6_发电厂和变电所的防雷保护

1、第六章,发电厂和变电所的防雷保护,第一节,发电厂和变电所的直击雷防护,第二节,发电厂和变电所的雷电侵入波保护,第三节,变电所防雷的进线段保护,第四节,旋转电机的防雷保护,电气绝缘,1,1,第一节,发电厂和变电所的直击雷防护,发电厂、变电所防止直击雷的措施：,采用避雷针、避雷线,及良好的接地网。,?,装设避雷针（线）的原则,装设的避雷针（线）应该使所有设备均处于避雷针及避,雷线的保护范围之内。,另外，要注意防止反击。即雷击于避雷针及避雷线后，,它们的地电位可能提高，如果它们与被保护设备的距离不够,大，则有可能在避雷针、避雷线与被保护设备之间发生放电，,或叫做逆闪络。此类放电现象不但会在空气中发生

2、，而且还,会在地下接地装置间发生，一旦出现，高电位就将加到电力,设备上，有可能导致电力设备的绝缘损坏。,电气绝缘,2,2,?,避雷针（线）的设计计算,1.,独立避雷针,d,i,u,A,?,L,?,iR,ch,d,t,u,B,?,iR,ch,I,= 140 150 kA,，,L,= 1.7,h,H/m,，,空气击穿场强,500 kV/m,，,土壤击穿场强,300kV/m,，,d,i,/ d,t,按斜角波头,= 2.6 s,。,s,k,?,0.2,R,ch,?,0.1,h,m,?,?,s,d,?,0.3,R,ch,m,?,电气绝缘,3,3,2.,架空避雷线,一端绝缘另一端接地的避雷线,s,k,?,

3、0.2,R,ch,?,0.1(,h,?,?,l,) m,?,?,s,d,?,0.3,R,ch,m,?,两端接地的避雷线,s,k,?,?,0.2,R,ch,?,0.1(,h,?,?,l,) m,?,?,s,d,?,0.3,?,k,ch,?,?,?,?,(,l,2,?,h,),/(,l,2,?,?,l,?,2,h,),?,避雷针、避雷线的,S,k,一般不宜小于,5m,，,S,d,一般不宜小于,3m,，在可能的情况下，应适当地加大。,电气绝缘,4,4,?,几个具体问题,1.,架构式避雷针,（,1,）对于,110kV,及以上的配电装置，由于绝缘较强，不,易反击，一般可将避雷针装设在构架上。构架避雷针有

4、造价,低廉，便于布置的优点。但因构架离电气设备较近，必须保,证不发生反击的要求。,（,2,）,35kV,及以下配电装置的绝缘较弱，所以其构架或房,顶上不宜装设避雷针，而需要装设独立避雷针。,（,3,）发电厂厂房一般不装设避雷针，以免发生感应或反,击使继电保护误动作，甚至造成绝缘损坏。,电气绝缘,5,5,2.,避雷线,我国有关规程规定：,110kV,及以上的配电装置,可将线路的避雷线引接到,出线门型构架上，但土壤电阻率大于,1000m,的地区，应加,装,3 5,根接地极。,35 60kV,配电装置,在,不大于,500m,的地区，,允许将线路的避雷线引接到出线门型构架上，但应装设,3 5,根接地极

5、；当,500m,时，避雷线应终止于线路终端杆塔，,进变电所一档线路可装设避雷针保护。,电气绝缘,6,6,第二节,发电厂和变电所的雷电侵入波保护,a.,阀型避雷器,（限制来波的幅值）,b.,进线保护,（冲击电晕降低入侵波的陡度和幅值；导线波阻,抗限制流过避雷器的冲击电流幅值）,一,避雷器的保护作用,1.,避雷器保护的动作过程,避雷器上的电压可以,看作斜角平顶波,电气绝缘,7,7,二,.,变压器与避雷器之间允许的最大电气距离,l,?,u,?,2,?,?,2,?,v,l,u,T,?,u,?,?,u,?,u,R,?,2,?,v,l,m,?,(,u,j,?,u,R,)/(2,?,/,v,),变压器与避雷

6、器之间允许的最大电气距离：,l,m,?,(,u,j,?,u,R,),/,2,?,电气绝缘,8,8,三、气体绝缘变电所的防雷保护,全封闭,SF,6,气体绝缘变电所（,GIS,）是除变压器以外整个,变电所的高压电力设备及母线，封闭在一个接地的金属壳内，,壳内充以,(3 4),1.01325,10,5,Pa,大气压的,SF,6,气体作为相间,和对地的绝缘。,电气绝缘,9,9,?,GIS,变电所雷电过电压保护的特点,GIS,绝缘的全伏秒特性比较平坦，其冲击系数很小，约为,1.2 1.3,。因此它的绝缘水平主要决定于雷电冲击电压。,GIS,变电所的波阻抗一般在,60 100,之间，远比架空线路,低，这对

