第 9 章 过电压保护和绝缘配合.ppt

1、第9章过电压保护与绝缘合作、9.1电力线路超电势种类与超电势水、9.1.1系统运行中在设备绝缘中出现的电压9.1.1.1系统运行中在设备绝缘中出现的电压是： (1)正常运行时的商用频率电压。 (2)临时超电势(商用超电势、谐振超电势)。 (3)操作超电势。 (4)雷超电势。 9.1.1.2设备上的作用电压按波形分类。 设备在运行中能够接受的作用电压，根据作用电压的大小、波形以及持续时间，(1)持续商用电压(其值不超过设备最高电压Um )，持续时间等于设备设置修订的运行寿命。 (2)暂时超电势(包括商用电压的上升、共振超电势)。 (3)缓波前(操作)超电势。 (4)提前(雷)波超电势。 (5)陡

2、峭的波面超电势。 9.1.1.4相对临时超电势和操作超电势的标准值如下： (1)商用超电势的1.0p.u.=Um1.732； (2)谐振超电势和操作超电势的1.0p.u.=Um(1.414/1.732 )，Um为系统最高电压。 9.1.1.5系统最高电压的范围。 (1)范围I:3.6kVUm252kV； 1千伏特； (2)范围II:Um252kV。 9.1.2电力线路超电势等级9.1.2.1商用超电势的容许等级。 一般而言，系统的商用超电势水平在下列数值为： 330-500kV的线路空气开关的变电所侧为1.3p.u.110220 kv 1.3 p.u.35-66kv 1.732 p.u.3-1

3、10220 kv的线路侧超过1.4p.u.u.110220kv时要不得(1) 相对： 500kV (直接接地系统) 2.0p.u. 330kV (直接接地系统) 2.2p.u. 110-220kV (直接接地系统) 3.0p.u. 66kV相间： 330500kV (以相对超电势的倍数)1.31.4 3220kV (相对超电势的(1)2)除了上述地区以外的我国的一般地区的雷电流振幅超过I的概率，能够用式(921 )、即lgP=-(I/88) (9-2-1)式中的p雷电流振幅概率求出。 I雷电流振幅，kA。 2 )陕南以外的西北地辖区、内蒙古自治区的一部分地辖区(这样的地辖区的平均年雷击天数在2

4、0以下)的雷电流幅度小，可以根据式(922 )求出，即lgp=-(I/44 ) (即1 )少雷区，平均年雷击天数在15以下的地辖区2 )中雷区； 平均年雷暴天数超过15在40以下的地辖区3 )多雷区，平均年雷暴天数超过40在90以下的地辖区4 )雷电活动特别强的地区，根据平均年雷暴天数超过90的地区和运行经验化学基雷电灾害特别严重的地区。 (3)在线路防雷设定中，雷电流波头的长度一般取26Is，波头形状取斜角形的特殊高塔时，可取半侑弦波形，其最大陡峭度与平均陡峭度之比为2。 (4)地面闪电击密度为每雷日1平方公里的对地平均闪电击次数，一般40雷日地区为007。 9.2.1.2线路雷超电势(1)

5、闪电击线路杆塔或避雷线时，绝缘体列、塔式空气隙和避雷线与导线之间的空气隙闪络，并且在导线反击中产生超电势。 在设定修正时，要求塔头的空气隙和功能距中央空气隙的绝缘水平比绝缘体列的绝缘水平高。 绝缘子串的雷电超电势与杆塔自身的电感量、接地电阻、避雷线分流系统和雷电电流振幅有关，通常以耐雷电电平(线路能承受该雷电电流振幅，绝缘子串不闪光)作为线路的耐雷电指标。 (2)雷直击(无避雷线线路)和绕击(有避雷线线路)的导线随着电压等级的升高，线路绕击的事故率增加，因此电压等级升高的绕击事故率在总事故率中所占的比重增大。9.2.1.3电厂、变电所雷电超电势(1)雷电直接在电厂、变电所电气设备中发生直击雷超

6、电势，由于超电势宽度高，导致设备损坏，对直击雷进行防护措施。 闪电击发电站的避雷针、线等建设、建筑物，接地网的冲击电位升高，引起对电气设备的反击，产生反击超电势。 反击超电势的振幅取决于雷电流振幅、地网冲击电阻、泄放点位置和设备充电电路的时间常数。 (2)雷电闪电击到附近的物体和地面时，空间电磁场会急剧变化，因此线路的导线上和其他金属导体会产生感应超电势。 一般的感应超电势只对35kV以下的线路和电气设备的绝缘有危害。 当闪电击点和导线之间的距离超过65m时，在导线上感应的超电势可以通过公式(923 )进行修正。 (3)输电线路有闪电击，雷电沿着导线侵入发电站的电气设备，发生侵入雷电的超电势。

