电力系统绝缘保护 过电压防护 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、变电所直击雷防护第一章发电厂、变电所雷电侵入波防护第二章变压器防雷第三章旋转电机防雷第四章发电厂、变电所架设避雷针的原则发电厂和变电所直击雷防护01前言发电厂、变电所直击雷防护前言据统计，我国35kV和110-220kV变电所由于入侵波而引起的事故率分别为0.67次/百所年和0.5次/百所年，直配电机的雷击损坏率约为1.25次/百所年。发电厂、变电所是电力系统的重要组成部分，如发生雷击事故，可能会使变压器及其他电器等主要设备发生损坏，造成大面积停电，严重影响国民经济和人民生活，因此，对发电厂、变电所的防雷保护，必须十分可靠。发电厂和变电所的雷害来源于两方面：一是雷电直击，另一是雷击线路后沿线路向发电厂、变电所传来的入侵波。发电厂、变电所直击雷防护发电厂、变电所架设避雷针的原则1、所有被保护设备均应处于避雷针的保护范围之内。2、为了防止反击，避雷针距离被保护设备空气中距离不小于5米；避雷针的接地装置与被保护物的接地装置在土壤中距离不小于3米。发电厂、变电所直击雷防护发电厂、变电所架设避雷针的原则避雷针和其他接地装置上的电位Uk和Ud与冲击接地电阻有关，Rch越小则Uk和Ud越低。发电厂、变电所直击雷防护发电厂、变电所架设避雷针的原则反击被认为是避雷针的主要缺点之一。在《建筑物防雷设计规范》（GB50057-1994）中给出了不同类建筑物与避雷针之间为防反击所需的距离的求解公式。在电力系统，空气中避雷针与被保护物之间的距离要求不小于5m，土壤中，避雷针的接地装置与被保护物的接地装置之间的距离要求不小于3m。当受现场条件限制满足不了安全净距的要求时，可以将避雷针的接地装置与被保护物的接地装置进行等电位联结。按照安装方式的不同，将避雷针分为：独立避雷针装在配电装置构架上的避雷针（简称构架避雷针）。发电厂、变电所直击雷防护发电厂、变电所架设避雷针的原则独立避雷针发电厂、变电所直击雷防护发电厂、变电所架设避雷针的原则变电构架发电厂、变电所直击雷防护发电厂、变电所架设避雷针的原则变电构架发电厂、变电所直击雷防护发电厂、变电所架设避雷针的原则变电构架发电厂、变电所直击雷防护发电厂、变电所架设避雷针的原则3、从经济观点出发希望采用构架避雷针，因为它既能节省支座的钢材，又能省去专用的接地装置,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；对35KV及以下变电所宜装设独立避雷针，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10Ω。110kV及以上的变电所可以将避雷针装设在配电装置的构架上。但避雷针的配电构架应装设辅助接地装置，此接地装置与变电所接地网的连接点距主变压器接地装置与变电所接地网的连接点之间的距离不小于15米。我的构架上不能设避雷针！发电厂、变电所直击雷防护发电厂、变电所架设避雷针的原则我国规程规定：（1）110KV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ρ>1000Ω·m的地区，仍宜装设独立避雷针，以免发生反击。（2）35KV及以下的配电装置应采用独立避雷针来保护。（3）60KV的配电装置，在ρ>500Ω·m的地区宜采用独立避雷针，在ρ>500Ω·m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，以免发生反击事故和引起继电保护误动作。发电厂、变电所直击雷防护第一章发电厂、变电所雷电侵入波防护第二章变压器防雷第三章旋转电机防雷第四章变电所进线段保护发电厂、变电所雷电侵入波防护02变电所内阀型避雷器的保护作用发电厂、变电所雷电侵入波防护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。对避雷器的基本要求是：先于被保护物放电，并能可靠灭弧。避雷器与被保护物之间最好零距离，但从成本上考虑，变电所中是在母线上加装一组避雷器，此时避雷器是有保护范围的。发电厂、变电所雷电侵入波防护变电所内阀型避雷器的保护作用发电厂、变电所雷电侵入波防护变电所内阀型避雷器的保护作用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，由于变压器是最重要的设备，因此避雷器应尽可能靠近变压器。这样，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（沿母线和连接线计算的距离）越大，来波陡度越大，电压差值也就越大。发电厂、变电所雷电侵入波防护变电所内阀型避雷器的保护作用发电厂、变电所雷电侵入波防护变电所内阀型避雷器的保护作用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lmax。变压器与避雷器之间允许的最大电气距离：变电所进线段保护发电厂、变电所雷电侵入波防护02变电所内阀型避雷器的保护作用发电厂、变电所雷电侵入波防护变电所进线段保护进线段保护的必要性如果当雷击于变电所附近的导线时，流过导线的电流将超过一定值，而且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，进线段保护是对雷电侵入波保护的一个重要辅助手段。进线段保护进线段保护是指在临近变电所1~2km的一段线路上加强防雷保护措施。例如：当线路全线无避雷线时，在1~2km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。这样进入变电所内的侵入波由于线路波阻抗及冲击电晕的作用使通过避雷器雷电流的幅值和陡度都有所降低。发电厂、变电所雷电侵入波防护变电所进线段保护变电所内设备距避雷器的最大允许距离lmax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。一、35及以上变电所的进线段保护对于35~110kV无避雷线的线路，当雷击于变电所附近线路的导线上时，沿线入侵流经避雷器的雷电流可能超过5kA，而且陡度也可能超过允许值，因此对对于35~110kV无避雷线的线路，在靠近变电所的一段进线上，必须架设避雷线，在进线段内出现雷电波的概率大大减小，保证雷电波只能在进线段以外出现。架设避雷线的这段进线称为变电所进线保护段。发电厂、变电所雷电侵入波防护变电所进线段保护1、未沿全线架设避雷线的进线段保护1）阀型避雷器的作用：保护全所设备2）避雷线作用：避雷线保护角很小，在进线段内不发生绕击，雷击于进线段以外的导线上时，导线自身电阻将消耗入侵波能量，来限制入侵波幅值。3）管型避雷器1：限流。4）管型避雷器2：保护开关。