7、变电所的侵入波保护有利。,GIS,变电所结构紧凑，设备之间的电气距离小，避雷器离,被保护设备较近，防雷保护措施比敞开式变电所容易。,GIS,绝缘完全不允许电晕，一旦发生电晕，将立即击穿；,而且没有自恢复能力。,电气绝缘,10,10,?,GIS,变电所常用的雷电保护接线,电气绝缘,11,11,电气绝缘,12,12,四、,三绕组变压器和自耦变压器的防雷保护,1.,三绕组变压器的防雷保护,（,1,）低压绕组开路时，若线路有入侵波传来雷电波作用在,高压侧或中压侧时，由于低压绕组的对地电容很小，开路的低,压绕组上的静电耦合分量可能达到很高的数值，需要在任一相,低压绕组出线端对地加装一台避雷器。,（,2,

8、）如果低压绕组连接有,25m,及以上的金属铠装电缆段，,低压侧可不装避雷器。,（,3,）三绕组变压器中压绕组，相对来说，绝缘水平比低压,绕组要高，当其开路运行时，一般静电耦合分量不会损坏中压,绕组，不必加装上述要求的避雷器。,电气绝缘,13,13,2.,自耦变压器的防雷保护,高压端,A,进波,中压端,A,进波,电气绝缘,14,一般避雷器配置,自耦避雷器配置,14,3.,变压器的中性点保护,在中性点直接接地的系统中，为减少单相接地的短路电,流，有部分变压器的中性点改为不接地运行。这时，变压器,的中性点需要保护。,全绝缘,：中性点处的绝缘水平与相线端的绝缘水平相等。,此时，中性点一般不需保护。若变

9、电所为单台变压器且,为单路进线运行时，在三相同时进波的情况下，中性点的对,地电位会超过首端的对地电位。这种情况虽属少见，但需在,中性点加装一个与首端有同等电压等级的避雷器。,分级绝缘,：中性点处的绝缘水平低于相线端的绝缘水平。,应选用与中性点绝缘等级相同的避雷器进行保护，但要,注意校验避雷器的灭弧电压，它始终大于中性点可能出现的,最高工频电压。,电气绝缘,15,15,五、配电变压器的防雷保护,避雷器尽量靠,近变压器，尽,量减小连接线,的长度,高压侧遭雷击，,避雷器动作，作,用于低压绕组的,电流通过电磁耦,合又变换到高压,侧的过程叫做,“反变换”。,如低压侧线路落雷，作,用在低压侧的冲击电压,按

10、变比感应到高压侧，,由于低压侧绝缘裕度比,高压侧大，故有可能在,高压侧引起先击穿，这,个过程叫做“正变换”。,为了防止正反变换出现,的过电压，可在低压侧,每相上装一只避雷器，,使配电变压器的防雷保,护得以改善。,避雷器的接地线,与变压器金属外,壳、低压侧中性,点连在一起接地,电气绝缘,16,16,第三节,变电所防雷的进线段保护,不同额定电压的线路与变压器的冲击强度,额定电压,(kV),线路绝缘的冲击,放电电压,1.2/50,s,、负极,性,(kV),运行中变压器可,耐受的冲击电压,1.2/50,s(kV),35,350,110,700,154,220,330,500,1000,12001400

11、,1645,20602300,180,425,585,835,1175,1540,线路的冲击耐压比变电所设备的冲击耐压要高得多，若无避,雷线，靠近变电所线路上受到雷击时，不但流过避雷器的雷,电流幅值可能超过规定值，而且陡度也会高于允许值。,电气绝缘,17,17,1.,进线保护概念,（,1,）对,35110kV,线路，并不要求全线架设避雷线进行保护，,但在靠近变电所的,1 2km,范围内应装设避雷线、避雷针或,其它防雷装置，通常称此线段为进线段。,（,2,）对全线有避雷线的线路来说，把靠近变电站附近,2km,长的一段线路也叫进线段。它除了线路防雷外，还担负着避,免或减少变电所雷电行波事故的作用。

12、,（,3,）在上述两种情况下，进线段的耐雷水平要达到有关规,程规定值，以减少反击；同时保护角不超过,20,，以减少这,段线路的绕击。,电气绝缘,18,18,2.,进线保护的作用,a.,限制流过避雷器的雷电流幅值,2,U,50%,?,IZ,?,u,R,?,?,u,R,?,f,(,I,),?,2,U,50%,?,u,R,I,?,Z,例如，对于,220kV,线路，取,U,50%,= 1200kV,，,Z,= 400 ,，,u,R,=,664kV,，则：,2,?,1200,?,664,I,?,?,4.34,400,电气绝缘,19,kA,19,计算流经避雷器的冲击电流最大值,额定电压,(kV),35,1

13、10,220,330,500,避雷器型号,FZ-35,FZ-110J,FZ-220J,FCZ-330J,FCZ-500J,线路绝缘的,U,50%,(kV),350,700,12001400,1645,20602310,i,b,(kA),1.41,2.67,4.355.38,7.06,8.6310,当选用避雷器保护变电所时，一般在电压为,220kV,级及,以下时用,5kA,下的残压为准，而在,330kV,以上时，以,l0kA,下,残压为准，或者更大的雷电流，由于金属氧化物避雷器非线,性特性非常好，因此雷电流要取更高的值。,电气绝缘,20,20,b.,限制侵入波陡度,U,U,1,?,?,?,?,0

