配电系统的防雷措施PPT课件

配电线路的防雷保护 一 配电网防雷现状及原因分析 一 配电网防雷现状及原因分析6 10kV配电网无避雷线保护 绝缘水平低 易受直击雷和感应雷的危害 据统计配电网总故障中雷击跳闸80 左右 柱上开关 刀闸 避雷器 变压器 绝缘子等设备遭受雷击损坏 甚至有些配电所10kV线路在雷电活动强烈时全部跳闸 极大影响了供电可靠性和电网安全 通过对架空配电线路的雷击现状分析 来实现架空裸导线和低压架空线路的防雷措施 1 配电网一般靠变电站出线侧和配电变压器高压侧的避雷器保护 线路中缺少避雷线保护而易受雷击 即使这些避雷器动作 较高的雷电过电压也会使线路绝缘子击穿放电 目前6 10kV电网所用避雷器 包括新型氧化锌或老式碳化硅的 带或不带间隙的 较杂 其额定电压 动作电压及其残压差异较大 而配电网又极易由雷电过电压引发弧光接地过电压 可达3 5倍系统最大运行电压 系统最大运行电压约为额定电压的1 05 1 1倍 最高时可达到额定电压的1 15倍 和铁磁谐振过电压 可达3倍最高运行电压 经常导致避雷器爆炸 另外还有些避雷器因质量差而在运行中受潮 或间隙动作后不能可靠熄弧而爆炸 造成电网接地短路事故 2 电网中避雷器接地存在较多问题 受场所限制 相当多配电型避雷器接地电阻超标 达上百欧姆 接地引下线损坏 引下线有些用带绝缘外皮的铝线 内部折断不易发现 两端头连接头易氧化锈蚀 还有些在埋入土中与接地体连接处产生电化学腐蚀甚至断裂 这在环境污秽场所中较为严重 使避雷器等防雷设备形同虚设 3 柱上开关和刀闸处有些未装避雷器保护或仅装在开关一侧 开关或刀闸断开的线路遭雷击时 雷电压将不沿线路传播而是在断开处经全反射后升高1倍 危害开关或刀闸的绝缘甚至击穿 如10kV柱上开关或负荷开关在断开运行位置时很容易被雷击坏的原因所在 在断口出现2倍雷击电压 如安装避雷器后 雷电流可通过避雷器释放 4 为节约线路走廊用地和投资 常用多回路 大多3 4回 也有6 8回 同杆架设 而一旦雷击线路 绝缘子对地闪络并产生较大工频续流 则持续的接地电弧会波及同杆架设的其他回路而同时接地短路 造成同时跳闸 甚至倒杆断线的事故 5 目前大多数配电变压器的防雷保护是只在变压器高压侧装一组避雷器而低压侧不装 这在北方少雷区可行 但在南方多雷区和山区 配变常遭雷击损坏 这主要由反变换 正变换过电压所致 造成线路接地短路并跳闸 正变换过电压示意图 正变换 当雷电波由低压线路侵入时 配电变压器低压绕组就有冲击电流通过 这个冲击电流按匝数比在高压绕组上产生感应电动势 使高压侧中性点电位大大提高 它们层间和匝间的梯度电压也相应增加 这种由低压进波在高压侧产生感应过电压的过程 称为正变换 反变换过电压示意图 反变换过电压 雷电波引起避雷器放电 雷电流接地电阻上产生压降 使配电变压器中性点电位升高 低压绕组流过较大的冲击电流 此电流为激磁电流 在高压侧产生很高的感应电压 这感应电压沿绕组分布 在中性点幅值最大中性点绝缘容易击穿 6 配电网直接向用户供电 用户多无备用电源 线路和防雷设备长期无法正常检修维护 绝缘弱点不能及时消除 耐雷水平下降 雷击跳闸率上升 7 雷电过电压造成的闪络具有瞬时性 绝缘子闪络后一般都能自行恢复绝缘 自动重合闸是减少雷害事故 保证供电可靠性的主要手段 但种种原因使6 10kV电网自动重合闸投运率不高 这也是中压电网雷害事故偏高的主要原因 二 配电线路的防雷措施 配电线路受到雷击时 雷电冲击波就向导线两端流动 这种流动的冲击波又称作进行波 为了保护与线路连接电气设备免受进行波的冲击 在10kV及以下的配电系统中主要依靠加装阀式或金属氧化物避雷器做为防雷措施 一 架空裸导线防雷 1 装设避雷线保护 架空线路安装避雷线 沿线及设备均可得到保护 由于线路绝缘薄弱 耐雷水平低 所以10kV架空线路一般不装避雷线 可以装设进线段保护 