过电压保护原理及防护措施

过电压保护原理及防护措施 今天讲的过电压原理及防护措施这一节课，实际上是大学电力专业所学的“高电压技术”这门课程的主要内容，利用一个上午的时间，主要帮助大家恢复和重新建立对电力系统过电压全面系统的理解，同时希望大家有一次理论升华和再认识的过程！ 在实际工作中出现的一次设备的绝缘故障问题，首先要想到，系统是否存在过电压，是哪一类过电压，参数配合是否合理；对于新建项目，它的各种防过电压措施和绝缘配合是否合理。重在培养意识和观念，重点在于加强提高认识和应用方面的知识，着眼于解决实际问题。至于理论上的公式推导和数学模型，大家手上可常备几本参考书，便于碰到问题时查阅。同时对于更深层次的问题，知道用什么手段和途径去解决。　　　　　　　

过电压保护原理及防护措施 1 明确跟过电压有关的几个重要概念 2 对过电压的形成机理再认识 3 对过电压知识进行系统的梳理 4 结合实际,分析过电压的防护措施 5 收集整理 过电压的事故和实例 6 总结出一些重要结论,并给出一些思考题。

过电压保护原理及防护措施 目 录 第一章 前言 第二章 内部过电压 第一节　操作过电压的成因及其特点 第二节　工频电压升高（工频过电压） 　 第三节　谐振过电压的成因及其特点 --消弧线圈补偿网络的线性谐振 --断线谐振过电压 --电压互感器因饱和谐振过电压

第三章 雷电过电压 第一节 有关雷电的一些知识 第二节　防雷设施 第三节　架空线路防雷 第四节　变电站防雷 第四章 绝缘配合原则 总结 参考书

第一章 前 言 1 什么是电力系统的过电压? 2 电力系统的过电压是怎样产生的? 3 电力系统过电压的分类?

1 什么是电力系统的过电压? 超过电力系统最高工作电压(Um)称为电力系统的过电压。 两层意思 ①这里讲的电力系统最高工作电压，是指各个电压等级的最高电压Um ； ②各个电压等级的最高电压Um，同该等级的额定电压有对应关系；

几个电压的关系 ①系统标称电压UN ②线路额定电压 ③同步发电机额定电压 ④降压变一二次绕组额定电压 ⑥电力系统最高工作电压(Um) ⑤升压变一二次绕组额定电压 ⑥电力系统最高工作电压(Um)

---系统标称电压( kV ) 0.38 3 6 l0 15 20 35 66 110 220 330 500 750 将超过220 kV的系统成为超高压电力系统 ---线路额定电压 线路额定电压跟系统标称电压完全相同

---发电机的额定电压 发电机的额定电压（kV），一般比直配线路（3 6 l0）额定电压高 5 % 3.15 6.3 10.5 13.8 15.75 17 （20 22 24 26） 大容量的发电机（超过100MW），接入系统方式为发电机-变压器组的接线方式，其额定电压为1 3.8 kV及以上，同系统和厂用电连接都有变压器隔离，分析过电压问题和角度有所不同。

对于降压变压器一次绕组的额定电压，与相连线路的额定电压相同。 发电厂厂用降压变压器，一次绕组的额定电压与发电机额定电压相同 ---降压变压器 对于降压变压器一次绕组的额定电压，与相连线路的额定电压相同。 发电厂厂用降压变压器，一次绕组的额定电压与发电机额定电压相同 降压变压器二次绕组的额定电压，需要比所连接的系统标称电压高10％ 两个原因 正常运行时降压变二次电压较线路高5% 额定负载下降压变内部的电压降约为5%

---升压变压器 升压变压器一次绕组的额定电压，与发电机额定电压相同 升压变压器二次绕组的额定电压，需要比所连接的系统标称电压高10％ 原因同降压变压器二次绕组的额定电压

我国各种电压等级使用情况如下 ①3 、6kV 用于发电厂厂用电和配电网电压。 ②10kV广泛用于配电网电压。 ③35 、66kV为大城市、大工业企业内部的配电网和农村输电网电压。 ④110、220kV用于电网主干输电线电压。

⑦我国已经建成1000kV交流、800kV直流的特高压输电线路的示范工程。

系统最高工作电压Um是很重要的参数和指标, 研究过电压问题时经常要用到。 请牢记各个电压等级的最高工作电压Um！ 过电压的概念 系统标称电压同最高工作电压对应关系为： （ UN －－→Um kV） UN 3 6 10 15 20 35 66 110 220 Um 3.6 7.2 12 18 24 40.5 72.5 126 252 系统最高工作电压Um是很重要的参数和指标, 研究过电压问题时经常要用到。 请牢记各个电压等级的最高工作电压Um！ 过电压的概念 系统中的运行电压，如超过该电压等级下相对应的Um，称为过电压。

过电压属于电力系统中的一种电磁扰动现象，电力系统中电路状态或电磁状态的突然变化是产生过电压的根本原因。 2 过电压的产生 过电压属于电力系统中的一种电磁扰动现象，电力系统中电路状态或电磁状态的突然变化是产生过电压的根本原因。 过电压分为外过电压和内过电压两大类。研究电力系统中各种过电压的起因，预测其幅值，并采取措施加以限制，是确定电力系统绝缘配合的前提，对于电工设备制造和电力系统运行都具有重要意义。 制造厂商的电工设备绝缘水平必须保证： ①长期耐受工作电压的考验； ②必须能够承受在一定时间内的一定幅度过电压冲击；

过电压 │ ┍工频过电压│不接地系统发生不对称接地 │ │ ┕甩负荷 │ ┍暂时过电压│ │ │ │ ┍线性谐振 3 过电压的分类 　　　　　 ┍直击雷过电压 ┍雷电过电压 │雷击感应过电压 │ │雷电波侵入过电压 │　　　　　 ┕雷电地电位反击过电压 │ │　　　　　　　　　　　　　　　　　┍长线路电容效应 过电压 │　　　 ┍工频过电压│不接地系统发生不对称接地 │　　　　　　　　　　　│　　　　　┕甩负荷 │　　　　　┍暂时过电压│ │　　　　　│　　　　　│　　　　　┍线性谐振 │　　　　　│　　　　　┕谐振过电压│铁磁谐振 ┕内部过电压│　　　　　　　　　　　┕参数谐振 │　　　　　┍线路合闸和重合闸过电压 │　　　　　│空载线路分闸过电压 │　　　　　│开断并联电容补偿装置的过电压 ┕操作过电压│操作空载变压器和并联电抗器等 │开断高压感应电动机的过电压 ┕发生单相接地故障的过电压

各类过电压的示意图

小结 介绍了过电压的概念，各电压等级的最高工作电压，过电压的大概分类。 思考题： 1 各电压等级的最高工作电压(Um)分别为多少？ 2 电力系统过电压的分类。

内部过电压分为三大类：操作过电压、工频过电压、谐振过电压。 第二章 内部过电压 内部过电压是由于电力系统故障、或开关操作、或参数配合不当而引起的电网运行状态变化，导致电网中电磁能量发生转化，从而产生瞬时或持续高于电网额定允许电压、并对电气装置可能造成威胁的电压升高。 内部过电压分为三大类：操作过电压、工频过电压、谐振过电压。

在暂态过渡过程结束以后出现的，持续时间大于0.1秒甚至数小时的持续性过电压称为暂时过电压。 在故障或操作时瞬间发生的过电压称为操作过电压，其持续时间一般在几十毫秒之内； 在暂态过渡过程结束以后出现的，持续时间大于0.1秒甚至数小时的持续性过电压称为暂时过电压。 暂时过电压又可以分为工频过电压和谐振过电压。

（1）操作过电压：由于断路器操作（或出现故障保护动作引起）的过电压。 电力系统内部的过电压主要有： （1）操作过电压：由于断路器操作（或出现故障保护动作引起）的过电压。 （2）工频过电压：由于电网运行方式的突然改变，引起某些电网工频电压的升高。 （3）谐振过电压：由系统电感和电容组成的谐振回路引起的过电压。

电力系统的过电压值： 工频过电压 1.0p.u.= Um/√3； 谐振过电压和操作过电压 1.0p.u.=√2Um/√3 （1）相对地暂时过电压和操作过电压的标么值： 工频过电压 　　　　　　　1.0p.u.= Um/√3； 谐振过电压和操作过电压 　　　　　　　1.0p.u.=√2Um/√3

（2）系统的工频过电压水平 线路断路器的变电所侧 1.3p.u. 线路断路器的线路侧 1.4p.u. 　对110kV及220kV系统 　　工频过电压一般不超过　1.3p.u.；　　　3kV～10kV系统一般不超过1.1√3p.u 35kV～66kV系统，一般分别不超过　　　　　　　　　　　　　　1.1√3p.u和√3p.u。

（3）系统的操作过电压水平 110-220kV中性点直接接地：3.0p.u. 66kV及以下中性点不接地：3.5p.u 消弧线卷接地：3.2p.u 电阻接地：2.5p.u

第一节　　操作过电压 几种描述( E= L·di/dt)： --所谓操作过电压是指当断路器、刀闸进行操作或发生系统故障时,电力系统从一种稳定工作状态通过振荡转变到另一种稳定工作状态的过渡过程中所产生的暂态性质的过电压。 --电流通过导体时在其周围建立一个磁场,将能量储存起来,当电流断开或接通时(特别是当导线较长或者切合感性负载、开断容性负载时),磁场的能量将急速释放,形成瞬态过电压。

--投切设备或切换线路引起的动态过电压，是指在电网中,有大量的电感电能贮能元件,用开关接通或切断电路时、发生故障性短路或断路时,均将引起动态过电压。 --是电磁能量发生振荡的过渡过程。

常见的有： ---切除空载线路过电压 ---空载线路合闸和重合闸过电压 ---切断空载变压器过电压 ---切断电动机等电感性负载的过电压 操作过电压，由于进行断路 器操作或发生突然短路而引起的衰减较快持续时间较短，是毫秒级暂态过程的过压。 常见的有： ---切除空载线路过电压 ---空载线路合闸和重合闸过电压 ---切断空载变压器过电压 ---切断电动机等电感性负载的过电压 ---弧光接地过电压 ---切除电容器过电压 ---其他操作过电压

1.切除空载线路时的过电压 切断空载线路或并联电容器组时，可能引起“电感-电容”回路振荡过程，引起过电压，产生电弧重燃，引起电气设备的多次绝缘闪络或击穿事故。 用开关切除空载线路时，可能在线路或母线侧出现危险的过电压。在工频条件下，由于，空载线路表现为一个等值的电容负荷，所以切除空载长线时产生的过电压与切除电容器组时产生的过电压性质完全相同。

　切除空载线路过电压： 　　　空载线路属于电容性负载。由于切断过程中交流电弧的重燃而引起更剧烈的电磁振荡,使线路出现过电压。其原理如图所示。t1时刻工频电流熄灭，此时线路仍保持残余电压Uc＝＋Em；

　　　t2-t3时高频电弧第一次重燃又熄灭，使线路电压经过振荡达到-3Em；t4-t5时电弧第二次重燃并熄灭，使线路电压达到5Em。如此推演,直至电弧不再重燃、电流最终切断为止。切除电容器等其他电容性负载，都会因电弧重燃而引起上述过程的

电弧重燃具有强烈的统计性， 过电压幅值=稳态值+（稳态值-初始值 稳态值=Em,初始值=- Em, t3时刻的过电压幅值 = Em+[Em -（- Em）]=3 Em 以此类推， t5时刻的过电压幅值为5 Em

限制措施: －－改善断路器性能,增大触头灭弧能力 －－采用带并联电阻（约3000 ）的开关 －－线路上装电磁式放电PT －－并联电抗器 －－采用专门的磁吹避雷器

系统在合闸初瞬间的暂态过程中，电源电压通过系统的电感和电容，在回路中会发生谐振，因起过电压。 2 .空载线路合闸和重合闸的过电压 系统在合闸初瞬间的暂态过程中，电源电压通过系统的电感和电容，在回路中会发生谐振，因起过电压。 合闸过电压有计划性合闸操作和故障后自动重合闸。 限制措施:采用带并联电阻的开关

