发电厂和变电站的防雷保护

1、发电机、变压器等主要电气设备的内绝缘大都没有自恢复的能发电机、变压器等主要电气设备的内绝缘大都没有自恢复的能力力 220kV 220kV线路线路50%50%放电电压放电电压1200kV1200kV，而相应的变压器全波冲击试，而相应的变压器全波冲击试验电压验电压850kV850kV，全波多次冲击耐压只有，全波多次冲击耐压只有850/1.1=773kV850/1.1=773kV造成大面积停电造成大面积停电 发电厂是产生电能的中心，变电站是分配电能的枢纽，发电厂是产生电能的中心，变电站是分配电能的枢纽，所以比输电线路防雷更加重要，需采取防雷措施。所以比输电线路防雷更加重要，需采取防雷措施。3u雷直击

2、变电站雷电冲击波沿线路入侵：（1）雷直击发电厂和变电站的避雷针后，强大的雷电流）雷直击发电厂和变电站的避雷针后，强大的雷电流 在设备上：在设备上：a.产生感应过电压产生感应过电压 b.避雷针电位升高对设备反击避雷针电位升高对设备反击 c.产生跨步电压和接触电压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）雷击线路后导线上形成雷电波侵入发电厂和变电站（1）选址时尽可能选择少雷区）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）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保护作为侵入波防护）采用避雷器和进线段保护作为侵入波防护610.1 发电厂

3、、变电站的直击雷保护发电厂、变电站的直击雷保护措施：避雷针和避雷线措施：避雷针和避雷线chLdLchLkRiudtdiLRiu 一般直击雷电流一般直击雷电流iL=100kA; s/kA5 .38dtdiL 10-1 10-1 避雷针和避雷线的接地都为独立接地体避雷针和避雷线的接地都为独立接地体注意校核：（注意校核：（1）空气间隙）空气间隙Sk；（；（2）土壤间隙）土壤间隙Sd以免反击以免反击12Rchh发生反击时发生反击时: 500Sk=100Rch+60h 300Sd=100Rch防止反击防止反击: Sk0.2Rch+0.1h 一般一般5m Sd0.3Rch 一般一般3mL0=1.55H/m

4、; h高处高处 L=1.55hH空气与土壤的平均击穿场强：空气与土壤的平均击穿场强：E500kV/m和和300kV/m设计步骤：设计步骤： 根据避免反击的要求，决定避雷针的安装位置，根据避免反击的要求，决定避雷针的安装位置，这样就决定了避雷针和被保护设备的水平距离。这样就决定了避雷针和被保护设备的水平距离。 根据已决定的水平距离和被保护设备的高度，计根据已决定的水平距离和被保护设备的高度，计算避雷针的高度，验算保护范围，使设备处于保算避雷针的高度，验算保护范围，使设备处于保护范围之内。护范围之内。u一般一般110kV110kV及以上变电所，及以上变电所，允许装允许装配电构架避雷针配电构架避雷针

5、，配电构，配电构架需装设辅助接地装置，与地网的连接处距变压器接地的距架需装设辅助接地装置，与地网的连接处距变压器接地的距离不小于离不小于15m15m。土壤电阻率。土壤电阻率500500m m时时, ,需独立架设避雷针。需独立架设避雷针。u变压器门型构架上不得加装避雷针变压器门型构架上不得加装避雷针。u35kV35kV及以下变电所需独立加设避雷针及以下变电所需独立加设避雷针，并达到不反击的要求。，并达到不反击的要求。10-210-2 装设避雷器装设避雷器正确选择避雷器的形式、参数正确选择避雷器的形式、参数合理确定保护接线方式，如台数、装合理确定保护接线方式，如台数、装设位置设位置尽量少的避雷器保

6、护所有设备尽量少的避雷器保护所有设备避雷器动作前避雷器动作前避雷器动作后避雷器动作后避雷器动作前：避雷器动作前： ub=2u(t)动作后：动作后： 变压器在冲击电压作用下可等值为一个电容（称为入口电变压器在冲击电压作用下可等值为一个电容（称为入口电容），为简化分析，一般可以不计，容），为简化分析，一般可以不计，认为输电线路在此开路。认为输电线路在此开路。避雷器直接并在设备旁：避雷器直接并在设备旁：12bbuui Z)(bbifu 1412bbuui Z图解法图解法避雷器动作后：避雷器动作后：变压器（也是避雷器）上电压有两个峰值：变压器（也是避雷器）上电压有两个峰值： Uch ：避雷器冲击放电电

