输电线路防雷保护分析.ppt

输电线路的雷闪过电压及其防护 衡量指标 耐雷水平和雷击跳闸率 耐雷水平 雷击线路时 线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值 雷击跳闸率 每100km线路每年由雷击引起的线路跳闸次数 防雷的原则及措施 防止雷击导线防止避雷线受雷击后引绝缘闪络防止雷击闪络后建立工频短路电弧防止线路中断供电 一 输电线路的感应雷击过电压 1 无避雷线时当雷击点离开线路的距离大于 米时 导线上的感应雷过电压最大值按下式计算 感应电压一般不超过500kV 对35kV及其以下的水泥杆线路可能会引起闪络事故 对110kV及其以上线路 由于线路绝缘水平较高 所以一般不会引起闪络事故 二 有避雷线时 K为避雷线与导线间的耦合系数 线间距离愈近 耦合系数K就愈大 由于避雷线的屏蔽作用 可使导线上的感应电压降低 三 雷击线路杆塔Ugd ahda为感应过电压系数 kV m 数值为IL 2 6有避雷线时 二 输电线路的直击雷过电压1 雷直击导线时的过电压作用于线路绝缘上的电压最大值Ug 100I 用绝缘的50 冲击闪络电压U50 代替Ug 那么IL就能代表引起绝缘闪络的雷电流幅值 通常称为线路在这情况下的耐雷水平 IL U50 100绕击率 对平原地区 对山区地区 山区的绕击率为平原的3倍 或保护角增大80减少绕击率 减小保护角 降低杆塔高度 2 雷击杆顶时的过电压雷击杆顶的耐雷水平 绕击率 雷电绕过避雷装置而击于被保护物体的现象 规程推荐的保护范围是对应0 1 绕击率而言 三 输电线路的防雷措施1 3 10kV线路防雷保护不架设避雷线 可利用水泥杆的自然接地 为提高供电可靠性可投入自动重合闸 在雷电特别强烈地区可因地制宜采用高一电压等级的绝缘子 或顶相用针式两边改用两片悬式绝缘子 也用采用瓷横担 以提高线路的绝缘水平 对特殊用户应用用环形供电或不同杆双回路供电 必要时改为电缆供电 2 35kV线路防雷保护一般不装设避雷线 进变电站 电站 1 2km设置避雷线为进线段保护 采用小接地系统运行 若线路长电容电流大则经消弧线圈接地 装设自动重合闸 环网供电 3 110 500kV线路防雷保护110kV线路一般沿全线架设避雷线 在雷电活动特别强烈地区 宜架设双避雷线 其保护角取200 在少雷区或运行经验证明雷电活动轻微的地区 可不全线架设避雷线 但应装设自动重合闸装置 习题 某厂有两个原油罐 一个高为12米 直径为6米 另一个高10米 直径10米 两油罐的净距为16米 试设计采用单支避雷针保护的最佳方案 并绘出避雷针的平面保护范围 习题 某变电站内有两根等高避雷针 高度为25米 针间距离为45米 某被保护物位于两针之间 被保护物高度为11米 试计算避雷针在被保护物高度水平面上的保护范围 发电厂 变电所的防雷 发电厂 变电所的雷害事故来源 一是雷击于发电厂 变电所的导线或设备 防护措施是采用避雷针或避雷线二是雷击线路后沿线路向发电厂 变电所传来的雷电波 防护措施是装设氧化锌避雷器 以限制流过避雷器的雷电流和限制入侵雷电波的陡度 一 直击雷保护原则 所有的被保护设备均应处于避雷针的保护范围之内 以免遭受雷击 当雷击避雷针时 雷电流通过避雷针入地 使避雷针对地电位升高 此时应防止避雷针至被保护设备发生反击 二 变电所的进线保护 如无避雷线 当雷击于变电所附近线路的导线上时 沿线路入侵流经避雷器的雷电流可能超过5kA 且陡度也可能超过允许值 因此在靠近变电所的一段进线上 必须装设避雷线 称为进线段保护 三 三绕组变压器和自耦变压器的雷闪过电压保护 三绕组变压器的保护一般在低压绕组任一相的直接出口处加装一只避雷器 2 自耦变压器的防雷保护考虑各种运行方式下 如高低绕组运行 中压开路 这时中压侧套管与断路器之间装设一组避雷器 高压侧开路时 中压侧来波 高压侧感应kU电压 这时高压侧套管与断路器之间也应加装一组避雷器 3 变压器中性点保护三相同时进波时 中性点不接地的变压器中性点电位可能达到绕组端电压的2倍 所以中性点需保护 110kV及上变压器中性点加装Y1W或Y1 5W系列的氧化锌避雷器保护中性点绝缘 4 配变变压器的防雷保护三点共同接地 避雷器的接地引下线 配变外壳 低压绕组的中性点连接在一起 