### 电力系统防雷保护——高电压技术考点复习讲义知识点解析
#### 一、电力系统防雷保护概述
电力系统的稳定运行对于社会经济发展至关重要，而雷击是导致电力系统故障的主要原因之一。为了确保电力系统的安全可靠运行，防雷保护措施显得尤为重要。本章节将详细介绍电力系统中的防雷保护原理及其相关技术要点。
#### 二、输电线路的感应雷过电压
##### 1. 雷击线路附近大地时，线路上的感应雷过电压
当雷击发生在输电线路附近的地面时，会在线路上产生感应雷过电压。这一过程主要分为两个阶段：
- **先导阶段**：雷云中的电荷会在导线周围产生电场，导致导线上聚集起与雷云电荷极性相反的电荷。这些电荷在导线上形成束缚电荷，随着雷电先导的发展，这些电荷会被迅速释放，形成过电压。
- **主放电阶段**：随着雷电主放电的发生，雷电流通过地面传导至导线附近，导致导线上的束缚电荷快速释放，产生过电压。根据距离的不同，可以使用公式\(U_{\text{ind}} = 25 \times I_{\text{peak}} \times h_{\text{avg}} / S\)来估算感应过电压的大小，其中\(I_{\text{peak}}\)是雷电流峰值，\(h_{\text{avg}}\)是导线的平均高度，\(S\)是雷击点到线路的距离。
##### 2. 雷击线路杆塔时，导线上的感应过电压
如果雷击直接发生在输电线路的杆塔上，同样会产生感应过电压。在这种情况下，没有安装避雷线时的感应过电压可以通过公式\(U_{\text{ind}} = h_{\text{d}}\)来计算；如果安装了避雷线，则可以通过公式\(U_{\text{ind}} = (1 - k) \times U_{\text{ind}}\)来估算，其中\(k\)是耦合系数，表示避雷线对雷电的屏蔽效果。
#### 三、输电线路的直击雷过电压和耐雷水平
##### 1. 雷击杆塔顶部
- **塔顶电位**：当雷电直接击中杆塔时，塔顶的电位可以通过公式\(U_{\text{td}} = 2.6 \times R_{\text{ch}} + \beta I_{\text{L}}\)来计算，其中\(R_{\text{ch}}\)是杆塔的冲击接地电阻，\(\beta\)是分流系数，\(I_{\text{L}}\)是雷电流峰值。
- **导线电位**：在塔顶电位为\(U_{\text{td}}\)的情况下，导线上的电位可以通过公式\(U_{\text{d}} = (1 - k_{\text{a}}) \times U_{\text{td}}\)来计算，其中\(k_{\text{a}}\)是耦合系数。
- **耐雷水平**：耐雷水平是指线路能够承受而不发生闪络的最大雷电流值。通过提高耦合系数、降低冲击接地电阻以及增强线路绝缘等方法可以有效提升耐雷水平。
##### 2. 雷击避雷线档距中央
当雷击发生在避雷线的档距中央时，通常不会引起线路跳闸。这是由于避雷线与导线之间的电容较大，可以有效地降低两者之间的电位差。
##### 3. 绕击现象
绕击是指雷电绕过避雷线直接击中导线的现象。绕击率可以通过公式\(P = a - 0.86 \log(h)\)来计算，其中\(a\)是地形系数，\(h\)是导线高度。平原地区的绕击率较低，山区较高。
#### 四、输电线路的雷击跳闸率
##### 1. 建弧率
建弧率是指雷击后在导线与地面之间建立电弧的概率，可以通过公式\(\eta = 0.14 - 0.5E\)来计算，其中\(E\)是绝缘子串的平均运行电压梯度。
##### 2. 雷击跳闸率
雷击跳闸率是指单位长度的线路在一年内因雷击而发生跳闸的次数。对于有避雷线的线路，其雷击跳闸率可以通过综合考虑雷击杆塔时的跳闸率\(n_1\)和绕击跳闸率\(n_2\)来计算。
#### 五、输电线路的防雷措施
为了减少雷击对输电线路的影响，常见的防雷措施包括：
- **架设避雷线**：通过在输电线路旁设置避雷线来防止雷电直接击中导线，并且能够有效降低流经杆塔的雷电流。
- **降低杆塔接地电阻**：通过改善接地装置的设计或使用特殊材料来降低杆塔的接地电阻，从而减少雷击时的电位升高。
- **增加耦合系数**：通过优化避雷线的位置或使用特殊设计来提高耦合系数，进而降低感应过电压。
电力系统的防雷保护是一项复杂的工程任务，需要综合运用多种技术和措施来确保电力系统的安全运行。通过对输电线路的感应雷过电压、直击雷过电压、耐雷水平、雷击跳闸率以及防雷措施的深入研究和实践，可以有效提升电力系统的抗雷击能力，保障电力供应的安全性和可靠性。