但特殊地段需装避雷线时 混凝土电杆都要按设计要求做接地处理 2 装设避雷器保护 对于10kV裸导线 采用避雷器进行防雷保护的成本高 施工很不方便 目前基本上是一些雷电活动频繁的线段安装避雷器 同时按照要求做好杆塔的接地 但电杆上装设柱上开关或电缆头时 均需要装设避雷器来保护 设备的金属外壳和避雷器共同接地 3 改善配电网杆塔和防雷装置的接地 35kV进线段有架空地线杆塔的接地电阻应 10 终端杆接地电阻应 4 避雷器等防雷设备的接地引下线要用圆钢或扁钢 应防止连接处锈蚀和地下部分锈蚀开路现象发生 4 电容电流大于10A的电网安装自动跟踪补偿消弧装置 可有效降低线路建弧率 提高供电可靠性 雷电过电压虽幅值很高 但作用时间很短 绝缘子的热破坏多由雷电流过后的工频续流即电网的电容电流引起 而某些型号的自动跟踪补偿消弧装置能把补偿后的残流控制在5A以下 为雷电流过后的可靠熄弧创造条件 二 低压架空线路防雷保护 低压架空线路分布较广 多数是直接引入市内 低压架空线路绝缘水平较低 人身接触的机会又多 遭受雷击时 雷电冲击波可能沿线路侵入室内 引起人身和设备事故 为了降低雷电波的幅值 一般可采用以下保护措施 1 配电变压器采用Y yn0接线时 宜在低压侧装设一组阀式避雷器或金属氧化物避雷器 2 对多雷地区的低压架空配电线路 宜在线路进户前50m处安装一组低压避雷器 入户后再装一组低压避雷器 3 在进户线每一支持物或进户杆上的绝缘子螺杆 铁脚 及铁横担应一并接地 接地电阻不超过30 4 为防止雷击损坏事故 对柱上变压器台低压计量配电箱出线处应装设一组低压避雷器作为防雷措施 三 配电设备和配电所的防雷保护 1 配电变压器的防雷保护 雷电波如何侵害配电变压器的 1 正变换过电压作用 当雷电波由低压线路侵入时 配电变压器低压绕组就有冲击电流通过 这个冲击电流按匝数比在高压绕组上产生感应电动势 使高压侧中性点电位大大提高 它们层间和匝间的梯度电压也相应增加 这种由低压进波在高压侧产生感应过电压的过程 称为正变换 正变换过电压示意图 当低压进波为10kV 接地电阻为5 时 高压绕组上的层间梯度电压可能超过配电变压器的层间绝缘全波冲击强度一倍以上 这种情况 变压器层间绝缘肯定要击穿 正变换电压变压器层间绝缘击穿 2 反变换过电压作用 当雷电波由高压侧线路侧侵入 引起避雷器动作时 在接地电阻上流过大量的冲击电流 产生压降 这个压降作用在配电变压器低压绕组的中性点上 使中性点电位升高 当低压线路比较长时 低压线路相当于波阻抗接地 因此 在中性点电位作用下 低压绕组流过较大的冲击电流 三相绕组中流过的冲击电流方向相同 大小相等 它们产生的磁通在高压绕组中按变压器匝数比感应出数值极高的脉冲电势 由于高压绕组接成星形 且中性点不接地 因此在高压绕组中 虽有脉冲电势 但无冲击电流 冲击电流只在低压绕组中流通 高压绕组中没有对应的冲击电流来平衡 因此 低压绕组中的冲击电流全部成为激磁电流 产生很大的零序磁通 使高压侧感应很高的电势 由于高压绕组出线端电位受避雷器残压固定 这个感应电势就沿着绕组分布 在中性点幅值最大 因此 中性点绝缘容易击穿 同时 层间和匝间的电位梯度也相应增大 可能在其他部位发生层间和匝间绝缘击穿 这种过电压首先是由高压进波引起的 再经低压感应至高压绕组 通常称之为反变换 反变换过电压引起中性点 层间匝间击穿 反变换过电压示意图 2 配电变压器的防雷措施 1 在配电变压器高 低压侧安装避雷器 避雷器的接地线应与变压器低压绕组中性点及变压器金属外壳连接在一起共同接地 亦称作 三位一体 的接地方式 这种接法的目的是保证当变压器高压侧受雷击经避雷器放电时 变压器主绝缘所承受的电压仅是避雷器的残压 而接地装置上的电压降并不作用在变压器主绝缘上 使避雷器与变压器得到较好的绝缘配合 能减少高 低压绕组间和高压绕组对变压器外壳之间发生绝缘击穿的危险 