13 防雷及过电压保护(电力系统).ppt

全国注册电气工程师考试 供配电专业部分 1了解电力系统过电压的种类和过电压水平 2熟悉交流电气装置过电压保护设计要求及限制措施 3掌握建筑物防雷的分类及措施 4掌握建筑物防雷设计的计算方法和设计要求 13防雷及过电压保护 1 系统运行中出现于设备绝缘上的电压 1 系统运行中出现于设备绝缘上的电压有 a 正常运行时的工频电压 b 暂时过电压 工频过电压 谐振过电压 c 操作过电压 d 雷电过电压 13 1电力系统过电压的种类和过电压水平 2 相对地暂时过电压和操作过电压的标么值如下 a 工频过电压的 b 谐振过电压和操作过电压的 注 Um为系统最高电压 系统最高电压的范围 a 范围 3 6kV Um 252kV b 范围 Um 252kV 电力系统内部的过电压主要有 1 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 2 操作过电压 由于电网内开关操作引起的过电压 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 2 电器设备在运行中承受的过电压 3 电力系统的过电压水平 1 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和35kV 66kV系统 一般分别不超过和 2 系统的操作过电压水平相对地110kV中性点直接接地 3 0p u 66kV及以下中性点不接地或低阻抗接地 4 0p u35kV及以下中性点低阻抗接地 3 2p u相间3 110kV系统是相对地操作过电压的1 5倍 13 2交流电气装置过电压保护设计要求及限制措施 放电开始时 微弱发光通道以107 108cm s的平均速度以断续脉冲形式向地面伸长 这一阶段称为先导放电 当先导到达地面或与迎面先导会合后 就开始从地面向雷云发展的主放电阶段 在主放电阶段中 雷云与大地之间所聚焦的大量电荷发生强烈 中和 放出能量 发出强烈的闪光和震耳的雷鸣 主放电持续时间约为50 s 100 s 雷电放电过程 随后进入持续时间为0 05s 0 15s的间歇阶段 雷云中的残余电荷经原先的主放电通道向地面传播 形成余辉阶段 在第一次放电过程完成之后 还可能发生第二次或随后多次的放电 这是因为雷云中存在着多个空间电荷聚焦中心 1 雷电日与雷电小时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 雷电参数 我国把年平均雷电日不超过15的地区叫做少雷区 超过15但不超过40地区叫中雷区 超过40不超过90地区叫多雷区 超过90及根据运行经验雷害特殊重地区的叫强雷区 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 雷电参数 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 雷电流与雷电过电压的近似表示 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 雷电流与雷电过电压的近似表示 雷电流与雷电过电压的近似表示 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 雷电流与雷电过电压的近似表示 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 雷电流与雷电过电压的近似表示 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 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 感应过电压 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 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从输电线路 通信光缆 无线天线等金属的引入线引入建筑物内 发生闪击和雷击事故 由于直击雷在建筑物或建筑物附近入地 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系统中的N线 保护接地线或通信系统的地线 以波的形式传入室内 沿着导线的传播方向扩大范围 雷电波的侵入 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 1 雷电过电压及其对保护设计的要求 1 避雷针和避雷线1 单支避雷针的保护范围 雷电及防雷设备 单支避雷针的保护范围 h 30m时 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 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 高度为h的两等高避雷针的保护范围 2 两支等高避雷针的保护范围 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 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 4 单根避雷线在hx水平面上每侧保护范围的宽度 图6 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 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当时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 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 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 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 3 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 应该选用金属氧化物避雷器 范围 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 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表3所列数值 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 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 非线性区和饱和区 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 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 氧化锌避雷器 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 氧化锌避雷器 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 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 氧化锌避雷器 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 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表13 2 7所列数值 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 一般可增大到表13 2 8所列的外间隙最大距离 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 保护间隙的主间隙距离不应小于表13 2 9所列数值 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 辅助间隙的距离可采用表13 2 10所列数值 a 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 1 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 输电线路的防雷保护 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 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 2 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 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 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 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 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 变电所遭受的雷害有 直击雷雷电波侵入主要的保护措施 避雷针 避雷线避雷器 变电所的防雷保护 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 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 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 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 l 式中h 避雷线支柱的高度 m l 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 0 2Ri 0 1 h l 式中 避雷线分流系数 l 避雷线上校验的雷击点与最近支柱间的距离 