第七章 发电厂和变电所防雷保护

1、 发电厂是产生电能的中心，变电站是分配电能的枢纽。重要性：重要性： （1）遭雷击受到破坏将造成大面积停电事故。 （2）发电机、变压器是系统中最重要最昂贵的设备，且绝缘水平也较低，一旦损坏难于修复。 （3）值班运行人员的安全 所以比输电线路防雷更加重要，需采取防雷措施。雷害来源雷害来源：（1）雷直击发电厂和变电站的避雷针后，强大的雷电流注入到设备上。 a. 产生感应过电压 b. 避雷针电位升高对设备反击 c. 产生跨步电压和接触电压（2）雷击线路后导线上形成雷电波侵入发电厂和变电站。防雷措施：防雷措施：（1）选址时尽可能选择少雷区；（2）采用避雷针和避雷线作为直击雷防护；（3）采用避雷器和进线段

2、保护作为侵入波防护。避雷针用于防止雷闪直接击中被保护物，称为直击雷保护装置。直击雷保护装置。（一）保护原理（一）保护原理畸变电场 形成局部场强集中 影响先导发展路径 引雷作用 H: 定向高度 针： 线：h30m H20h H 10h h 30m H=600m H=300m避雷针避雷针（二）避雷针结构（二）避雷针结构接闪器：接闪器：1012mm长12m的镀锌或镀镍钢棒。接地引下线：接地引下线： 6mm圆钢或截面积 25mm的镀锌钢绞线, 也可以利用钢筋或铁塔。接地体：接地体：一组满足规定接地电阻值的管状或带状接地电极。注意各部分之间的连接（采用烧焊、线夹或螺栓）。2.保护范围保护范围22hhhh

3、xxphhrphhrxxxx)25 . 1 ()(（三）避雷针保护范围（三）避雷针保护范围1. 单支避雷针：单支避雷针：（一个圆锥体，一个圆台体）（一个圆锥体，一个圆台体） (1) 在地面上的保护半径：在地面上的保护半径： hr5 . 1(2) 在在 水平面上的保护半径：水平面上的保护半径：hx2hhxphhrxx2hhxphhrxx25 . 1其中其中p为为高度影响系数高度影响系数mh301pmh1203015 . 5hp保护角保护角 平原：平原： 45 37山区：山区： 保护范围内的被保护物就绝对不会遭受雷击？规程规定：0.1的雷击概率（穿透率） 发电厂、变电站采用多针联合保护。（三）避雷

4、针保护范围（三）避雷针保护范围2. 双支等高避雷针双支等高避雷针hobxrxhxbx1.5hoDopDhh70 xxhhb05 . 1一般要求：一般要求： 5hD以达到联合保护的效果。以达到联合保护的效果。（三）避雷针保护范围（三）避雷针保护范围3. 双支不等高避雷针双支不等高避雷针h2h1D，DfpDf7pDhfhh7210rDD21hhr45oxoxhhb5 . 1 （三）避雷针保护范围（三）避雷针保护范围4. 三支等高避雷针三支等高避雷针bx12132xh0 xb（1 1）外侧：同两支。）外侧：同两支。（2 2）内侧：）内侧： 水平面上个相邻针间水平面上个相邻针间，则全部面积，则全部面积

5、得到保护。得到保护。（三）避雷针保护范围（三）避雷针保护范围5. 四支及以上避雷针：四支及以上避雷针：分成几个三角形，分别按三分成几个三角形，分别按三支校验。支校验。bx2.41234一、一、 发电厂和变电站的直击雷保护发电厂和变电站的直击雷保护避雷针和避雷线的接地都为独立接地体。注意校核：（1）空气间隙Sk（2）土壤间隙Sd以免反击另：避雷针能否架设在构架上问题？线路终端杆塔避雷线能否进变电站问题?电压等级土壤电阻率二、发电厂和变电站的侵入波保护二、发电厂和变电站的侵入波保护沿导线传播的侵入波幅值远远高于变电站内设备绝缘水平。沿导线传播的侵入波幅值远远高于变电站内设备绝缘水平。如：如：110

