第七章發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)(2012級(jí))

1、第七章第七章 發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)發(fā)電廠、變電所遭受雷害可能來(lái)自兩方面：l雷直擊于發(fā)電廠、變電所；l雷擊線路，沿線路向發(fā)電廠、變電所入侵的雷電波。變電構(gòu)架變電構(gòu)架變電構(gòu)架變電構(gòu)架變壓器構(gòu)架變壓器構(gòu)架 按照安裝方式的不同，將避雷針?lè)譃椋喊凑瞻惭b方式的不同，將避雷針?lè)譃椋簂獨(dú)立避雷針獨(dú)立避雷針l裝在配電裝置構(gòu)架上的避雷針裝在配電裝置構(gòu)架上的避雷針 （簡(jiǎn)稱構(gòu)架避雷針）（簡(jiǎn)稱構(gòu)架避雷針）獨(dú)立避雷針構(gòu)架避雷針從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)出發(fā)：從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)出發(fā)： 獨(dú)立避雷針獨(dú)立避雷針有自己專用的支座和接地裝置，其接地電阻一般不超過(guò)10 。 所以，希望采用構(gòu)架避雷針構(gòu)架避雷針，因?yàn)樗饶芄?jié)省支座的鋼

2、材，又能省去專用的接地裝置。但是：但是： 由于變壓器的絕緣較弱又是變電所中最重要的設(shè)備，故在變壓器門型構(gòu)架上不應(yīng)裝設(shè)避雷針。 我國(guó)規(guī)程規(guī)定：我國(guó)規(guī)程規(guī)定： 110KV110KV及以上的配電裝置及以上的配電裝置，一般將避雷針裝在構(gòu)架上。但在土壤電阻率 的地區(qū)，仍宜裝設(shè)獨(dú)立避雷針，以免發(fā)生反擊。 35KV35KV及以下的配電裝置及以下的配電裝置應(yīng)采用獨(dú)立避雷針來(lái)保護(hù)； 60KV60KV的配電裝置的配電裝置，在 的地區(qū)宜采用獨(dú)立避雷針，在 的地區(qū)容許采用構(gòu)架避雷針。 發(fā)電廠廠房一般不裝設(shè)避雷針，以免發(fā)生發(fā)電廠廠房一般不裝設(shè)避雷針，以免發(fā)生反反擊事故擊事故和引起繼電保護(hù)誤動(dòng)作。和引起繼電保護(hù)誤動(dòng)作。m

3、1000m 500m5007.2變電所內(nèi)閥型避雷器的保護(hù)作用變電所內(nèi)閥型避雷器的保護(hù)作用 變電所內(nèi)裝設(shè)閥型避雷器閥型避雷器是對(duì)入侵雷電過(guò)電壓波進(jìn)行防護(hù)的主要措施，它的保護(hù)作用主要是限制過(guò)電壓波的幅值限制過(guò)電壓波的幅值。避雷器避雷器變壓器變壓器u1zbu1Zu2動(dòng)作前的等值電路biu2bu動(dòng)作后的等值電路bu1Z變壓器何以得到保護(hù)？變壓器何以得到保護(hù)？ 由于避雷器直接接在變壓器旁，故變壓器上的過(guò)電壓波形與避雷器上電壓相同，若變壓器的沖擊耐壓大于避雷器的沖擊放電電壓和5KA下的殘壓（流經(jīng)避雷器的雷電流一般不超過(guò)5KA，故殘壓的最大值取5KA下的數(shù)值），則變壓器將得到可靠的保護(hù)。 變電所中有很多設(shè)備

