第八章 发电厂和变电站的防雷保护.ppt

1、高电压技术、电力系统防雷保护包括线路、变电站、电厂等各环节。 第八章根据电厂和变电站的防雷保护、第一节架空输电线路的防雷保护、输电线路耐雷性能的一些指标线路的雷害事故发展过程和防护措施线路的耐雷性能的分析修订，一条100km长的架空输电线路每年遭受数十次雷击。 铁路雷击事故在整个电力系统的雷害事故中占了很大的比重。 另一方面，输电线的耐雷性能的一些指标是，每100km线路的年雷击次数n，次/(100km .年)，地面雷击密度b是2条避雷线间的距离，h是避雷线的平均对地高度Td是雷击天数，1，耐雷电平()，耐雷电平是雷击线路时，其绝缘达到闪络我国基准规定的各级电压线路所需的耐雷电平值参照表8-1

2、、2、雷击跳闸率()，雷击跳闸率在雷击天数Td40的情况下，100km的线路是每年雷击的跳闸次数，其单位为“次/(100km40雷击日)”，但是从冲击闪络变化到稳定商用频率电弧的概率是建弧率()，与沿绝缘体列或气隙的平均运动电压梯度有关。 二、铁路雷害事故的发展过程和防护措施，如果能够阻止上述发展过程的任一环节的实现，就能够避免雷击引起的长时间停电事故。 输电线路采用的各种防雷保护措施： (1)避雷线(架空地线)、110kV以上的架空输电线路防雷措施是全线架设避雷线35kV以下的线路主要依靠消弧线圈的架设和自动重新接通的防雷保护。 (2)降低杆塔接地电阻，提高线路防雷水平，减少反击概率的主要措

3、施。 杆塔的频率接地电阻一般为1030。 (3)强化线路的绝缘，增加绝缘体列中的片数，使用大的悬垂绝缘体，增大塔头的空气间隔等，有相当大的限制。 通过降低杆塔的接地电阻来提高线路的耐雷电平是优先的。 (4)结合接地线，作为一种补救措施，可以增大一定的分流作用和导地线间的耦合系数，提高线路的耐雷电平，降低雷电跳闸率。 (5)消弧圈能够将雷过电压引起的相对冲击闪络变为稳定的商用频率电弧，即能够大幅度减少建弧率和断路器的跳闸次数。 (6)管式避雷器仅用于线路上雷过电压特别大或绝缘弱的点的雷电保护。 消除线路绝缘的冲击闪络，可以使建弧率为零。 (7)不平衡绝缘一电路的三相绝缘片数比其他电路的三相少。

4、(8)自动再投入线的绝缘不会产生永久性的破损和劣化。 三、线路耐雷性能的分析计算，(一)缠绕导线，闪电缠绕避雷线直接接触导线的概率称为缠绕率p。 p的值与避雷线对边相导线的保护角、杆塔高度ht及线路通过地区的地形等因素有关。 平野线路、山岳线路、缠绕跳闸次数(次/年) n年雷击总数缠绕率超过缠绕耐压水平的雷电流建弧率，(二)雷涌水平中央的避雷线、雷涌避雷线最严重的情况是雷涌点处于量程中央时。 真正击中中央避雷线的概率只有10%左右。 由此可知，雷击点电压的最大值，UA与雷电流无关，仅依赖于波面陡峭度a。 (3)雷击杆塔，打击率：雷击杆塔次数与雷击总数之比。 注入线路的总电流是雷电流，是流经杆塔

5、的电流，是流经避雷线的电流。线路绝缘体串受到的雷过电压包含4个成分： 1、极塔电流it使横载以下的塔电感La和极塔浪涌接地电阻Ri产生电压降，使横载具有一定的对地电位，2、塔顶电压utop沿避雷线传播而导致导线的电流与前成分ua相似，极塔电流it的塔顶电位、3、雷塔顶的导线中产生的感应雷过电压、-没有避雷线时的感应雷过电压-导、地线间的几何耦合系数、4、线路自身的商用频率电压u2、作用于绝缘子列的合成电压、小结、通常采用耐雷电平和雷跳的输电线为避雷线根据雷击点线路的雷击可以分为三种情况：绕组、雷击段中央的避雷线和雷击杆塔。第二、三、四节变电站防雷保护、变电站直击雷保护阀式避雷器的保护作用分析变