图中L为电源和线路的等值电感，C为线路的等值电容,e（t）为交流电源。当开关 K突然合上时，在回路中会发生以角频率 的 高频振荡过渡过程,电容C（即线路）上的电压UC(t)可能达到最大值,即=2Em,Em为交流电源电压幅值。如果合闸前电容C上还有初始电压,合闸后振荡过程中的过电压 还可能达到3Em,线路自动重合闸时就会有这种情况。

切除电动机、电抗器时，开关中的电感电流突然被切断，电感中储存的磁能将在被切除的电器和开关上引起过电压。 3 .切除空载变压器引起的过电压 切除空载变压器是电网中常见的一种操作形式。在正常运行的情况下，空载变压器表现为一个励磁电感（它的漏感较小得多，可以忽略），因此切除空载变压器也即是切除电感负载。 　 切除电动机、电抗器时，开关中的电感电流突然被切断，电感中储存的磁能将在被切除的电器和开关上引起过电压。 限制措施:采用带并联电阻的开关或高性能的开关。

变压器是电感性负载,同时对地还有等值电容。当断路器K突然切断电流时,电流变化率 甚大,使变压器上产生甚高的感应过电压 。电流切断以后,变压器中残余的电磁能 又向对地电容C充电，形成振荡过程，因而出现过电压,称为截流过电压。其波形如图所示。断路器操作切除其他电感性负载也会出现类似的过电压。

4.切断电动机等电感性负载的过电压 　真空断路器切断变压器、电动机等感性负载时，将产生操作过电压。这是因为真空断路器优越的绝缘性能在电弧电流过零点前就被强行切断，引起线路产生感应过电压，同时在感性负载与分布电容之间发生高频振荡，使得电动机等电感性负载端部产生过电压。

由于电感电流不在零点时被迫截断，在电感电路中电流突变会感应很高电压，其过电压值与截留值有关，有数值显示这种电感电路中的操作过电压可达7倍额定值以上，如果电动机在起动时断路器跳闸,此时过电压倍数更高。  

限制措施:采用消弧线圈接地或电阻接地方式。 5 .弧光接地过电压 在中性点不接地系统中发生单相接地故障时，各相的相电压升高，则流过故障点的接地电流也随着增加，许多暂时性的单相弧光接地故障往往能自行熄灭，在接地电流不大的系统中，不会产生稳定的电弧，这种间歇性的电弧引起系统运行方式瞬息变化，导致多次重复性电磁振荡，在无故障相和故障相上产生严重的弧光过电压。 限制措施:采用消弧线圈接地或电阻接地方式。

6.切除电容器过电压 多次重燃过电压是由于弧隙发生多次重燃，电源多次向电容进行充电而产生的。在真空断路器切断电流的过程中，触头的一侧为工频电源，另一侧为LC回路充放电的振荡电源，如果触头间的开距不够大，两个电压叠加后就会使弧隙之间发生击穿，断路器的恢复电压就会升高，就会发生第二次重燃，再灭弧、再重燃以致发生多次重燃现象，多次的充放电振荡，触头间的恢复电压逐级升高，负载端的电压也不断升高，致使产生多次重燃过电压。

7.其他形式的操作过电压 ①操作刀闸引起的过电压 ②二次回路的操作过电压 重点介绍二次回路的操作过电压

二次回路的操作过电压 Ⅰ 产生的原因： 一是分布电容的传递作用，二次回路突然切断电感电路的电流时，所产生的操作过电压，一方面会通过触点间的电弧传入直流系统，另一方面原来线圈的磁场能量会转换成分布电容的电场能量。 其次，磁场的耦合作用也会传递过电压，过电压器具的振荡电流产生交变磁场，有部分磁力线与受干扰回路耦合，在其中产生感应电势，这是由磁场耦合而传递过电压的。

第三，控制回路常采用多芯电缆，缆芯平行且靠得很近，静电互感系数比较大，而磁力线绝大部分集中在断路器、继电器、跳合闸线圈等铁心线圈回路中，与之相比缆芯之间交链的磁力线很少，互感系数较小。因此，操作过电压比感应电压大得多，这也说明过电压主要是通过分布电容进行传递。

对电磁元件影响不大，因为其绝缘水平较高，并且其动作过程有一定的惰性，所以不会造成误动作影响正常工作。 Ⅱ 二次回路操作过电压的危害     当电网发生事故跳闸或停电操作时，突然切断二次回路电感的电流时会产生过电压。在开关断开过程中，触点间的距离尚未到达足够大时就已经被击穿，高电压进入直流操作电源系统，电压承受水平较低的半导体器件就会受到不同程度的破坏及影响。因为半导体器件的过电压承受水平较低，反应灵敏，会造成损坏或无法正常工作。PLC输出及仪表输出至电气接点耐压水平 对电磁元件影响不大，因为其绝缘水平较高，并且其动作过程有一定的惰性，所以不会造成误动作影响正常工作。

Ⅲ 防范措施 a线圈两端并联非线性电阻     二极管是常用的非线性电阻。为防止操作时的过电压，常用方法是在线圈两端并联一个非线性电阻，当突然切断电感电路的电流时，往往会产生较大的反电势，由于并联二极管，反电势通过二极管被短路，线圈中的自由分量电流是按指数形式衰减。线圈的端电压等于二极管的压降，其值远小于电源电压。这样，二极管就能消除振荡过电压的产生。但这种办法不适用于交流电路。

b 线圈两端并联阻容支路     　　这种办法不仅适用于直流电路也适用于交流电路。其结线方式是把阻容支路并联在线圈两端。在增加的并联支路所组成的回路中，电阻被调整到临界值，因而当开关切断载流线圈电流时不产生振荡。另一方面，由于两支路的时间常数相等，因而不管总电流随时间如何变化，两支路中的自由电流分量总是大小相等，方向相反。电源支路中自由电流分量等于零，也就是说，当开关切断线圈电流时，线圈两端的电压为零。所以这种结线方式，不仅可消除操作过电压，同时也消除了在切断感性负载时，开关触点间产生的电弧及火花。

如果电缆没有金属屏蔽层时，将电缆内备用缆芯接地，同样也能起到减少操作过电压传递的效果。 c 采用具有金属屏蔽层的电缆（总屏和分屏电缆）     　当二次回路中的电缆靠得比较近时，一根电缆的高频电压，会通过分布电容传递到附近另一根电缆缆芯上，为减少过电压的传递，最好采用有金属屏蔽层的电缆，并将屏蔽层在电缆两端分别接地，从而使操作过电压的磁力线绝大部分集中在屏蔽层，不会进入电缆内部，从而避免了过电压的传递。     　如果电缆没有金属屏蔽层时，将电缆内备用缆芯接地，同样也能起到减少操作过电压传递的效果。     在采取防止操作干扰过电压的措施时，同时还应注意不能影响装置的正常工作。

小结--操作过电压 特点：操作过电压具有幅值高﹑存在高频振荡﹑强阻尼﹑持续时间短﹑暂态过程﹑它的发生有一定的随机性等特点。 原因：操作过电压是由于故障和断路器操作引起的过渡过程过电压。由于“操作”，使电力系统中的电容﹑电感的贮能元件的工作状态发生了变化，从而导致电磁能量在电容﹑电感间的振荡，在振荡的过渡过程中，产生了数倍于电源电压的操作过电压。 特点：操作过电压具有幅值高﹑存在高频振荡﹑强阻尼﹑持续时间短﹑暂态过程﹑它的发生有一定的随机性等特点。

对于220kV及以下系统，通常电气设备的绝缘结构设计容许承受3-4倍的过电压，只要选择设备符合绝缘配合的原则，一般不必采取专门的限制措施。 由于操作过电压的能量来自系统本身，所以过电压的幅值与额定电压存在一定的倍数关系。系统的标称电压愈高，操作过电压幅值愈高，但其过电压倍数愈低。 对于220kV及以下系统，通常电气设备的绝缘结构设计容许承受3-4倍的过电压，只要选择设备符合绝缘配合的原则，一般不必采取专门的限制措施。

在中性点直接接地的系统中，常见的操作过电压有：合、分闸空载线路过电压，切除空载变压器过电压，解列过电压等。 在中性点不接地系统中，有单相弧光接地过电压，投、切电容器过电压，开断电动机过电压等。

由于电网运行方式的突然改变，引起某些电网工频电压的升高。 工频电压升高包括： 1）突然甩负荷引起的工频电压升高 2）长线路空载末端的电压升高 第二节 工频过电压 由于电网运行方式的突然改变，引起某些电网工频电压的升高。 工频电压升高包括： 1）突然甩负荷引起的工频电压升高 2）长线路空载末端的电压升高 3）系统不对称短路时的电压升高 4) 解环操作引起的过电压

（2）甩掉感性负荷的长线路呈容性，容性的电流又对发电机起助磁的电枢反应。 1.突然甩负荷引起的工频电压升高 发电机电枢反应的变化引起的工频电压升高 （1）一般系统所带的是感性负荷，感性负荷的电流对发电机起去磁的电枢反应，当系统突然甩掉负荷时，这个去磁的电枢反应也随之消失，但根据磁链守恒原理，穿过励磁绕组的磁通来不及变化，故发电机端电压将升高到 。 （2）甩掉感性负荷的长线路呈容性，容性的电流又对发电机起助磁的电枢反应。

（3）发电机转速上升引起的工频电压升高。发电机突然甩负荷后，由于发电机的调速器及调压器来不及起作用，发电机的转速将要上升，而电压几乎随着转速的上升成正比增加。 母线及输电线上的电压，由于突然甩负荷，可达额定值的1.2～1.3倍。当线路电容较大时，此值还可能更高。这种电压上升时间约为几分之一秒，但实际上受机组调压器、调速器以及变压器、发电机磁饱和的限制，实际电压上升视具体情况而定。

发电机突然甩负荷引起的过电压跟以下因素有关： ①断路器跳闸前送出的负荷大小； ②空载长线路的电容效应； ③发电机励磁调节及电压调整器的特性； ④原动机的调速特性及制动设备性能；

2.空载线路末端的电压升高 当输电线路空载运行及线路末端带电容器空载运行，空载线路末端电压比首端要高，这也就是常说的长线路的电容效应。这是由于长线路是由许多串联的LC回路组成，愈往终端电压愈高。 《电力系统安全稳定导则》规定，线路末端电压不能超过系统额定电压的1.15倍，持续时间不应大于20min，因此，在给线路充电时，必须估算可能产生的过电压，当可能产生的过电压超过允许值时，要采取相应措施。

对于石化企业工频电压升高问题，主要考虑：长电缆线路空载充电、避免带电容器充电、避免由受电端向电缆线路反充电等带来的过电压问题。

3.不对称短路时的电压升高 在发生不对称短路时，非故障相电压将升高。 当中性点接地系统发生单相接地故障时，非故障相的电压升高一般不超过1.3～1.4倍相电压的数值。 当中性点不接地或经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，非故障相的电压升高达1.73倍相电压的数值。利用对称分量法，通过时序网络方便的进行分析（有专业书详细介绍）

应避免在110kV及220kV有效接地系统中偶然形成局部不接地系统，并产生较高的工频过电压。对可能形成这种局部系统、低压侧有电源的110kV及220kV变压器不接地的中性点应装设间隙放电及其保护。因接地故障形成局部不接地系统时该间隙应动作；系统以有效接地方式运行发生单相接地故障时间隙不应动作。间隙距离的选择除应满足这两项要求外，还应兼顾雷电过电压下保护变压器中性点标准分级绝缘的要求。

4.解环操作过电压 电磁环网的解列操作，会由于潮流的变化，导致无功分布的变化，可能会引起过电压。 另外：由于变压器档位调节不当、电容器过量投入、发电机无功调节过调或强行励磁时间长等都会引起运行电压升高，在运行中是尽量避免的。

小结---工频过电压 由于断路器操作或发生短路故障，使电力系统经历过渡过程以后重新达到某种暂时稳定的情况下所出现的过电压。 运行方式突然改变而导致的相对缓慢变化的过渡过程，持续时间较长，衰减过程较慢，故又称工频电压升高。常见的工频过电压有突然甩负荷、长线路空载、系统不对称短路等几种形式。

例如：发电机运行中跳闸，长空载线路送电都伴随上述两种过电压 工频电压升高一般不会对系统中正常设备造成直接的绝缘损伤，但在工频电压发生之前，往往发生了操作过电压，两者的叠加使得操作过电压的数值很大，因此需认真研究。 例如：发电机运行中跳闸，长空载线路送电都伴随上述两种过电压

