發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù).ppt

高電壓工程基礎(chǔ) 施圍 邱毓昌 張喬根（西安交通大學(xué)）編著 劉青（西安科技大學(xué)）制作,第11章 發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù),11.1 發(fā)電廠和變電所的直擊雷防護(hù) 11.2發(fā)電廠和變電所的行波保護(hù) 11.3 變電所防雷的幾個(gè)具體問題 11.4 氣體絕緣變電所的防雷保護(hù) 11.5 旋轉(zhuǎn)電機(jī)的防雷,高電壓工程基礎(chǔ),11.1 發(fā)電廠和變電所的直擊雷保護(hù),發(fā)電廠、變電所防止直擊雷的措施：采用避雷針、避雷線及良好的接地網(wǎng)。,裝設(shè)避雷針（線）的原則,裝設(shè)的避雷針（線）應(yīng)該使所有設(shè)備均處于避雷針及避雷線的保護(hù)范圍之內(nèi)。 另外，要注意防止反擊。即雷擊于避雷針及避雷線后，它們的地電位可能提高，如果它們與被保護(hù)設(shè)備的距離不夠大，則有可能在避雷針、避雷線與被保護(hù)設(shè)備之間發(fā)生放電，或叫做逆閃絡(luò)。此類放電現(xiàn)象不但會在空氣中發(fā)生，而且還會在地下接地裝置間發(fā)生，一旦出現(xiàn)，高電位就將加到電力設(shè)備上，有可能導(dǎo)致電力設(shè)備的絕緣損壞。,高電壓工程基礎(chǔ),避雷針（線）的設(shè)計(jì)計(jì)算,1. 獨(dú)立避雷針,I = 140 150 kA，L = 1.7 hH/m， 空氣擊穿場強(qiáng)500 kV/m， 土壤擊穿場強(qiáng)300kV/m， di / dt按斜角波頭= 2.6 s。,高電壓工程基礎(chǔ),2. 架空避雷線, 一端絕緣另一端接地的避雷線, 兩端接地的避雷線,避雷針、避雷線的Sk一般不宜小于5m，Sd一般不宜小于3m，在可能的情況下，應(yīng)適當(dāng)?shù)丶哟蟆?高電壓工程基礎(chǔ),幾個(gè)具體問題,（1）對于110kV及以上的配電裝置，由于絕緣較強(qiáng)，不易反擊，一般可將避雷針裝設(shè)在構(gòu)架上。構(gòu)架避雷針有造價(jià)低廉，便于布置的優(yōu)點(diǎn)。但因構(gòu)架離電氣設(shè)備較近，必須保證不發(fā)生反擊的要求。 （2）35kV 及以下配電裝置的絕緣較弱，所以其構(gòu)架或房頂上不宜裝設(shè)避雷針，而需要裝設(shè)獨(dú)立避雷針。 （3）發(fā)電廠廠房一般不裝設(shè)避雷針，以免發(fā)生感應(yīng)或反擊使繼電保護(hù)誤動作，甚至造成絕緣損壞。,1. 構(gòu)架避雷針,高電壓工程基礎(chǔ),2. 避雷線,我國有關(guān)規(guī)程規(guī)定： 110kV 及以上的配電裝置 可將線路的避雷線引接到出線門型構(gòu)架上，但土壤電阻率大于 1000m 的地區(qū)，應(yīng)加裝 3 5 根接地極。 35 60kV 配電裝置 在 不大于 500m 的地區(qū)，允許將線路的避雷線引接到出線門型構(gòu)架上，但應(yīng)裝設(shè) 3 5 根接地極；當(dāng) 500m 時(shí)，避雷線應(yīng)終止于線路終端桿塔，進(jìn)變電所一檔線路可裝設(shè)避雷針保護(hù)。,高電壓工程基礎(chǔ),11.2 發(fā)電廠和變電所的行波保護(hù),a. 閥型避雷器（限制來波的幅值） b. 進(jìn)線保護(hù)（沖擊電暈降低入侵波的陡度和幅值；導(dǎo)線波阻 抗限制流過避雷器的沖擊電流幅值）,避雷器的保護(hù)作用,1. 避雷器保護(hù)的動作過程,避雷器上的電壓可以看作斜角平頂波,高電壓工程基礎(chǔ),2. 被保護(hù)設(shè)備上的過電壓,變壓器與避雷器之間允許的最大電氣距離：,高電壓工程基礎(chǔ),變電所的進(jìn)線保護(hù),線路的沖擊耐壓比變電所設(shè)備的沖擊耐壓要高得多，若無避雷線，靠近變電所線路上受到雷擊時(shí)，不但流過避雷器的雷電流幅值可能超過規(guī)定值，而且陡度也會高于允許值。,高電壓工程基礎(chǔ),1. 進(jìn)線保護(hù)概念,（1）對 35110kV 線路，并不要求全線架設(shè)避雷線進(jìn)行保護(hù)，但在靠近變電所的 1 2km 范圍內(nèi)應(yīng)裝設(shè)避雷線、避雷針或其它防雷裝置，通常稱此線段為進(jìn)線段。 （2）對全線有避雷線的線路來說，把靠近變電站附近 2km 長的一段線路也叫進(jìn)線段。