7、压：避雷器冲击放电电压 Ubm：避雷器残压的最大值，取：避雷器残压的最大值，取5kA下的数值下的数值两个峰值两个峰值Uch和和Ubm基本相同基本相同变压器得到可靠保护条件：变压器得到可靠保护条件：变压器冲击放电电压大于避雷变压器冲击放电电压大于避雷器的冲击放电电压和器的冲击放电电压和5kA下的残压下的残压110kV220kV变电所雷电流不得超过变电所雷电流不得超过5kA，故，故5kA下的下的残压用残压用Ub.5表示。表示。 避雷器和被保护设备并在一起时，被保护设备上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，所以的过电压就是避雷器上的电压，所以变压器冲击放变压器冲击放

8、电电压应该大于避雷器的冲击放电电压和电电压应该大于避雷器的冲击放电电压和5kA下的残下的残压压. 实际工程中不可能在每台被保护设备上并一台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，也就是说避雷器与被保护设备存在一定距避雷器与被保护设备存在一定距离离。入侵波入侵波 at (到到B点时点时t=0)在变压器入口处在变压器入口处T发生全反射发生全反射:1) 当当T点的反射波到达点的反射波到达B点之前点之前 UB(t) = at2) 当当T点的反射波到达点的反射波到达B后和避雷器动作之前后和避雷器动作之前vl )-2a(t )(2)2()(22222vltavltaattUB3)

9、避雷器动作时刻避雷器动作时刻 t = tp )-(t2 )(2)(2)(2p25 .pbBtttUtU)(22t避雷器伏秒特性曲线避雷器伏秒特性曲线)tt (2p 22pt变压器上电压变压器上电压UT( t )：ptt( )2Tutat25( )22TpblutatUavptt22 plttv2222522( )2 ()4 ()2 2 ()2Tppppblluta ta ttvvlla tUavv24 plttv25( )22TpblutatUav2.522TpblUtUv最大电压最大电压22变压器上典型的实际电压波形变压器上典型的实际电压波形 由于入侵波在变压器与避雷器之间多次反射，作用由于

10、入侵波在变压器与避雷器之间多次反射，作用在变压器上的电压具有振荡性质，在变压器上的电压具有振荡性质，相当于截波的作用相当于截波的作用。3.3.变压器与避雷器之间允许的最大电气距离变压器与避雷器之间允许的最大电气距离 变压器承受截波的能力为多次截波耐压值变压器承受截波的能力为多次截波耐压值: 因此变压器承受的最大耐压值因此变压器承受的最大耐压值 变压器与避雷器间允许的最大电气距离变压器与避雷器间允许的最大电气距离 15. 1UU3 . jj jbUKvlU25 .v/2UUL5 .bjm 实际中以变压器承受多次截波的能力（多次截波耐压值实际中以变压器承受多次截波的能力（多次截波耐压值uj）表示承

11、受雷电波的能力。）表示承受雷电波的能力。确保变压器安全的主要措施确保变压器安全的主要措施 2 25 .vlUUbT变压器上最大电压结论：结论：（1）避雷器具有一定的保护范围，最大允许距离）避雷器具有一定的保护范围，最大允许距离Lmax与与 变压器变压器uj和避雷器和避雷器ur差值有关差值有关 ujur Lmax（2）Lmax与侵入波陡度与侵入波陡度a有关有关 a Lmax ，所以要所以要 a（3）变电站多回出线比单回出线）变电站多回出线比单回出线Lmax高高 所以实际工程中，在变电站雷电侵入波保护设计时就是选择所以实际工程中，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，原则是避雷器的

12、布置位置，原则是在任何可能的运行方式下，变电站内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。避雷器一般装设在母线上，一组或者多组。避雷器一般装设在母线上，一组或者多组。10-310-3 要将变电站电气设备上的过电压水平限制在其冲击耐要将变电站电气设备上的过电压水平限制在其冲击耐压值以下，必须限制从线路传来的侵入波陡度，以限制由压值以下，必须限制从线路传来的侵入波陡度，以限制由于避雷器与电气设备之间的距离引起的电位升高；限制流于避雷器与电气设备之间的距离引起的电位升高；限制流过避雷器的雷电流不超

13、过过避雷器的雷电流不超过5kA以降低残压。以降低残压。变电站电气设备在雷电侵入时出现的过电压为：变电站电气设备在雷电侵入时出现的过电压为：需限制i雷电 uB.5 及 需 a u 进线段保护vlUUbT2 5 .进线段：输电线进线段：输电线靠近变电站靠近变电站12km的线段的线段 进线段保护：加强进线段防雷保护措施（无避雷线的架设进线段保护：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

14、和反击形成侵入波的概率，这样侵入变电站的雷电波主要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来自进线段之外. 当线路全线无避雷线时，这段线路必须架设避雷线当线路全线无避雷线时，这段线路必须架设避雷线；当当线路全线有避雷线时，也将变电站附近线路全线有避雷线时，也将变电站附近2km长的一段进线列长的一段进线列为进线保护段。为进线保护段。 10-310-3 侵入波经过在进线段上传播时，由于冲击电晕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。器的雷电流的作用。进线段作用进线段

