电力系统防雷保护中绕击,直击,反击的概念

好的,这三个术语是电力系统防雷保护中的核心概念。它们描述了雷电击中电力设备(如输电线路、变电站)的不同方式和机理。

1. 直击

  • 定义 :雷电直接击中电力设备的导电部分(如输电线路的导线、避雷线,或变电站的母线、设备)。

  • 物理过程

    1. 雷云对地放电时,下行先导直接奔向设备的导电部分。

    2. 设备上的上行先导与之下行先导接通,形成主放电通道。

    3. 巨大的雷电流(数十至数百千安)直接注入设备。

  • 特点与危害

    • 危害最大 :雷电流直接流过设备,会产生极高的过电压

    • 效应

      • 热效应:强大的电流可能熔化导线、烧毁设备。

      • 机械效应:电流产生的电动力可能损坏设备结构。

      • 绝缘击穿:产生的高电压远超设备绝缘水平,导致闪络或击穿。

  • 防护措施

    • 架设避雷线(架空地线),目的是让雷电优先击中它,从而保护下方的导线。

    • 使用避雷针,保护变电站内的设备。

2. 绕击

  • 定义 :雷电绕过 避雷线或杆塔的屏蔽,直接击中被保护的导线。

  • 物理过程

    1. 当避雷线的保护角过大或地形不利(如山区斜坡)时,雷电先导可能不从避雷线上发起上行先导。

    2. 先导直接落在导线上,形成放电通道。

  • 发生条件

    • 保护角过大:保护角是指避雷线与外侧导线的连线和垂直线之间的夹角。角度越大,屏蔽效果越差,绕击率越高。

    • 地形地貌:山区、丘陵地带,杆塔位置较高,容易发生绕击。

    • 电压等级:对于超高压和特高压线路,由于杆塔高、导线悬挂高,绕击是雷害故障的主要形式。

  • 特点与危害

    • 虽然绕击电流的幅值通常比直击雷小,但它直接施加在导线上,会在线路上产生非常高的过电压波,并沿线路传播,危及线路本身的绝缘和变电站内的设备。
  • 防护措施

    • 减小保护角(理想情况下 ≤ 20°)。

    • 在易击段安装线路用避雷器

    • 采用双避雷线 甚至多避雷线以提高屏蔽效果。

3. 反击

  • 定义 :雷电击中避雷线或杆塔顶部 后,巨大的雷电流通过杆塔和接地装置流入大地,使杆塔和避雷线的电位瞬间升至极高。当这个电位与导线之间的电位差超过绝缘子串的耐受能力时,绝缘子串会发生闪络,即电流从杆塔"反击"到导线上。

  • 物理过程

    1. 雷电击中避雷线或杆塔顶。

    2. 雷电流 II 流过杆塔电阻 Rtower和接地电阻 Rearth。

    3. 根据欧姆定律,杆塔顶对地电位瞬间升高:Utower=I×(Rtower+Rearth)

    4. 由于导线通过绝缘子串悬挂在杆塔上,其电位仍接近于系统电压(相对于极高的杆塔电位可忽略)。

    5. 极高的电位差 Utower​ 加在绝缘子串两端,导致其被击穿,形成闪络通道,雷电流由此涌入导线。

  • 特点与危害

    • 这是一种间接的雷害。即使雷电没有直接打中导线,导线也会因"反击"而引入过电压。

    • 反击过电压是造成110kV及以下输电线路雷害事故的主要原因。

    • 即使绝缘子闪络能保护线路绝缘,但由此引起的线路跳闸会严重影响供电可靠性。

  • 防护措施

    • 降低杆塔的接地电阻 RearthRearth​:这是最有效的方法。电阻越小,杆塔电位升高越小。

    • 加强线路绝缘:如增加绝缘子片数,提高其闪络电压。

    • 架设耦合地线:在导线下方增设辅助地线,可以增加导线与地线之间的电磁耦合,从而在雷击时抬高导线电位,减小电位差。

    • 使用线路避雷器

总结对比

类型 雷击目标 电流路径 主要危害对象 关键防护措施
直击 导线或设备 雷 → 导线 → 线路/设备 被直接击中的设备,危害最大 架设避雷线、避雷针
绕击 导线(绕过避雷线) 雷 → 导线 → 线路 线路绝缘、变电站设备 减小保护角、安装线路避雷器
反击 避雷线或杆塔 雷 → 杆塔/地线 → 闪络 → 导线 线路绝缘(导致跳闸)

理解这三者的区别,对于分析和制定电力系统的防雷策略至关重要。简单来说:

  • 防直击和绕击 ,核心是 "引"和"躲"(引导雷电流入地,并屏蔽被保护设备)。

  • 防反击 ,核心是 "疏"和"抗"(疏通雷电流使其顺利入地,并提高设备自身的耐受能力)。

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