发电机经升压变接入110kV 系统，厂用电接入升压变低压侧。 当升压变110kV侧跳闸出现发电机甩负荷时，发电机端电压是怎样变化的？ 思考题： 发电机经升压变接入110kV 系统，厂用电接入升压变低压侧。 当升压变110kV侧跳闸出现发电机甩负荷时，发电机端电压是怎样变化的？ 110kV升压站 动力中心 6kV 100MW机组

第三节 谐振过电压 在额定频率和电压下，电力系统中变压器、发电机、导线电感的漏感，均基本恒定，可认为这些参数是线性的。同时发电机和变压器的励磁电感（铁芯电感）与磁通密度的大小有关，在额定工况下绕组的励磁电感也是线性的。 当系统的频率电压异常或发生励磁涌流时，铁芯趋于饱和，电感呈现出非线性。它们和系统中的电容元件组成许多复杂的振荡回路，可能激发起持续时间较长的谐振过电压。 谐振过电压有： 线性谐振、参数谐振、铁磁谐振三种类型。

--自振频率ω0 固定。当它与电源频率相等或接近时，容易发生线性谐振。 --当ω=ω0 时，过电压只能由回路电阻来限制,避雷器不起作用。 1.线性谐振 线性谐振中电路的参数是常数,不随电压或电流的变化而变化，不带铁心的电感元件（线路的电感、变压器的漏感）或励磁特性接近线性的带铁心的电感元件（消弧线圈）和系统中的电容元件形成的谐振回路。有以下特点： --自振频率ω0 固定。当它与电源频率相等或接近时，容易发生线性谐振。 --当ω=ω0 时，过电压只能由回路电阻来限制,避雷器不起作用。

--线性谐振要求有严格的参数配合。 --发生不对称短路或非全相操作时可诱发线性谐振过电压 例如：在有些大容量的配电变压器10/0.4kV空载运行时如低压侧带有电容器，很有可能产生线性谐振，进而损坏设备，这样的情形时有发生。 用消弧线卷进行补偿的电网，在发生单相接地和切除时、及发生单相断线时，伴随着不同程度的线性谐振现象。

2.参数谐振过电压 水轮发电机在同步运行状态下，其电抗将在： 之间周期性地变动。 如果外接负载的容抗满足条件： 或 之间周期性地变动。 如果外接负载的容抗满足条件： 或 且损耗R足够小时，就有可能在此电感参数周期变化的震荡电路中激发起一种特殊性质的参数谐振现象。

另外当同步发电机接呈容性的负载（如空载线路），如果参数配合不当，容性电流的助磁作用，也会使发电机的端电压和定子电流急剧上升，这种现象称为发电机的自激磁，所产生的过电压称为自激过电压。 因此发电机要极力避免带空载长线路或电容器等呈容性负载运行。

2.非线性谐振（铁磁谐振） 在电力系统的振荡回路中，由于铁芯电感的饱和作用而激发起较高幅值得过电压，即铁磁谐振过电压，它具有与线性谐振完全不同的特点和性能。 由于谐振回路中铁芯电感会因饱和程度不同而相应有不同的电感量，所以非线性振荡回路的自振角频率也不是固定的。

谐振频率等于工频的工频谐振，也称基波谐振； 谐振频率等于工频倍数（2、3、5倍等）的高次谐波谐振； 铁磁谐振回路可产生三种谐振状态： 谐振频率等于工频的工频谐振，也称基波谐振； 谐振频率等于工频倍数（2、3、5倍等）的高次谐波谐振； 谐振频率等于工频分数倍（1/2、1/3、1/5、2/3、2/5等）的分频谐振，也称为分次谐波谐振。 即使是基波谐振，也还有可能有高次谐波，这是铁磁谐振的重要特点。

带铁心的电感元件的伏安特性是一条曲线，正常时工作在线性段，当某种原因出现饱和时工作在饱和段。 --基波铁磁谐振分析： 带铁心的电感元件的伏安特性是一条曲线，正常时工作在线性段，当某种原因出现饱和时工作在饱和段。 电容的伏安特性一直是一条直线。 在基波频率下， ωL0 ＞1/ωc 即 ω0 =1/√L0c﹤ω 当电感为饱和时，回路的自振频率ω0小于电源频率ω，电网不会发生谐振。

而发生饱和时，电感值下降（L﹤L0），回路的ω0会增加接近或等于ω，这是发生的工频谐振的必要条件。 另外还需要一定的程度外界能量，冲击激发持续的铁芯谐振，这种现象称为外激现象。 外激原因有：电网的突然合闸（三相不同期）、发生故障和故障消除等。这些都有可能在短时间内电感两端电压升高大电流的振荡过程或铁芯电感励磁涌流。一旦激发起来，谐振可以自保持，维持很长时间不会衰减。

中的ω换成 ωi=kω k=n/m n m 为自然数。 ---高频和分频铁磁谐振分析： 将基波铁磁谐振公式ωL0 ＞1/ωc

　对于高频铁磁谐振来说，最易发生的是二次和三次谐波谐振，五次也有可能。三次谐波因为变压器通常由一侧绕组接成三角形，对三次谐波形成短路。由于电感对高频的高阻抗作用，七次谐波已很少见。另外电网的有功负载也能起到抑制谐波的作用。 对于分频谐波，由于谐振频率很低，励磁感抗急剧减少，使得励磁电流迅速增大，因此分频谐振不仅具有一定幅值得过电压，还会在电感线卷中出现极大的电流，从而造成温升和电动力。

--- 铁磁谐振的共同特性： ①产生铁磁谐振的根本原因是电感元件的铁芯的非线性特性。当电感元件的励磁电流增大到一定数值时，超过铁芯的线性区间而进入饱和区，在饱和区波形产生严重的畸变，畸变的波形根据傅立叶变换，可分解成若干个频率不同的正弦波。在这一系列的正弦波中，有非常大的可能性找到某一频率ωi，使得在ωi之下发生电感同外部电路中的电容发生L-C 谐振。

②使电感元件的铁芯由线性区间进入非线性饱和区间，是由于电网在某种原因下，产生了一定幅值的不平衡电压，这个不平衡电压加在PT等电感元件上，使得PT铁芯饱和。

④铁磁谐振回路可产生三种谐振状态： 谐振频率等于工频的工频谐振 或基波谐振； 谐振频率高于工频的高频谐振； 谐振频率低于工频的分频谐振。 ⑤当回路中的某一参数（电容C）或外加电势E虽然作平滑变化，但回路的工作状态可能会发生突变，谐振振荡可能会突变式地产生或消失，这种现象称为铁磁谐振的跃变。

⑥当电网中存在一定的损耗电阻的情况 下，铁磁谐振过电压的幅值会受到电感铁磁芯饱和效应的限制。 ⑦电网中的避雷器，对铁磁谐振过电压不能起到限制作用。相反很有可能因铁磁谐振过电压长时间不消除导致避雷器爆炸的事故。

常见的发生铁磁谐振过电压有以下几种情形： 1）断线谐振过电压 这里所谓的断线，是指由于导线因故障折断、断路器非全相动作或严重不同期、熔断器一相或两相熔断等原因造成电力系统非全相运行的现象。只要电源侧或负荷侧有一侧中性点不接地，断线可能组成复杂多样的非线性串联谐振回路，出现谐振过电压。

断线谐振会导致系统中性点位移及绕组、导线对地产生过电压，严重时发生绝然闪络、避雷器爆炸、小电动机反转，还有可能将过电压传递到低压侧。 在6--35 kV系统中，断线引起的过电压事故是较为频繁的。通常最大过电压发生在断线相上，使得该处的绝然易遭受破坏及避雷器爆炸。

断线引发的铁磁谐振大部分情况是激发电磁式PT谐振，也有一部分是激发空载或轻载变压器谐振。 在中性点直接接地的110--220 kV系统中，因断路器不同期和拒动、断线所引起的铁磁谐振过电压也经常发生。对中性点分级绝然的变压器来说，由于中性点避雷器的灭弧电压很低，常在谐振过电压下动作而爆炸。 断线引发的铁磁谐振大部分情况是激发电磁式PT谐振，也有一部分是激发空载或轻载变压器谐振。

①加强线路巡视和检修，及早发现导线的机械损伤，避免发生架空线断线。 ②提高检修质量，保证断路器的三相同期性，避免发生某一项拒动。 防止断线过电压的措施： ①加强线路巡视和检修，及早发现导线的机械损伤，避免发生架空线断线。 ②提高检修质量，保证断路器的三相同期性，避免发生某一项拒动。 ③不用熔断器设备，避免非全相运行，或采用三相联动的负荷开关。 ④在中性点直接接地的电网中，操作时应将负载变压器的中性点临时接地。

⑥必要时在中性点加间隙保护，保护中性点设备绝然。 ⑦中性点经消弧线卷接地的电网，要运行在过补偿状态。 ⑤不将空载变压器长期挂在线路上运行。 ⑥必要时在中性点加间隙保护，保护中性点设备绝然。 ⑦中性点经消弧线卷接地的电网，要运行在过补偿状态。 ⑧消弧线卷应装在电源侧，避免装在负荷侧。 ⑨增加系统阻尼，消弧线卷串联或并联一个电阻或经电阻接地，都能减低铁磁谐振过电压的幅值。

如果一个系统中有多台电压互感器的中性点接地，会恶化PT的特性，极易造成谐振过电压。研究表明，它的谐振以分频谐振最为常见。 防范措施： ①运行方式上，可采用分段供电，一段母线接一台中性点接地的电压互感器。 ②尽量减少同一系统中性点接地的电压互感器，特别是负荷侧，应明确不应采用中性点接地的电压互感器。 ③增加消谐电阻。在开口三角加消谐器。

3）主变压器送空载母线出现虚假接地现象 110kV主变压器向35kV、10kV、6kV空母线，或35kV主变压器向10kV、6kV空母线送电，经常发生35kV、10kV、6kV空母线的电压互感器的中性点电压发生位移，并发生接地信号，但实际上母线侧并没有接地现象，这种现象称为虚假接地现象，是一种铁磁谐振过电压。

母线虚假接地，是由于工频谐振造成的。其原因为，在高压断路器合闸时，有不平衡电压的“激发”，作用于母线PT，母线PT的二相铁芯严重饱和而导纳呈感性，另一相仍为容性。呈感性的二相电压升高，中性点偏移至电压三角形之外，为了保持三相电压向量之和为零得平衡条件，呈容性的一相电压降低并同原来反方向。

母线虚假接地或称为虚幻接地 是由于PT饱和及工频谐振引起电压位移的重要标志。至于具体是哪一相接地具有随机性。 防范措施：在主变合闸时，中性点临时接地。

4）双电源定相过电压 在双电源电网内，当某一电源侧的线路检修之后或新设备投运之前，必须事先确定其相位，以防非同期合闸。但定相测试时，如采取不正确的做法，也会引起铁磁谐振，产生严重的过电压，危及人身和设备安全。

如果用电磁式PT定相，无论是一个单相PT，还是两台单相或两台三相PT，当PT接入系统时，它改变了系统中原来的电磁状态。当接入的PT刚好同系统中的电容形成谐振条件，再加上系统中或多或少都存在不平衡电压，此时就会引发PT饱和而发生铁磁谐振。

①在中性点不接地系统进行时，应采用电阻定相杆法。 防止定相过电压 ①在中性点不接地系统进行时，应采用电阻定相杆法。 ②在中性点直接接地系统进行定相时，无论采用哪一种方法都不会产生谐振过电压。如果不是中性接点直接接地系统，但被定相的两个电网的电源变压器中性点均已引出，则定相时可将两台变压器的中性点临时接地，以防谐振过电压的产生。

③当必须利用外接电压互感器进行定相时，可用35kVPT在10（6）kV电网中进行，也可用电容式电压互感器进行定相。 ④当利用两台中性点接地的电压互感器进行定相时，如电源变压器中性点不接地，为了消除互感器引起的铁磁谐振过电压，可将互感器的中性点临时不接地，或在开口三角绕组上接入适当的电阻。

5)消谐装置失效引起的谐振过电压 我国的配电网络为了防止谐振过电压作了大量的预防工作，特别在消谐装置应用方面作出了突出贡献。但是在实践中也发现，现行的消谐装置故障或选用不当，会导致或加剧铁磁谐振。