4、，不可能在每個(gè)設(shè)備旁都裝設(shè)一組避雷器， 一般只在變電所母線上裝設(shè)避雷器只在變電所母線上裝設(shè)避雷器，由于變壓器是最重要的設(shè)備，因此避雷器應(yīng)盡可能靠近變避雷器應(yīng)盡可能靠近變壓器壓器。 避雷器離開(kāi)變壓器和各電氣設(shè)備都有一段長(zhǎng)度不等的距離，當(dāng)雷電波入侵時(shí)，變壓器和各電氣變壓器和各電氣設(shè)備上的電壓將與避雷器上電壓不相同設(shè)備上的電壓將與避雷器上電壓不相同。 被保護(hù)絕緣與避雷器間的電氣距離（沿母線和被保護(hù)絕緣與避雷器間的電氣距離（沿母線和連接線計(jì)算的距離）越大，來(lái)波陡度越大，電壓連接線計(jì)算的距離）越大，來(lái)波陡度越大，電壓差值也就越大。差值也就越大。最大允許電氣距離 對(duì)于一般變電所的入侵雷電波防護(hù)設(shè)計(jì)主要是選

5、擇避雷器的安裝位置，其原則是在任何可能的運(yùn)行方式下，變電所的變壓器和各設(shè)備距避雷器的電氣距離皆應(yīng)小于最大允許電氣距離 。maxl7.3變電所進(jìn)線段保護(hù)變電所進(jìn)線段保護(hù)7.3.1變電所的進(jìn)線段保護(hù)作用變電所的進(jìn)線段保護(hù)作用進(jìn)線段保護(hù)的必要性 如果當(dāng)雷擊于變電所附近的導(dǎo)線時(shí)，流過(guò)導(dǎo)線的電流電流將超過(guò)一定值，而且陡度陡度也會(huì)超過(guò)允許值。因此，必須在靠近變電所的一段進(jìn)線上采取可靠的防直擊雷保護(hù)措施。 進(jìn)線段保護(hù) 進(jìn)線段保護(hù)是指在臨近變電所12km的一段線路上加強(qiáng)防雷保護(hù)措施。 例如：當(dāng)線路全線無(wú)避雷線時(shí)，在12km線路上架設(shè)避雷線，保護(hù)角取20，使此段線路有較高耐雷水平，并減少由于繞擊和反擊的概率。

6、變電所內(nèi)設(shè)備距避雷器的最大允許距離 就是根據(jù)進(jìn)線段以外落雷的條件下求得的，這樣就可以保證進(jìn)線段以后落雷時(shí)變電所不會(huì)發(fā)生事故。maxl12kmFZGB2GB1未沿全線架設(shè)避雷線的35110KV線路變電所的進(jìn)線段保護(hù)FZGB全線架設(shè)避雷線的變電所的進(jìn)線段保護(hù)安裝安裝GB2GB2的原因的原因l這是因?yàn)榫€路斷路器隔離開(kāi)關(guān)在雷雨季節(jié)可能經(jīng)常開(kāi)斷而線路側(cè)又這是因?yàn)榫€路斷路器隔離開(kāi)關(guān)在雷雨季節(jié)可能經(jīng)常開(kāi)斷而線路側(cè)又帶有工頻電壓（熱備用狀態(tài)），帶有工頻電壓（熱備用狀態(tài)），l沿線襲來(lái)的雷電波（其幅值沿線襲來(lái)的雷電波（其幅值 ）傳到開(kāi)路端，由于開(kāi)路反射電壓）傳到開(kāi)路端，由于開(kāi)路反射電壓要上升到要上升到 ，l這時(shí)可

7、能使開(kāi)關(guān)絕緣對(duì)地放電并引起工頻短路，將斷路器或隔離開(kāi)這時(shí)可能使開(kāi)關(guān)絕緣對(duì)地放電并引起工頻短路，將斷路器或隔離開(kāi)關(guān)的絕緣支座燒毀，關(guān)的絕緣支座燒毀，l為此在靠近隔離開(kāi)關(guān)或斷路器處裝設(shè)一組管型避雷器為此在靠近隔離開(kāi)關(guān)或斷路器處裝設(shè)一組管型避雷器GB2GB2。l在斷路器閉合運(yùn)行時(shí)雷電侵入波不應(yīng)使在斷路器閉合運(yùn)行時(shí)雷電侵入波不應(yīng)使GB2GB2動(dòng)作，如動(dòng)作，如GB2GB2在斷路器閉在斷路器閉合運(yùn)行時(shí)侵入波使之放電，則將造成截波，可能危及變壓器縱絕緣與合運(yùn)行時(shí)侵入波使之放電，則將造成截波，可能危及變壓器縱絕緣與相間絕緣。相間絕緣。l若缺乏適當(dāng)參數(shù)的管型避雷器，則若缺乏適當(dāng)參數(shù)的管型避雷器，則GB2GB2可