逆变换 解决方法 低压侧某一相装设一只避雷器 四 旋转电机的防雷保护直接与架空线相连的旋转电机称为直配电机 1 旋转电机防雷保护的特点电机的绝缘裕度小 为了保护匝间绝缘 必须将入侵波陡度限制在5kV S以下 60000kW以上的发电机不允许与架空线直接要连 作用电压类型 一是与电机相连的线路上的感应雷过电压 二是雷直接击于与电机相连的架空线而引起的过电压 2 防雷措施1 在每台发电机出线的母线处装设一组电站型氧化锌避雷器 以限制侵入波幅值2 在发电机电压母线上装设电容器 以限制侵入波陡度 从而保护电机匝间绝缘及中性点绝缘 同时降低了感应过电压 3 进线段保护 电力系统内部过电压及其限制措施 内部过电压 由于断路器的操作或故障 使系统参数发生变化 引起电磁能量的转化或传递 在系统中出出过电压 这种过电压称为内部过电压 一般持续时间在0 1S内的过电压称为操作过电压 持续时间长的过电压则称为暂时过电压 能量来源 电网本身 5 1电力系统工频过电压 什么叫工频过电压 指频率为工频或接近工频时 电压升高可能在正常或故障时产生 幅值超过最大工作相电压 持续时间的变化范围很大 影响 1 伴随着工频电压升高而同时发生的操作过电压却会达到很高的幅值 所以工频电压升高将直接影响操作过电压的幅值 2 工频电压升高是决定保护电器工作条件的重要因素 3 工频电压升高使断路器操作时流过其并联电阻的电流增大 4 工频电压升高持续时间长 常见类型 空载线路电容效应引起的电压升高 不对称短路时正常相上的工频电压升高甩负荷引起发电机加速而产生的电压升高 一 空载线路电容效应引起的电压升高电容效应 在无负载电流的情况下 回路中流过容性电流 于是线路末端将有较大的电压升高 即空载线路末端电压恒比首端电压高 且线路越长 末端电压越高 这种现象称为长输电线路的电容效应 又称为费兰梯效应双电源的线路中 合闸时电源容量大的一侧先合闸 从电源容量小的一侧先分闸 二 不对称短路引起的工频电压升高对于中性点不接地系统 当单相接地时 健全相的工频电压升高约为线电压的1 1倍 因此 在选择避雷器时 灭弧电压取110 的线电压 称为110 避雷器对中性点经消弧线圈接地系统在过补偿时 单相接地时健全相上电压接近线电压 因此在选择避雷器灭弧电压时 取100 的线电压 称为100 避雷器对中性点直接接地系统单相故障接地时 健全相电压约为0 8倍线电压 对于该系统避雷器的最大灭弧电压取为最大线电压的80 称为80 避雷器 三 甩负荷时引起的工频电压升高 四 工频电压升高的限制措施1 利用并联电抗器补偿空载线路的电容效应2 利用静止补偿装置 SVC 限制工频过电压3 采用良导体地线降低输电线路的零序阻抗 电力系统的操作过电压 操作过电压 是由系统中断路器操作中各种故障产生的过渡过程引起的 特点 幅值高 存在高频振荡 强阻尼 持续时间短的特点 常见类型 空载线路合闸过电压 切空载线路过电压 切空载变压器过电压及中性点不接地系统弧光接地过电压 一 空闸线路合闸过电压及其限制措施 计划合闸合闸瞬间电源通过电感向电容充电 充电过程是无阻尼的振荡过程 振荡频率 电容上电压值为 最严重情况 E值为最大值 当t 0时 为2Emax 2 自动重合闸最严重情况 重合闸时电源电压恰好与线路残余电压反极性 并且为峰值Em 则重合闸时的过渡过程中最大过电压为 3 影响因素1 合闸相位2 残余电荷3 断路器合闸的不同期4 回路耗损5 电容效应 4 限制过电压的措施1 降低工频电压升高2 断路器触头并联电阻3 消除线路上的残余电荷4 装设避雷器 二 切除空载线路过电压及其限制措施主要原因 电弧重燃影响因素 断路器的性能 电网中性点的运行方式 接线方式的影响 电晕的影响 线路侧的电磁式电压互感器限制措施 选用灭弧能力强的快速断路器采用带并联电阻的断路器 三 切除空载变压器过电压原因 开关突然截断了电感中的电流截流电压最大值为 ZT为变压器的特性阻抗影响因素 断路器的性能 变压器的特性阻抗限制的措施 在变压器的任一侧装设一组普通阀式避雷器 四 弧光接地过电压及其限制措施电弧接地过电压 中性点不接地的电网 如果发生单相金属性接地 将引起健全相的电压升高到线电压 如果单相通过不稳定的电弧接地 即接地点的电弧间歇性熄灭和重燃 