发电厂、变电所雷电侵入波防护变电所进线段保护安装GB2的原因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压（热备用状态），沿线袭来的雷电波（其幅值）传到开路端，由于开路反射电压要上升到，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，为此在靠近隔离开关或断路器处装设一组管型避雷器GB2。在断路器闭合运行时雷电侵入波不应使GB2动作，如GB2在断路器闭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。若缺乏适当参数的管型避雷器，则GB2可用阀型避雷器代替。2、全线架设避雷线的变电所进线段保护发电厂、变电所雷电侵入波防护变电所进线段保护二、35KV小容量变电所的简化进线保护对于35KV小容量变电所，可根据变电所的重要性和雷电活动强度等情况来采取简化的进线保护。35KV小容量变电所范围小，避雷器距变压器的距离一般在10m以内，侵入波陡度允许增加，故进线长度可以缩短到500～600m，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。发电厂、变电所雷电侵入波防护变电所进线段保护35～110KV变电所，若进线装设避雷线有困难或进线段杆塔接地电阻难于下降，不能达到要求的耐雷水平，可在进线的终端杆上安装一组1000µH左右的电抗线圈来代替进线段，此电抗线圈既能限制流过避雷器的雷电流又能限制入侵波陡度。发电厂、变电所雷电侵入波防护变电所进线段保护三绕组变压器的防雷保护安装GB2的原因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压（热备用状态），沿线袭来的雷电波传到开路端，由于开路反射电压要上升到2U50%，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，为此在靠近隔离开关或断路器处装设一组管型避雷器GB2。在断路器闭合运行时雷电侵入波不应使GB2动作，如GB2在断路器闭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。若缺乏适当参数的管型避雷器，则GB2可用阀型避雷器代替。1~2kmFZGB2GB1发电厂、变电所雷电侵入波防护变电所进线段保护2、全线架设避雷线的变电所进线段保护发电厂、变电所直击雷防护第一章发电厂、变电所雷电侵入波防护第二章变压器防雷第三章旋转电机防雷第四章三绕组变压器的防雷保护变压器防雷03自耦变压器的防雷保护变压器的中性点保护配电变压器的防雷保护变压器防雷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）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。变压器防雷三绕组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U0的2/k倍，因而有可能引起处于开路状态的中压侧套管的闪络，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。变压器防雷三绕组变压器的防雷保护当中压侧进波时（由值为U0`<U0），自耦绕组各点的电压分布如下图，由中压端A`到开路的高压端A之间的电压稳态分布是由中压端A`到中性点N之间的电压稳态分布的电磁感应所产生的，高压端A的稳态电压为KU`0。在振荡过程中，A点的最大电压可达2KU`0。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。变压器防雷三绕组变压器的防雷保护此外，还须注意的情况：当中压侧接有出线时（相当于A`点经线路波阻抗接地），如高压侧有过电压波入侵，A`点的电位接近于零，大部分过电压将作用在AA`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，AA`绕组越短（变比k越小），危险性越大。一般在k<1.25时，还应在AA`之间再跨接一组避雷器（FV3）。三绕组变压器的防雷保护变压器防雷03自耦变压器的防雷保护变压器的中性点保护配电变压器的防雷保护变压器防雷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。①全绝缘：中性点处的绝缘水平与相线端的绝缘水平相等。一般在60KV及以下的电力变压器中性点是全绝缘的。此时，中性点一般不需保护。若变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。②分级绝缘：中性点处的绝缘水平低于相线端的绝缘水平。一般在110KV及以上时，大多变压器中性点是分级绝缘的。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。变压器的中性点保护变压器防雷配电变压器的防雷保护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避雷器尽量靠近变压器，尽量减小连接线的长度如低压侧线路落雷，作用在低压侧的冲击电压按变比感应到高压侧，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。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”。旋转电机防雷旋转电机——包括发电机、调相机、大型电动机等。旋转电机的防雷保护——指直配电机的防雷保护，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旋转电机防雷旋转电机防雷保护的特点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。旋转电机防雷（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，必须要将入进波陡度限制得很小。旋转电机防雷保护的特点旋转电机防雷措施：①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。②在发电机电压母线上装设一组并联电容器（电容量为0.25~0.5μF），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。③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。④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1.5~2.0μF，以进一步降低入侵波陡度。旋转电机防雷保护的特点旋转电机防雷典型接线：直配电机的防雷保护在进线处装设电感线圈L，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