对消谐装置失效的防范措施： ①各种消谐器投入运行前应进行交接试验，投运后还要进行测试。 ②消谐器选型要注意同PT相配合。 ③对已安装的微机二次消谐器，要加强管理。 包括试验、巡检及故障原因分析等。 ④同一组PT的三相绕组特性应尽量相同。

由于单相接地故障，导致中性点出现位移，常常在接入电磁式的PT的系统中引起铁磁谐振。 6）单相接地引发的铁磁谐振过电压 由于单相接地故障，导致中性点出现位移，常常在接入电磁式的PT的系统中引起铁磁谐振。 7）中性点绝缘系统中电磁式PT引起的铁磁谐振过电压 系统中即使没有大的扰动，但由于几种因素叠加作用，使得中性点位移电压达到某一数值，从而发生铁磁谐振。

对电磁式PT谐振的防范措施： ①选用伏安特性较好不易饱和的PT，可明显降低谐振概率。 ②尽量减少系统中中性点接地的PT的数量，增加互感器中总感抗值。 ③增大对地电容，有利于减少铁磁谐振的可能。 ④在零序回路中增加阻尼电阻或利用高性能的消谐装置。 ⑤如有可能，使用电容式PT。

8）开关断口电容与母线PT之间的串联谐振过电压

9）传递过电压 电网中发生不对称接地故障，开关非全相或不同期动作时，网内将出现零序电压和三相电流不对称，通过电容的静电耦合和电感的电磁耦合，或直接传递作用，在相邻的送电线路之间或变压器绕组之间会产生电压的传递现象。当系统接有电压互感器等铁磁元件时，还可能构成串联谐振回路，产生线性谐振或铁磁谐振传递过电压。

传递过电压的传递方式： ①相邻架空或电缆线路之间 ②变压器绕组之间 ③直接传递 传递过电压预防措施 ①临时将变压器低压侧的中性点接地。 ②避免变压器高压侧有较长时间的三相不同期或高压侧端路器不对称拒动，避免在高压侧使用熔断器。

③在低压侧不装设消弧线卷和C0很小的情况下，可在低压侧装设电容器。 ④装设消弧线卷后，应保持一定的脱谐度或中性点加装电阻。 ⑤低压侧装设避雷器可以阻止传递过电压。

10）减少铁磁谐振发生机率的措施 ①110kV及220kV系统采用带有均压电容的断路器开断连接有电磁式电压互感器的空载母线，经验算有可能产生铁磁谐振过电压时，宜选用电容式电压互感器。已装有电磁式电压互感器时，运行中应避免可能引起谐振的操作方式，必要时可装设专门消除此类铁磁谐振的装置。

②由单一电源侧用断路器操作中性点不接地的变压器出现非全相或熔断器非全相熔断时，如变压器的励磁电感与对地电容产生铁磁谐振，能产生2. 0p ②由单一电源侧用断路器操作中性点不接地的变压器出现非全相或熔断器非全相熔断时，如变压器的励磁电感与对地电容产生铁磁谐振，能产生2.0p.u～3.0p.u.的过电压；有双侧电源的变压器在非全相分合闸时，由于两侧电源的不同步在变压器中性点上可出现接近于2.0p.u.的过电压，如产生铁磁谐振，则会出现更高的过电压。 操作时变压器中性点接地

③经验算如断路器操作中因操动机构故障出现非全相或严重不同期时产生的铁磁谐振过电压可能危及中性点为标准分级绝缘、运行时中性点不接地的110kV及220kV变压器的中性点绝缘，宜在中性点装设间隙及保护。在操作过程中，应先将变压器中性点临时接地。 有单侧电源的变压器，如另一侧带有同期调相机或较大的同步电动机，也类似有双侧电源的情况。

④3kV～66kV不接地系统或消弧线圈接地系统偶然脱离消弧线圈的部分，当连接有中性点接地的电磁式电压互感器的空载母线(其上带或不带空载短线路)，因合闸充电或在运行时接地故障消除等原因的激发，使电压互感器过饱和则可能产生铁磁谐振过电压。为限制这类过电压，可选取下列措施： a 选用励磁特性饱和点较高的电磁式电压互感器。

b 减少同一系统中电压互感器中性点接地的数量，除电源侧电压互感器高压绕组中性点接地外，其它电压互感器中性点尽可能不接地。 c 个别情况下，在10kV及以下的母线上装设中性点接地的星形接线电容器组或用一段电缆代替架空线路以减少XC0，使XC0＜0.01Xm。 注：Xm为电压互感器在线电压作用下单相绕组的励磁电抗。

10kV及以下互感器高压绕组中性点经Rp·n≥0.06Xm(容量大于600W)的电阻接地。 d 在互感器的开口三角形绕组装设)的电阻(K13为互感器一次绕组与开口三角形绕组的变比)或装设其它专门消除此类铁磁谐振的装置。 10kV及以下互感器高压绕组中性点经Rp·n≥0.06Xm(容量大于600W)的电阻接地。

e 3kV～66kV不接地及消弧线圈接地系统，应采用性能良好的设备并提高运行维护水平，以避免在下述条件下产生铁磁谐振过电压：

f 有消弧线圈的较低电压系统，应适当选择消弧线圈的脱谐度，以便避开谐振点；无消弧线圈的较低电压系统，应采取增大其对地电容等措施(如安装电力电容器等)，以防止零序电压通过电容，如变压器绕组间或两条架空线路间的电容耦合，由较高电压系统传递到中性点不接地的较低电压系统，或由较低电压系统传递到较高电压系统，或回路参数形成串联谐振条件，产生高幅值的转移过电压。

b 提高断路器检修质量，严格控制三相合闸不同期。 c 严格控制发电机、电动机、变压器三相绕组的直流电阻的不平衡率。 ⑤减少出现中性点位移电压的可能性 　　　a 加强设备管理，减少设备故障率； b 提高断路器检修质量，严格控制三相合闸不同期。 c 严格控制发电机、电动机、变压器三相绕组的直流电阻的不平衡率。

g 用于无功补偿的电容器组，在接入10/6kV母线时，对抑制谐振和减少不平衡电压位移有双重作用。 d 密切注意架空线路的三相参数不平衡造成的中性点位移，必要时采取措施。 f 在投运主变时，要合上中性点接地刀闸。 g 用于无功补偿的电容器组，在接入10/6kV母线时，对抑制谐振和减少不平衡电压位移有双重作用。

谐振是一种稳态现象，它比操作过电压的持续时间长得多，一旦形成造成的后果也要严重得多。 小结 谐振过电压 电力系统中包含有许多电感电容元件，它的组合可以构成一系列不同自振频率的振荡回路，在发生故障或开关操作时，电力系统的振荡回路与电源产生串联谐振，导致在系统中的某些部分或元件上出现严重的谐振过电压。 谐振是一种稳态现象，它比操作过电压的持续时间长得多，一旦形成造成的后果也要严重得多。

由于中性点出现位移，零序回路参数配合不当，容易形成铁磁谐振过电压。对于线性谐振和参数谐振，电力系统中的有功负荷是阻尼振荡和限制谐振过电压的有利因素，但有功负荷对铁磁谐振不起作用。 根据电感量的变化与否及怎样变化，可将系统中的谐振分为三种：①电感量不变化的线性谐振；②电感量作周期变化的参数谐振；③电感量因铁芯饱和产生非线性变化的铁磁谐振。每种谐振的防范措施都有所不同。

思考题： 1 在中性点不接地系统中，如果发生单相接地，往往会发生哪几种过电压？ 2 防止铁磁谐振的措施有哪些？ 3 防止传递过电压的措施有哪些?

第三章 雷电过电压 雷电过电压或称为大气过电压，也叫电力系统的外部过电压。是由于雷击电力系统或雷电感应而引起，这种外部过电压在电力系统中占的比重极大。雷电过电压的幅值取决于雷电参数和防雷措施，与电网的额定电压无直接关系，具有脉冲特性，持续时间一般只有数十微秒左右。

第一节 有关雷电的一些知识 1 雷雨云是如何形成的？ 雷电放电是由带电荷的雷云引起的。雷云带电原因的解释很多，但还没有获得比较满意的一致认识。一般认为雷云是在有利的大气和大地条件下，由强大的潮湿的热气流不断上升进入稀薄的大气层冷凝的结果。强烈的上升气流穿过云层，水滴被撞分裂带电。轻微的水沫带负电，被风吹得较高，形成大块的带负电的雷云；大滴水珠带正电，凝聚成雨下降，或悬浮在云中，形成一些局部带正电的区域。

实测表明，在5～10km的高度主要是正电荷的云层，在1～5km的高度主要是负电荷的云层，但在云层的底部也有一块不大区域的正电荷聚集。雷云中的电荷分布很不均匀，往往形成多个电荷密集中心。每个电荷中心的电荷约为0.1库仑～10库仑，而一大块雷云同极性的总电荷则可达数百库仑。这样，在带有大量不同极性或不同数量电荷的雷云之间，或雷云和大地之间就形成了强大的电场。

随着雷云的发展和运动，一旦空间电场强度超过大气游离放电的临界电场强度（大气中的电场强度约为30kV/cm，有水滴存在时约10kV/cm）时，就会发生云间或对地的火花放电；放出几十乃至几百千安的电流；产生强烈的光和热（放电通道温度高达15000℃至20000℃），使空气急剧膨胀震动，发生霹雳轰鸣。这就是闪电伴随雷鸣叫做雷电的原故。

2．云对云放电与云对地的放电比例如何？ 　　大多数雷电放电发生在雷云之间，它对地面没有什么直接影响。雷云对大地的放电虽然只占少数。雷暴日数越多，云间放电的比重越大。云间放电与云地放电之间比，在温带约为(1.5～3.0):1，在热带约为(3～6):1。

3．雷电暴发时的临界状态？ 雷云的底部大多数是带负电，它在地面上会感应出大量的正电荷。在带有大量不同极性或不同数量电荷的雷云之间，或雷云和大地之间就形成了强大的电场。随着雷云的发展和运动，一旦空间电场强度超过大气游离放电的临界电场强度时，就会发生云间或对大地的: ①火花放电；②强大的电流；③强烈的光和热; ④空气急剧膨胀震动，发生霹雳轰鸣

4．雷电对地放电的基本过程是怎样的？ ①雷云中的负电荷逐渐积累，同时在附近地面上感应出正电荷。 ②当雷云与大地之间局部电场强度超过大气游离临界场强时，就开始有局部放电通道自雷云边缘向大地发展─先导放电（先导放电发展的平均速度较低约150km/s，表现出的电流不大，约为数百安培），先导通道具有导电性，因此雷云中的负电荷沿通道分布，并继续向地面延伸，地面上的感应正电荷也逐渐增多。

③先导通道发展临近地面时，由于局部空间电场强度的增加，常在地面突起出现正电荷的先导放电向天空发展──迎面先导 ④先导通道到达地面或与迎面先导相遇后，在通道端部因大气强烈游离而产生高密度的等离子区，自下而上迅速传播，形成一条高导电率的等离子通道，使先导通道以及雷云中的负电荷与大地的正电荷迅速中和──主放电过程

主放电的发展速度很快，约为2万km/s-15万km/s，出现很强的脉冲电流，可达20kA--300kA。 ⑤主放电到达云端结束，云中的残余电荷经过主放电通道流下来──余光放电。

5．“有人企图收集雷电能量加以利用”这种做法是否妥当？ 实际上，雷电放电瞬间功率极大，但是雷电的能量却很小，即破坏力极大，实际利用的价值却很小。以中等雷为例：雷云电位以50000kV计，电荷Q="8C"，则能量为W= UQ=40（kWh（约等值于4kg的汽油）。但雷电主放电的瞬时功率P极大，以I="50kA"，弧道压降E="6kV"/m，雷云为1000m高度计，主放电功率P="UI"=50×6×1000=300000MW，它比目前全世界任一电站的功率还要大。

6．雷电流的波形和极性是怎样的？ 雷电流是单极性的脉冲波；75%～90%的雷电流是负极性的。 6．雷电流的波形和极性是怎样的？ 　　　 　　 雷电流是单极性的脉冲波；75%～90%的雷电流是负极性的。