6、kV线路一般线路一般7片绝缘子，闪络电压为片绝缘子，闪络电压为700kV，而，而变压器冲击绝缘水平为变压器冲击绝缘水平为480kV，多次全波试验保险电压为，多次全波试验保险电压为478kV，FZ-110J U冲击冲击310kV，Ur,5=332kV故需采用避雷器作为变电站内侵入波的保护。故需采用避雷器作为变电站内侵入波的保护。一、避雷器的保护动作过程一、避雷器的保护动作过程避雷器直接并在设备旁避雷器直接并在设备旁)()(21bbbbifutuziu避雷器动作前：避雷器动作前： ub=u(t)动作后：动作后：避雷器电压（二）避雷器与变压器间的距离对过电压的影响（二）避雷器与变压器间的距离对过电压

7、的影响避雷器和被保护设备并在一起时，被保护设备上的过电压避雷器和被保护设备并在一起时，被保护设备上的过电压就是避雷器上的电压，但实际工程中不可能在每台被保护就是避雷器上的电压，但实际工程中不可能在每台被保护设备上并一台避雷器，也就是说避雷器与被保护设备存在设备上并一台避雷器，也就是说避雷器与被保护设备存在一定距离，距离对过电压有影响。一定距离，距离对过电压有影响。设备上过电压为：vlaUUrs25 ,可见为了保证设备的安全，需采取如下措施：1）限制通过避雷器的雷电流， 5kA或10kA，降低残压；2）限制雷电流陡度a；3）尽量缩短避雷器与被保护设备间的电气距离l；(三三) 变压器与避雷器之间的

8、最大允许距离变压器与避雷器之间的最大允许距离 由于避雷器动作以后的波的多次折反射，变压器上的电由于避雷器动作以后的波的多次折反射，变压器上的电压为振荡的，这种波形与全波相差较大、而与截波相似，实压为振荡的，这种波形与全波相差较大、而与截波相似，实际中就是以变压器承受多次截波的能力（多次截波耐压值际中就是以变压器承受多次截波的能力（多次截波耐压值uj）表示承受雷电波的能力。表示承受雷电波的能力。jrjukvaluuu2maxmax,22avakauuvkauulrjrj变压器上的最大冲击电压变压器上的最大冲击电压umax应小于多次截波耐压值应小于多次截波耐压值uj避雷器与变压器之间的最大允许距离

9、避雷器与变压器之间的最大允许距离lmaxa为空间陡度为空间陡度结论：（1）避雷器具有一定的保护范围，最大允许距离lmax与 变压器uj和避雷器ur差值有关 ujur lmax（2）lmax与侵入波陡度a有关 a lmax 所以要 a（3）其它设备lmax要大35%（4）变电站多回出线比单回出线lmax高 因此，实际工程中，在变电站雷电侵入波保护设计时就是选择避雷器的布置位置，原则是在任何可能的运行方式下，变电站内变压器和其它设备距避雷器的电气距离应小于最大允许电气距离。（四）变电站的保护接线（四）变电站的保护接线-1220kV及以下变电站保证每段可能单独运行的母线都有一组避雷器。（四）变电站的

10、保护接线（四）变电站的保护接线-2 500kV国内敞开式变电站主要是双母线带旁路或一个半开关的电气主接线，由于电气距离远，每台避雷器只能保护与它靠近的电气设备。 1）每条单独运行的母线需装一组电站型避雷器； 2）每回出线出口的线路侧需装一组线路型避雷器； 3）每台变压器旁需装一组电站型避雷器； 4）线路入口的高压并联电抗器根据具体情况决定是否装线路型避雷器。三、变电站的进线段保护三、变电站的进线段保护变电站电气设备在雷电侵入时出现的过电压为：kvaluur2需限制i雷电 ur 及 需 a u 进线段保护进线段：进线段：输电线靠近变电站12km的线段。统计表明：变电站侵入波事故50%是1km线路

