第七章 发电厂和变电所的防雷保护(2012级)

1、第七章第七章 发电厂和变电所的防雷保护发电厂和变电所的防雷保护 发电厂、变电所遭受雷害可能来自两方面： l雷直击于发电厂、变电所； l雷击线路，沿线路向发电厂、变电所入侵的雷电波。 变电构架变电构架 变电构架变电构架 变压器构架变压器构架 按照安装方式的不同，将避雷针分为：按照安装方式的不同，将避雷针分为： l独立避雷针独立避雷针 l装在配电装置构架上的避雷针装在配电装置构架上的避雷针 （简称构架避雷针）（简称构架避雷针） 独立避雷针 构架避雷针 从经济观点出发：从经济观点出发： 独立避雷针独立避雷针有自己专用的支座和接地装置，其 接地电阻一般不超过10 。 所以，希望采用构架避雷针构架避雷针

2、，因为它既能节省 支座的钢材，又能省去专用的接地装置。 但是：但是： 由于变压器的绝缘较弱又是变电所中最重要的 设备，故在变压器门型构架上不应装设避雷针。 我国规程规定：我国规程规定： 110KV110KV及以上的配电装置及以上的配电装置，一般将避雷针装在构架上。 但在土壤电阻率 的地区，仍宜装设独立避 雷针，以免发生反击。 35KV35KV及以下的配电装置及以下的配电装置应采用独立避雷针来保护； 60KV60KV的配电装置的配电装置，在 的地区宜采用独立避 雷针，在 的地区容许采用构架避雷针。 发电厂厂房一般不装设避雷针，以免发生发电厂厂房一般不装设避雷针，以免发生反反 击事故击事故和引起继

3、电保护误动作。和引起继电保护误动作。 m1000 m 500 m 500 7.2变电所内阀型避雷器的保护作用变电所内阀型避雷器的保护作用 变电所内装设阀型避雷器阀型避雷器是对入侵雷电过电 压波进行防护的主要措施，它的保护作用主要 是限制过电压波的幅值限制过电压波的幅值。 避雷器避雷器 变压器变压器 u 1 zb u 1 Z u2 动作前的等值电路 b i u2 b u 动作后的等值电路 b u 1 Z 变压器何以得到保护？变压器何以得到保护？ 由于避雷器直接接在变压器旁，故变压器上 的过电压波形与避雷器上电压相同，若变压器的 冲击耐压大于避雷器的冲击放电电压和5KA下的残 压（流经避雷器的雷电

4、流一般不超过5KA，故残压 的最大值取5KA下的数值），则变压器将得到可靠 的保护。 变电所中有很多设备，不可能在每个设备旁都 装设一组避雷器， 一般只在变电所母线上装设避雷器只在变电所母线上装设避雷器，由于变压 器是最重要的设备，因此避雷器应尽可能靠近变避雷器应尽可能靠近变 压器压器。 避雷器离开变压器和各电气设备都有一段长度 不等的距离，当雷电波入侵时，变压器和各电气变压器和各电气 设备上的电压将与避雷器上电压不相同设备上的电压将与避雷器上电压不相同。 被保护绝缘与避雷器间的电气距离（沿母线和被保护绝缘与避雷器间的电气距离（沿母线和 连接线计算的距离）越大，来波陡度越大，电压连接线计算的距

5、离）越大，来波陡度越大，电压 差值也就越大。差值也就越大。 最大允许电气距离 对于一般变电所的入侵雷电波防护设计 主要是选择避雷器的安装位置，其原则是在 任何可能的运行方式下，变电所的变压器和 各设备距避雷器的电气距离皆应小于最大允 许电气距离 。 max l 7.3变电所进线段保护变电所进线段保护 7.3.1变电所的进线段保护作用变电所的进线段保护作用 进线段保护的必要性 如果当雷击于变电所附近的导线时，流过 导线的电流电流将超过一定值，而且陡度陡度也会超过 允许值。因此，必须在靠近变电所的一段进线 上采取可靠的防直击雷保护措施。 进线段保护 进线段保护是指在临近变电所12km的一 段线路上

6、加强防雷保护措施。 例如：当线路全线无避雷线时，在12km线 路上架设避雷线，保护角取20，使此段线路 有较高耐雷水平，并减少由于绕击和反击的概 率。 变电所内设备距避雷器的最大允许距离 就是根据进线段以外落雷的条件下求得的， 这样就可以保证进线段以后落雷时变电所不 会发生事故。 max l 12km FZ GB2 GB1 未沿全线架设避雷线的35110KV 线路变电所的进线段保护 FZ GB 全线架设避雷线的变电所的进线段 保护 安装安装GB2GB2的原因的原因 l这是因为线路断路器隔离开关在雷雨季节可能经常开断而线路侧又这是因为线路断路器隔离开关在雷雨季节可能经常开断而线路侧又 带有工频电