7．球雷的机理 一般常见的都是线状雷电，有时在云层中能见到片状雷电，个别情况下会出现球状雷电。 球雷是在闪电时由空气分子电离及形成各种活泼化合物而形成的火球，直径约20cm，个别可达10m，它随风滚动，存在时间约3～5s，个别可达几分钟，速度约2m/s，最后会自动或遇到障碍物时发生爆炸。防球雷的办法是关上门窗，或至少不形成穿堂风，以免球雷随风进入屋内。

8．雷击的选择性 哪些地方最容易遭受雷击？ 　　 雷云的形成与气象条件及地形有关，当雷云形成之后，雷云对大地哪一点放电，虽然因素复杂多变，但客观上仍存在一定的规律。

通常雷击点选择在地面电场强度最大的地方，也就是在地面电荷最集中的地方，从那里升起迎面先导。地面上导电良好和地形特别突出的地方，比附近其它地方密集了更多的电荷，那里的电场强度也就越大，成为遭受雷击的目标。

地面上特别突出的地方，离雷云最近，其尖端电场强度最大。例如旷野中孤立的大树、高塔或单独的房屋、小丘顶部、房屋群中最高的建筑物的尖顶、屋脊、烟囱、避雷针、避雷线等，都是最容易遭受雷击的地方。

在地面电阻率发生突然变化的地方，局部特别潮湿的地方或地形突变交界边缘之处，例如河边、湖边、沼泽地、山谷的风口等地带，也都是最容易遭受雷击的地方。

凡具有一定的地形、地貌、地质等特征且容易遭受雷击的地方称为易击点或易击段。这些情况，通常就叫做雷击的选择性。

9 避雷针的发明时间和发明人 1744～1750年富兰克林进行的关于一系列实验，例如著名的风筝实验，第一次向人们揭示了雷电只不过是一种大气火花放电现象的秘密。 1749年富兰克林创议：接地的高耸的尖形铁棒可以用来保护建筑物，并设计了避雷针的实验。 到18世纪末，避雷针获得公认，被普遍采用。

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第二节 雷电参数 为了表示不同地区雷电活动的频繁程度，通常利用每年平均雷电日为计量单位。 1．雷电日 为了表示不同地区雷电活动的频繁程度，通常利用每年平均雷电日为计量单位。 雷电日的定义是在一天内只要听到雷声（一次或一次以上）就算一个雷电日。在不同年份观测到的雷电日数变化较大，一般是取多年的平均值，即年平均雷电日。

我国根据年平均的雷电日划分雷区： 少雷区--不超过15天的地区； 中雷区--超过15天但不超过40天地区； 多雷区--超过40天不超过90天地区； 强雷区--超过90天或根据运行经验雷害 特殊重地区。

雷云对地放电的频繁程度，用地面落雷密度表示，其定义是每个雷电日每平方公里上的年平均落雷次数。 2．地面落雷密度 雷云对地放电的频繁程度，用地面落雷密度表示，其定义是每个雷电日每平方公里上的年平均落雷次数。 式中 ——年平均密度，次/km2a； ——年平均雷暴日，d/a。

3雷电流与雷电过电压的近似表示 对于振荡型波形，还要附加上主振频率这个参数。 对于单极性的雷电流和雷电暂态过电压脉冲波形，通常采用幅值、波头时间和波长时间等三个参数加以描述. 对于振荡型波形，还要附加上主振频率这个参数。

对于年平均雷电日大于20的地区，我国传统采用以下经验公式来表示雷电流幅值累积概率： ①雷电流幅值的累积概率 对于年平均雷电日大于20的地区，我国传统采用以下经验公式来表示雷电流幅值累积概率： 式中 ——雷电流幅值，kA； ——表示雷电流幅值 超过的概率。

波头与波长时间定义的作图方法示意

②波头时间 先由纵轴上的0.1、0.9和1.0三个刻度分别作三条平行于横轴的平行线，前两条平行线分别与波形曲线的波头部分相交于A、B两点，过A、B两点作一条直线，该直线与第三条平行线和横轴分别交于C、D两点，由C点引横轴的垂线，其垂足E点与D点之间的时间即定义为波头时间，用 表示。

为了定义波长时间，再由纵轴上0.5刻度作横轴的平行线，该平行线与波形曲线的波尾部分相交于F点，从F点引横轴的垂线，其垂足G点与D点之间的时间即定义为波长时间，用 表示。由于波长时间也是波形曲线衰减到半幅值所需要的时间,它习惯上也被称为半幅值时间。

4．什么是雷电流的幅值、波头、波长和陡度？ 雷电流的幅值是指脉冲电流所达到的最高值；波头是指电流上升到幅值的时间；波长（波尾）是指脉冲电流的持续时间。幅值和波头又决定了雷电流随时间上升的变化率称为雷电流的陡度。雷电流陡度对过电压有直接影响。

5．雷电流幅值的概率分布是怎样的？ 根据我国大部分地区多年实测得到的1205个数据统计，雷电流幅值≥40kA的雷电流占45%，≥80kA的雷电流占17%，≥108kA的雷电流占10%；我国实测最大雷电流330kA只占0.1%。上述统计数据可用雷电流幅值的累积概率曲线来表示。

6．雷电流的波头和波长是怎样确定的？ 各国测得的雷电流波形基本一致，波头长度大多在1～5μs，平均约为2～2 6．雷电流的波头和波长是怎样确定的？ 各国测得的雷电流波形基本一致，波头长度大多在1～5μs，平均约为2～2.5μs。我国在防雷保护设计中建议采用2.6μs。波长在20～100μs，平均约为50μs，大于50μs的仅占18～30%。在防雷保护计算中，雷电流的波形可采用2.6/50μs。

7．雷电流的陡度是怎样确定的？ 由于雷电流的波头长度变化范围不大，所以雷电流的陡度和幅值必然密切相关。我国采用2 7．雷电流的陡度是怎样确定的？ 由于雷电流的波头长度变化范围不大，所以雷电流的陡度和幅值必然密切相关。我国采用2.6μs的固定波头长度，即认为雷电流的平均陡度 和幅值线性相关：a = （kA/μs），即幅值较大的雷电流同时也具有较大的陡度。

8．雷电放电的重复次数和总持续时间？ 一次雷电放电常包含多次重复冲击放电。根据约6000个实测记录统计，55%的落雷包含两次以上的冲击，3～5次冲击占25%，10次冲击以上占4%；平均重复3次，最高记录可达42次。 一次雷电放电的总持续时间（包含多次重复冲击放电时间），据统计，有50%小于0.2s，大于0.62s只占5%。

描述一个雷电的参数为： ① 雷电流的极性 ② 电荷量 ③ 雷电流幅值 ④ 雷电流陡度 平均为，30kA/μs。最高：50kA/μs ⑤ 雷电流的波形 波头为1～4μs，波尾时间为10～200μs。 ⑥ 雷电过电压 U=iR+ 描述一个地区雷电的参数为： ①雷电日 ②地面落雷密度

第三节 雷击过电压的几种形式 1．静电感应 当线路或设备附近发生雷云放电时，虽然雷电流没有直接击中线路或设备，但在导线上会感应出大量的和雷云极性相反的束缚电荷，当雷云对大地上其他目标放电后，雷云中所带电荷迅速消失，导线上的感应电荷就会失去雷云电荷的束缚而成为自由电荷，并以光速向导线两端急速涌去，从而出现过电压，称为静电感应过电压。

一般由雷电引起局部地区感应过电压，在架空线路可达300～400kV，在低压架空线路上可达100kV，在通信线路上可达40～60kV。

2．电磁感应 由于雷电流有极大的峰值和陡度，在它周围有强大的变化电磁场，处在此电磁场中的导体会感应出极大的电动势，使有气隙的导体之间放电，产生火花，引起火灾。 ---耦合作用

由雷电引起的静电感应和电磁感应统称为感应雷（又叫二次雷）。解决的办法是将建筑物的金属屋顶、建筑物内的大型金属物品等，做良好的接地处理，使感应电荷能迅速流向大地，防止在缺口处形成高电压和放电火花。

分布电容 引下线 电线

3 直击雷过电压 带电的雷云与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象，称作直击雷。当雷云通过线路或电气设备放电时，放电瞬间线路或电气设备将流过数十万安的巨大雷电流，此电流以光速向线路两端涌去，大量电荷将使线路发生很高的过电压，势必将绝缘薄弱处击穿而将雷电流导入大地，这种过电压为直击雷过电压。

直击雷电流（在短时间内以脉冲的形式通过）的峰值有几十千安，甚至上百千安。雷电流的峰值时间（从雷电流上升到1/2峰值开始，到下降到1/2峰值为止的时间间隔）通常有几微秒到几十微秒。 防止直击雷的措施主要采取避雷针、避雷带、避雷线、避雷网作为接闪器，把雷电流接受下来，通过接地引下线和接地装置，将雷电流迅速而安全送到大地

雷电波的侵入主要是指直击雷或感应雷通过输电线路传导侵入电网，导致电力系统产生过电压或发生闪击事故。 4 雷电波的侵入 雷电波的侵入主要是指直击雷或感应雷通过输电线路传导侵入电网，导致电力系统产生过电压或发生闪击事故。 由于直击雷在输电线路或建筑物附近入地，通过接地网入地时，接地网上会有数十千伏到数百千伏的高电位，这些高电位可以通过电力系统中的导体、接地网或通信系统的信号线，以波的形式传入电网或弱电系统的内部，沿着导线的传播方向扩大过电压的范围。 雷电波前行时，遇到电路的断开点或变压器线圈尾端中性点处，会产生反射。反射波与侵入波叠加，过电压最大时可增加一倍。

雷电波的侵入造成的过电压占电力系统过电压的比重比较大。 防止雷电波侵入的主要措施是在输电线路等能够引起雷电波侵入的设备，在进入建筑物前装设避雷器保护装置，它可以将雷电高电压限制在一定的范围内，保证用电设备不被高电压冲击击穿。

第二节 防雷设施 电力系统的防雷设施由接地系统、接闪器（避雷针和避雷线）、避雷器组成。 --接地系统：由接地网和接地极组成。 必须加强管理，确保地下接地系统的完好。但这一点在实际工作中往往被忽视。 --接闪器：有避雷针和避雷线，也有其他形式 须严格按设计施工，并确保施工质量和平时的维护，保证其性能完好。 --避雷器：按规程选择正确型号，严格平时预试

避雷针的组成 避雷针由接闪器、引下线和接地体组成。接闪器是指直接截受雷击的避雷针的针头、避雷线、避雷带、避雷网，以及用作接闪的金属屋面和技术构件。引下线是指连接接闪器与接地体的金属导体。接地体是指埋入土壤中或混凝土基础中作散流用的导体。 此外，前几年有些地方安装了消雷器，其效果存在争议。

避雷针的保护原理 当雷云放电接近地面时它使地面电场发生畸变，在避雷针的顶端，形成局部电场强度集中的空间，以影响雷电先导放电的发展方向，引导雷电向避雷针放电，再通过接地引下线和接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。 避雷针冠以“避雷”二字，仅仅是指其能使被保护物体避免雷害的意思，而其本身恰恰相反，是“引雷”上身。

一、雷电过电压及其对保护设计的要求 （1）避雷针和避雷线（保护角法和滚球法） 1）单支避雷针的保护范围 单支避雷针的保护范围 (h≤30m时，θ＝45°)

a)避雷针在地面上的保护半径，应按下式计算： r＝1.5hP 式中 r——保护半径，m； h——避雷针的高度，m； P——高度影响系数，h≤30m，P＝1； 30m＜h≤120m，；当h＞120m时， 取其等于120m。

式中rx——避雷针在hx水平面上的保护半径， m； hx——被保护物的高度，m； ha——避雷针的有效高度，m。 2)当hx＜0.5h时 b)在被保护物高度hx水平面上的保护半径应按下列方法确定： 1)当hx≥0.5h时 rx＝(h-hx)P＝haP 式中rx——避雷针在hx水平面上的保护半径， m； hx——被保护物的高度，m； ha——避雷针的有效高度，m。 2)当hx＜0.5h时 rx＝(1.5h-2hx)P