14、.5,0.008,?,?,(0.5,?,0.008,U,),l,(,?,),l,0,0,h,dp,U,h,dp,变电所侵入波计算陡度,侵入波计算陡度,(kV/m),额定电,压,(kV),35,60,1km,进线,段,1.0,1.1,2km,进线段,或全线有避,雷线,0.5,0.55,额定电,压,(kV),220,330,侵入波计算陡度,(kV/m),1km,进线,段,2km,进线段,或全线有避,雷线,1.5,2.2,110,电气绝缘,21,1.6,0.75,500,21,2.5,3.,进线保护的典型接线,限制侵入波,的幅值,保护断路器,未沿全线架设避雷线的,35 110 kV,线路进线保护,全

15、线有避雷线的变电所进线保护,电气绝缘,22,22,3.,进线保护的典型接线,31500 5000 kV,A,，,35kV,变电所的简化保护接线,用电抗线圈代替进线段避雷线的保护接线,电气绝缘,23,23,第五节,旋转电机的防雷保护,发电机经升压变压器与架空线相,连接的情况，线路上雷电波经变,压器绕组过渡到发电机绕组。,发电机和升压变压器低压侧连线,过长，为使这段连线不受雷击，,需用避雷针进行保护。当雷击避,雷针时，将有感应过电压作用于,电机绝缘。,发电机与负荷相距较近，将电机,与架空线直接相连，称之谓直配,电机的情况。此时，若雷击于导,线或附近地面，将会有大气过电,压作用于电机绝缘。,电气绝缘

16、,24,24,一、旋转电机防雷保护的特点,（,1,）旋转电机在结构和工艺上的特点，它们的冲击绝缘,水平要比同电压等级的变压器低得多。,（,2,）电机绝缘特别在导线出槽处，电场极不均匀，故在,过电压作用后，会有局部的轻微损伤，使绝缘老化，可能引,起击穿。,（,3,）电机绝缘在运行中受机械振动、发热以及局部放电,所产生的臭氧的侵蚀，相对变压器的工作条件更为严峻。,（,4,）保护旋转电机用的磁吹避雷器（,FCD,）的保护性能,与电机绝缘水平的配合裕度很小。,（,5,）由于电机绕组的结构布置特点，特别是大容量电机，,其匝间电容很小，起不了改善冲击电压分布的作用。为了保,证发电机匝间绝缘的安全运行，必须

17、要将入进波陡度限制得,很小。,电气绝缘,25,25,二、,直配电机的防雷保护,措施：,每组发电机母线上都装一组,FCD,型磁吹避雷器，以限,制入侵波过电压的幅值。,在发电机电压母线上装设一组并联电容器（电容量为,0.25 0.5F,），以限制侵入波陡度。这不但是保护电机匝间,绝缘及中性点绝缘的需要，同时也是为了降低感应过电压。,在直配线进线处加装电缆段和管形避雷器等，以限制,流过避雷器的雷电流不超过,3kA,。,发电机中性点有引出线，在中性点加装一只避雷器保,护，或者将母线并联电容加大到,1.5 2.0F,，以进一步降低入,侵波陡度。,电气绝缘,26,26,典型接线：,在进线处装设电感线圈,L

18、,，,L,可以是,限流电抗器，也可以是专门为防雷所,设置的线圈。,L,不但和母线上的电容,器,C,构成一个串联振荡电路，而且,对波在,L,进端的正反射提高了线路侧,的电压，从而加速了,FS,的动作，限,制了进波的幅值。,架空进线段（,450 600 m,）的电感,来代替集中电感，此段线路用独立,避雷针来保护。,GB1,作用：当进线,段首端外侧附近发生雷击时，,GB1,先放电，从而将雷电流大部分由此,引入地中，以防止磁吹避雷器,FCD,电流超过了,3kA,。,GB2,作用：加在,线路首端的电压，除了避雷器,GB1,上的电压降外，主要是接地电阻上,的电压降，降低此电压。,电气绝缘,27,27,发电机经过一段大于,l00m,的电缆与架空,线相连接，可以利用,电缆外皮高频电流的集肤效应或电缆外皮的分流及耦合作用。,当侵入波使电缆首端管形避雷器,GB2,动作时，电缆芯线与外皮,短接，相当于把电缆芯和外皮连在一起并具有同样的对地电压。电,缆发挥集肤效应，从而减小了流过避雷器的电流，使残压降低。,GB2,与电缆之间串入一组,100 300 H,的电感，利用电感对,侵入波的正反射波使,GB2,动作,也可以将避雷器,GB2,前移,70m,或增加,GB1,，以发挥电缆段的,作用。,此连接线应悬挂在杆