7、压（热备用状态），带有工频电压（热备用状态）， l沿线袭来的雷电波（其幅值沿线袭来的雷电波（其幅值 ）传到开路端，由于开路反射电压）传到开路端，由于开路反射电压 要上升到要上升到 ， l这时可能使开关绝缘对地放电并引起工频短路，将断路器或隔离开这时可能使开关绝缘对地放电并引起工频短路，将断路器或隔离开 关的绝缘支座烧毁，关的绝缘支座烧毁， l为此在靠近隔离开关或断路器处装设一组管型避雷器为此在靠近隔离开关或断路器处装设一组管型避雷器GB2GB2。 l在断路器闭合运行时雷电侵入波不应使在断路器闭合运行时雷电侵入波不应使GB2GB2动作，如动作，如GB2GB2在断路器闭在断路器闭 合运行时侵入波使

8、之放电，则将造成截波，可能危及变压器纵绝缘与合运行时侵入波使之放电，则将造成截波，可能危及变压器纵绝缘与 相间绝缘。相间绝缘。 l若缺乏适当参数的管型避雷器，则若缺乏适当参数的管型避雷器，则GB2GB2可用阀型避雷器代替。可用阀型避雷器代替。 %50 U %50 2U 12km FZ GB2 GB1 安装安装GB1GB1的原因的原因 为了限制流入变电所阀型避雷器的雷电流，在进 线首端可装设一组管型避雷器或保护间隙。 7.4变压器的防雷保护变压器的防雷保护 7.4.1三绕组变压器的防雷保护三绕组变压器的防雷保护 当三绕组变压器的高压侧或中压侧有雷电过电压波当三绕组变压器的高压侧或中压侧有雷电过电

9、压波 袭来时，通过绕组间的静电耦合和电磁耦合，其低压袭来时，通过绕组间的静电耦合和电磁耦合，其低压 绕组上会出现一定的过电压；绕组上会出现一定的过电压； 最不利的情况是低压绕组处于开路状态，这时静电最不利的情况是低压绕组处于开路状态，这时静电 感应分量可能很大而危及绝缘。感应分量可能很大而危及绝缘。 考虑到这一分量将使低压绕组的三相导线电位同时考虑到这一分量将使低压绕组的三相导线电位同时 升高，所以升高，所以只要在低压绕组出线端加装一只该只要在低压绕组出线端加装一只该 电压等级的阀型避雷器，就能保护好三相低压电压等级的阀型避雷器，就能保护好三相低压 绕组。绕组。 中压绕组、高压绕组虽也有开路运

10、行的可能，但其中压绕组、高压绕组虽也有开路运行的可能，但其 绝缘水平较高，一般不需加装避雷器来保护。绝缘水平较高，一般不需加装避雷器来保护。 7.4.2自耦变压器的防雷保护自耦变压器的防雷保护 自耦变压器一般除了高、中压自耦绕组上，还有三角形接线的 低压非自耦绕组。在运行中，可能出现高、低压绕组运行、中压 绕组开路和中、低压绕组运行、高压绕组开路的情况。由于高、 中压自耦绕组的中性点均直接接地，因而在高压侧进波时，自耦 绕组各点的电压初始分布、稳态分布和各点最大电压包络线均与 中性点接地的单绕组相同，在开路的中压侧端子 上可能出现的 最大电压为高压侧电压 的 倍，因而有可能引起处于开路状 态的

11、中压侧套管的闪络，为此应在中压断路器QF2的内侧装设一 组阀型避雷器，进行保护。 A 0 U k/2 0 U 0 x u 0 U A A N 0 x u 0 U A A N 0 2Uk 0 Uk 0 U FV3 QF1 FV1 FV2 N QF2 A A 当中压侧进波时（由值为 ），自耦绕组各 点的电压分布如下图，由中压端 到开路的高压端 之间的电压稳态分布是由中压端 到中性点 之间的 电压稳态分布的电磁感应所产生的，高压端 的稳态 电压为 。在振荡过程中， 点的最大电压可达 。 因而将危及高压侧绝缘，为此在高压断路器QF1的内侧 也应装设一组避雷器（FV1）进行保护。 A A A N 00

12、UU A 0 UkA 0 2 Uk 此外，还须注意的情况： 当中压侧接有出线时（相当于 点经线路波阻抗 接地），如高压侧有过电压波入侵， 点的电位接近 于零，大部分过电压将作用在 一段绕组上，这显然 是危险的，同样地，高压侧接有出线时，中压侧进波 也会造成类似的结果。 显然， 绕组越短（变比k越小），危险性越大。 一般在 时，还应在 之间再跨接一组避雷器 （FV3）。 A A A A A A 25. 1k A A 7.5旋转电机的防雷保护旋转电机的防雷保护 7.5.1旋转电机的防雷保护特点旋转电机的防雷保护特点 l旋转电机包括发电机、调相机、大型电 动机等。 l旋转电机的防雷保护指直配电机的防