2）两支等高避雷针的保护范围 高度为h的两等高避雷针的保护范围

b)两针间的保护范围应按通过两针顶点及保护范围上部边缘最低点O的圆弧确定，圆弧的半径为 。O点为假想避雷针的顶点，其高度应按下式计算 a)两针外侧的保护范围应按单支避雷针的计算方法确定。 b)两针间的保护范围应按通过两针顶点及保护范围上部边缘最低点O的圆弧确定，圆弧的半径为 。O点为假想避雷针的顶点，其高度应按下式计算 式中 hO——两针间保护范围上部边缘最低点 高度，m； D——两避雷针间的距离，m。

两针间hx水平面上保护范围的一侧最小宽度应按图确定。当 时，取 。 求得bx后，可按图绘出两针间的保护范围。 两针间距离与针高之比D/h不宜大于5。

3）多支等高避雷针的保护范围 a)三支等高避雷针所形成的三角形的外侧保护范围应分别按两支等高避雷针的计算方法确定。如在三角形内被保护物最大高度hx水平面上，各相邻避雷针间保护范围的一侧最小宽度bx≥0时，则全部面积受到保护。

(b)四支等高避雷针在hx水平面上的保护范围 (a)三支等高避雷针在hx水平面上的保护范围； (b)四支等高避雷针在hx水平面上的保护范围

b)四支及以上等高避雷针所形成的四角形或多角形，可先将其分成两个或数个三角形，然后分别按三支等高避雷针的方法计算。如各边的保护范围一侧最小宽度bx≥0，则全部面积即受到保护。

a)当 时 rx＝0.47(h-hx)P 式中rx—每侧保护范 围的宽度，m。 b)当 时 rx＝(h-1.53hx)P 单根避雷线的保护范围 (h≤30m时，θ＝25°)

5）两根等高平行避雷线的保护范围 a)两避雷线外侧的保护范围应按单根避雷线的计算方法确定。 b)两避雷线间各横截面的保护范围应由通过两避雷线1、2点及保护范围边缘最低点O的圆弧确定。O点的高度应按下式计算： 式中：hO——两避雷线间保护范围上部边缘 最低点的高度，m； D——两避雷线间的距离，m； h——避雷线的高度，m。

两根平行避雷线的保护范围

c）两避雷线端部的两侧保护范围仍按单根避雷线保护范围计算。两线间保护最小宽度按下列方法确定： 当 时 bx＝0.47(hO-hx)P bx＝(hO－1.53hx)P

6）不等高避雷针、避雷线的保护范围 两支不等高避雷针的保护范围 a)两支不等高避雷针外侧的保护范围应分别按单支避雷针的计算方法确定。

 式中 f——圆弧的弓高，m； D′——避雷针2和等效避雷针3间的距 离，m。 b)两支不等高避雷针间的保护范围应按单支避雷针的计算方法，先确定较高避雷针1的保护范围，然后由较低避雷针2的顶点，作水平线与避雷针1的保护范围相交于点3，取点3为等效避雷针的顶点，再按两支等高避雷针的计算方法确定避雷针2和3间的保护范围。通过避雷针2、3顶点及保护范围上部边缘最低点的圆弧，其弓高应按下式计算：  式中 f——圆弧的弓高，m； D′——避雷针2和等效避雷针3间的距 离，m。

d)两根不等高避雷线各横截面的保护范围，应仿照两支不等高避雷针的方法计算。 c)对多支不等高避雷针所形成的多角形，各相邻两避雷针的外侧保护范围按两支不等高避雷针的计算方法确定；三支不等高避雷针，如在三角形内被保护物最大高度hx水平面上，各相邻避雷针间保护范围一侧最小宽度bx≥0，则全部面积即受到保护；四支及以上不等高避雷针所形成的多角形，其内侧保护范围可仿照等高避雷针的方法确定。 d)两根不等高避雷线各横截面的保护范围，应仿照两支不等高避雷针的方法计算。

7）山地和坡地上的避雷针，由于地形、地质、气象及雷电活动的复杂性，避雷针的保护范围应有所减小。避雷针的保护范围可按式(4)～式(6)的计算结果和依图4确定的bx等乘以系数0.75求得；式(7)可修改为；式(13)可修改为。 利用山势设立的远离被保护物的避雷针不得作为主要保护装置。

避雷针、线外侧保护范围分别按单针、线的保护范围确定。内侧首先将不等高针、线划为等高针、线，然后将等高针、线视为等高避雷线计算其保护范围。 8）相互靠近的避雷针和避雷线的联合保护范围可近似按下列方法确定： 避雷针、线外侧保护范围分别按单针、线的保护范围确定。内侧首先将不等高针、线划为等高针、线，然后将等高针、线视为等高避雷线计算其保护范围。 避雷针和避雷线的联合保护范围

--避雷针保护范围的计算方法是根据雷电冲击小电流下的模拟试验研究确定的，并以多年运行经验做了校验。 避雷针保护范围内的被保护物体是否绝对安全？ --校验方法有：保护角法和滚球法 --避雷针保护范围的计算方法是根据雷电冲击小电流下的模拟试验研究确定的，并以多年运行经验做了校验。 --保护范围是按保护概率99．9%、即屏蔽失效率或绕击0．1%确定的。 --也就是说，保护范围不是绝对保险的，而是相对于某一保护概率而言。

二、阀式避雷器 1）采用阀式避雷器进行雷电过电压保护时，除旋转电机外，对不同电压范围、不同系统接地方式的避雷器选型如下： a)有效接地系统，范围Ⅱ应该选用金属氧化物避雷器；范围Ⅰ宜采用金属氧化物避雷器。 b)气体绝缘全封闭组合电器(GIS)和低电阻接地系统应该选用金属氧化物避雷器。

c)不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统，根据系统中谐振过电压和间歇性电弧接地过电压等发生的可能性及其严重程度，可任选金属氧化物避雷器或碳化硅普通阀式避雷器。 2）旋转电机的雷电侵入波过电压保护，宜采用旋转电机金属氧化物避雷器或旋转电机磁吹阀式避雷器。

b)3kV～10kV和35kV、66kV系统分别不低于1.1Um和Um；3kV及以上具有发电机的系统不低于1.1Um·g。 有串联间隙金属氧化物避雷器和碳化硅阀式避雷器的额定电压，在一般情况下应符合下列要求： a)110kV及220kV有效接地系统不低于0.8Um。 b)3kV～10kV和35kV、66kV系统分别不低于1.1Um和Um；3kV及以上具有发电机的系统不低于1.1Um·g。 注：Um·g为发电机最高运行电压。 c)中性点避雷器的额定电压，对3kV～20kV和35kV、66kV系统，分别不低于0.64Um和0.58Um；

4）采用无间隙金属氧化物避雷器作为雷电过电压保护装置时，应符合下列要求： a)避雷器的持续运行电压和额定电压应不低于有关规定数值。 b)避雷器能承受所在系统作用的暂时过电压和操作过电压能量。 5）阀式避雷器标称放电电流下的残压，不应大于被保护电气设备(旋转电机除外)标准雷电冲击全波耐受电压的71%。 6）发电厂和变电所内35kV及以上避雷器应装设简单可靠的多次动作记录器或磁钢记录器。

（3）氧化锌避雷器 ZnO的伏安特性如图所示， 可分为小电流区、非线性区、饱 和区。在1mA以下的区域为小电 流区，非线性系数较高，在0.2 1. 理想的非线性伏安特性 ZnO的伏安特性如图所示， 可分为小电流区、非线性区、饱 和区。在1mA以下的区域为小电 流区，非线性系数较高，在0.2 左右，电流在1mA到3kA范围内， 避雷器的伏安特性 通常为非线性区，非线性系数 （斜率值）在0.02～0.05左右，电流大于3kA，一般进入饱和区，随电压的增加电流增长不快。

2. 基本特性 起始动作电压又称转折电压，从这一点开始，电流将随电压升高而迅速增加，也即其非线性系数将迅速进入0.02～0.05的区域。通常是以1mA下的电压作为起始动作电压。其值约为最大允许工作电压峰值的105％～115％。

压比是指氧化锌避雷器通过大电流时的残压与通过1mA直流电流时电压之比。例如10kA压比是指通过冲击电流10kA时的残压与1mA（直流）时电压之比，压比越小，意味着通过大电流时之残压越低，则ZnO避雷器的保护性能越好。目前，此值约为1.6～2.0。

氧化锌避雷器在电压等级较低时（如110kV及以下）大部分是采用无间隙。 对于超高压避雷器或带大幅度降低压比时，则采用并联或串联间隙的方法。 3. 应用 氧化锌避雷器在电压等级较低时（如110kV及以下）大部分是采用无间隙。 对于超高压避雷器或带大幅度降低压比时，则采用并联或串联间隙的方法。 为了降低大电流时的残压而又不加大阀片在正常运行中的电压负担以减轻氧化锌阀片的老化，往往也采用并联或串联间隙的方法。

（3）排气式避雷器 1）在选择排气式避雷器时，开断续流的上限，考虑非周期分量，不得小于安装处短路电流的最大有效值；开断续流的下限，不考虑非周期分量，不得大于安装处短路电流的可能最小值。

2）如按开断续流的范围选择排气式避雷器，最大短路电流应按雷季电力系统最大运行方式计算，并包括非周期分量的第一个半周短路电流有效值。如计算困难，对发电厂附近，可将周期分量第一个半周的有效值乘以1.5；距发电厂较远的地点，乘以1.3。最小短路电流应按雷季电力系统最小运行方式计算，且不包括非周期分量。

为减少排气式避雷器在反击时动作，应降低与避雷线的总接地电阻，并增大外间隙距离。 3）排气式避雷器外间隙的距离，在符合保护要求的条件下，应采用较大的数值。排气式避雷器外间隙的距离一般采用专门规定数值。 为减少排气式避雷器在反击时动作，应降低与避雷线的总接地电阻，并增大外间隙距离。

1）如排气式避雷器的灭弧能力不能符合要求，可采用保护间隙，并应尽量与自动重合闸装置配合，以减少线路停电事故。 （4）保护间隙 1）如排气式避雷器的灭弧能力不能符合要求，可采用保护间隙，并应尽量与自动重合闸装置配合，以减少线路停电事故。 2）除有效接地系统和低电阻接地系统外，应使单相间隙动作时有利于灭弧，并宜采用角形保护间隙。 保护间隙宜在其接地引下线中串接一个辅助间隙，以防止外物使间隙短路。

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。 第三节 输电线路的防雷保护 一、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。

式中：US——雷击点过电压最大值，kV。 （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，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

二、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。

理论分析和运行情况均表明，输电线路雷击跳闸的主要原因是避雷线屏蔽失效，雷电绕击导线造成的。因此采用良好的避雷线屏蔽设计，是提高输电线路耐雷性能的主要措施。同时还应该考虑到输电线路导线上工作电压对避雷线屏蔽的影响。对于山区，因地形影响(山坡、峡谷)，避雷线的保护可能需要取负保护角。也可架设耦合地线来提高输电线路的抗雷击水平。还可以在运行线路上装设避雷器。

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。 标称电压kV 35 耐雷水平kA 一般线路 20～30 大跨越档中央和变电所进线保护段 30

（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。 土壤电阻率Ω·m ≤100 ＞100～500 ＞500～1000 ＞1000～2000 ＞2000 接地电阻 Ω 10 15 20 25 30

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。 在降低杆塔接地电阻有困难时，可采用架设耦合地线的措施，即在导线下方再架设一条地线。它的作用主要有以下方面：①加强避雷线与导线间的耦合，使线路绝缘上的过电压降低；②增加了对雷电流的分流作用。运行经验表明，耦合地线对减小雷击跳闸率的效果是显著的，尤其在山区的输电线路其效果更为明显。

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

第四节 变电所的防雷保护 变电所遭受的雷害有: 直击雷 感应雷（又叫二次雷） 雷电波侵入 雷电地电位反击 主要的保护措施： 避雷针、避雷线、避雷器、保护间隙

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。 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。

保护角 α

——避雷针

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。

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 （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。

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； 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′Ri e)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，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。

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。 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线路在1km～2km进线保护段范围内的杆塔耐雷水平应该符合有关要求。 2.变电所的进线段保护—避雷线、器 （1）变电所应采取措施防止或减少近区雷击闪络。未沿全线架设避雷线的35kV～110kV架空送电线路，应在变电所1km～2km的进线段架设避雷线。 35kV～110kV线路在1km～2km进线保护段范围内的杆塔耐雷水平应该符合有关要求。 进线保护段上的避雷线保护角宜不超过20°，最大不应超过30°。

