第五章 过电压保护

1、1第五章第五章 过电压保护过电压保护电力系统运行中电力系统运行中,出现危及电气设出现危及电气设备绝缘的电压称为备绝缘的电压称为过电压过电压. 21.了解过电压的概念、危害、分类。了解过电压的概念、危害、分类。2.熟悉内部过电压（工频、操作过、谐振）。熟悉内部过电压（工频、操作过、谐振）。3.熟悉雷电过电压（雷电成因及放电特点、熟悉雷电过电压（雷电成因及放电特点、直击雷、感应雷、雷电反击过电压）。直击雷、感应雷、雷电反击过电压）。4.掌握避雷器的作用、分类及工作原理，熟掌握避雷器的作用、分类及工作原理，熟悉避雷针的作用及保护范围。悉避雷针的作用及保护范围。5.掌握变电所的防雷保护（进线、母线、变

2、掌握变电所的防雷保护（进线、母线、变压器中性点、配变）。压器中性点、配变）。3第一节第一节 过电压概述过电压概述一一. 过电压及其危害过电压及其危害为了考核电气设备的绝缘，我国规定：为了考核电气设备的绝缘，我国规定：10KV最高工作电压为最高工作电压为12KV引起：雷击或电力系统中的操作、事故。引起：雷击或电力系统中的操作、事故。危害：设备绝缘击穿损坏，供电中断，火灾。危害：设备绝缘击穿损坏，供电中断，火灾。4二二. 过电压分类过电压分类过电压过电压雷电过电压雷电过电压 内部过电压内部过电压 工频过电压和谐振过电压工频过电压和谐振过电压 称为暂时过电压称为暂时过电压5三三.雷电过电压雷电过电压

3、 1 形成：形成： 雷电是带电荷的云所引起的放电现象。雷电是带电荷的云所引起的放电现象。（一般情一般情况负电荷的雷云较多况负电荷的雷云较多）雷云对地放电大多数要重复雷云对地放电大多数要重复2-3次次 第一次主放电电流最大，时间很短，只有第一次主放电电流最大，时间很短，只有 50-100S 余余辉放电电流很小，时间较长。辉放电电流很小，时间较长。 直接雷击过电压直接雷击过电压 2. 雷云直接对电器设备或电力线路放电，雷电流流过雷云直接对电器设备或电力线路放电，雷电流流过这些设备时，在雷电流流通路径的阻抗（包括接地电阻）这些设备时，在雷电流流通路径的阻抗（包括接地电阻）上产生冲击电压，引起过电压。

4、这种过电压称为直接雷上产生冲击电压，引起过电压。这种过电压称为直接雷击过电压。击过电压。64. 雷电反击过电压雷电反击过电压 雷云对电力架空线路的杆塔顶部放电，线路绝缘子有可能雷云对电力架空线路的杆塔顶部放电，线路绝缘子有可能产生击穿，对导线放电，这种情况称为雷电反击过电压。产生击穿，对导线放电，这种情况称为雷电反击过电压。5.感应雷过电压感应雷过电压 感应雷过电压是指在电气设备（例如架空电力线路）的附感应雷过电压是指在电气设备（例如架空电力线路）的附近不远处发生闪电，虽然雷电没有直接击中线路，但在导近不远处发生闪电，虽然雷电没有直接击中线路，但在导线上会感应出大量的和雷云极性相反的束膊电荷，

5、形成雷线上会感应出大量的和雷云极性相反的束膊电荷，形成雷电过电压。电过电压。6雷电侵入波雷电侵入波 因直接雷击或感应雷击在输电线路导线中形成迅速流动因直接雷击或感应雷击在输电线路导线中形成迅速流动 的电荷称它为雷电进行波。雷电进行波对其前进道路上的的电荷称它为雷电进行波。雷电进行波对其前进道路上的 电气设备构成威胁，因此也称为雷电侵入波。电气设备构成威胁，因此也称为雷电侵入波。 7四四. 内部过电压内部过电压1工频过电压工频过电压 电力系统中的工频过电压一般由电力系统中的工频过电压一般由线路空载、线路空载、单相接地或三相系统中发生不对称故障时单相接地或三相系统中发生不对称故障时引起。引起。 高

