變電所防雷保護(hù)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1變電所防雷保護(hù)變電所防雷保護(hù)(boh)第一頁，共31頁。第一節(jié) 架空輸電線路(xinl)防雷保護(hù)輸電線路耐雷性能的若干指標(biāo) 線路雷害事故(shg)發(fā)展過程及防護(hù)措施 線路耐雷性能的分析計(jì)算第1頁/共31頁第二頁，共31頁。一條100km長(zhǎng)的架空輸電線路在一年中遭到數(shù)十次雷擊。線路的雷擊事故在電力系統(tǒng)總的雷害事故中占有(zhnyu)很大的比重。一、輸電線路(xinl)耐雷性能的若干指標(biāo)每100km線路的年落雷(luli)次數(shù)N為地面落雷密度; b為兩根避雷線之間的距離；h為避雷線的平均對(duì)地高度; Td為雷暴日數(shù)N = ( b+4h ) Td / 10 次/（100km年）第2頁/共31頁

2、第三頁，共31頁。1、耐雷水平(shupng)（I）耐雷水平是指雷擊線路時(shí)，其絕緣尚不至于發(fā)生(fshng)閃絡(luò)的最大雷電流幅值或能引起絕緣閃絡(luò)的最小雷電流幅值，單位為kA。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各級(jí)電壓線路(xinl)應(yīng)有的耐雷水平值見 表8-1第3頁/共31頁第四頁，共31頁。275. 010)145 . 4(E2、雷擊(lij)跳閘率（n ）雷擊跳閘率是指在雷暴日數(shù)Td40的情況下、100km的線路每年因雷擊而引起的跳閘次數(shù)，其單位為“次/(100km40雷暴日)”實(shí)際線路長(zhǎng)度L不是100km，雷暴日數(shù)也不正好是40時(shí)必須換算到某一相同(xin tn)的條件下(100km，40雷暴日)，才能進(jìn)行

3、比較。但是雷電流超過了線路耐雷水平，只會(huì)引起(ynq)沖擊閃絡(luò)，只有在沖擊閃絡(luò)之后還建立工頻電弧，才會(huì)引起(ynq)線路跳閘。由沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定工頻電弧的概率為建弧率( ),它與沿絕緣子串或空氣間隙的平均運(yùn)動(dòng)電壓梯度有關(guān)?？捎上率角蟮玫?頁/共31頁第五頁，共31頁。二、線路雷害事故發(fā)展過程(guchng)及防護(hù)措施只要能設(shè)法制止上述發(fā)展過程中任一環(huán)節(jié)(hunji)的實(shí)現(xiàn)，就可避免雷擊引起長(zhǎng)時(shí)間停電事故。輸電線路上采用的各種防雷保護(hù)措施： (一)避雷線（架空地線） 110kV及以上架空輸電線路防雷措施是沿全線(qun xin)架設(shè)避雷線；35kV及以下的線路主要依靠架設(shè)消弧線圈和自動(dòng)重合閘來

4、進(jìn)行防雷保護(hù)。第5頁/共31頁第六頁，共31頁。（二）降低桿塔接地電阻 提高線路耐雷水平和減少反擊概率的主要措施。桿塔的工頻接地電阻一般(ybn)為1030。 （三）加強(qiáng)線路絕緣 增加絕緣子串中的片數(shù)、改用大爬距懸式絕緣子、增大塔頭空氣間距等等，但有相當(dāng)大的局限性。一般(ybn)優(yōu)先采用降低桿塔接地電阻的辦法來提高線路耐雷水平。 （四）耦合地線 作為一種補(bǔ)救措施，具有一定的分流作用和增大導(dǎo)地線之間的耦合系數(shù)，因而能提高線路的耐雷水平和降低雷擊跳閘率。第6頁/共31頁第七頁，共31頁。(五)消弧線圈 能使雷電過電壓所引起來的一相對(duì)地沖擊閃絡(luò)不轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的工頻電弧，即大大減小建弧率和斷路器的跳閘次

5、數(shù)。 (六)管式避雷器 僅用作線路(xinl)上雷電過電壓特別大或絕緣薄弱點(diǎn)的防雷保護(hù)。它能免除線路(xinl)絕緣的沖擊閃絡(luò)，并使建弧率降為零。 (七)不平衡絕緣 一回路的三相絕緣子片數(shù)少于另一路的三相。 (八)自動(dòng)重合閘 線路(xinl)絕緣不會(huì)發(fā)生永久性的損壞或劣化。第7頁/共31頁第八頁，共31頁。三、線路耐雷性能的分析(fnx)計(jì)算(一)繞擊導(dǎo)線 雷閃繞過避雷線直接擊中導(dǎo)線 的概率，稱為繞擊率P 。P之值與避雷線對(duì)邊相導(dǎo)線的保護(hù)角、桿塔高度ht及線路通過地區(qū)(dq)的地形地貌等因素有關(guān)。9 . 386lgthP平原線路35. 386lgthP山區(qū)線路第8頁/共31頁第九頁，共31頁。