11、落雷造成的，71是3km线路落雷造成的。进线段保护：进线段保护：加强进线段防雷保护措施（无避雷线的架设避雷线，有避雷线减小保护角，增加绝缘子片数，加强检查巡视）使进线段耐雷水平高于线路其它部分，减小进线段发生绕击和反击形成侵入波的概率，这样侵入变电站的雷电波主要来自进线段之外。 侵入波经过在进线段上传播时，由于冲击电晕陡度会降低，进线段的波阻抗也起着限制流过避雷器的雷电流的作用。 进线段作用进线段作用：（1）限制雷电流（2）降低侵入波陡度（一）避雷器雷电流计算（一）避雷器雷电流计算 进线段以外落雷，侵入波幅值被限制在进线段绝缘子串的u50%，进线段12km的传播时间为： 故不考虑负的反射波。s

12、vl3 .137 . 6300400020002zuuInznuuIunzIunzuIzurBLrBLrBLrrBL%50%50%502, 12)1(2220kV线路绝缘子u50%=1200kV 、架空线z=400 FZ-220J避雷器ur,5=664kVIBL=4.34kA5kA 出线越多雷电流越小 330kV和500kV线路为分裂导线其波阻抗小些，故避雷器雷电流取10kA。（二）侵入波陡度的衰减计算（二）侵入波陡度的衰减计算 由于u50%超过了导线上起始冲击电晕电压，侵入波传播时会因冲击电晕产生衰减和变形（陡度降低）。)/()4 . 2150(1300)/()008. 05 . 0(00m

13、kVlhuavaaskVlhuuuadd时间陡度空间陡度（三）（三） 典型接线典型接线 1、35kV及以上变电站及以上变电站F3装设原则：装设原则：冲击绝缘水平特别高的线路，如瓷（木）横担或冲击绝缘水平特别高的线路，如瓷（木）横担或降压运行的线路，限制侵入波幅值用。降压运行的线路，限制侵入波幅值用。F2装设原则：装设原则：雷雨季节常有断路器断开、而线路带电运行方式，雷雨季节常有断路器断开、而线路带电运行方式，防止来波在开路的线路末端全反射造成闪络，工频短路电流烧防止来波在开路的线路末端全反射造成闪络，工频短路电流烧坏断路器或隔离开关，但正常运行时，坏断路器或隔离开关，但正常运行时，F2应在应在

14、F1的保护范围内。的保护范围内。2、35kV小容量变电站简化接线小容量变电站简化接线 变电站面积小，避雷器与变压器距离在变电站面积小，避雷器与变压器距离在10m以内。以内。四、旋转电机的防雷保护四、旋转电机的防雷保护（一）旋转电机防雷特点：（一）旋转电机防雷特点：1）重要、昂贵、修复困难；）重要、昂贵、修复困难；2）绝缘易老化（固体绝缘介质气隙多、易损伤，且运行）绝缘易老化（固体绝缘介质气隙多、易损伤，且运行 条件恶劣，受潮、振动、电动力作用）条件恶劣，受潮、振动、电动力作用）3）冲击耐压低（仅为同电压等级变压器的）冲击耐压低（仅为同电压等级变压器的1/2.5-1/4）4）保护用的避雷器保护裕度低；）保护用的避雷器保护裕度低；5）为降低纵绝缘压降需将来波陡度限制在）为降低纵绝缘压降需将来波陡度限制在a5kV/s。不仅要把避雷器雷电流限制在不仅要把避雷器雷电流限制在3kA以下而且需将侵入波以下而且需将侵入波陡度限制在陡度限制在5kV/s以下。以下。保护措施：保护措施：1 1）母线上）母线上FCDFCD型磁吹避雷器或金属氧化物避雷器，限制型磁吹避