高电压技术讲义第六章.pptVIP

第六章 发电厂和变电所的防雷保护 内容提要： 1、发电厂和变电所的直击雷防护 2、避雷器的保护作用 3、变电所的进线保护 4、配电变压器的防雷保护 5、直配电机的防雷 前 言 发电厂、变电所是电力系统的重要组成部分， 如发生雷击事故，可能会使变压器及其他电器 等主要设备发生损坏，造成大面积停电，严重 影响国民经济和人民生活，因此，对发电厂、 变电所的防雷保护，必须十分可靠。 发电厂和变电所的雷害来源于两方面：一是雷 电直击，另一是雷击线路后沿线路向发电厂、 变电所传来的入侵波。 发电厂、变电所直击雷防护的措施常采用避雷 针（线），入侵波的防护采用阀型避雷器，同时 辅之以相应的措施，以限制流过避雷器的雷电流 和降低入侵波的陡度。 据统计，我国35kV和110-220kV变电所由于入侵 波而引起的事故率分别为0.67次/百所年和0.5次/ 百所年，直配电机的雷击损坏率约为1.25次/百所 年。 6.1 发电厂、变电所直击雷保护 1、所有被保护设备均 应处于避雷针的保护 范围之内。 2、为了防止反击，避雷 针距离被保护设备空气 中距离不小于5米；避雷 针的接地装置与被保护 物的接地装置在土壤中 距离不小于3米。分析 发电厂、变电所架设避雷针的原则： 分析 Ud=iLRch 设雷电流的幅值为150kA，雷电流 陡度 ，避雷针的电感 L0=1.7uH/m，则： 若取空气和土壤的冲击放电电压均为每米 500kV，则避雷针在空气中与被保护物之间应 保持 避雷针的接地装置与被保护物的接地装置之间 应保持 一般情况下，避雷针接地电阻为10欧，高度要 在几十米，所以空气中距离取5米，土壤中取3 米。 反击被认为是避雷针的主要缺点之一。在 建筑物防雷设计规范（GB50057-1994）中 给出了不同类建筑物与避雷针之间为防反击 所需的距离的求解公式。在电力系统，空气 中避雷针与被保护物之间的距离要求不小于 5m，土壤中，避雷针的接地装置与被保护物 的接地装置之间的距离要求不小于3m。当受 现场条件限制满足不了安全净距的要求时， 可以将避雷针的接地装置与被保护物的接地 装置进行等电位联结。 3、对于35kV及以下的变电所，因其绝缘水平较低 ，故不允许将避雷针装在配电构架上，以免发生 反击，需架设独立避雷针并满足不发生反击的要 求。 4、发电厂厂房上一般不设避雷针，以免发生反 击事故和引起继电保护误动作。 110kV及以上的变电所可以将避雷 针装设在配电装置的构架上。但避 雷针的配电构架应装设辅助接地装 置，此接地装置与变电所接地网的 连接点距主变压器接地装置与变电 所接地网的连接点之间的距离不小 于15米。 我的构架上不 能设避雷针！ 如图一陡度为30kV/us的无限长斜角波从 一条波阻抗Z=300欧的半无限长架空线路 上传来，A、B两点间距300米，B点开路 ，A点管型避雷器的放电电压为120kV， 求FT动作时B点电压及A、B两点最大电 压。 TAB=1us，2 us后有反行波从B点返 回。反行波与前行波极性和波形相 同。所以有： 230+2t30=120 得到t=1us,即3us时避雷器动作， 此时B点电压为120kV， B点最大电 压为2 90=180kV，A点最大电压 为120kV。 6.2 发电厂和变电所对侵入波的防护 对避雷器的基本要求是：先于被保护物 放电，并能可靠灭弧。 避雷器与被保护物 之间最好零距离， 但从成本上考虑， 变电所中是在母线 上加装一组避雷器 ，此时避雷器是有 保护范围的。 t=l/v时刻 uA=a,uB=0；前行波到达B点发生全反 射； t=2时刻 uA=2a,uB=2a；反行波回到A点,A点 电压按UA=at+a(t-2)=2a(t-)变化； 设变压器入口电容很小，相 当于开路 所以、变压器上承担的最大电压2at0等于避 雷器的残压2a(t0-)与2a的和，即： t=t0 时刻避雷器放电，A点电压为2a(t0-),令 它等于5kA下避雷器的残压Ub5。