6、压长线路空载运行时，末端电压高高压长线路空载运行时，末端电压高 .特点特点: 持续时间可能较长持续时间可能较长 .82谐振过电压谐振过电压 当谐振过电压发生在铁磁电感与电容组成当谐振过电压发生在铁磁电感与电容组成的电路中时，称为铁磁谐振电路，有可能的电路中时，称为铁磁谐振电路，有可能出现过电压事故出现过电压事故。特点特点:过电压持续时间较长，频率低过电压持续时间较长，频率低 .会会引起电压互感器损坏和阀型避雷器爆炸引起电压互感器损坏和阀型避雷器爆炸。防止措施防止措施 :电压互感器组采用电压互感器组采用V/V接线接线 93操作过电压操作过电压 操作过电压是指电力系统中由于操作或事操作过电压是指电

7、力系统中由于操作或事 故，使设备运行状态发生改变故，使设备运行状态发生改变,引起振荡，引起振荡，从而产生过电压。从而产生过电压。 例例: 切、合高压空载长线路切、合高压空载长线路 （空载变压器、（空载变压器、电容器、高压电动机）电容器、高压电动机） 10 开关设备的灭弧能力特别强开关设备的灭弧能力特别强 引发截流过电引发截流过电压。开断空载变压器和开断高压电动机都压。开断空载变压器和开断高压电动机都有可能出现强制有可能出现强制灭弧（截流）过电压灭弧（截流）过电压。 在中性点不接地系统中发生单相不稳定电在中性点不接地系统中发生单相不稳定电弧接地时，可能产生过电压，一般把这种弧接地时，可能产生过电

8、压，一般把这种过电压称为过电压称为电弧接地过电压电弧接地过电压。11第二节第二节 直接雷击过电压保护直接雷击过电压保护 为防止直接雷击电力设备，一般采用避雷为防止直接雷击电力设备，一般采用避雷针或避雷线。针或避雷线。一一.单支避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围例：某避雷针高例：某避雷针高20m，则该避雷针在，则该避雷针在8m的高的高度的保护半径为（度的保护半径为（ ） A:12 m B:14m C:16m半径半径=1.520 m 28m12二二.两支避雷针的保护范围两支避雷针的保护范围两针间距离两针间距离D与针高与针高h之间比之间比D/h不宜大于不宜大于5。三三.多支避雷针的保护范围多支避雷

9、针的保护范围 各相邻避雷针间保护范围的一侧最小宽度各相邻避雷针间保护范围的一侧最小宽度b则全部面积受到保护。则全部面积受到保护。13第三节雷电侵入波防护第三节雷电侵入波防护 防止感应雷过电压和雷电侵入波对变电所防止感应雷过电压和雷电侵入波对变电所设备绝缘造成击穿损坏，应采取措施减少设备绝缘造成击穿损坏，应采取措施减少近区雷击闪络，避免出现过分强烈的感应近区雷击闪络，避免出现过分强烈的感应雷多电压。雷多电压。14一一.变电所进线段保护变电所进线段保护 35kV 110kV 三芯三芯电缆电缆,其末端其末端(靠近母线靠近母线侧侧)的金属外皮应的金属外皮应直接接地直接接地;对对单芯单芯电缆电缆,其其末

10、端应末端应经保护器或保护间隙接地经保护器或保护间隙接地.二二.变电所母线保护变电所母线保护 3kV10kV变电所应在每组母线和架空进线变电所应在每组母线和架空进线上都装设阀型避雷器上都装设阀型避雷器.15配电变压器防雷保护配电变压器防雷保护3kV10kV配电变压器应装设阀式避雷器保护配电变压器应装设阀式避雷器保护接地线与变压器低压侧中性点以及金属外壳接地线与变压器低压侧中性点以及金属外壳连在一起连在一起.16第四节第四节 过电压保护设备过电压保护设备 一一.保护间隙保护间隙保护间隙是由两个金属电极构成的较简单的保护间隙是由两个金属电极构成的较简单的防雷设备。防雷设备。 主要是防止主间隙因鸟类、

11、树枝等造成短路主要是防止主间隙因鸟类、树枝等造成短路时，不致引起线路接地。时，不致引起线路接地。17二二.阀型避雷器阀型避雷器1.普通阀型避雷器（普通阀型避雷器（适用大气过电压保护适用大气过电压保护） 在雷电流通过以后在雷电流通过以后,工频电流也跟着通过阀工频电流也跟着通过阀型避雷器的火花间隙和阀片电阻型避雷器的火花间隙和阀片电阻,这个电流这个电流称为称为工频续流工频续流.普通碳化硅阀型避雷器常用的有普通碳化硅阀型避雷器常用的有FZ和和FS型型FZ为站用避雷器为站用避雷器:有并联均压电阻、有并联均压电阻、残压低残压低。FS为配电避雷器：结构简单、为配电避雷器：结构简单、体积较小体积较小。182