则在电网健全相和故障相上都会产生过电压 1 电弧接地过电压发展的物理过程建全相的最大过电压为 3 5U 故障相最大过电压为2U 在实际情况下 由于过渡过程的衰减 残余电荷的泄漏以相间电容的限压作用 燃弧相位不等等原因 过电压值应低些 2 限制过电压的措施产生原因 电网产生间歇性电弧 中性点有电位偏移 解决方法 将中性点直接接地 使发生单相接地故障时形成单相短路电流 将线路断开 待故障消除后恢复供电流 中性点采用经消弧线圈接地消弧线圈的基本作用 1 补偿流过故障点的短路电流 使电弧自行熄灭 系统自行恢复正常工作状态 2 降低故障相上的恢复电压上升速度 减小电弧重燃的可能性 补偿方式 过补偿 5 3电力系统谐振过电压 谐振 振荡系统中的一种周期性的或准周期性的运行状态 其特征是某一个或几个谐波幅值的急剧上升 特点 是一种稳态现象 不仅会在操作或事故的过渡过程中产生 而且还可能在过渡过程结束后较长时间内稳定存在 直到发生新的操作 谐振条件受到破坏为止 持续时间长 后果严重 类型 线性谐振 铁磁谐振 参数谐振 一 线性谐振特点 电路中的参数是常数 不随电压或电流的变化而变化 当自振频率与电源频率相等时 回路的感抗等于容抗时出现线性谐振 此时过电压最大 其电压倍数 自振频率 解决方法 在设计或运行时避开谐振范围 二 参数谐振过电压特点 系统中某些元件的电感参数在外界因素的影响下发生周期性变化 当接有电容性负载 参数配合不当 就可能发生参数谐振 1 谐振所需的能量由改变参数的原动机供给 不需要单独的电源 同时只要回路中具有某些残余的电场或磁场能量 就足以使谐振的发生和发展 2 实际电网中存在一定的电阻 因此要求每次变化所引入的能量必须足够大 才能在补偿电阻能量损耗外 还使回路中的储能愈积愈多 促使谐振的进一步发展 影响 威胁电气设备的绝缘和损坏避雷器 而且使电机与其他电源不能实现并列运行 解决方法 发电机投入运行之前 进行自激校核 三 铁磁谐振过电压特点 电力系统的振荡回路中 由于铁芯电感的磁路饱和引起本身电感值发生变化 因而激发起持续性的较高幅值的铁磁谐振过电压 可以是基波 高次谐波谐振 也可是分次谐波谐振 影响 单相 两相或三相对地电压升高 或低频摆动引起避雷器爆炸 也可能产生高值零序电压分量 出现虚幻接地和不正确的接地指示 或在电压互感器上产生过电流 引起FU熔断等现象 产生谐振的必要条件 只有满足以上条件 伏安特性曲线UL和UC才有可能相交 即 当满足以上条件在电感未饱和时电路的自振频率低于电源频率 当谐振时线圈中的电流增加 电感值下降 使回路自振频率正好等于或接近电源频率 回路中元件的压降和电源电势平衡的条件可得 在一定的电势E作用下 可能有三个平衡点 据分析 铁磁谐振回路在稳态时可能有两个稳定的工作状态 1 非谐振工作状态a1点 回路中的UL UC 整个回路属于电感性的 这时作用在电感和电容上的电压都不高 不会产生过电压 2 谐振工作状态a3点 这时UL UC 回路是电容性的 此时不仅回路电流较大 而且在电容和电感上都会发生较大的过电压 当存在两个工作点时 若电源电势没有扰动 则只能处在a1点为建立起稳定的谐振点 回路必须经过强烈的过渡过程 如电源突然合闸等 这种需要经过过渡过程来建立谐振的现象称为铁磁谐振的激发 存在现象 当电势E由零逐渐增加时 回路的工作点将由O点逐渐上升到m点 然后突变到n点 回路电流将由感性突变成容性 这种回路电流相位发生1800的突变称为相位反倾现象 同时回路电流及电容和电感上的电压将突然的大幅度的提高 特点 1 对铁磁谐振电路 在相同的电源电势作用下 回路可能有不只一种稳定的工作状态 2 非线性铁磁特性是产生铁磁谐振的根本原因 但铁磁元件饱和效应本身也限制了过电压的幅值 3 谐振的必要条件是 电感和电容的伏安特性曲线有交点 即 4 由于谐振回路的电感不是常数 在同样的回路中即可产生谐振频率等于电源频率的基波振荡 也可能产生倍频谐振和分频谐振 具有各谐波的可能性 解决办法 1 选择励磁特性好的电压互感器或改用电容式电压互感器 2 在电压互感器开口三角 形绕组中短时接入阻尼电阻 或在电压互感器一次绕组中性点接入电阻以阻尼振荡 3 可在10kV及以下电压等级母线上装设一组三相对地电容器 或利用电缆代替架空线以增