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，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)。 具有35kV及以上电缆段的变电所进线保护接线 (a)三芯电缆段的变电所进线保护接线； (b)单芯电缆段的变电所进线保护接线

如电缆长度不超过50m或虽超过50m，但经校验，装一组阀式避雷器即能符合保护要求，图中可只装F1或F2。 连接电缆段的1km架空线路应架设避雷线。 全线电缆—变压器组接线的变电所内是否需装设阀式避雷器，应视电缆另一端有无雷电过电压波侵入的可能，经校验确定。

（4）具有架空进线的35kV及以上发电厂和变电所敞开式高压配电装置中阀式避雷器的配置。 a)每组母线上应装设阀式避雷器。阀式避雷器与主变压器及其他被保护设备的电气距离超过一定值时，可在主变压器附近增设一组阀式避雷器。 变电所内所有阀式避雷器应以最短的接地线与配电装置的主接地网连接，同时应在其附近装设集中接地装置。

金属氧化物避雷器与主变压器间的最大电气距离可参照有关表格确定。对其他电器的最大距离可相应增加35%。 b)35kV及以上装有标准绝缘水平的设备和标准特性阀式避雷器且高压配电装置采用单母线、双母线或分段的电气主接线时，碳化硅普通阀式避雷器与主变压器间的最大电气距离可参照相关数据表格确定。对其他电器的最大距离可相应增加35%。 金属氧化物避雷器与主变压器间的最大电气距离可参照有关表格确定。对其他电器的最大距离可相应增加35%。

d)对电气接线比较特殊的情况，可用计算方法或通过模拟试验确定最大电气距离。 c)架空进线采用双回路杆塔，有同时遭到雷击的可能，确定阀式避雷器与变压器最大电气距离时，应按一路考虑，且在雷季中宜避免将其中一路断开。 d)对电气接线比较特殊的情况，可用计算方法或通过模拟试验确定最大电气距离。

3.35kV小容量变电所的简化进线保护——避雷器 （1）3150kVA～5000kVA的变电所35kV侧，可根据负荷的重要性及雷电活动的强弱等条件适当简化保护接线，变电所进线段的避雷线长度可减少到500m～600m，但其首端排气式避雷器或保护间隙的接地电阻不应超过5Ω(图)。 3150kVA～5000kVA、35kV变电所的简易保护接线

（2）小于3150kVA供非重要负荷的变电所35kV侧，根据雷电活动的强弱，可采用图(a)的保护接线；容量为1000kVA及以下的变电所，可采用图(b)的保护接线。

（3）小于3150kVA供非重要负荷的35kV分支变电所，根据雷电活动的强弱，可采用下图的保护接线。 (b)分支线较长时的保护接线

（4）简易保护接线的变电所35kV侧，阀式避雷器与主变压器或电压互感器间的最大电气距离不宜超过10m。

4.气体绝缘全封闭组合电器(GIS)变电所的雷电侵入波过电压保护 （1）66kV及以上进线无电缆段的GIS变电所，在GIS管道与架空线路的连接处，应装设金属氧化物避雷器(FMO1)，其接地端应与管道金属外壳连接，如图所示。 图 无电缆段进线的GIS变电所保护接线

连接GIS管道的架空线路进线保护段的长度应不小于2km。 如变压器或GIS一次回路的任何电气部分至FMO1间的最大电气距离不超过下列参考值或虽超过，但经校验，装一组避雷器即能符合保护要求，则图中可只装设FMO1： 66kV 50m 110kV及220kV 130m 连接GIS管道的架空线路进线保护段的长度应不小于2km。

（2）66kV及以上进线有电缆段的GIS变电所，在电缆段与架空线路的连接处应装设金属氧化物避雷器(FMO1)，其接地端应与电缆的金属外皮连接。对三芯电缆，末端的金属外皮应与GIS管道金属外壳连接接地图(a)；对单芯电缆，应经金属氧化物电缆护层保护器(FC)接地图(b)。 有电缆段进线的GIS变电所保护接线 (a)三芯电缆段进的GIS变电所保护接线 (b)单芯电缆段进的GIS变电所保护接线

对连接电缆段的2km架空线路应架设避雷线。 电缆末端至变压器或GIS一次回路的任何电气部分间的最大电气距离不超过（1）中的参考值或虽超过，但经校验，装一组避雷器即能符合保护要求，图中可不装设FMO2。 对连接电缆段的2km架空线路应架设避雷线。 （3）进线全长为电缆的GIS变电所内是否需装设金属氧化物避雷器，应视电缆另一端有无雷电过电压波侵入的可能，经校验确定。

三绕组变压器的防雷保护 （1）与架空线路连接的三绕组自耦变压器、变压器(包括一台变压器与两台电机相连的三绕组变压器)的低压绕组如有开路运行的可能和发电厂双绕组变压器当发电机断开由高压侧倒送厂用电时，应在变压器低压绕组三相出线上装设阀式避雷器，以防来自高压绕组的雷电波的感应电压危及低压绕组绝缘；但如该绕组连有25m及以上金属外皮电缆段，则可不必装设避雷器。

（2）变电所的3kV～10kV配电装置(包括电力变压器)，应在每组母线和架空进线上装设阀式避雷器(分别采用电站和配电阀式避雷器)，并应采用下图所示的保护接线。母线上阀式避雷器与主变压器的电气距离不宜大于有关表格所列数值。 3kV～10kV配电装置雷电侵入波的保护接线

有电缆段的架空线路，阀式避雷器应装设在电缆头附近，其接地端应和电缆金属外皮相连。如各架空进线均有电缆段，则阀式避雷器与主变压器的最大电气距离不受限制。 阀式避雷器应以最短的接地线与变电所、配电所的主接地网连接(包括通过电缆金属外皮连接)。阀式避雷器附近应装设集中接地装置。 3kV～10kV配电所，当无所用变压器时，可仅在每路架空进线上装设阀式避雷器。 注：配电所指所内仅有起开闭和分配电能作用的配电装置，而母线上无主变压器。

自耦变压器的防雷保护 （1）自耦变压器必须在其两个自耦合的绕组出线上装设阀式避雷器，该阀式避雷器应装在自耦变压器和断路器之间，并采用下图的保护接线。 （2）35kV～220kV开关站，应根据其重要性和进线路数等条件，在母线上或进线上装设阀式避雷器。 自耦变压器的典型保护接线

（3）与架空线路连接的三绕组自耦变压器、变压器(包括一台变压器与两台电机相连的三绕组变压器)的低压绕组如有开路运行的可能和发电厂双绕组变压器当发电机断开由高压侧倒送厂用电时，应在变压器低压绕组三相出线上装设阀式避雷器，以防来自高压绕组的雷电波的感应电压危及低压绕组绝缘；但如该绕组连有25m及以上金属外皮电缆段，则可不必装设避雷器。

变压器中性点保护 （1）有效接地系统中的中性点不接地的变压器，如中性点采用分级绝缘且未装设保护间隙，应在中性点装设雷电过电压保护及其继电保护装置，且宜选变压器中性点金属氧化物避雷器。如中性点采用全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行，也应在中性点装设雷电过电压保护装置。

不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统中的变压器中性点，一般不装设保护装置，但多雷区单进线变电所且变压器中性点引出时，宜装设保护装置；中性点接有消弧线圈的变压器，如有单进线运行可能，也应在中性点装设保护装置。该保护装置可任选金属氧化物避雷器或碳化硅普通阀式避雷器。

配电系统的雷电过电压保护 （1）3kV～10kV配电系统中的配电变压器应装设阀式避雷器保护。阀式避雷器应尽量靠近变压器装设，其接地线应与变压器低压侧中性点(中性点不接地时则为中性点的击穿保险器的接地端)以及金属外壳等连在一起接地。

（2）3kV～10kV Y,yn和Y，y(低压侧中性点接地和不接地)接线的配电变压器，宜在低压侧装设一组阀式避雷器或击穿保险器，以防止反变换波和低压侧雷电侵入波击穿高压侧绝缘。但厂区内的配电变压器可根据运行经验确定。 低压侧中性点不接地的配电变压器，应在中性点装设击穿保险器。 （3）35kV～0.4kV配电变压器，其高低压侧均应装设阀式避雷器保护。

（4）3kV～10kV柱上断路器和负荷开关应装设阀式避雷器保护。经常断路运行而又带电的柱上断路器、负荷开关或隔离开关，应在带电侧装设阀式避雷器，其接地线应与柱上断路器等的金属外壳连接，且接地电阻不应超过10Ω。 装设在架空线路上的电容器宜装设阀式避雷器保护。

旋转电机的雷电过电压保护 （1）与架空线路直接连接的旋转电机(发电机、同步调相机、变频机和电动机，简称直配电机)的保护方式，应根据电机容量、雷电活动的强弱和对运行可靠性的要求确定。

（2）在多雷区，经变压器与架空线路连接的非直配电机，如变压器高压侧的系统标称电压为66kV及以下时，为防止雷电过电压经变压器绕组的电磁传递而危及电机的绝缘，宜在电机出线上装设一组旋转电机阀式避雷器。变压器高压侧的系统标称电压为110kV及以上时，电机出线上是否装设避雷器可经校验确定。

地电位反击过电压保护 地电位反击,是指雷击大地或接地体，引起地电位上升而波及附近的一次设备、二次设备和电子设备，对设备产生反击，损害其对地绝缘 。 防止措施： ①避雷针的接地体与电气设备足够远的距离； ②二次设备的接地采用等电位连接方式。

雷击有三种主要形式： 直击雷 感应雷 球形雷雷 雷击过电压对电力系统的破坏方式： 直击雷过电压 感应雷过电压 雷电波侵入过电压 小结 雷击过电压防护系统的构成 雷击有三种主要形式： 直击雷 感应雷 球形雷雷 雷击过电压对电力系统的破坏方式： 直击雷过电压 感应雷过电压 雷电波侵入过电压 地电位反击过电压

雷电是一种电流源，电力系统的防雷的基本途径 首先，要提供一条雷电流（包括雷电电磁脉冲辐射）对地泄放的阻抗合理的路径，而不能让其随机性选择放电通道，也就是要控制雷电能量的泄放与转换，极力避免雷电直击带电设施。避雷针、避雷器、避雷线就是为上述功能而设。

其次，对因直击雷、感应雷、雷电波等诱因产生的过电压，必须在各个电压等级和可能遭受过电压侵入设备及系统上设置避雷器。分级拦截，层层把关。 再次，采取有效措施，防止雷电造成地电位反击。 最后，保证正确可靠的接地，要求有一个良好的接地系统

现代防雷保护的三道防线： --外部保护，将对电力系统有威胁的绝大部分雷电流直接引入地下泄散；如避雷针（线）等 --屏蔽保护，屏蔽对带电导体有过电压危害的雷电冲击波；如避雷带、防反击措施、选用电缆及户内设备等 --内部保护，限制被保护设备上雷电过电压幅值。 如避雷器、放电间隙等 这三道防线相互配合，各尽其职，缺一不可

思考题---雷击过电压防护 在一个6kV 变电所内，有配出到装置用的电动机和配变回路，也有用架空线配出到2km以外的取水水源泵站。请问该6kV 变电所每个回路的避雷器怎样选择？

第四章 绝缘配合 电工设备经常在电力系统工作电压下运行，还会受到各种过电压作用。它对各种作用电压都具有一定限度的耐受能力。当绝缘性能被破坏时，会造成设备损坏甚至系统停电事故。为了避免上述损失，必须保证电工设备具有规定和比较适合的绝缘强度，这就是电气设备绝缘水平的确定和绝缘配合需要解决的问题。

电力系统中用以确定输电线路和电工设备绝缘水平的原则、方法和规定，叫做绝缘配合。 确定绝缘水平要求在技术上处理好作用电压、限制过电压的措施、绝缘耐受能力三者之间相互配合的关系，还要求在经济上协调投资费用、维护费用和事故损失费用等之间的关系，以达到较好的综合经济效益。 电力系统中用以确定输电线路和电工设备绝缘水平的原则、方法和规定，叫做绝缘配合。

作用电压 是指作用在电工设备上的电压，即正常运行条件下的工作电压和各种过电压。 研究绝缘配合的目的在于综合考虑电工设施可能承受的作用电压，过电压防护装置的效用，以及设备的绝缘材料和绝缘结构对各种作用电压的耐受特性等因素，并且考虑经济上的合理性以确定输电线路和电工设备的绝缘水平。 作用电压 是指作用在电工设备上的电压，即正常运行条件下的工作电压和各种过电压。