8、用閥型避雷器代替。可用閥型避雷器代替。%50U%502U12kmFZGB2GB1安裝安裝GB1GB1的原因的原因 為了限制流入變電所閥型避雷器的雷電流，在進(jìn)線首端可裝設(shè)一組管型避雷器或保護(hù)間隙。7.4變壓器的防雷保護(hù)變壓器的防雷保護(hù)7.4.1三繞組變壓器的防雷保護(hù)三繞組變壓器的防雷保護(hù) 當(dāng)三繞組變壓器的高壓側(cè)或中壓側(cè)有雷電過(guò)電壓波當(dāng)三繞組變壓器的高壓側(cè)或中壓側(cè)有雷電過(guò)電壓波襲來(lái)時(shí)，通過(guò)繞組間的靜電耦合和電磁耦合，其低壓襲來(lái)時(shí)，通過(guò)繞組間的靜電耦合和電磁耦合，其低壓繞組上會(huì)出現(xiàn)一定的過(guò)電壓；繞組上會(huì)出現(xiàn)一定的過(guò)電壓； 最不利的情況是低壓繞組處于開(kāi)路狀態(tài)，這時(shí)靜電最不利的情況是低壓繞組處于開(kāi)路狀態(tài)

9、，這時(shí)靜電感應(yīng)分量可能很大而危及絕緣。感應(yīng)分量可能很大而危及絕緣。 考慮到這一分量將使低壓繞組的三相導(dǎo)線電位同時(shí)考慮到這一分量將使低壓繞組的三相導(dǎo)線電位同時(shí)升高，所以升高，所以只要在低壓繞組出線端加裝一只該只要在低壓繞組出線端加裝一只該電壓等級(jí)的閥型避雷器，就能保護(hù)好三相低壓電壓等級(jí)的閥型避雷器，就能保護(hù)好三相低壓繞組。繞組。 中壓繞組、高壓繞組雖也有開(kāi)路運(yùn)行的可能，但其中壓繞組、高壓繞組雖也有開(kāi)路運(yùn)行的可能，但其絕緣水平較高，一般不需加裝避雷器來(lái)保護(hù)。絕緣水平較高，一般不需加裝避雷器來(lái)保護(hù)。7.4.2自耦變壓器的防雷保護(hù)自耦變壓器的防雷保護(hù) 自耦變壓器一般除了高、中壓自耦繞組上，還有三角形接

10、線的低壓非自耦繞組。在運(yùn)行中，可能出現(xiàn)高、低壓繞組運(yùn)行、中壓繞組開(kāi)路和中、低壓繞組運(yùn)行、高壓繞組開(kāi)路的情況。由于高、中壓自耦繞組的中性點(diǎn)均直接接地，因而在高壓側(cè)進(jìn)波時(shí)，自耦繞組各點(diǎn)的電壓初始分布、穩(wěn)態(tài)分布和各點(diǎn)最大電壓包絡(luò)線均與中性點(diǎn)接地的單繞組相同，在開(kāi)路的中壓側(cè)端子 上可能出現(xiàn)的最大電壓為高壓側(cè)電壓 的 倍，因而有可能引起處于開(kāi)路狀態(tài)的中壓側(cè)套管的閃絡(luò)，為此應(yīng)在中壓斷路器QF2的內(nèi)側(cè)裝設(shè)一組閥型避雷器，進(jìn)行保護(hù)。A0Uk/20U0 xu0UAAN0 xu0UAAN02Uk0 Uk0UFV3QF1FV1FV2NQF2AAAAAN00UU A0UkA02 Uk 此外，還須注意的情況： 當(dāng)中壓側(cè)