15、作用：（1）限制雷电流幅值（）限制雷电流幅值（2）降低侵入波陡度）降低侵入波陡度1. 35kV1. 35kV及以上变电所进线段保护及以上变电所进线段保护（1）未沿全线架设避雷线的进线保护接线（）未沿全线架设避雷线的进线保护接线（2）全线有避雷线的进线保护接线）全线有避雷线的进线保护接线30例：例：3535kV110kVkV110kV变电站进线段保护典型接线变电站进线段保护典型接线 进线段架设避雷线，且保护角取不大于进线段架设避雷线，且保护角取不大于20 。 在靠近隔离开关或断路器处装设排气式避雷器。在靠近隔离开关或断路器处装设排气式避雷器。31进线段保护的作用进线段保护的作用 降低波的幅值与陡

16、度。降低波的幅值与陡度。 限制流过避雷器的冲击电流幅值。限制流过避雷器的冲击电流幅值。（一）流过避雷器的电流（一）流过避雷器的电流可以不考虑在进线段上的多次反射。可以不考虑在进线段上的多次反射。雷电波在12km内往返一次的时间：svlt3 .137 . 6300/ )21 (*2/232回路方程：bmbLUZIU%502避雷器伏安特性：)(ifub%50U)(a%502UbmUbLI)(bZZZUUIbbm%50233例：例：220kV线路的冲击绝缘强度线路的冲击绝缘强度U50%=1200kV，线线路波阻路波阻400 ，变电站中氧化锌，变电站中氧化锌避雷器的残压避雷器的残压520kVkAIbm

17、7 . 440052012002避雷器中的雷电流不超过避雷器中的雷电流不超过5 5kAkA ，这也是避雷器残这也是避雷器残压按照压按照5 5kAkA考虑的原因。考虑的原因。2. 进入变电站的雷电波陡度a式中 0进线段首端斜角波头长度，s； 进线段末端变形后的斜角波头长度，s； U侵入雷电波幅值，kV。通常可取为进线段首端线路绝缘的50%冲击闪络电压U50%。 l0进线段长度，km； hc进线段导线的平均对地高度，m。0c0)008. 05 . 0(lhU35计算不同电压等级的a 后，可求出变电站电气设备离避雷器的最大允许电气距离lm首端落雷且幅值为U50%的直角波，冲击电晕将使直角波波头变缓：

18、 起晕起晕UU%50 (kV/ s)0.008(0.5)duuaulh)kV/m( 300avaa 需要的进线段长度需要的进线段长度 额定电压（kV）计算用进波陡度a（kV/s）进线段长1km进线段长2km或全线有避雷线3511022033050030045015022545066075037max0.080.5dUlUahkm1）进线段的作用：进线段的作用：进线段内防止雷击导线，进线段以外进进线段内防止雷击导线，进线段以外进雷时，由于进线段本身阻抗的作用，使流经避雷器的雷雷时，由于进线段本身阻抗的作用，使流经避雷器的雷电流受到限制，同时由于冲击电晕的影响，将使入侵波电流受到限制，同时由于冲击

19、电晕的影响，将使入侵波陡度和幅值下降。陡度和幅值下降。2）F3的作用：的作用：限制入侵波的幅值。限制入侵波的幅值。1. 35kV1. 35kV及以上变电所进线段保护及以上变电所进线段保护3) F2的作用：的作用：隔离开关或断路器断开时防止入侵波在此发隔离开关或断路器断开时防止入侵波在此发生全反射造成对地闪络。断路器闭合运行时，生全反射造成对地闪络。断路器闭合运行时，F2避雷器在避雷器在避雷器避雷器F1的保护范围内不动作，避免截断波的产生的保护范围内不动作，避免截断波的产生.4）(阀式避雷器阀式避雷器)F1的作用：的作用：断路器断路器合闸状态时，保护设备合闸状态时，保护设备绝缘。绝缘。 图中各元

20、件的名称和作用：图中各元件的名称和作用：40例：例：3535kVkV小容量变电站的简化进线保护小容量变电站的简化进线保护电气距离一般在电气距离一般在10m以内，允许侵入波陡度增大，以内，允许侵入波陡度增大，进线段缩短到进线段缩短到500600m。41简化接线：用电抗器代替进线段保护简化接线：用电抗器代替进线段保护 在进线段装设避雷器有困难，或者进线段杆塔接地电阻难以降到耐雷水平的要求时，可用一组1mH左右的电抗器代替进线段保护，以限制流过避雷器的雷电流幅值和陡度4210. 4 10. 4 变电站防雷的几个具体问题变电站防雷的几个具体问题方法：在有可能出现过电压的地方加装避雷器方法：在有可能出现过电压的地方加装避雷器A AOA AOul123)(aul1233)(bA AO1高压侧中压侧0U0kUkU00U例例1 1：自耦变压器的保护：自耦变压器的保护43例例2 2：配电变压器的保护：配电变压器的保