发电厂和变电站的防雷保护.ppt

第7章 发电厂和变电站的防雷保护,发电厂、变电所雷电过电压的来源及危害 发电厂、变电所的直击雷防护 发电厂、变电的侵入波过电压防护,发电厂和变电所雷电过电压来源及危害,雷直击发电厂和变电所 雷击输电线路产生的过电压沿线路侵入发电厂和变电所 造成大面积停电。发电机、变压器等主要电气设备的内绝缘大都没有自恢复的能力,过电压防护的主要措施,防止直击雷过电压的主要措施是装设专门的避雷针或悬挂避雷线。 对雷电侵入波过电压防护的主要措施是在发电厂、变电站内装设避雷器，同时在线路进线段上采取辅助措施。,7.1 直击雷过电压的防护,按照安装方式的不同，可将避雷针分为独立避雷针和装设在配电装置构架上的避雷针两类。 独立避雷针：用于35kV以下系统（因为该电压等级的设备绝缘水平较低，易反击） 构架避雷针：用于110kV以上系统（因为该电压等级的设备绝缘水平较高，不易反击），但变压器构架上不允许装设避雷针。,对于35kV及以下的配电装置，因绝缘水平低，为避免反击应架设独立避雷针，其接地装置与主接地网分开埋设。,独立避雷针,独立避雷针离配电构架的距离,避雷针支座上高度为h处的对地电压：,接地装置上的对地电压：,独立避雷针离配电构架的距离,sk0.3Rch+0.1h sd 0.3Rch,在一般情况下， sk不应小于5m， sd不应小于3m。,要求：,为了防止避雷针与被保护的配电构架或设备之间的空气间隙Sk被击穿而造成反击事故；为了防止避雷针接地装置和被保护设备接地装置之间在土壤中的间隙Sd被击穿：,7.2、变电所内避雷器的保护作用,7.2、变电所内避雷器的保护作用,装设避雷器是变电所对入侵雷电过电压波进行防护的主要措施，它的保护作用主要是限制过电压波的幅值。但是还需要有“进线段保护”与之配合。 避雷器的保护作用基于三个前提： 它的伏秒特性与被保护绝缘的伏秒特性有良好的配合; 它的伏安特性应保证其残压低于被保护绝缘的冲击电气强度; 被保护绝缘必须处于该避雷器的保护距离之内。,变压器在冲击电压作用下可等值为一个电容（称为入口电容），一般可以不计，认为输电线路在此开路。 避雷器动作前： 变压器（也是避雷器）上电压： 避雷器动作后：,一、避雷器与被保护设备连接一点的情况,变压器（也是避雷器）上电压有两个峰值： Uch ：避雷器冲击放电电压; Ubm：避雷器残压的最大值 两个峰值Uch和Ubm基本相同,避雷器的伏安特性ub = f(ib)和伏秒特性uf = f(t) 为已知，则用作图法求取变压器上的电压。,一般情况下，避雷器的冲击放电电压与避雷器的残压基本相同，所以在防雷保护分析中可将避雷器上的电压ub看作是一幅值为避雷器残压的斜角平顶波。幅值为5KA时的残压Ub.5.,若入侵雷电波为斜角波， 即u=at，则避雷器的作用 相当于在避雷器放电时刻tp 在避雷器安装处产生一 负电压波-a(t-tp),2.避雷器和保护物之间有一定的距离时的情况,避雷器动作后，由于波在1、2间发生折、反射，使得设备绝缘上出现高于避雷器端点的电压。,2.避雷器和保护物之间有一定的距离时的情况,多次折反射问题，网格法分析,斜角平顶波,被保护绝缘与避雷器间的电气距离越大、进波陡度a越大，电压差值 也就越大。,避雷器的保护距离,若被保护设备上受到的最大冲击电压值Uim小于设备本身的冲击耐压值Uj，则设备不会发生雷害事故，即 UjUim = Ub.5+ 2al / v 所以避雷器的最大保护距离为,Ub.5：幅值为5KA时的残压,避雷器具体安装点选择原则：“确保重点、兼顾一般”。