12、磁吹阀型避雷器磁吹阀型避雷器磁吹阀型避雷器常用的有磁吹阀型避雷器常用的有FCD和和FCZ型型FCD：保护旋转电机保护旋转电机 FCZ：发电厂和变电所作保护之用发电厂和变电所作保护之用193. 金属氧化物避雷器金属氧化物避雷器 （大气、内部）（大气、内部） 特点：非线性伏安特性，过电压时呈低电阻特点：非线性伏安特性，过电压时呈低电阻 正常工频电压下呈高电阻正常工频电压下呈高电阻,流过不超过流过不超过1mA(一般为一般为几十微安几十微安)的对地泄漏电流的对地泄漏电流. 金属氧化物避雷器动作迅速、通流量大、残压低、金属氧化物避雷器动作迅速、通流量大、残压低、无续流、结构简单，保护特性好无续流、结构简

13、单，保护特性好 。避雷器的避雷器的持续运行电压持续运行电压实际上略实际上略大于系统的最高相大于系统的最高相电压电压 20第六章第六章 继电保护与二次回路继电保护与二次回路一次一次系统发生系统发生故障故障或出现异常时，或出现异常时，依靠继电依靠继电 保护和自动装置保护和自动装置将故障迅速切除将故障迅速切除 211.掌握继电保护基本要求。掌握继电保护基本要求。2.掌握变压器（线路、高压电动机、电力电掌握变压器（线路、高压电动机、电力电容器）保护的配置及作用、保护原理。容器）保护的配置及作用、保护原理。3.掌握自动重合闸的作用、装置及要求。掌握自动重合闸的作用、装置及要求。4.掌握备用电源自动投入装

14、置的作用、及基掌握备用电源自动投入装置的作用、及基本要求。本要求。5.掌握变电站的操作电源（直流、交流）。掌握变电站的操作电源（直流、交流）。22第一节第一节 继电保护任务及基本要求继电保护任务及基本要求 一、继电保护任务一、继电保护任务 当电气设备发生短路故障时，能自动迅速当电气设备发生短路故障时，能自动迅速地将故障设备从电力系统切除，将事故尽地将故障设备从电力系统切除，将事故尽可能限制在最小范围内可能限制在最小范围内 。23二、继电保护基本要求二、继电保护基本要求短路故障：电网电压下降，电气设备过热烧短路故障：电网电压下降，电气设备过热烧 坏，甚至着火，严重时电力系统运行被破坏，甚至着火，

15、严重时电力系统运行被破 坏，发电机被迫解列，甚至可能引起电网坏，发电机被迫解列，甚至可能引起电网 瓦解。瓦解。保护方式：电流过负荷、过电流、电流速保护方式：电流过负荷、过电流、电流速 断、电流方向、低电压、过电压、电流闭断、电流方向、低电压、过电压、电流闭 锁电压速断、差动、距离、高频等保护，锁电压速断、差动、距离、高频等保护， 此外还有反映此外还有反映非电气量的瓦斯保护非电气量的瓦斯保护等等。241.选择性选择性 当电力系统发生故障时，继电保护装置应当电力系统发生故障时，继电保护装置应该有选择性地切除故障部分，让非故障部该有选择性地切除故障部分，让非故障部分继续运行，使停电范围尽量缩小。分继

16、续运行，使停电范围尽量缩小。一般上下级保护的时限差取一般上下级保护的时限差取0.30.7s 252.快速性快速性 快速切除故障，可以把故障部分控制在尽快速切除故障，可以把故障部分控制在尽可能轻微的状态，减少系统电压因短路故可能轻微的状态，减少系统电压因短路故障而降低的时间，提高电力系统运行的稳障而降低的时间，提高电力系统运行的稳定性。定性。 263.灵敏性灵敏性 继电保护动作的灵敏性是指继电保护装对继电保护动作的灵敏性是指继电保护装对其保护范围内故障的反映能力其保护范围内故障的反映能力 。4.可靠性可靠性 继电保护动作的可靠性是继电保护动作的可靠性是指需要动作时不指需要动作时不拒动，不需要动作