7、 超电势振幅与电厂输线保护段的防雷水平、闪电击点到电厂的距离、导线冠状病毒衰减与电厂接线及运行方式有关.9.2.2雷电超电势的限制和保护设置修订9.2.2.1在设置修订和运行中必须考虑直接雷电、雷电反击和雷电感应超电势对电气设备的危害。 9.2.2.2架线上的雷超电势。 (1)从架空线路S65m对地放电时，线路上产生的感应超电势的最大值可以用式(923 )进行修正，即Ui(25*I*hc/S) (9-2-3)式中Ui雷闪电击到大地时I雷电流振幅(通常100以下)、kA； hc查询密码平均高度，m； s闪电击点和线路的距离，m。 线路上的感应超电势为随机变量，其最大值可达300400kV，一般只

8、对35kV以下线路的绝缘有一定的威胁。 从(2)雷击架空线路导线发生的直击雷超电势可以通过式(924 )决定，即UslOOI (9-2-4)式中的Us雷击点超电势最大值，kV。 雷直击查询密码的超电势容易成为线路绝缘闪络的原因。 架设避雷线能有效地减少雷直击导线的概率。 (3)在闪电击中形成架空线路避雷线、杆顶作用于线路绝缘的雷电攻击超电势，与雷电残奥表、杆塔型、高度和接地电阻等有关。 为了减少雷电反击超电势的危害，最好适当选择杆塔的接地电阻。 9.2.2.3发电站和变电所内的雷电超电势来自雷电对配电装置的直接雷击、反击和架空进线上出现的雷电侵入波。 (1)应采取措施，用避雷针或避雷针线对高压

9、配电装置进行直击雷保护，防止反击。 (2)应采取措施防止或减少发电厂和变电所附近线路的雷击闪络，在发电厂、变电所内恰当布置阀式防雷器，减轻雷电侵入波超电势的危害。 (3)在检验按照标准要求采用的雷电侵入波过电压保护方案时，检验条件应保证保护接线一般为2km的外线路导线出现雷电侵入波超电势时，不引起发电站和变电所的电气设备的电介质击穿。 9.2.2.4雷电超电势的保护设置修订(1)高压架空线路的雷电过电压保护见9.5.1。 (2)发电站和变电所的雷电过电压保护看到了9.5.2。 (3)配电系统雷电过电压保护见9.5.3。 (4)旋转电机的雷电过电压保护参照9.5.4。 9.2.3雷过电压保护装置

10、的选择9.2.3.1避雷针和避雷线。 (1)一根避雷针的保障范围(参照图921 )。 1 )避雷针在地面上的保护半径用式(921 )进行修正，保护半径r用r=1.5hP (9-2-5)式设为r保护半径、m。 h避雷针的高度，m； p高度影响系数，h30m，P=1； 30mh120m米，P=5.5/(h)0.5。 对于h120m，则为120m。 (2)被保护物在高度hx水平面上的保护半径rx，以hx0.5h且rx=(h-hx)P (9-2-6)式表示rx避雷针在hx水平面上的保护半径，m； hx被保护物的高度，m； ha避雷针的有效高度，m。 hx0.5h时rx=(1.5h-2hx)P (9-2

11、-7)、(2)两根高避雷针的保障范围1 )两针的外侧的保障范围通过单根避雷针的修正计算方法来确定。2 )两针之间的保障范围由通过两针顶点和保障范围上部边缘最低点o的圆弧决定，圆弧的半径为唯一。 o点是虚拟避雷针的顶点，其高度应由式(928 )进行修正，在h0=h-(D/7P) (9-2-8)式中为ho双针间保障范围的上部边缘最低点的高度，m； d两个避雷针之间的距离，m。 两针间hx水平面上的保障范围的一方的最小宽度由图9-2-3决定。 在bxrx的情况下，设bx=rx。 如果求出bx，则能够如图922那样描绘出两针间的保障范围。 两针间距离与针高之比Dh不得大于5。 (3)在图924(a )

12、和图9 24(b )中示出多个高避雷针的保障范围。 1)3根高避雷针形成的三角形的外侧保障范围，分别用2根高避雷针的方法补正后决定。 在三角形内被保护物最大高度hx水平面上，若为各邻接避雷针间保障范围侧的最小宽度bx0，则保护整个面积。 2 )由4根以上的高避雷针形成的四角形或多角形，首先可以分成2个或多个三角形，分别用3根高避雷针的方法进行补正。 如果是各边的保障范围侧的最小宽度bx0，则整个面积得到保护。 (4)1根避雷线在hx水平面上的两侧的保障范围的宽度(参照图925 )。 hx(h/2 )时的rx=0.47(h-hx)P (9-2-9)式中的rx的两侧保障范围的宽度，m。 hx(h/

