5_电力系统大气过电压及保护

第二篇电力系统过电压及其防护 第五章电力系统大气过电压及保护 主要内容 1雷电放电过程及雷电参数2防雷保护装置3输电线路的防雷保护4输电线路的防雷措施5发电厂和变电所的防雷保护6变压器的防雷保护 1雷电放电过程及雷电参数 1 1雷击时计算雷电流的等值电路1 2雷电流波形1 3雷电日与雷电小时1 4地面落雷密度和输电线路落雷次数 1 1雷击时计算雷电流的等值电路 1 1雷击时计算雷电流的等值电路 续1 流经物体的电流波与被击物体的波阻抗有关当Zj 0时 流经被击物体的电流定义为雷电流 1 1雷击时计算雷电流的等值电路 续2 1 1雷击时计算雷电流的等值电路 续3 规程建议雷电通道的波阻抗为300 400 雷电流为非周期冲击波 其幅值与气象 自然条件等有关 只有通过大量实测才能正确估计其概率分布规律 1 2雷电流波形 我国规定在防雷设计中采用2 6 40 s的波形 波长对防雷计算结果几乎无影响 为简化计算 一般可视波长为无限长雷电流陡度对过电压有直接影响 雷电流波前的平均陡度为电气设备的防雷保护中一般均按负极性进冲击过电压波进行分析 1 2雷电流波形 续1 经简化和典型化后得到三种常用计算波形 1 2雷电流波形 续2 标准冲击波形斜角平顶波等值半余弦波 1 3雷电日与雷电小时 为评价某地区雷电活动的强度 常用该地区多年统计所得到的平均出现雷暴日或雷暴小时来估计的在一天内或一小时内只要听到雷声就作为一个雷电日或一个雷电小时由于不同年份的雷电日数变化很大 所以均采用多年平均值 年平均雷电日 1 4地面落雷密度和输电线路落雷次数 地面落雷密度 指每个雷电日每平方公里的地面上的平均落雷次数 单位 次 平方公里 雷电日 输电线路年平均遭受雷击的次数单位 次 100公里 年 2防雷保护装置 2 1避雷针和避雷线2 2避雷器2 3防雷接地 2 1避雷针和避雷线 避雷针保护原理 当雷云放电时使地面电场畸变 在避雷针顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放电的发展方向 使雷电对避雷针放电 再经过接地装置将雷电流引入大地从而使被保护物体免遭雷击保护范围 由模拟试验确定 它只有相对的意义 不能认为在保护范围内的物体就完全不受雷直击 在保护范围外的物体就完全不受保护绕击率 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 绕击率而言避雷针保护第一要对直击雷屏蔽 第二要防止反击 2 1避雷针和避雷线 续1 避雷线作用原理同避雷针 主要用于输电线路的保护 也可用于保护发电厂和变电所保护范围的长度与线路等长 而且两端还有其保护的半个圆锥体空间在架空输电线路上多采用保护角 来表示避雷线的保护程度保护角 避雷线的铅垂线与避雷线和边导线连线的夹角 越小 雷击导线的概率越小 对导线的屏蔽保护越可靠 2 2避雷器 对避雷器的基本技术要求过电压作用时 避雷器先于被保护电力设备放电 这需要由两者的伏秒特性的配合来保护避雷器应具有一定的熄弧能力 以便可靠地切断在某次过零时的工频续流 使系统恢复正常以上两条对有间隙的避雷器 保护间隙 管型避雷器 阀型避雷器 是适宜的 对于MOA的基本要求则不同无间隙 长期工作在系统工作电压和间或承受各种过电压 工频下流过很小的泄漏电流 过电压下残压应小于被保护设备冲击绝缘强度 它必须具有长时间工频稳定性和过电压下的热稳定性 2 2避雷器 续1 1 保护间隙 2 2避雷器 续2 2 阀型避雷器 1 工作原理 2 2避雷器 续3 2 基本元件火花间隙火花间隙的并联电阻阀片 非线性电阻 阀片的作用 限制工频续流 保证火花间隙可靠熄弧 当雷电过电压击穿时 电压不至于突然下降形成截断波 3 主要参数 2 2避雷器 续4 3 金属氧化物避雷器 2 2避雷器 续4 1 MOA的主要优点无间隙无续流电气设备所受过电压可降低通流容量大特别适用于直流保护和SF6电器保护 2 MOA的电气特性 2 3防雷接地 1 接地 接地电阻 接地装置 1 