17、时不误动拒动，不需要动作时不误动，这是继电保，这是继电保护装置正确工作的基础。护装置正确工作的基础。 27三、常用继电器图形符号三、常用继电器图形符号 KA KV KT KM 电流电流 电压电压 时间时间 中间中间 KS KD KG 信号信号 差动差动 气体气体28第二节第二节 变压器保护变压器保护一一.电力变压器保护设置要求电力变压器保护设置要求 310kV配电变压器的继电保护配电变压器的继电保护主要有过电流、主要有过电流、电流速断保护电流速断保护。800kVA及以上的油浸变压器及以上的油浸变压器应应装设气体保护装设气体保护。容量容量10000kVA及以上，或者单台容量在及以上，或者单台容量

18、在6300kVA及以上的并列运行变压器，应装设电流差动保护，及以上的并列运行变压器，应装设电流差动保护，以代替电流速断保护。对于大容量、高电压的降以代替电流速断保护。对于大容量、高电压的降压变电器，为了提高灵敏度，常采用复合电压闭压变电器，为了提高灵敏度，常采用复合电压闭锁的过电流保护。锁的过电流保护。29二、变压器过电流保护二、变压器过电流保护 过电流保护的动作电流是按照避开被保护设备过电流保护的动作电流是按照避开被保护设备（包括线路）的（包括线路）的最大工作电流最大工作电流来整定的。来整定的。 动作时间一经整定后就固定不变，即动作时间一经整定后就固定不变，即定时限过电定时限过电流保护流保护

19、。 动作时间随电流的大小而变化，动作时间随电流的大小而变化，电流越大动作时电流越大动作时间越短间越短。由这种继电器构成的过电流保护装置称。由这种继电器构成的过电流保护装置称为为反时限过电流保护反时限过电流保护。30三、常用继电器介绍三、常用继电器介绍1. 电磁型电流继电器电磁型电流继电器 动作电流和返回电流动作电流和返回电流 能使过电流继电器开能使过电流继电器开始动作始动作最小电流最小电流称为过电流继电器的称为过电流继电器的动作动作电流电流；在继电器动作之后，当电流减少时，；在继电器动作之后，当电流减少时，使继电器可动触点开始返回原位的使继电器可动触点开始返回原位的最大电最大电流流称为过电流继

20、电器的称为过电流继电器的返回电流返回电流。313. GL系列感应型过电流继电器系列感应型过电流继电器 感应型过电流继电器不需要时间、中间继感应型过电流继电器不需要时间、中间继电器，电器，可构成过流和速断保护可构成过流和速断保护 GL型继电器包括型继电器包括电磁元件电磁元件和和感应元件感应元件两两部分。电磁元件构成电流速断保护。感应部分。电磁元件构成电流速断保护。感应元件为带时限过电流保护。元件为带时限过电流保护。 32 GL感应型过电流继电器动作时间与电流的感应型过电流继电器动作时间与电流的关系：关系： 电流大，动作时间短。电流大，动作时间短。 电流小，动作时间长。电流小，动作时间长。称为反时

21、限保护称为反时限保护4. 电磁型时间、中间和信号继电器电磁型时间、中间和信号继电器 在继电保护回路中建立需要的在继电保护回路中建立需要的动作延时动作延时使用使用 DS-110中间继电器作用：增加中间继电器作用：增加触点数量触点数量和和触点容量触点容量33 电磁型信号继电器电磁型信号继电器 落下的信号牌和已动作的触点要用落下的信号牌和已动作的触点要用手动按手动按钮复归。钮复归。流过继电器线圈的电流必须不小于信号继电流过继电器线圈的电流必须不小于信号继电器额定工作电流的器额定工作电流的1.5倍倍。34四、变压器电流速断保护四、变压器电流速断保护 电流速断保护是防止相间短路故障的保护，电流速断保护是

22、防止相间短路故障的保护，所以都按不完全星形的两相继电器接线方所以都按不完全星形的两相继电器接线方式构成。式构成。五、变压器电流差动保护五、变压器电流差动保护变压器变压器电流差动电流差动是保护变压器内部二次出线是保护变压器内部二次出线存在死区，即存在死区，即速断保护不起作用的地方速断保护不起作用的地方。35六、变压器气体保护六、变压器气体保护 当油浸变压器内部发生故障时当油浸变压器内部发生故障时 ，产生大量产生大量气体气体 ，利用这些气体形成动作于保护的装，利用这些气体形成动作于保护的装置置 它和电流速断、电流差动它和电流速断、电流差动都是变压器的快速都是变压器的快速保护，属于保护，属于主要保护