11、接有出線時(shí)（相當(dāng)于 點(diǎn)經(jīng)線路波阻抗接地），如高壓側(cè)有過(guò)電壓波入侵， 點(diǎn)的電位接近于零，大部分過(guò)電壓將作用在 一段繞組上，這顯然是危險(xiǎn)的，同樣地，高壓側(cè)接有出線時(shí)，中壓側(cè)進(jìn)波也會(huì)造成類似的結(jié)果。 顯然， 繞組越短（變比k越?。?，危險(xiǎn)性越大。一般在 時(shí)，還應(yīng)在 之間再跨接一組避雷器（FV3）。AAAA AA 25. 1kAA 7.5旋轉(zhuǎn)電機(jī)的防雷保護(hù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的防雷保護(hù)7.5.1旋轉(zhuǎn)電機(jī)的防雷保護(hù)特點(diǎn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的防雷保護(hù)特點(diǎn)l旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)、大型電動(dòng)機(jī)等。l旋轉(zhuǎn)電機(jī)的防雷保護(hù)指直配電機(jī)的防雷保護(hù)，即指與架空線路直接相連的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷保護(hù)的特點(diǎn)：l由于結(jié)構(gòu)和工藝上的特點(diǎn)，在相同電壓

12、等級(jí)的電氣設(shè)備中，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的絕緣水平是最低的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的絕緣水平是最低的。l電機(jī)在運(yùn)行中受到發(fā)熱、機(jī)械振動(dòng)、臭氧、空氣中的潮氣、污穢、電氣應(yīng)力等因素的聯(lián)合作用，使絕緣容易老化。l保護(hù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)用的是磁吹避雷器，其保護(hù)性能與電機(jī)的絕緣水平配合裕度很小絕緣水平配合裕度很小。采用現(xiàn)代氧化鋅避雷器后，情況有所改善，但仍不夠可靠，還必須與電容器組、電抗器、電纜段等配合使用，以提高保護(hù)效果。l電機(jī)繞組中性點(diǎn)一般不接地，三相進(jìn)波時(shí)在直角波頭情況下，中性點(diǎn)電壓可達(dá)進(jìn)波電壓的兩倍，因此必必須對(duì)中性點(diǎn)采取保護(hù)措施須對(duì)中性點(diǎn)采取保護(hù)措施。7.5.2直配電機(jī)的防雷措施直配電機(jī)的防雷措施 根據(jù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷保護(hù)特點(diǎn)知道，要保

13、護(hù)主絕緣、匝間絕緣和中性點(diǎn)絕緣，僅依靠磁吹避雷器不行，還需與其他措施配合起來(lái)保護(hù)，才能降低侵入波陡度并限制流過(guò)FCD的雷電流不超過(guò)3KA。電機(jī)出廠工頻耐壓/KVFCD磁吹避雷器3KA殘壓343143.34048.845 作用在直配電機(jī)上的大氣過(guò)電壓有兩類：n與電機(jī)相連的架空線路上的感應(yīng)過(guò)電壓；n由雷電直擊于電機(jī)相連的架空線路而引起的。 直配電機(jī)的防雷保護(hù)元件主要有：（1）避雷器（2）電容器（3）電纜段（4）電抗器 采取這些綜合保護(hù)措施就可以限制流經(jīng)FCD型避雷器中的雷電流小于3KA，可以限制侵入波陡度和降低感應(yīng)過(guò)電壓。（1）避雷器保護(hù) 它的主要功能是降低侵入波幅值。出廠時(shí)的電機(jī)沖擊耐壓不高，只

14、能采用FCD磁吹避雷器。 但由于磁吹避雷器的殘壓是在雷電流為3KA下的殘壓，所以還需配合進(jìn)線保護(hù)措施以限制流經(jīng)FCD型避雷器中的雷電流小于3KA。GZCUFCD（2）電容器保護(hù) 它主要功能是限制侵入波陡度限制侵入波陡度a a和降低感應(yīng)過(guò)電壓和降低感應(yīng)過(guò)電壓。通常在發(fā)電機(jī)母線上 裝設(shè)電容器電容器來(lái)降低侵入波陡度。若侵入波幅值為 的直角波，則發(fā)電機(jī)母線上電壓（即電容C上電壓 ）可按等值電路計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明，每相電容為 時(shí)，能夠滿足 的要求。同時(shí)也滿足限制感應(yīng)過(guò)電壓使之低于電機(jī)沖擊耐壓的要求。0UCUF5 . 025. 0skVa/2GZCUFCD02UZCUCgZ電機(jī)母線上裝設(shè)電容以限制來(lái)波陡度