在诸多的变电设备中，需要确保的重点无疑是主变压器，应尽可能把阀式避雷器装得离主变压器近一些。,7.3 变电所的进线段保护,进线段保护是指临近变电所l2km的一段线路上加强防雷保护措施。 对于那些未沿全线架设避雷线的35kV及以下的线路来说，首先在靠近变电所(l2km)的线段上加装避雷线； 对于全线有避雷线的110kV及以上的线路，将靠近变电所的一段长l 2km的线路加强防雷措施、提高耐雷水平。 目的是减小进线段内绕击和反击形成侵入波的概率，使侵入变电所的雷电波主要来自进线段以外。,进线段保护的作用： 雷电过电压波在流过进线段时因冲击电晕而发生衰减和变形，降低了波前陡度和幅值； 由于进线段波阻抗的作用，减小了流过避雷器的雷电流。,流过避雷器的冲击电流,Ub阀式避雷器的残压，kV,3 、35KV小容量变电所的简化进线保护,对于35KV小容量变电所，可根据变电所的重要性和雷电活动强度等情况来采取简化的进线保护。 35KV小容量变电所范围小，避雷器距变压器的距离一般在10m以内，侵入波陡度允许增加，故进线长度可以缩短到500600m，为了限制流入变电所阀型避雷器的雷电流，在进线首端可装设一组管型避雷器或保护间隙。,35110KV变电所，若进线装设避雷线有困难或进线段杆塔接地电阻难于下降，不能达到要求的耐雷水平，可在进线的终端杆上安装一组 左右的电抗线圈来代替进线段，此电抗线圈既能限制流过避雷器的雷电流又能限制入侵波陡度。,变压器的防雷保护,一、三绕组变压器的防雷保护,高压侧有雷电过电压波时，通过绕组间的静电耦合和电磁耦合，低压侧出现一定过电压。在任一相低压绕组加装阀式避雷器。,二、自耦变压器的防雷保护,高压侧进波时，应在中压断路器QF2的内侧装设一组阀式避雷器（图中的FV2）进行保护， 中压侧进波时，在高压断路器 QF1的内侧也应装设一组避雷器 （图中的F1）进行保护。 当中压侧接有出线时，还应在AA之间再跨接一组避雷器（图中的FV3）。,自耦变压器典型的保护接线,三、变压器中性点的保护,110kV及以上的中性点有效接地系统 1、中性点为全绝缘时，一般不需采用专门的保护。但在变电所只有一台变压器且为单路进线的情况下，仍需在中性点加装一台与绕组首端同样电压等级的避雷器。 2、当中性点为降级绝缘时，则必须选用与中性点绝缘等级相当的避雷器加以保护，同时注意校核避雷器的灭弧电压 35kV及以下的中性点非有效接地系统,变压器的中性点都采用全绝缘，一般不设保护装置。,7.5 直配电机的防雷保护,从防雷的观点来看，发电机可分为两大类,经过变压器再接到架空线上去的电机，简称非直配电机 直接与架空线相连(包括经过电缆段、电抗器等元件与架空线相连)的电机，简称直配电机,直接与架空线相连的旋转电机（包括发电机、同期调相机、大型电动机等）称为直配电机，因线路上的雷电波可以直接传入电机，故其防雷保护显得特别突出。 直配电机的防雷保护包括电机主绝缘、匝间绝缘和中性点绝缘的保护。 直配电机防雷保护的特点： 电机主绝缘的冲击耐压数值低； 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,直配电机的防雷措施： 避雷器保护：限制侵入波幅值 电容器保护：限制侵入波幅值a和降低感应过电压 电缆段保护（进线段保护）：限制流经避雷器中的雷电流小于3kA（对直配电机以3kA下的残压作为设计标准） 电