接地与分类接地是指将地面上的金属或电气回路中的某一节点通过导体与大地保持等电位分类 工作接地 根据系统正常运行要求设置 0 5 10 保护接地 为保障人身安全而将电气设备金属外壳等接地 它在故障条件下才发挥作用 1 10 防雷接地 用来将雷电流顺利泻入大地 以减小引起的过电压 1 30 2 3防雷接地 续1 2 3防雷接地 续2 2 接地装置垂直接地体水平接地体接地网 2 3防雷接地 续3 2 防雷接地及有关计算当雷电流流过接地装置时 接地体和土壤所呈现的响应不同于工频响应 即冲击接地电阻一般不等于工频接地电阻火花效应和电感效应常用冲击系数表示冲击接地电阻与工频接地电阻关系 3 输电线路的防雷保护 3 1输电线路的感应雷过电压3 2输电线路直击雷过电压3 3输电线路的雷击跳闸率 3 输电线路的防雷保护 续1 雷击过电压分类 感应雷过电压 直击雷过电压输电线路的耐雷性能和所采用防雷措施效果在工程上用耐雷水平和雷击跳闸率来衡量耐雷水平 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 折算为统一条件 规定每年40个雷电日和100km的线路长度 下 因雷击而引起的线路跳闸的次数 3 输电线路的防雷保护 续1 输电线路防雷措施防止雷直击导线防止雷击塔顶或避雷线后引起绝缘闪络防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧防止线路中断供电 3 1输电线路的感应雷过电压 1 感应雷过电压的产生 静电感应和电磁感应 3 1输电线路的感应雷过电压 续1 2 无避雷线时的感应雷过电压规程建议 当雷击点与电力线路之间的水平距离d 65m时 导线上的感应雷过电压的最大值为雷击点接地电阻较大 最大雷电流幅值可采用I 100kA进行估算感应雷过电压极性与雷云的极性相反相邻导线同时产生相同极性的感应雷过电压 因此相间不存在电位差 只存在对地闪络的可能 但如果两相或三相同时对地闪络 就会转化为相间闪络事故在d 50m以内雷将被线路吸引而击中线路本身 3 1输电线路的感应雷过电压 续2 当雷直击于导线以外的任何位置而不产生反击时 由于空中电磁场的变化 将会在导线上产生很高的感应雷过电压 研究指出 它与导线的平均高度成正比当无避雷线时 对一般高度的线路可用下式计算感应雷过电压最大值 a为感应过电压系数 kV m 数值上等于雷电流的时间陡度平均值 即a I 2 6 kV s 3 1输电线路的感应雷过电压 续2 3 有避雷线时的感应雷过电压当导线上方挂有接地的避雷线时 由于先导电荷产生的电力线有一部分被避雷线截住 即避雷线的屏蔽作用 因而导线上的感应束缚电荷减少 相应的感应电压也减少 导线上的实际感应雷过电压为 3 2输电线路直击雷过电压 3 2输电线路直击雷过电压 续1 1 雷击杆塔塔顶时的过电压和耐雷水平 3 2输电线路直击雷过电压 续2 塔顶电位幅值导线电位幅值线路绝缘子串上两端电压 3 2输电线路直击雷过电压 续3 耐雷水平有避雷线无避雷线工程实用中往往以降低Ri和提高k值作为提高输电线路耐雷水平的主要途径 3 2输电线路直击雷过电压 续4 2 雷击避雷线档距中央时的过电压 3 2输电线路直击雷过电压 续5 流入雷击点的雷电流波为雷击点的电压取雷电流为斜角波头 iL at雷击处避雷线与导线间的空气间隙上所承受的最大电压 3 2输电线路直击雷过电压 续6 3 雷绕过避雷线击于导线时的过电压 3 2输电线路直击雷过电压 续7 流经雷击点的雷电流波为导线上电压为幅值绕击时耐雷水平 3 3输电线路的雷击跳闸率 1 建弧率2 有避雷线线路雷击跳闸率的计算 1 雷击杆塔时的跳闸率 2 绕击跳闸率 3 线路的雷击跳闸率次 100km年 4输电线路的防雷措施 1 架设避雷线2 降低杆塔接地电阻3 架设耦合地线4 采用不平衡绝缘的方式5 自动重合闸6 采用消弧线圈接地方式7 架设线路避雷器8 加强绝缘 5发电厂和变电所的防雷保护 5 1发电厂 变电所的直击雷保护5 2发电厂 变电所的雷电侵入波保护 5 1发电厂 变电所的直击雷保护 5 2发