它除了線路防雷外，還擔(dān)負(fù)著避免或減少變電所雷電行波事故的作用。 （3）在上述兩種情況下，進(jìn)線段的耐雷水平要達(dá)到有關(guān)規(guī)程規(guī)定值，以減少反擊；同時(shí)保護(hù)角不超過20，以減少這段線路的繞擊。,高電壓工程基礎(chǔ),2. 進(jìn)線保護(hù)的作用,a. 限制流過避雷器的雷電流幅值,例如，對于220kV 線路，取U50% = 1200kV，Z = 400 ，uR= 664kV，則：,高電壓工程基礎(chǔ),當(dāng)選用避雷器保護(hù)變電所時(shí)，一般在電壓為 220kV 級及以下時(shí)用 5kA 下的殘壓為準(zhǔn)，而在 330kV 以上時(shí)，以 l0kA 下殘壓為準(zhǔn)，或者更大的雷電流，由于金屬氧化物避雷器非線性特性非常好，因此雷電流要取更高的值。,高電壓工程基礎(chǔ),b. 限制侵入波陡度,高電壓工程基礎(chǔ),未沿全線架設(shè)避雷線的35 110 kV 線路進(jìn)線保護(hù),3. 進(jìn)線保護(hù)的典型接線,限制侵入波的幅值,保護(hù)斷路器,31500 5000 kVA，35kV變電所的簡化保護(hù)接線,用電抗線圈代替進(jìn)線段避雷線的保護(hù)接線,高電壓工程基礎(chǔ),11.3 變電所防雷的幾個(gè)具體問題,三繞組變壓器和自耦變壓器的防雷保護(hù),（1）低壓繞組開路時(shí)，若線路有入侵波傳來雷電波作用在高壓側(cè)或中壓側(cè)時(shí)，由于低壓繞組的對地電容很小，開路的低壓繞組上的靜電耦合分量可能達(dá)到很高的數(shù)值，需要在任一相低壓繞組出線端對地加裝一臺避雷器。 （2）如果低壓繞組連接有25m及以上的金屬鎧裝電纜段，低壓側(cè)可不裝避雷器。 （3）三繞組變壓器中壓繞組，相對來說，絕緣水平比低壓繞組要高，當(dāng)其開路運(yùn)行時(shí)，一般靜電耦合分量不會損壞中壓繞組，不必加裝上述要求的避雷器。,1. 三繞組變壓器的防雷保護(hù),高電壓工程基礎(chǔ),2. 自耦變壓器的防雷保護(hù),高電壓工程基礎(chǔ),變壓器的中性點(diǎn)保護(hù),在中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)中，為減少單相接地的短路電流，有部分變壓器的中性點(diǎn)改為不接地運(yùn)行。這時(shí)，變壓器的中性點(diǎn)需要保護(hù)。 全絕緣：中性點(diǎn)處的絕緣水平與相線端的絕緣水平相等。 此時(shí)，中性點(diǎn)一般不需保護(hù)。若變電所為單臺變壓器且為單路進(jìn)線運(yùn)行時(shí)，在三相同時(shí)進(jìn)波的情況下，中性點(diǎn)的對地電位會超過首端的對地電位。這種情況雖屬少見，但需在中性點(diǎn)加裝一個(gè)與首端有同等電壓等級的避雷器。 分級絕緣：中性點(diǎn)處的絕緣水平低于相線端的絕緣水平。 應(yīng)選用與中性點(diǎn)絕緣等級相同的避雷器進(jìn)行保護(hù)，但要注意校驗(yàn)避雷器的滅弧電壓，它始終大于中性點(diǎn)可能出現(xiàn)的最高工頻電壓。,高電壓工程基礎(chǔ),配電變壓器的防雷保護(hù),避雷器的接地線與變壓器金屬外殼、低壓側(cè)中性點(diǎn)連在一起接地,避雷器盡量靠近變壓器，盡量減小連接線的長度,高電壓工程基礎(chǔ),11.4 氣體絕緣變電所的防雷保護(hù),全封閉SF6氣體絕緣變電所（GIS）是除變壓器以外整個(gè)變電所的高壓電力設(shè)備及母線，封閉在一個(gè)接地的金屬殼內(nèi)，殼內(nèi)充以 (3 4)1.01325105 Pa大氣壓的SF6氣體作為相間和對地的絕緣。,高電壓工程基礎(chǔ),GIS變電所雷電過電壓保護(hù)的特點(diǎn),GIS絕緣的全伏秒特性比較平坦，其沖擊系數(shù)很小，約為1.2 1.3。因此它的絕緣水平主要決定于雷電沖擊電壓。 GIS變電所的波阻抗一般在60 100之間，遠(yuǎn)比架空線路低，這對變電所的侵入波保護(hù)有利。 GIS變電所結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)備之間的電氣距離小，避雷器離被保護(hù)設(shè)備較近，防雷保護(hù)措施比敞開式變電所容易。 GIS絕緣完全不允許電暈，一旦發(fā)生電暈，將立即擊穿；而且沒有自恢復(fù)能力。