装设避雷器后其接地按如下布置 为防止配电变压器低压侧引出的0 4kV架空线路落雷造成绝缘击穿事故 要求在配电变压器低压出线上安装一组低压阀式避雷器 这样不仅用来保护变压器的低压绕组 同时还能保护当雷电波从低压绕组传递到高压绕组时 不致使反变换过电压作用在高压绕组 损坏高压绕组中性点及层间匝间绝缘 3 10kV配电系统中的配电变压器应装设避雷器保护 避雷器应尽量靠近变压器装设 5米以内 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 3 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 35 0 4kV直配变压器 其高低压侧均应装设避雷器保护 2 避雷设施安装应规范 在避雷设施安装过程中 除保证安装工艺 质量要求外 避雷器接地线不得迂回盘绕 同时 安装避雷器时对支持物应保持垂直 不得倾斜 引线要连接可靠 不得松动 3 避雷器的接地电阻应满足规程要求 避雷器的接地引下线必须和变压器的外壳及变压器工作接地线连在一起共同接地 接地线必须用整根导线 中间不应有接头 垂直接地体最少不能少于3根 接地线和接地体必须掩埋于地 埋深不得小于60cm 千万不可裸露 接地引下线应越短越好 对于100kVA以上的配变 Rch 4 重复接地每台不少于三处 每处Rch 10 对于100kVA及以下的配变 Rch 10 重复接地每台不少于三处 每处Rch 30 4 限制侵入配电变压器的雷电流幅值在变压器前2 3基杆塔横担上 加装放电间隙或避雷器 采用针式绝缘子 铁脚直接接地的方式 2 柱上断路器的防雷配电线路上的柱上断路器 由于绝缘水平不高 极间距离较小 往往因雷击时引起闪络或短路故障 因此必须安装避雷器进行保护 3 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 联络开关应两侧 装设避雷器 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 3 电缆终端和架空线相连 应采用避雷器保护 其接地引下线应和电缆的金属外皮相连接 接地电阻要求10 以下 4 进户装置防雷对低压供电的重要用户应在低压线路进入建筑物前安装一组低压避雷器 接地电阻要求做到10 以下 对一般的用户 可采用较为简单的保护措施 即将低压线进入房间前的电杆上绝缘子铁脚进行接地 其接地电阻要求做到30 以下即可 对钢筋混凝土电杆埋在地下的自然接地作用亦应加以利用 5 配电所的防雷措施配电所为防止侵入雷电波 应在每一路进 出 线及每一段母线上安装阀式避雷器或金属氧化物避雷器 具体接线要求如下 具有电缆进 出 线段的架空线路 应在架空线路与电缆终端盒接续处 装设避雷器并作集中接地装置 避雷器的接地线还应和电缆头 电缆 金属外皮相连 电缆另一端的终端盒与变电站的接地网相连 这种接地法的目的 一旦线路落雷时 避雷器放电 雷电流经集中接地体流入大地的同时 有一部分雷电流沿电缆金属外皮流入变电站内接地网 这样在电缆外皮产生螺旋形磁场 相当于增加电缆的电感使波阻抗加大 因此 经电缆芯线侵入变电站的截断雷电波很快衰减 使波幅和陡度都有所减小 有利于保护变压器的安全 四 架空绝缘导线的防雷 架空绝缘导线较好解决了裸导线所解决不了的走廊和安全问题 与电缆相比 投资省 建设快 优点十分明显 但是 绝缘线路发生雷击断线和绝缘子击穿事故的统计数量呈上升趋势 并随着绝缘导线线路长度增加而急剧上升 已成为严重威胁线路安全运行的主要根源 因此在使用绝缘导线时应考虑采取相应的防雷措施 1 架空绝缘导线雷击断线原因 近年来有关统计资料表明 绝缘导线在运行中 其总故障数为裸线故障总数的15 3 故障数大大下降 但其中突出的是雷击事故为裸线雷击事故的88 13 可见 雷击事故是绝缘导线运行事故的一个十分重要原因 