15、原理接線圖 先值電路（3）電纜段保護(hù)（進(jìn)線段保護(hù)） 它主要功能是限制流經(jīng)限制流經(jīng)FCD型避雷器中的雷電流使之小于型避雷器中的雷電流使之小于3KA?？刹捎秒娎|電纜與管型避雷器管型避雷器聯(lián)合作用的典型進(jìn)線保護(hù)段。雷電波侵入時(shí)管型避雷器FE2動(dòng)作，電纜芯線與外皮經(jīng)FE2短接在一起，雷電流流過(guò)FE2和接地電阻 所形成的電壓 同時(shí)作用在外皮與芯線上，沿外皮將有電流 流向電機(jī)側(cè)，于是在電纜外皮本身的電感 上將出現(xiàn)壓降 ，此壓降是由環(huán)繞外皮的磁力線變化所造成的，這些磁力線也必然全部與芯線相匝鏈，結(jié)果在芯線上也感應(yīng)出一個(gè)大小相等其值為 的反電動(dòng)勢(shì)來(lái)，此電動(dòng)勢(shì)阻止雷電流從A點(diǎn)沿芯線向電機(jī)側(cè)流動(dòng)，也限制了流經(jīng)FC

16、D的雷電流，如果 與 完全相等，則在芯線中就不會(huì)有電流流過(guò)，但因電纜外皮末端的接地引下線總有電感 存在，則 與 之間就有差值，差值越大則流經(jīng)芯線的雷電流就愈大。GCFCDFE24L3L2L2ii1R1R1iR2i2LdtdiL/22dtdiL/221iRdtdiL/223L1iRdtdiL/22AGCFCD70mFE2FE14L3L2L2ii1R（4）電抗器 主要功能是在雷電波侵入時(shí)抬高電纜首端沖擊電壓，從而使管型避雷器放電。例：l在電纜首端與FE2之間加裝 電感；l 將FE2沿架空線前移70m。H3001007.5.3直配電機(jī)的防雷保護(hù)接線直配電機(jī)的防雷保護(hù)接線 對(duì)直配電機(jī)的防雷保護(hù)來(lái)說(shuō)，前

17、述各防雷元件對(duì)電機(jī)的保護(hù)還不能認(rèn)為完全可靠，考慮到60,000KW以上電機(jī)特別重要，我國(guó)禁止這種電機(jī)直配。大容量直配電機(jī)2500060000KW直配電機(jī)的保護(hù)接線直配電機(jī)的保護(hù)接線（a）使用排氣式避雷器）使用排氣式避雷器FEGCFCDFE2FE14Lm700m700FSFCD（FZ）L大容量直配電機(jī)2500060000KW直配電機(jī)的保護(hù)接線直配電機(jī)的保護(hù)接線（b）使用）使用FS型避雷器型避雷器GCFCD4L 3Rm150m150FSFCD（FZ）LFS2FS1RR 對(duì)于大容量（25,00060,000KW）直配電機(jī)的典型防雷接線如下圖。lL為限制工頻短路電流限制工頻短路電流用的電抗器，對(duì)電機(jī)防雷有利；lL前加設(shè)一組FS型避雷器型避雷器以保護(hù)電抗器前的電纜終端保護(hù)電抗器前的電纜終端。由于L的存在，當(dāng)侵入波到達(dá)L時(shí)將發(fā)生全反射，電壓增加一倍，F(xiàn)S動(dòng)作，一方面保護(hù)電纜頭，另外也進(jìn)一步限制了流經(jīng)FCD的雷電流。l為了保護(hù)中性點(diǎn)絕緣保護(hù)中性點(diǎn)絕緣，除了限制侵入波陡度不超過(guò)限定值外，尚需在