,高電壓工程基礎(chǔ),GIS變電所常用的雷電保護(hù)接線,高電壓工程基礎(chǔ),高電壓工程基礎(chǔ),發(fā)電機(jī)經(jīng)升壓變壓器與架空線相連接的情況，線路上雷電波經(jīng)變壓器繞組過渡到發(fā)電機(jī)繞組。,發(fā)電機(jī)和升壓變壓器低壓側(cè)連線過長，為使這段連線不受雷擊，需用避雷針進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)雷擊避雷針時(shí)，將有感應(yīng)過電壓作用于電機(jī)絕緣。,發(fā)電機(jī)與負(fù)荷相距較近，將電機(jī)與架空線直接相連，稱之謂直配電機(jī)的情況。此時(shí)，若雷擊于導(dǎo)線或附近地面，將會有大氣過電壓作用于電機(jī)絕緣。,11.5 旋轉(zhuǎn)電機(jī)的防雷,高電壓工程基礎(chǔ),旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷保護(hù)的特點(diǎn),（1）旋轉(zhuǎn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)和工藝上的特點(diǎn)，它們的沖擊絕緣水平要比同電壓等級的變壓器低得多。 （2）電機(jī)絕緣特別在導(dǎo)線出槽處，電場極不均勻，故在過電壓作用后，會有局部的輕微損傷，使絕緣老化，可能引起擊穿。 （3）電機(jī)絕緣在運(yùn)行中受機(jī)械振動、發(fā)熱以及局部放電所產(chǎn)生的臭氧的侵蝕，相對變壓器的工作條件更為嚴(yán)峻。 （4）保護(hù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)用的磁吹避雷器（FCD）的保護(hù)性能與電機(jī)絕緣水平的配合裕度很小。 （5）由于電機(jī)繞組的結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)，特別是大容量電機(jī)，其匝間電容很小，起不了改善沖擊電壓分布的作用。為了保證發(fā)電機(jī)匝間絕緣的安全運(yùn)行，必須要將入進(jìn)波陡度限制得很小。,高電壓工程基礎(chǔ),直配電機(jī)的防雷保護(hù), 每組發(fā)電機(jī)母線上都裝一組FCD型磁吹避雷器，以限制入侵波過電壓的幅值。 在發(fā)電機(jī)電壓母線上裝設(shè)一組并聯(lián)電容器（電容量為 0.25 0.5F），以限制侵入波陡度。這不但是保護(hù)電機(jī)匝間絕緣及中性點(diǎn)絕緣的需要，同時(shí)也是為了降低感應(yīng)過電壓。 在直配線進(jìn)線處加裝電纜段和管形避雷器等，以限制流過避雷器的雷電流不超過3kA。 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)有引出線，在中性點(diǎn)加裝一只避雷器保護(hù)，或者將母線并聯(lián)電容加大到1.5 2.0F，以進(jìn)一步降低入侵波陡度。,措施：,高電壓工程基礎(chǔ),典型接線：,在進(jìn)線處裝設(shè)電感線圈L，L可以是限流電抗器，也可以是專門為防雷所設(shè)置的線圈。L不但和母線上的電容器 C 構(gòu)成一個(gè)串聯(lián)振蕩電路，而且對波在L進(jìn)端的正反射提高了線路側(cè)的電壓，從而加速了FS的動作，限制了進(jìn)波的幅值。,架空進(jìn)線段（450 600 m）的電感來代替集中電感，此段線路用獨(dú)立避雷針來保護(hù)。GB1作用：當(dāng)進(jìn)線段首端外側(cè)附近發(fā)生雷擊時(shí)，GB1先放電，從而將雷電流大部分由此引入地中，以防止磁吹避雷器FCD電流超過了3kA 。 GB2作用：加在線路首端的電壓，除了避雷器 GB1上的電壓降外，主要是接地電阻上的電壓降，降低此電壓。,高電壓工程基礎(chǔ),發(fā)電機(jī)經(jīng)過一段大于l00m的電纜與架空 線相連接，可以利用電纜外皮高頻電流的集膚效應(yīng)或電纜外皮的分流及耦合作用。 當(dāng)侵入波使電纜首端管形避雷器GB2動作時(shí)，電纜芯線與外皮短接，相當(dāng)于把電纜芯和外皮連在一起并具有同樣的對地電壓。電纜發(fā)揮集膚效應(yīng)，從而減小了流過避雷器的電流，使殘壓降低。 GB2 與電纜之間串入一組 100 300 H 的電感，利用電感對侵入波的正反射波使 GB2 動作 也可以將避雷器 GB2 前移 70m 或增加 GB1，以發(fā)揮電纜段的作用。 此連接線應(yīng)懸掛在桿塔導(dǎo)線下 2 3m 處，以使二線之間有一定的耦合作用。 增設(shè) GB1 的同時(shí)，電纜首端仍保留