6、电站进线段保护变电站防雷的几个具体问题、线路雷害事故只会导致电网壳短时间恶化变电站雷害事故相当严重，多导致大面积停电。 变电设备的内部绝缘水平往往低于线路绝缘，而且没有自我恢复功能，一旦发生破坏，结果就十分严重。 变电站的防雷保护要求比输电线路更严格、措施更严格、更可靠。 一、变电站的直击雷保护，应当设置避雷针或避雷线来保护直击雷。 根据安装方式避雷针分为独立避雷针和框避雷针。 请注意，对于绝缘等级不高的35kV以下的配电装置，避雷针作为框架，容易引起绝缘闪络(反击)。 变电站的直击雷防护设施修订内容主要是选择避雷针的根数、高度、设置位置，管理它们的保护范围，必要的接地电阻、防雷接地装置的设置

7、修订等。 关于独立避雷针，还存在管理相邻的配电装置的框架及其接地装置的空气间隔和地下距离的问题。 为了防止避雷针反击框架，其空气间隔S1应当满足下式的要求，为了防止避雷针接地装置和变电站接地网之间因土壤破坏而连接，地下距离S2也应当满足下式的要求，将独立避雷针的空气间隔和地下距离按照下式进行对照，E1、E2分别表示空气间隔平均冲击破坏电二、分析阀式避雷器的保护作用，设置阀式避雷器是变电站保护侵彻雷过电压波的主要措施，其保护作用主要是限制过电压波的振幅。 但是，与此相应，“进线保护”也是必要的。 阀式避雷器的保护作用基于三个前提：1 )其伏秒特性与保护绝缘的伏秒特性配合得很好；2 )其伏秒特性应

8、保证其残压低于保护绝缘的冲击电强度。 3 )受保护的绝缘必须在该避雷器的保护距离内。 可使用图8-7的布线图确定受保护的绝缘和避雷器之间的电压差。 保护绝缘与避雷器之间的电距离越大，进波陡度a或a越大，电压差值也越大。 阀式避雷器工作后，电压不太下降，保持残压水平，由于被保护机器与避雷器之间存在距离，电压波振动接近冲击截止波，因此对变压器系电力机器来说，绝缘冲击耐压水平多采用2us截止波冲击耐压值。 绝缘冲击耐压水平：阀式避雷器的保护距离：k为变电站线补偿系数，避雷器的具体设置点选择原则：“确保重点，兼顾一般”。 在许多变电设备中，应确保的要点确实是主变压器，应尽量将阀式避雷器安装在主变压器附

9、近。 三、变电站进线段保护，保证离变电站不远一段(一般为l2km )线路不出现缠绕或反击。沿着全线没有架设避雷线的35kV以下的线路，首先在接近变电站(l2km )的线段上安装避雷线，作为进入线段的全线有避雷线的110km以上的线路，将接近变电站的长度2km的线路作为进行线段。 在进线段，加强防雷措施，提高防雷水平。进线段的作用：1 )雷过电压波在流过进线段时由于冲击冠状病毒引起衰减和变形，降低了波前的陡度和振幅2 )限制流过避雷器的冲击电流的大小，(1)限制进波陡度的要求所需要的进线段的长度，必要的进线段的长度，u进波的初期大小，kV，kV 采取措施，修正流过避雷器的冲击电流的大小，确保UR

10、阀式避雷器，2 )进线段的耐雷电平。 (二)三相绕组变压器的防雷保护，当高压侧有雷过电压波时，通过绕组间的静电耦合和电磁耦合，低压侧出现一定的过电压。 在任一相的低压线圈上安装阀式避雷器。 (3)自耦变压器的防雷保护、高压侧进波时，请在中压断路器QF2的内侧设置一组阀式避雷器(图8-14中的FV2)进行保护。中压侧引入波浪时，请在高压断路器、QF1的内侧也设置一组避雷器，(图8-14的FV1)进行保护。中压侧连接线时，请在AA之间也交付一组避雷器(图8-14的FV3)。 (4)变压器中性点的保护，110kV以上的中性点有效接地系统，1、中性点全绝缘时，无需采用特别的保护。 但是，变电站只有1台