23、主要保护。 变压器过流属于后备保护。变压器过流属于后备保护。36第三节第三节 电力线路及设备保护电力线路及设备保护 一、过电流保护和电流速断保护一、过电流保护和电流速断保护 610kV电力线路的继电保护比较简单，只电力线路的继电保护比较简单，只 有有过电流保护和电流速断过电流保护和电流速断两种保护方式。两种保护方式。二、限时电流速断保护二、限时电流速断保护 电力线路电流速断保护是按躲过本线路电力线路电流速断保护是按躲过本线路末末端三相最大短路电流端三相最大短路电流整定计算的整定计算的。 速断保护速断保护死区死区发生短路，发生短路，过电流保护动作过电流保护动作跳闸跳闸。 37 由于电流速断保护不

24、能保护全线路，由于电流速断保护不能保护全线路，过电过电流保护能保护全线路流保护能保护全线路，但达不到快速性的，但达不到快速性的要求，这时可以加一套限时电流速断保护。要求，这时可以加一套限时电流速断保护。对于高压电力线路，对于高压电力线路，限时电流速断限时电流速断保护的保护的动作时间一般动作时间一般取取0.5s。四、高压电动机保护四、高压电动机保护 高压电动机电流保护为高压电动机电流保护为电流速断电流速断保护（或保护（或电流纵差保护电流纵差保护）和）和过负荷保护过负荷保护。 38五、五、3kV10kV电力电容器组继电保护电力电容器组继电保护 中小容量的高压电容器组普遍采用电流速中小容量的高压电容

25、器组普遍采用电流速断或延时电流速断作为相间短路保护。动断或延时电流速断作为相间短路保护。动作电流作电流可取电容器组额定电流的可取电容器组额定电流的22.5倍倍，动作时间为动作时间为0。七、继电保护动作与故障判断七、继电保护动作与故障判断电力变压器发生差动保护跳闸的原因电力变压器发生差动保护跳闸的原因（点点）39八、继电保护与二次回路对变电所安全运行八、继电保护与二次回路对变电所安全运行的重要意义的重要意义 继电保护和二次回路是变电所里的重要部继电保护和二次回路是变电所里的重要部分。它直接关系到对一次设备的分。它直接关系到对一次设备的保护、监保护、监测和控制。测和控制。 直流电源间断直流电源间断

26、供电会造成供电会造成继电保护继电保护和和自动自动重合闸装置重合闸装置拒动。拒动。40第四节第四节 电力系统自动装置电力系统自动装置一、自动重合闸装置一、自动重合闸装置 由于发生事故，继电保护动作后，能使断由于发生事故，继电保护动作后，能使断路器自动重合闸的装置。路器自动重合闸的装置。 电力电缆专线供电的馈线，不采用自动重电力电缆专线供电的馈线，不采用自动重合闸。合闸。41在下列情况下，在下列情况下，重合闸不应动作重合闸不应动作：1. 值班人员为操作断路器断开，自动重合闸值班人员为操作断路器断开，自动重合闸不应动作。不应动作。2. 值班人员操作断路器合闸，由于线路上有值班人员操作断路器合闸，由于

27、线路上有故障，引起断路器随即跳闸，这时自动重故障，引起断路器随即跳闸，这时自动重合闸不应动作合闸不应动作。 断路器处于不正常状态时，重合闸应退出断路器处于不正常状态时，重合闸应退出运行运行 42二、备用电源自动投入装置二、备用电源自动投入装置 是指当工作电源因故障自动跳闸后，备用是指当工作电源因故障自动跳闸后，备用电源自动投入。电源自动投入。 43备用电源自动投入装置基本要求：备用电源自动投入装置基本要求：1. 在正常工作电源断路器跳闸后，方能自动投入在正常工作电源断路器跳闸后，方能自动投入备用电源断路器。备用电源断路器。2. 正常工作电源断路器跳闸后，备用电源自投装正常工作电源断路器跳闸后，备用电源自投装置应只动作一次。如果备用电源合闸后又自动置应只动