13、雷 保护，即指与架空线路直接相连的旋转电机。 旋转电机防雷保护的特点： l由于结构和工艺上的特点，在相同电压等级的电气设 备中，旋转电机的绝缘水平是最低的旋转电机的绝缘水平是最低的。 l电机在运行中受到发热、机械振动、臭氧、空气中的 潮气、污秽、电气应力等因素的联合作用，使绝缘容易 老化。 l保护旋转电机用的是磁吹避雷器，其保护性能与电机 的绝缘水平配合裕度很小绝缘水平配合裕度很小。采用现代氧化锌避雷器后， 情况有所改善，但仍不够可靠，还必须与电容器组、电 抗器、电缆段等配合使用，以提高保护效果。 l电机绕组中性点一般不接地，三相进波时在直角波头 情况下，中性点电压可达进波电压的两倍，因此必须

14、对必须对 中性点采取保护措施中性点采取保护措施。 7.5.2直配电机的防雷措施直配电机的防雷措施 根据旋转电机防雷保护特点知道，要保护主 绝缘、匝间绝缘和中性点绝缘，仅依靠磁吹避 雷器不行，还需与其他措施配合起来保护，才 能降低侵入波陡度并限制流过FCD的雷电流不 超过3KA。 电机出厂工频耐压/KVFCD磁吹避雷器3KA 残压 3431 43.340 48.845 作用在直配电机上的大气过电压有两类： n与电机相连的架空线路上的感应过电压； n由雷电直击于电机相连的架空线路而引起的。 直配电机的防雷保护元件主要有： （1）避雷器 （2）电容器 （3）电缆段 （4）电抗器 采取这些综合保护措施

15、就可以限制流经FCD 型避雷器中的雷电流小于3KA，可以限制侵入 波陡度和降低感应过电压。 （1）避雷器保护 它的主要功能是降低侵入波幅值。出厂时的 电机冲击耐压不高，只能采用FCD磁吹避雷器。 但由于磁吹避雷器的残压是在雷电流为3KA 下的残压，所以还需配合进线保护措施以限制 流经FCD型避雷器中的雷电流小于3KA。 G Z C U FCD （2）电容器保护 它主要功能是限制侵入波陡度限制侵入波陡度a a和降低感应过电压和降低感应过电压。通 常在发电机母线上 装设电容器电容器来降低侵入波陡度。若侵入 波幅值为 的直角波，则发电机母线上电压（即电容C上 电压 ）可按等值电路计算，计算结果表明，

16、每相电容 为 时，能够满足 的要求。同时也满 足限制感应过电压使之低于电机冲击耐压的要求。 0 U C U F5 . 025. 0skVa/2 G Z C U FCD 0 2U Z C U C g Z 电机母线上装设电容以限制来波陡度 原理接线图 先值电路 （3）电缆段保护（进线段保护） 它主要功能是限制流经限制流经FCD型避雷器中的雷电流使之小于型避雷器中的雷电流使之小于3KA。可 采用电缆电缆与管型避雷器管型避雷器联合作用的典型进线保护段。雷电波侵入时管 型避雷器FE2动作，电缆芯线与外皮经FE2短接在一起，雷电流流过 FE2和接地电阻 所形成的电压 同时作用在外皮与芯线上，沿外 皮将有电

17、流 流向电机侧，于是在电缆外皮本身的电感 上将出现压 降 ，此压降是由环绕外皮的磁力线变化所造成的，这些磁力线 也必然全部与芯线相匝链，结果在芯线上也感应出一个大小相等其值 为 的反电动势来，此电动势阻止雷电流从A点沿芯线向电机侧 流动，也限制了流经FCD的雷电流，如果 与 完全相等，则 在芯线中就不会有电流流过，但因电缆外皮末端的接地引下线总有电 感 存在，则 与 之间就有差值，差值越大则流经芯线的雷 电流就愈大。 G C FCD FE2 4 L 3 L 2 L 2 i i 1 R 1 R 1 iR 2 i 2 L dtdiL/ 22 dtdiL/ 22 1 iRdtdiL/ 22 3 L

18、1 iRdtdiL/ 22 A G C FCD 70m FE2FE1 4 L 3 L 2 L 2 i i 1 R （4）电抗器 主要功能是在雷电波侵入时抬高电缆首端冲击电压， 从而使管型避雷器放电。例： l在电缆首端与FE2之间加装 电感； l 将FE2沿架空线前移70m。 H300100 7.5.3直配电机的防雷保护接线直配电机的防雷保护接线 对直配电机的防雷保护来说，前述各防雷元 件对电机的保护还不能认为完全可靠，考虑到 60,000KW以上电机特别重要，我国禁止这种 电机直配。 大容量直配电机 2500060000KW直配电机的保护接线直配电机的保护接线 （a）使用排气式避雷器）使用排气式避雷器FE G C FCD FE2FE1 4 L m700 m700 FS FCD （FZ） L 大容量直配电机 250006000