前行波在A 点电压是at0,此电压到达B点后发生全反射， 是变压器上出现的最大电压，等于2at0。 实际上由于变电所具体接线的复杂性以及各设备 具有对地电容存在，避雷器与变压器之间的连线 也有电感，使避雷器动作后在避雷器与变压器之 间的波过程复杂化。 这是由于避雷器放电时产 生的的负电压波在避雷器 与变压器之间多次反射所 引起的。此时，变压器上 的波形与全波相差很大， 对变压器绝缘的作用接近于截断波。因此常以 变压器绝缘承受截断波的能力来说明变压器承 受雷电的能力，变压器承受截断波的能力称为 多次截波耐受电压uj。 变压器要得到保护，其多次截波耐受电压应该高 于此电压，即： 额定 电压 变压器三次 波耐受电压 变压器多次 波耐受电压 FZ型避 雷器ub5 FCZ型避 雷器ub5 35 110 220 330 225 550 1090 1300 196 478 949 1130 134 332 664 108 260 515 820 分析 为了保证设备安全，必须限制避雷器的残压，也就 是限制流过避雷器的雷电流不超过5kA，同时也必须 限制入侵波的陡度和设备离开避雷器的距离。 在入侵波陡度一定时，避雷器与变压器之间的距 离有一极限值，超过此值，变压器上受到的冲击 电压将超过其冲击耐压，避雷器对变压器起不到 保护作用，此值称为避雷器的最大保护距离或称 保护范围。 6.3 变电所进线的保护 为了限制流经避雷器的雷电流和限制入侵波的 陡度，变电所需采用进线保护接线。 一、35及以上变电所的进线段保护 对于35110kV无避雷线的线路，当雷击于变电 所附近线路的导线上时，沿线入侵流经避雷器 的雷电流可能超过5kA，而且陡度也可能超过 允许值，因此对对于35110kV无避雷线的线路 ，在靠近变电所的一段进线上，必须架设避雷 线，在进线段内出现雷电波的概率大大减小， 保证雷电波只能在进线段以外出现。架设避雷 线的这段进线称为变电所进线保护段 1）阀型避雷器的作用：保护全所设备 2）避雷线作用：避雷线保护角很小，在进线段内不发 生绕击，雷击于进线段以外的导线上时，导线自身电 阻将消耗入侵波能量，来限制入侵波幅值。 3）管型避雷器1：限流。 4）管型避雷器2：保护开关。 1、未沿全线架设避雷线的进线段保护 二、全线架设避雷线的变电所进线段保护 三、35kV小容量变电所的简化进线保护 四、用电抗线圈代替进线段的保护接线 6.4 三绕组变压器和自耦变压器的防雷保护 一、三绕组变压器的防雷保护 三绕组变压器在正常运行时，有时存在只有高 、中压绕组工作、低压绕组开路的运行情况。 此时若高压绕组或中压绕组有雷电波入侵时， 由于低压绕组对地电容较小，开路的低压绕组 上静电感应分量可达到很高的数值，将危及低 压绕组绝缘。考虑到静电感应分量将使低压绕 组三相电位同时升高，故为了限制这种过电压 ，只要在低压绕组任一相的直接出口处加装一 只避雷器即可。 中压绕组也有开路的可能，但其绝缘水平较 高，一般不加设避雷器。 二、自耦变压器的防雷保护 1、高低压运行、中压开路 可能引起中压侧 套管闪络！ 2、中低压绕组运行、高压开路 可能使高压 侧套管闪络 ！ 3、高中压绕组之间绕组的防雷保护 当高压侧带有出 线，中压侧有行 波入侵时，AA 之间绝缘上有很 高的电压。 当中压侧带有出 线，高压侧有行 波入侵时，AA 之间绝缘上也有 很高的电压。 变比越小越危险 ！ 当K小于 1.25时,AA 之间也需要 加避雷器! 三、变压器中性点的防雷保护 变压器中性点是否需要保护,应视其对地绝缘 而定。中性点对地绝缘水平分中性点的绝缘 水平等于绕组首端的绝缘水平的全绝缘和中 性点的绝缘水平小于绕组首端的绝缘水平的 分级绝缘两种。 中性点不接地或经消弧线圈接地的系统，变压 器是全绝缘的，中性点一般不需保护。其原因 是三相进波的概率很小，且大多数波来自线路 远处，其陡度很小，对绕组的威胁较弱。