实际上 架空绝缘线路频繁发生雷击断线事故已引起国内外专家广泛重视 大家围绕雷击断线的机理 就如何有效防止架空绝缘线路发生雷击断线事故的焦点问题展开了大量的试验研究和应用技术的研发工作 绝缘导线的雷击断线特性与裸导线的情况相比有明显不同 在直击雷或感应雷过电压作用于裸导线引起绝缘子闪络时 接续的工频短路电流电弧在电动力的作用下沿着导线滑动 不会严重烧伤导线 而绝缘导线则不同 雷电过电压引起绝缘子闪络并击穿导线绝缘层时 被击穿的绝缘层呈一针孔状 接续的工频短路电流电弧受周围绝缘的阻隔 弧根只能在针孔处燃烧 这样在极短的时间内导线就会被整齐地烧断 根据上述架空绝缘导线线路雷击断线机理分析可以看出 及时切断雷电流引起的工频续流是防止架空绝缘导线线路雷击断线事故的根本方法 2 架空绝缘导线的防雷措施 1 安装避雷线架空地线的作用 主要是将幅值很大的雷电过电压转化为电流 经很低的杆塔接地电阻排泄出去 从而大幅度降低雷电过电压 使导线得到保护 这在绝缘水平很高的110kV等级及以上线路中是作为防雷的主要措施 10kV配电网绝缘水平较低 雷击架空地线后极容易造成反击闪络 仍然会发生工频续流烧断绝缘导线 而且根据统计 配电线路遭受直接雷击或绕击的概率很小 约占雷害事故的20 配电线路上80 的雷电过电压故障是感应过电压 此种方法防雷效果最好 但可行性和难度大 造价也高 因此 架空地线只能在直击雷频繁的区域使用 2 安装防雷绝缘子为提高线路绝缘子的耐压水平 将10kV绝缘子换为防雷绝缘子 可大大提高防雷水平 1 防雷支柱绝缘子防雷的基本原理 在绝缘子固定点将绝缘导线绝缘层剥离 绝缘导线导体与绝缘子上部放电金具紧密连接 绝缘子上部放电金具用于定位雷电闪络路径和固定工频电孤烧灼点 绝缘子下部有引弧板 当雷电过电压闪络后 工频短路电流在绝缘子上部放电金具与下端引弧板之间燃烧 放电金具保护了导体免受损伤 放电金具上加绝缘罩起绝缘作用 绝缘罩与放电金具间留有间隙作放电的通道 剥离的导体裸露部分与绝缘层之间加防水绝缘胶带起密封和防水作用 绝缘罩两端用防水绝缘胶带固定 2 防雷支柱绝缘子的安装 每基直线杆需安装1组 3只 直线跨越装置安装2组 6只 根据运行经验 有条件的每3基电杆加1处接地装置 接地电阻小于10 新建绝缘线路直线杆采用放电箝位绝缘子 剥除绝缘层宽l00mm 顺导线绞向绑缠铝带 然后用铝压板紧固 扣牢绝缘护罩 3 安装放电线夹已建绝缘线路直线杆采用放电线夹 必须安装在针式绝缘子的负荷侧 如果雷雨季节线路改变运行方式负荷侧变为电源侧 则应在改后的负荷侧补装 l 采用穿刺型放电线夹应按季节气温配置扭矩螺母 扭断螺母 紧固线夹和扣绝缘护罩 绝缘子立瓶中心距线夹250mm 误差 10mm 引弧板安装平直 如图 2 采用裸露型放电线夹 应剥除相应线夹长度绝缘层 误差 5mm 紧固电线 并用绝缘自粘带包缠绝缘线端头封口2层 不允许裸露导线 引弧板安装平直 穿刺型放电线夹安装图 裸露型放电线夹安装图 4 安装线路避雷器在多雷区 按照一定档距 安装线路避雷器减少雷击断线事故 1 带间隙的氧化锌避雷器的基本原理 在雷电过电压作用下 带间隙的氧化锌避雷器的串联间隙击穿 在内过电压下 串联间隙不击穿 保护器不动作 间隙击穿后通过限流元件释放雷电能量 从而限制了雷电过电压 此时绝缘子不闪络 当工频续流产生后 氧化锌阀片能够有效截断工频续流 由于是带间隙的 因此平时运行时不承受工频电压 2 带间隙的氧化锌避雷器的安装 不锈钢引流环与绝缘导线保持合适的间隙 绝缘导线不剥皮 避雷器与绝缘子并列安装 其下端与绝缘子底部连接并与接地极相连 可安装在直线小转角不分段的电杆 剥皮安装困难处 每基转角杆安装1组 3只 双横担可安装在任一侧 5 延长闪络路径为使电弧容易熄灭 局部增加绝缘强度 如在导线与绝缘子相连处加强绝缘 以及采用长闪络路径避雷器等 6 局部剥离导线绝缘局部剥离导线绝缘 