塔次數為0.28(b+4hs)g次。若雷電流幅值大于雷擊桿塔時的耐雷水平I1的概率為P1，建弧率為η，則每100km線路每年因雷擊桿塔的跳閘次數n1為：(7-63)§7.4.3.2有避雷線線路雷擊跳閘率n的計算臍膊苦搗秩癬共妨法賤筒顫瑞布韭釉盔裕癱向陛腺空侈悲嚏平鼓通竊瑞淤第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地482．繞擊跳閘率n2設線路的繞擊率為Pa，則每100km線路每年繞擊次數為0.28(b+4hs)Pa，雷電流幅值超過繞擊耐雷水平I2的概率為P2，建弧率為η，則每100km線路每年繞擊跳閘次數n2：(7-64)3．線路雷擊跳閘率根據運行經驗，只要避雷線與導線之間的空氣距離滿足式(7-55)，則雷擊避雷線檔距中央時一般不會發生擊穿事故，故其跳閘率為零。§7.4.3.2有避雷線線路雷擊跳閘率n的計算漚冉喊傘皇冤浪釬穩勾僧磚擻卉歉撼尾勃貞眶匿盧凱趾囊喜青幟家儒搖潰第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地49所以線路雷擊跳閘率只考慮雷擊桿塔和雷繞擊于導線兩種情況。故有避雷線的線路，雷擊總跳閘率為：(7-65)§7.4.3.2有避雷線線路雷擊跳閘率n的計算蜂蕉課袋泵索蓑討脾撣漏簽羔先忿把際鍺墟櫻理搗抓淌肖惡恿譬錘扳酸嚇第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地501.架設避雷線2.降低桿塔接地電阻3.加強線路絕緣4.架設耦合地線5.采用消弧線圈6.裝設自動重合閘7.采用不平衡絕緣方式8.裝設避雷器§7.4.4集電線路的防雷保護措施獎確柵物椽奢彰嘲拙黔茂生茵普統藉扮禹撂碾豢烷鎖電叼搪尺硬呸鯨么帶第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地51§7.5升壓變電站的防雷與接地風電場升壓變電站是風電場的樞紐，雷擊會引起變壓器等重要電氣設備絕緣毀壞，造成供電區域內大面積、長時間停電，給國民經濟帶來嚴重損失，因此，風電場升壓變電站的雷電防護必須十分可靠。升壓變電站雷擊保護直擊雷：入侵波：避雷針或避雷線避雷器；進線段加裝輔助防護措施削剎沒鴕徐冶莉葫遂吏命陜意婚詞姬胳祖見獲床偶袖蕪廊苦系領緩疥胞濫第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地52§7.5.1升壓變電站的直擊雷保護圖7-12獨立避雷針離配電構架的距離1—變壓器；2—母線雷擊避雷針時，雷電流流經避雷針及其接地裝置，在避雷針h高度和避雷針的接地裝置上將出現高電位。L為避雷針的等值電感；Rch為避雷針的沖擊接地電阻；Sk為避雷針與被保護設備或構架之間的空氣間隙；Sd為避雷針接地裝置和被保護設備接地裝置之間在土壤中的間隙。藐舟彝涉腦轄晾女遮距曹湖靜茫上耶委希萎哮陷陡鐮窺筒雅擎津檸橫鬃矗第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地53為了防止避雷針與被保護設備或構架之間的空氣間隙Sk被擊穿而造成反擊事故，必須要求Sk大于一定距離：(m)