同时 由于变电所进线不止一条，非雷击的进线起了 分流作用，变压器绝缘也有一定裕度等原因， “规程”规定35-60kV变压器中性点不需保护。 对于中性点接地系统，为了减少单相接地短路电 流，其中部分的变压器的中性点是不接地的。在 这样的系统中，变压器的中性点往往是分级绝缘 的，例如：110kV、220kV、330kV变压器中性点 绝缘分别是35kV、110kV和154kV，这时，中性点 需要保护。 1、避雷器的冲击放电 电压要低于中性点的冲 击耐压。 2、避雷器的灭弧电压 要高于电网单相接地时 中性点的电压升高。 6.4 配电变压器的防雷保护 一、三位一体接线 100kVA及以上的变压器工频接地电阻不大于4欧 ，小于100kVA的变压器工频接地电阻不大于10 欧 二、逆变换过电压 对于Y、yn0接线的配变，如果在低压侧未装避雷器 保护，当高压侧受到雷击时，高压侧避雷器动作， 经过避雷器会有雷电流流入大地，在接地电阻上产 生压降I2R。这个电压降也同时作用在低压侧的中 性点上，但此时低压侧出线相当于经过线路波阻抗 接地，因此这个压降I2R大部分加在变压器低压绕 组上。由于电磁感应，在高压绕组上将出现I2R乘 变比的过电压。由于高压绕组出线端的电位受避雷 器固定，因此这个电压沿高压绕组分布，且在中性 点上达到最大值，所以在中性点附近绝缘可能发生 击穿，这种现象称为逆变换过电压。 三、正变换过电压 对于郊区农村的配电，由于低压出线较长，且 多没有建筑物的屏蔽，故低压线路易受雷击。 若配变低压侧未加装避雷器保护，当雷电流由 低压侧入侵时，由于低压侧中性点是接地的， 低压绕组将有雷电流通过并产生磁通，通过电 磁感应，按变比在高压侧感应电势，高压绕组 出现高电压，称为正变换过电压。由于低压侧 绝缘裕度比高压侧大，一般低压侧不易损坏， 而使高压侧绝缘击穿。 6.5 旋转电机的防雷保护 一、旋转电机防雷保护的特点 1、由于结构和工艺上的特点，在相同电压等级 的电气设备中，旋转电机的绝缘水平是最低的， 它的主绝缘冲击系数近于1。 旋转电 机和变压 器的冲击耐压值（有效值kV） 电机额定电压电机出厂工 频耐压 电机出厂 冲击耐压 同级变压 器出 厂冲击耐压 FCD避雷器3kA 下残压 10.5 13.8 15.75 2ue+3 2ue+3 2ue+3 34 43.3 48.8 80 108 108 31 40 45 2、保护旋转电机用的磁吹避雷器的保护性能与电 机绝缘水平的配合裕度很小，电机出厂冲击耐压 值只比避雷器的残压高8%10%左右。 二、旋转电机防雷保护的基本思路 1、对于旋转电机的防雷保护，应根据发电机的容 量、重要性、以及当地雷电活动情况，因地制宜 采取一定的防范措施。考虑到对直配电机的防雷 保护还不能达到十分完善的地步，有关“规程”规定 60000kW以上的发电机不允许与架空线路直接相连 。 2、为保护匝间绝缘，必须将入侵波的陡度限制在 5kV/us以下。 3、一般来说发电机绕组的中性点是不接地的，入 侵波陡度降至2kV/us以下时，中性点的过电压将 不会超过相端的过电压。 4、直配电机的大气过电压有两种：一种是与 电机相连的架空线路上感应雷过电压；另一种 是雷直击于与电机相连的架空线路而引起的过 电压，其中感应雷出现的几率比较多。 三、直配电机的防雷措施 1、每台发电机出线的母线处加装一组FCD型磁吹 避雷器，以限制入侵波的幅值，同时采取进线保 护措施以限制流过避雷器的雷电流不超过3kA。 2、在发电机电压母线上加装电容器，以限制入侵 波的陡度，从而保护电极匝间绝缘和中性点绝缘 ，同时也降低了感应过电压。 3、采用进线段保护。 电机保护原理接线图： 1、FCD避雷器：旋转 电机防雷主保护； 2、并联电容：计算表 明，每相电容为 0.250.5uF时，即能 满足限制入侵波陡度 在2kV/us的要求，也 能满足限制感应雷