6、 繞擊跳閘次數(shù) （次/年） N 年落雷(luli)總數(shù) Pa 繞擊率 P2 超過繞擊耐壓水平I2的雷電流 建弧率 22PPNn第9頁/共31頁第十頁，共31頁。/4AgUZl av (二)雷擊(lij)檔距中央的避雷線雷擊避雷線最嚴(yán)重的情況是雷擊點(diǎn)處于檔距中央(zhngyng)時(shí)。真正擊中檔距中央(zhngyng)避雷線的概率只有10%左右。雷擊(lij)點(diǎn)電壓最大值可見UA僅僅取決于它的波前陡度，而與雷電流無關(guān)。第10頁/共31頁第十一頁，共31頁。gtiii(三)雷擊(lij)桿塔擊桿率：雷擊桿塔次數(shù)(csh)與落雷總數(shù)的比值。注入線路的總電流(dinli)即為雷電流(dinli) it為

7、流經(jīng)桿塔的電流，ig為流經(jīng)避雷線的電流。第11頁/共31頁第十二頁，共31頁。)(dtdiLiRutitop)(dtdiLiRuaia 線 路 桿 塔 分 流 系 數(shù)1topuku線路(xinl)絕緣子串上所受到的雷電過電壓包括四個(gè)分量：1、桿塔電流(dinli)it在橫擔(dān)以下的塔身電感La和桿塔沖擊接地電阻Ri上造成壓降，使橫擔(dān)具有一定的對(duì)地電位2、塔頂電壓utop沿著避雷線傳播而在導(dǎo)線(doxin)上感應(yīng)出來的電壓u1。與上一分量ua相似，桿塔電流it造成的塔頂電位第12頁/共31頁第十三頁，共31頁。)1(0)()(khhuucgcici2)(1uuuuuciali3、雷擊(lij)塔頂

8、而在導(dǎo)線上產(chǎn)生的感應(yīng)雷擊(lij)過電壓 ui(c) - 無避雷線時(shí)的感應(yīng)雷擊(lij)過電壓 k0- 導(dǎo)、地線間的幾何耦合系數(shù)4、線路本身的工頻(n pn)電壓u2作用在絕緣子串上的合成電壓第13頁/共31頁第十四頁，共31頁。小 結(jié)通常采用耐雷水平和雷擊跳閘率來表示一條線路的耐雷性能(xngnng)和所采用防雷措施的效果。 輸電線路常采用避雷線、降低桿塔接地電阻、加強(qiáng)線路絕緣等措施來進(jìn)行防雷。 可按雷擊點(diǎn)的不同把線路的落雷分為三種情況：繞擊導(dǎo)線、雷擊檔距中央的避雷線和雷擊桿塔。第14頁/共31頁第十五頁，共31頁。第二節(jié) 變電所的防雷保護(hù)(boh)變電所的直擊雷保護(hù) 閥式避雷器保護(hù)作用的分

9、析 變電所的進(jìn)線段保護(hù) 變電所防雷的幾個(gè)(j )具體問題第15頁/共31頁第十六頁，共31頁。1)雷電(lidin)直擊變電所； 2)沿輸電線入侵的雷電(lidin)過電壓波。線路的雷害事故往往只導(dǎo)致(dozh)電網(wǎng)工況的短時(shí)惡化；變電所的雷害事故就要嚴(yán)重得多，往往導(dǎo)致(dozh)大面積停電。變電設(shè)備得內(nèi)絕緣水平往往低于線路絕緣，而且不具有自恢復(fù)功能，一旦發(fā)生擊穿，后果十分嚴(yán)重。變電所的防雷保護(hù)與輸電線路相比，要求更嚴(yán)格、措施更嚴(yán)密、可靠。變電所中出現(xiàn)的雷電過電壓的兩個(gè)(lin )來源：第16頁/共31頁第十七頁，共31頁。一、變電所的直擊雷保護(hù)(boh)必須裝設(shè)避雷針或避雷線對(duì)直擊雷進(jìn)行保護(hù)