13、2 )时的rx=(h-1.53hx)p(92-10)(5)2根高平行避雷线的保障范围(参照图926 )。 1 )两避雷线外侧的保障范围应由一条避雷线的修正方法决定。 2 )两避雷线间各横截面的保障范围由通过两避雷线1、2点及保障范围的边缘最低点o的圆弧来决定。 o点的高度应由式(9211 )修正，即在h0=h-(D/4P) (9-2-11 )式中为h0两避雷线间保障范围的上部边缘最低点的高度，m d两避雷线间的距离，m； h避雷线的高度，m。 (3)两避雷线端部的两侧保障范围用单根避雷线保障范围进行订正。 两线间保护的最小宽度(参照图922 )为hx(h/2 )时的rx=0.47(h0-hx)

14、P (9-2-12 )式中的rx的两侧保障范围的宽度、hx(h/2 )时的rx=(h0-1.53hx)P (9-2-13) (6)高避雷针、避免1 )两根高度不高的避雷针外侧的保障范围，必须分别用一根避雷针的修正计算方法来决定。 2 )两个高避雷针间的保障范围通过一种避雷针的校正方法首先确定高避雷针1的保障范围，然后，从低避雷针2的顶点开始，水平线和避雷针1的保障范围与点3相交，将点3作为等效避雷针的顶点，通过两种高避雷针的校正方法确定避雷针2和3之间的保护范围。 通过避雷针2、3顶点和保障范围的上部边缘最低点的圆弧，其弓的高度应由式(9214 )修正，f=D/7P (9-2-11 )式中的f

15、圆弧的弓的高度，m； D/避雷针2和等效避雷针3之间的距离，m。 (3)对于对多根不高避雷针形成的多边形，各相邻的两个避雷针的外侧保障范围由两根不高避雷针的修正方法决定的三根高度不高的避雷针，只要在三角形内的被保护物的最大高度hx水平面上、各相邻的避雷针间保障范围侧的最小宽度bx0，则形成有全面积被保护的四根以上的高避雷针的多边形，在其内侧4)2条不高避雷针线的各横截面的保障范围，仿照2条不高避雷针的方法，用式(9211 )进行修正。 (七)高地区和坡地避雷针，由于地形、地质、气象和雷电活动的复杂性，需要降低避雷针的保障范围。 可将式(925 )式(927 )的修正计算结果和图923中规定的b

16、x等乘以系数0.75而求出的式(928 )修正为h0=h-(D/5P )。 可以将公式(9214 )修改为f=D/5P。 主要保护具和使不得利用山势设立的远离被保护物的避雷针。 (8)相互接近的避雷针和避雷线的共同保障范围可以近似通过以下方法决定(参照图928 )。避雷针，线外侧保障范围分别由单针、线的保障范围决定。内侧首先将不等高针，线区分为等高针，线，然后，将等高针，线视为等高避雷线，修正其保障范围。 9.2.3.2阀式防雷器(1)使用阀式防雷器进行雷电过电压保护时，除旋转电机外，优选将不同电压范围、不同系统的接地方式的防雷器如下选择：1)有效地使系统接地，范围应选择金属氧化物防雷器的范围

17、I采用金属氧化物防雷器2 ) 瓦斯气体绝缘全封闭组合式电气设备(GIS )和低电阻接地系统应选用金属氧化物防雷器；3 )非接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统可根据系统中产生谐振超电势和间歇电弧接地超电势等的可能性及其严重程度选择金属氧化物避雷器或碳化硅通用阀式避雷器。 (2)旋转电机的雷电侵入波过电压保护优选采用旋转电机金属氧化物防雷器或旋转电机磁吹阀式防雷器。 (3)有串联间隙的金属氧化物防雷器和碳化硅阀式防雷器的额定电压，一般要求： (1)110kV和220kV有效接地系统在0.8Um以上2)310kV和35kV、66kV的系统分别在1.1Um和Um以上。 具有3kV以上发电机的系统为1.

18、1um以上(um为发电机最高运转电压)3)中性点防雷器的额定电压，相对于320kV和356kv系统，分别为0.64Um和0.58Um以上。 相对于3-20kV发电机，为0.64Um.g以上。 (4)雷过电压保护装置采用无间隙地金属氧化物防雷器，可满足以下要求： (1)防雷器连续运行电压和额定电压在表921所示值以上；(2)防雷器能够承受所在系统作用的临时超电势和操作能量。 (5)阀式防雷器的公称放电电流下的残压不得超过受保护电气设备(旋转电机除外)的准雷涌全波耐压的71。 (6)发电站和变电所内35kV以上的防雷器，设置简单可靠的多次动作记录器或吸铁石钢记录器。 9233排气式防雷器。 (1)选择排气式防雷器时，打开断