使之局部成为裸导线 从而使电弧能在剥离部分滑动 而不是固定在某一点燃蚀 同时也为以后施工时提供一个接地线的挂点 闪络保护悬垂线夹安装图 五 避雷器的安装位置及要求避雷器的安装位置是否恰当会直接影响避雷器的保护效果 在闭环结构开环运行的配电网络中装设避雷器的目的之一是要避免线路遭雷击后发生全反射现象 使开环运行结构的网络因雷击误导成闭环运行 造成误送电现象的发生 所以要正确选择避雷器的安装位置 1 电缆处的避雷器的安装 在电缆出 入地点上 应装设一组避雷器 且应装设在电源侧 如图a 1 在B C两点上 且在电源侧各装一组避雷器 没有装在负载侧 安装方式是正确的 图b的接线方式是不正确的 为什么 图a乍一看没有什么 因为电缆头加避雷器保护 规程上没有规定得特别细致 明确 但将C点的避雷器接在乙变电所负载侧 当在雷雨季节 C负载侧的负荷要倒到甲变电所送电时 需将C点电缆头隔离开关拉开 此时在C点的电缆头隔离开关的负载侧成一个带电线路的断开点 成为防雷保护的空白点 在线路遭到雷击时 在断口点会出现二倍的雷电压 形成断口击穿 引发乙变电所向甲变电所供电的可能 所以避雷器应装设在C点电缆头隔离开关的电源侧较妥当些 2 装设避雷器时 对铠装电缆头其电缆金属外皮与避雷器接地引线连接后一并接地 且接地电阻不应大于10 2 分断开关上避雷器安装 对常闭断路器 在电源侧装设一组避雷器 且避雷器的接地引下线与断路器外壳连在一起共同接地 接地电阻不能大于10 如图 如上图 甲变电所出线2号杆的柱上断路器 一般情况可看作常闭断路器 只要在电源侧装一组避雷器即可 实际上2号杆的断路器也起到甲 乙两电源的联络作用 当甲变电所停用时 负载有乙电源提供时 2号杆上断路器应断开 在其负载侧失去了避雷器保护 故应在断路器两侧各装一组避雷器 线路设备才不会失去避雷保护 3 联络断路器的避雷器安装 联络断路器一般情处于断开状态 在其两侧应各装一组避雷器 避雷器 断路器外壳一并引下接地 如下图 当常开断路器与常开隔离开关配合时 如下图 应在断路器与隔离开关的电源侧各装一组避雷器 当常开断路器两侧都有隔离开关时 应在电源两侧及中间各装一组避雷器 如下图 1 常闭隔离开关 不需装设避雷器 2 常开隔离开关 当两侧都有电源时两侧都应装设一组避雷器 4 配电变压器处的避雷器 配电变压器高压侧采用阀型避雷器或氧化锌避雷器保护 1 在城区当系统中性点经低电阻 5 7 5 8 接地方式时采用 HY5WS2 12 35 8冲击放电电压为35 8KV避雷器的额定电压为12KV配电型无间隙结构金属氧化物复合绝缘外套 根据中压中性点经小电阻接地系统的低压系统保证人身安全接装置的原则应做到 配电变压器 含柱上变 配电室 箱变 的工作接地与保护 外壳与防雷 接地装置应分开独立设置 工作接地采用绝缘导线引出后接地 保护接地设置在变压器安装处 两个接地体之间应无电气连接 相距不小于5m 阻值不大于4 苏州为1 当变压器的保护接地 工作接地及低压线路重复接地的并联等效接地电阻小于0 5 时 工作接地与保护接地可以不分开独立设置 2 在郊区当系统中性点为不接地方式时采用 HY5WS2 17 50冲击放电电压为50KV避雷器的额定电压为17KV配电型无间隙结构金属氧化物复合绝缘外套 在中性点不接地系统中要求变压器外壳 低压侧中性点 避雷器接地端三点合一接地 为什么 为避免当避雷器过电压泄放雷电流时 雷电流通过接地装置的接地电阻建立电压降与避雷器的放电残压叠加在一起加到变压器绕组的绝缘上 所以应将避雷器的接地线与变压器外壳连在一起并接地 使作用在高压绕组主绝缘上的电压只有避雷器的残压 但这样接法提高了变压器外壳电位 可能发生变压器的外壳向低压绕组逆闪络 因此必须将低压侧中性点也接在外壳上 使低压侧的电压也相应提高 箝住在同电位 5 综合防雷措施 配电变压器及设备的综合防雷措施如图 6