11、变压器，单路进线时，中性点需要安装与绕组始端相同电压电平的避雷器。 2 .中性点降级绝缘时，应选择相当于中性点绝缘等级的避雷器进行保护。 同时，注意校准避雷器的消弧电压，采用35kV和以下中性点非有效接地系统，变压器的中性点均采用全绝缘，一般不设保护装置。 1)GIS绝缘的伏秒特性是平坦的，其绝缘电平主要依赖于雷电冲击电平。 采用氧化锌避雷器，2)GIS结构紧凑，被保护设备接近避雷器，比常规变电站有利，3)GIS同轴母线筒的波阻抗小，过电压振幅和陡度均小，有利于变电站的波防护，4)GIS内绝缘电场结构不均匀，容易损坏(五)气体绝缘变电站防雷保护的特点，全封闭SF6气体绝缘变电站(GIS )的特

12、点：小结，变电站的直击雷防护设置修订内容主要是选择避雷针的根数、高度、设置位置，管理它们的保护范围，防雷接地装置设置修订等。 关于独立避雷针，还存在管理相邻的配电装置的框架及其接地装置的空气间隔和地下距离的问题。 安装阀式避雷器是变电站防护侵彻雷过电压波的主要措施，但需要配合“进线段保护”。 进线段的作用：1)雷过电压波在流过进线段时由于冲击冠状病毒引起衰减和变形，降低了波前陡度和振幅；2 )限制流过避雷器的冲击电流振幅的变电站避雷的具体问题有变电站避雷布线、三绕组变压器的避雷保护、自耦变压器的避雷保护、变压器中性点的保护等。 第五节旋转电机的防雷保护、旋转电机的防雷保护的特点旋转电机的防雷保

13、护措施和接线，旋转电机的防雷保护比变压器困难得多，其雷害事故率也多于变压器。 这取决于其绝缘结构、运行条件等特殊性。一、旋转电机防雷保护的特点是： (1)在相同电压电平的电气设备中旋转电机的冲击电强度最低。 这是因为，1 )马达具有高速旋转的转子，所以马达只能采用固体介质，不能像变压器那样组合固体液体介质进行绝缘。 电动机的额定电压绝缘水平不会过高2 )在制造过程中，电动机的绝缘容易受到损伤，绝缘内容易出现空洞和间隙，运转中容易发生局部放电，导致绝缘恶化3 )电动机绝缘的运转条件是最残酷的，热、机械振动、空气中的受电应力等因素的联合作用，老化较快4 )电机绝缘结构的电场比较均匀，其冲击系数接近

14、1，是雷过电压下电强度最弱的一环。 (2)电机绝缘的冲击耐压电平与保护它的避雷器的保护电平差别小，馀量小，需要与电容器组、电抗器、电缆段等组合使用(3)作用于相邻2匝之间的过电压与进波的陡度成正比，进波的陡度、非直流电机承受的过电压都必须通过变压器绕组间的静电和电磁传递。 只要保护变压器，就不必对发电机采取特别的保护措施。 对于用多雷区的升压变压器输电的大型发电机，最好安装一组氧化锌或磁吹避雷器来保护。 二、旋转电机的防雷保护措施和配线，1 )经变压器与架线连接的电机，简称非直排电机。 2 )包括与滑接线直接连接的(经由电缆段、电抗器等设备与滑接线连接的)电动机，简称为直配电动机。 从防雷的角

15、度来看，发电机可分为两类：旋转电机保护专用的FCD磁吹避雷器出现之前，由于普通阀式避雷器和其它防雷措施实际上不符合直配电机的保护要求，需要长时间“容量在15000kVA以上的旋转电机必须连接架线， 如果需要用发电机电压接近负载供电，(1)经由比变为1:1的防雷变压器连接架线(2)全线用地下电缆输电”。 显然，从经济角度来看，两种方法都极为不利。 FCD型磁吹避雷器，特别是现代氧化锌避雷器的出现为旋转电机的防雷保护提供了新的可能性，但仍需要完整的防雷保护布线，可确保安全。 我国标准推荐的2560MW直接配电机的防雷保护配线如图8-15所示。 直配发电机的防雷保护是电力系统防雷中的重大课题。 此时，因为过电压波直接从线路侵入，所以振幅大，陡峭度也大。 现在，简单介绍一下图8-15中的各种措施、各要素的作用，1 )发电机母线上的FV2是一组ZnO避雷器或磁吹避雷器，最后断开2 )并联电容器c对行波陡峭度的