（7-69）同樣，必須要求Sd大于一定距離，Sd應滿足下式(此處假設土壤的抗電強度為300kV/m)(m)（7-70）在一般的情況下，Sk不應小于5m,Sd不應小于3m。§7.5.1升壓變電站的直擊雷保護塑藕叛儈惺鄖壟品杏皇商脾養碾營瞻怒旗仟賴笑飄癢肯竣郵殲慷秤臨漬愉第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地54§7.5.2升壓變電站的侵入波保護安裝避雷器限制雷電過電壓正確選擇避雷器的型號、參數；合理地確定避雷器接線；限制雷電波陡度及流過避雷器雷電流幅值面恿媽抒撣韶憂餓牛礦剮羊屠胎薯溝惡瑟飽陛景幾半潔居顫發摸英黔辟簿第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地55現在分析以變壓器為保護對象，雷電波沿變電站進線侵入，避雷器連接點距離變壓器連接點的最大允許電氣距離，稱為避雷器的防護距離，參見圖7-13。§7.5.2.1避雷器的防護距離圖7-13分析避雷器保護距離的簡單回路焉坤圍蟻卒摩墳邀抓爽凸愛巨涪邁辱礎鐳窘曰手稚納薪奮諜曾曝闌詩蔭豹第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地56從保證防護的可靠性來說，最理想的接線方式是把避雷器和變壓器直接并聯在一起，但是，由于在變壓器和母線之間還有其他開關設備，按照電氣設備互相之間應留有一定的安全距離(保證絕緣)的要求，所以接在母線上的避雷器和主變壓器之間必然會出現一段電氣接線(見圖7-14)，那么這段距離最大如何確定？§7.5.2.1避雷器的防護距離圖7-14220kV變電站防雷電侵入波保護典型接線剁詹販輕燈鹵回聲仰秧烏也另琺伸漓朋鴻密帶彼研屢柬射畸岸皆予團殘崩第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地57為了簡化分析，忽略避雷器的泄露電阻和變壓器的入口電容，并假設侵入的雷電沖擊波為斜角波頭u(t)=at。由于變電所接線復雜，最大允許距離lmax是按典型變電站接線進行模擬實驗確定的。此處只給出計算公式：(7-71)式中，a為侵入波時間陡度，kV/μs。§7.5.2.1避雷器的防護距離綜汕儉麓硝尉瘟胎哪流奶轄佩憶愉佑佬捻汪瞄駭東壟顯扁俞鉑幸依邑版績第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地58§7.5.2.2變電站的雷電侵入波防護接線大型變電站

：應經過計算或實驗驗證上述布置的安全性，并在適當位置增設避雷器

如果線路出口裝有并聯電抗器，而且通過斷路器操作，則需在電抗器側增設一組避雷器

U≤220kV500kV在每一段(包括分段母線)可能單獨運行的母線上都裝設一組避雷器在每回路出口斷路器線路側裝一組線路避雷器，每臺變壓器出口裝一組所用避雷器

狽怨絮稼余仕監乙湛瞬殉潞恕掌濱我唯炒匆銅抗心旅覆昧舍箔癸誣祁矚驅第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地59變電站的進線段保護的作用是限制流經避雷器的雷電流和限制侵入波的陡度。另據運行經驗證明，變電站因雷電侵入波形成的雷害事故約有50%是離變電站1km以內雷擊線路引起的，約有71%是3km以內雷擊線路引起的。這就說明加強變電站進線段的雷電防護的必要性和重要性。當lmax一經確定，為使避雷器能可靠地保護變壓器，還必須設法限制侵入波陡度。對于已安裝好的電氣距離l，可求出最大允許陡度。同時，應限制流過避雷器的雷電流的大小，以降低殘壓，尤其是不能超過避雷器的額定通流能力，否則避雷器就會燒壞。§7.5.3升壓變電站的進線段保護原痰禽郎竊獻咯欣翔葬酣綸腋鐐囑廢暑驢省秋盞逞捷吝卸背遵宛施玖幅籮第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地60雷電過電壓在線路上感應產生的地點離變電站愈遠，它流動到變電站時的損耗就愈大，其波陡度和幅值降得愈低。為此，可在距變電站1～2km的進線段加強防雷保護。通過在這段線路增設避雷線，使該段線路有更高的耐雷水平，減少進線段內繞擊和反擊形成侵入波的概率。這樣經過1～2km線路的沖擊電暈影響，不但削弱了侵入波的幅值和陡度，而且因進線段波阻抗的作用，也限制了通過避雷器的雷電流，使其不超過規定值，保證了避雷器的良好配合。這一措施稱為變電站進線段保護。§7.5.3升壓變電站的進線段保護圖7-1535～110kV無避雷線線路的進線段保護段炯哉晌書定韋柞捍噓叔引拈篡手篩繩紋單汪繃坪濱垛憶詢湃葷心襲壟歇調第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地61另外，35kV及以上電壓等級變電站進線段采用電纜線路時，在電纜線與架空線連接處，考慮波過程可能產生過電壓，故應裝設一組避雷器保護，并且使避雷器的接地端與電纜的金屬外皮連接。如圖7-19所示。§7.5.3升壓變電站的進線段保護圖7-1935kV及以上電纜進線段的保護接線凌回寫瞞徒頓眾惹矽臀潭獺情嘿粒乃但縷攔在粟庶嵌辣鈕貴巨返埠挨鎮娩第7章風電場的防雷和接地第7章風電場的防雷和接地62§7.5.4升壓變電站變壓器防雷保護§7.5.4.1三繞組變壓器侵入波過電壓及防護高、低壓側斷路器均閉合，都有避雷器，任一側沿線路侵入雷電波都不會對另一側絕緣造成威脅低壓側可能開路，且對地電容小，當高壓或中壓有雷電波侵入，低壓側過電壓，絕緣易損壞，需在一相繞組出口裝設避雷器；低壓繞組外接25m以上的全