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 l m l 避雷线两支柱间的距离 m t 雷电流波头长度 一般取2 6 s 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 3 Rie 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10 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1000 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 66kV的配电装置 允许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500 m的地区 宜装设独立避雷针 35kV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针 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350 m时 不允许装设避雷针 避雷线 如不大于350 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 2 变电所的进线段保护 避雷器 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表12 2 4的要求 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 如电缆长度超过50m 且断路器在雷季可能经常断路运行 应在电缆末端装设排气式避雷器或阀式避雷器 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表13 2 1或表13 2 2的参考值时 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 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表13 2 1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表13 2 2确定 对其他电器的最大距离可相应增加35 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5 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 小于3150kVA变电所的简易保护 a 采用避雷线保护的接线 b 不采用避雷线保护的接线 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 小于3150kVA分支变电所的简易保护 a 分支线较短时的保护接线 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14无电缆段进线的GIS变电所保护接线 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 66kV50m110kV及220kV130m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 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 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 三绕组变压器的防雷保护 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表13 2 3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 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 自耦变压器的防雷保护 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 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 变压器中性点保护 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 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 配电系统的雷电过电压保护 2 3kV 10kVY 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10 装设在架空线路上的电容器宜装设阀式避雷器保护 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 旋转电机的雷电过电压保护 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 工频电压升高包括 1 突然甩负荷引起的工频电压升高 2 空载线路末端的电压升高 3 系统不对称短路时的电压升高 电力系统工频过电压 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 同时 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 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 2 空载线路末端的电压升高线路越长 电感 电容越大 线路常数越小 空载线路末端电压也就越高 这也就是常说的长线路的电容效应 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 特别对500kV线路 连同电抗器一起充电 是限制其末端电压升高的有效手段 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 常见的操作过电压有 1 切除空载线路引起的过电压 2 切除空载变压器的过电压 3 电弧接地过电压 4 电感性负载的拉闸过电压 5 空载线路合闸时的过电压 电力系统操作过电压 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 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 的开关并联电抗器采用专门的磁吹避雷器 2 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 3 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 4 电感性负载的拉闸过电压当切除电感性负载时 由于断路器强制熄弧 随着电感电流的遮断 电感中的磁能将转为静电能 出现过电压 5 空载线路的合闸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 a 对工频过电压应采取措施加以降低 一般主要采用在线路上安装并联电抗器的措施限制工频过电压 在线路上架设良导体避雷线降低工频过电压时 宜通过技术经济比较加以确定 系统的工频过电压水平一般不宜超过下列数值 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 b 对范围 中的110kV及220kV系统 工频过电压一般不超过1 3p u 3kV 10kV和35kV 66kV系统 一般分别不超过和 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 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 电力系统中具有许多非线性铁心电感元件 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 铁磁谐振 参数谐振三种类型 电力系统谐振过电压 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 又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 2 非线性谐振 铁磁谐振 铁磁谐振过电压 可以是基波谐振 可以是高次谐波谐振 也可以是分次谐波谐振 铁磁谐振过电压可以在3 500kV的任何系统中甚至在有载长线的情况下发生 过电压幅值一般不超过1 5 2 5倍的系统最高运行相电压 个别可达3 5倍 谐振过电压持续时间可达十分之几秒以上 不能用避雷器限制 铁磁谐振过电压表现形式可能是单相 两相或三相对地电压升高 或以低频摆动 或产生高值零序电压分量 常见的发生铁磁谐振过电压的情况有 1 各相不对称断开时的过电压2 配在中性点绝缘系统中 电磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压3 开关断口电容与母线PT之间的串联谐振过电压4 传递过电压 1 各相不对称断开时的过电压线路只断开一相或两相的情况叫作不对称断开 当线路末端接有中性点绝缘的空载或轻载变压器时 不对称断开可能引起铁磁谐振过电压 若变压器中性点直接接地 则不会产生此种类型的过电压 2 在中性点绝缘系统中 电磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压电压互感器通常接在变电所或发电机的母线上 其一次侧绕组接成星形 中性点直接接地 因此各相对地励磁电感与导线对地电容之间各自组成独立的振荡回路 并可看成是对地的三相负荷 在正常运行条件下 三相对地负荷是平衡的 电网的中性点处在零电位 当电网发生冲击扰动时 可能使一相或两相的对地电压瞬间提高 使得相互感器的励磁电流突然增大而发生炮和 其等值励磁电感相应减小 这样 三相对地负荷变成不平衡了 中性点就发生位移电压 结果可能使一相对地电压升高 另外两相则降低 也可能使两相对地电压升高 另一相降低 一般后者常见 这就是基波谱振的表现形式 3 开关断口电容与母线P