电力系统在正常运行时，各节点的工频电压是不同的。输电线路送端设备上的电压要高于受端设备上的电压。因此，对于每一额定电压等级的电力系统，还需要规定一个系统最高运行电压。最高运行电压需根据能源分布、输电距离、电网结构、系统的潮流分布、稳定特性、无功功率补偿、经济运行，以及设备绝缘设计等综合的因素来确定。Um

电力系统的过电压包括暂时过电压、操作过电压、雷电过电压。 由于过电压其成因不同，都具有一定特点。从绝缘性能的角度看，除注意过电压幅值外，还需区别它们的波形及电压作用的时间过程。这是因为绝缘强度具有伏秒特性，耐受电压的能力因电压波形及作用时间不同而有差异。

②暂时过电压：一般为几赫或数百赫的不衰减或弱衰减的振荡波，最大持续时间约1秒钟。 作用电压按波形可分为以下5种： ①正常运行条件下的工频电压。 ②暂时过电压：一般为几赫或数百赫的不衰减或弱衰减的振荡波，最大持续时间约1秒钟。 ③慢波前过电压：波头持续时间为几十至几千微秒的双指数或非对称的衰减振荡波。间隙、绝缘子和电工设备外绝缘的标准操作冲击试验波形一般为波头 250微秒/波尾2500微秒。

④快波前过电压：波头持续时间为零点几至几十微秒的单极性双指数波。标准的雷电冲击试验波形为波头1.2微秒/波尾50微秒。 ⑤陡波前过电压：波头持续时间只有几十纳秒，继之以有几个频率在几兆至 100兆赫振荡波的叠加。标准陡波前冲击试验波形在拟定之中，波前时间为15纳秒。

--为了经济合理地设计输电线路和电工设备绝缘，电力系统中一般采取专用设备和装置以限制过电压，简称为过电压防护。 过电压的限制与防护 　 --为了经济合理地设计输电线路和电工设备绝缘，电力系统中一般采取专用设备和装置以限制过电压，简称为过电压防护。 --通常采用高压并联电抗器、静止无功补偿器限制工频电压升高的数值；用快速继电保护减小工频电压升高及其持续时间；输电线路采用良导体架空地线，在某些情况下也能降低接地故障引起的工频电压升高

--改善断路器的性能，采用合闸并联电阻，缩小三相闭合的不同期等都有很好效果； --通流容量较大的金属氧化物避雷器，可用来作为防护操作过电压的装置。 --变电所内设备的雷电过电压由避雷器进行防护。设备上的过电压与避雷器的性能、线路来波情况、变电所的接线布置等有关。

绝缘特性与绝缘水平 　 电工设备绝缘可分为自恢复绝缘和非自恢复绝缘两大类。自恢复绝缘的绝缘性能破坏后可以自行恢复，一般是指空气间隙和与空气接触的外绝缘。非自恢复绝缘放电后其绝缘性能不能自行恢复，通常是由固体介质、液体介质构成的设备内绝缘。

设备的绝缘强度与电极的形状、绝缘材料、电极间的距离，电压的波形等等因素有关，具有分散性。因此在实际工程中非常重视电工设备仿真型的绝缘试验。

电工设备的绝缘水平 就是指该设备能够耐受（不发生闪络、放电或其他损坏）的试验电压值。根据电工设备在系统中可能承受到的各种作用电压、保护装置的特性以及设备绝缘对各种作用电压的耐受特性，制定了一些表明设备基本绝缘水平的试验电压值。

试验电压是： ①短时工频耐受电压值； ②雷电冲击耐受电压值； ③操作冲击耐受电压值； ④长时间工频试验电压值。 上述试验电压的波形、数值、试验电压施加的方法、时间、次数等，在各国的国家标准中都有明确规定。

绝缘配合方法 　 绝缘配合的方法主要有3种,即惯用法、统计法和简化统计法。 ①惯用法：按作用在设备绝缘上的“最大过电压”和设备的“最小绝缘强度”的概念进行绝缘配合的习惯方法。首先需确定设备上可能出现的最危险的过电压和设备绝缘最低的耐受强度，然后根据运行经验，选择一个配合系数作为这两种电压的比值，以补偿在估计最大过电压和绝缘最低耐受强度时的误差及增加一定的安全逾度，最后确定设备绝缘应能耐受的电压水平。

惯用法的绝缘配合简单明了，但无法估计绝缘故障的概率以及此概率与配合系数之间的关系，故这种方法对绝缘的要求偏严。由于对非自恢复绝缘放电概率测定的费用太高，因此只能使用惯用法。目前,对220千伏及以下的电工设备，通常仍采用惯用法。例如，电力变压器都用避雷器保护。避雷器限制雷电过电压的能力常用避雷器保护水平表示。变压器耐受雷电冲击的绝缘水平 (BIL)需高出避雷器的保护水平，两者的比值称为配合系数。中国一般采用的配合系数值是1.4。对于500千伏变压器，国际电工委员会(IEC)规定，配合系数需等于或大于1.2。

②统计法：从过电压幅值与绝缘抗电强度都是随机变量的事实出发，根据过电压幅值及绝缘闪络电压的统计特性，算出绝缘故障率。改变敏感的影响因素，使故障率达到可以被接受的程度，在技术经济比较的基础上，合理地确定绝缘水平。 这种方法不仅能定量地给出绝缘配合的安全程度，还可以按照设备折旧费、运行费及事故损失费三者总和最小的原则进行优化设计。目前研究得比较多的是以过电压幅值的概率分布为基础的统计法。

在超高压电力系统中降低绝缘水平有显著的经济效益。自恢复绝缘的绝缘强度统计特性相对比较容易获得。70年代以来，国际上推荐对超高压电力系统的自恢复绝缘采用统计法进行绝缘配合。 　　统计法的困难在于随机因素较多，某些随机因素的统计规律还有待积累资料与认识，低概率密度部分的资料比较难取得。目前算出的故障率，通常比实际的大很多，还有待在应用中不断完善。

③简化统计法：为了在实际应用中便于计算，假定过电压及绝缘放电概率的统计分布均服从正态分布。国际电工委员会 (IEC)及中国国家绝缘配合标准，推荐采用出现的概率为2％的过电压作为统计(最大)过电压Us，再取闪络概率为10％的电压作为绝缘的统计耐受电压UW，在不同的统计安全系数γ＝UW/Us的情况下,计算出绝缘的故障率R(见图)。

根据技术经济比较,在成本与故障率间协调,定出可以接受的故障率R,再根据相应的统计安全系数γ及电网的统计过电压Us,确定绝缘水平。 　　简化统计法与惯用法同样简单易行，并有现成曲线可查（图b）。虽然故障率的数值不一定很准确,但便于在工程上作方案比较,因而应用很广泛。

绝缘配合的方法主要有3种,即惯用法、统计法和简化统计法。 目前,对220千伏及以下的电工设备，通常仍采用惯用法。 小结---绝缘配合 绝缘配合是指：    考虑所采用的过电压保护措施后，决定设备上可能的作用电压，并根据设备的绝缘特性及可能影响绝缘特性的因素，从安全运行和技术经济合理性两方面确定设备的绝缘水平。 确定绝缘水平要求在技术上处理好作用电压、限制过电压的措施、绝缘耐受能力三者之间相互配合的关系。 绝缘配合的方法主要有3种,即惯用法、统计法和简化统计法。 目前,对220千伏及以下的电工设备，通常仍采用惯用法。

思考题---绝缘配合 电工设备的绝缘水平是用设备能够耐受的试验电压值来的衡量。请问代表电气设备基本绝缘水平的试验电压值有哪几种？

总结----过电压保护原理及防护措施 电力系统的架空输电线路、电缆线路、母线、变压器和旋转电机的绕组，都属于具有分布参数的电路元件。无论线路遭受雷击或者系统内部发生操作和故障，都会在系统中产生电磁暂态过程，形成一定水平的过电压。

研究电力系统中各种过电压的起因，预测其幅值，并采取措施加以限制，是确定电力系统绝缘配合的前提，对于电工设备制造和电力系统运行都具有重要意义。 过电压分为外过电压和内过电压两大类。内部过电压分为三大类：操作过电压、工频过电压、谐振过电压。外部过电压对电力系统的破坏方式有四种：直击雷过电压、感应雷过电压、雷电波侵入过电压、地电位反击过电压。 研究电力系统中各种过电压的起因，预测其幅值，并采取措施加以限制，是确定电力系统绝缘配合的前提，对于电工设备制造和电力系统运行都具有重要意义。

石化企业防过电压的具体措施： 一、防止外部入侵的雷电过电压的措施 1、与外电网联络的电源架空线路，大多为110kV及以上电压等级，应该设置非常完善的避雷线，防止直击雷。 2、在厂区按设计规范设置多支独立避雷针。110kV以上的配电装置须设避雷针。接地引下线、接地网、接地极、接地带符合规范。

3、外电源架空线路的进线开关前的避雷器设置是非常重要的。它对沿外线路传递过来的过电压有重要的抑制作用，是防止过电压的第一道防线。 4、变压器一般是户外布置，高压侧是架空线，此时在高压侧宜装设避雷器；变压器的中性点须装间隙放电保护。 5、对于6/10kV装置变电所直配架空线路（如取水口、成品油中转站、生活区的电源），有条件时可串接变压器，将架空线路同厂内电网进行适当隔离。变电所直配架空线回路的避雷器参数选择必须正确。

6、从防雷角度，尽量选择电缆线路输电。 7、切实作好二次系统的等电位连接措施，防感应过电压和防雷电反击过电压。 8、避雷器装设在线泄漏电流指示仪和计数器。 9、仪表系统弱电防雷。 10、建立雷电预警系统。

二、防止内部过电压措施 1、 6-10-35kV系统中性点接地方式，从限制过电压角度来讲，希望小电阻或中电阻接地。 2、在发电机事故解列时，需有防止发电机操作过电压的措施。

3、 尽量选用抗谐振的PT。同时PT的消谐措施要落实。应限制PT中性点接地数量。 4、有许多实例表明，大容量的配变在空载运行时，低压侧容易形成L-C谐振，在低压则最好不要设置电容器。 5、电网的谐波容易诱发谐振，消除谐波很重要。

三、适当提高绝缘水平，确保本质安全 1、有条件时，可提高设备的绝缘等级： 110kVGIS设备，额定电压126→145kV； 　 6kV设备：额定电压7.2→12kV； 6kV变压器、电动机、电缆及其附件的绝缘等级选用12kV绝缘材料。 这样作，所花费用并不增加太多，但极大地提高了设备绝缘裕度。 2、变电站外绝缘的防污闪水平，建议按Ⅳ级设定。

3、断路器的三相同期性能必须确保。 4、发电机、变压器、电动机三相绕组直流电阻不平衡率必须在标准范围内。 5、对于35kV开关柜，需注意两个问题：①额定电压35kV的设备，最高工作电压Um必须达到40.5kV；②建议不要用空气锴装柜，最好用气体绝缘组合电器GIS。 6、配置快速保护，比如光纤纵差保护。快速切出故障。

四、加强设备管理，保证绝缘性能 1、加强绝缘监督，落实定期预防性试验。 2、推广应用电气设备绝缘在线检测技术和在线测温技术。 3、绝缘介质的监控工作非常重要。油分析、SF6气体分析须落实。 4、抓好110kV电缆护套电流的检测和分析。 5、抓好施工环节管理，不要使输电线路受外力破坏。

总之，今天讲述的过电压原理及防护措施这一节课，主要是帮助大家恢复和重新建立对电力系统过电压有一个全面系统的认识。 追求设备本质安全是电气专业人员义不容辞的职责。防止电力系统出现过电压以及在此过电压下电气设备和电力系统如何采取切实有效的防护措施，是确保系统安全运行的关键。 要着重培养过电压的意识和观念，利用这些知识灵活运用到电力系统，善于分析所管辖的电力系统是否存在过电压，是哪一类过电压，设备参数和运行参数是否合理，它的各种防过电压措施和绝缘配合是否合理。能够掌握理论上的公式推导和数学模型，借助于参考书，知道用什么手段和途径去解决更深入更具体的问题。