10、。按安裝方式(fngsh)的不同，避雷針分為獨(dú)立避雷針和構(gòu)架避雷針兩類。注意對(duì)絕緣水平不高的35kV以下的配電裝置，構(gòu)架避雷針容易導(dǎo)致絕緣閃絡(luò)(反擊)。變電所的直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是選擇避雷針的支數(shù)、高度、裝設(shè)位置、驗(yàn)算它們的保護(hù)范圍、應(yīng)有的接地電阻、防雷接地裝置設(shè)計(jì)等。對(duì)于獨(dú)立避雷針，則還有一個(gè)驗(yàn)算它對(duì)相鄰配電裝置構(gòu)架(u ji)及其接地裝置的空氣間距及地下距離的問題。第17頁/共31頁第十八頁，共31頁。11EUSA22EUSBhRsi1 . 02 . 01iRs3.02為了防止(fngzh)避雷針對(duì)構(gòu)架發(fā)生反擊，其空氣間距S1應(yīng)滿足下式要求為了防止(fngzh)避雷針接地裝置與變電所接

11、地網(wǎng)之間因土壤擊穿而連在一起，地下距離S2 亦應(yīng)滿足下式要求用下面兩個(gè)(lin )公式校核獨(dú)立避雷針的空氣間距和地中距離E1、E2分別為空氣間隙平均沖擊擊穿場(chǎng)強(qiáng)和土壤平均沖擊擊穿場(chǎng)強(qiáng)。第18頁/共31頁第十九頁，共31頁。二、閥式避雷器保護(hù)作用(zuyng)的分析裝設(shè)閥式避雷器是變電所對(duì)入侵雷電過電壓波進(jìn)行防護(hù)的主要措施，它的保護(hù)作用(zuyng)主要是限制過電壓波的幅值。但是還需要有“進(jìn)線段保護(hù)”與之配合。閥式避雷器的保護(hù)(boh)作用基于三個(gè)前提：1)它的伏秒特性與被保護(hù)絕緣的伏秒特性有良好的配合 2)它的伏安特性應(yīng)保證其殘壓低于被保護(hù)絕緣的沖擊電氣強(qiáng)度 3)被保護(hù)絕緣必須處于該避雷器的保

12、護(hù)距離之內(nèi)。第19頁/共31頁第二十頁，共31頁。被保護(hù)絕緣(juyun)與避雷器之間的電壓差 U，可以利用圖8-7中的接線圖來確定。以電壓(diny)波到達(dá)避雷器端子1為時(shí)間起點(diǎn)，u1=tt=T（波傳過距離l 所需時(shí)間l/v），波到達(dá)設(shè)備端子2，全反射。 u2=2(t-T)第20頁/共31頁第二十一頁，共31頁。t=2T，反射波到達(dá)1點(diǎn)，避雷器上的電壓上升陡度加大（mb段）避雷器擊穿電壓 Ub= (2T)+2(tb-2T)=2 (tb-T)t=tb+T，避雷器限壓效果對(duì)設(shè)備產(chǎn)生(chnshng)影響 U2=2(tb+T)-T=2tb電壓差 U =U2-Ub=2T=2l/v 或 U =U2-U

13、b=2T=2l第21頁/共31頁第二十二頁，共31頁。被保護(hù)(boh)絕緣與避雷器間的電氣距離 l 越大、進(jìn)波陡度或越大，電壓差值 U 也就越大。閥式避雷器動(dòng)作以后有一個(gè)不大的電壓(diny)降，然后保持殘壓水平，由于被保護(hù)設(shè)備與避雷器間有距離，致使電壓(diny)波產(chǎn)生振蕩，接近沖擊截波，因此對(duì)于變壓器類電力設(shè)備來說，往往采用2s截波沖擊耐壓值作為他們的絕緣沖擊耐壓水平。第22頁/共31頁第二十三頁，共31頁。UUUisiw)()(max2aUUKlisiw 絕緣沖擊(chngj)耐壓水平應(yīng)滿足： 閥式避雷器的保護(hù)(boh)距離： K為變電所出線修正(xizhng)系數(shù)避雷器具體安裝點(diǎn)選擇原

14、則：“確保重點(diǎn)、兼顧一般”。在諸多的變電設(shè)備中，需要確保的重點(diǎn)無疑是主變壓器，應(yīng)盡可能把閥式避雷器裝得離主變壓器近一些。第23頁/共31頁第二十四頁，共31頁。三、變電所的進(jìn)線段(xindun)保護(hù)保證在靠近變電所的一段不長(zhǎng)(一般為l2km)的線路上不出現(xiàn)繞擊或反擊。對(duì)于那些未沿全線架設(shè)避雷線的35kV及以下的線路來說，首先在靠近變電所(l2km)的線段上加裝避雷線，使之成為(chngwi)進(jìn)線段；對(duì)于全線有避雷線的110km及以上的線路，將靠近變電所的一段長(zhǎng)2km的線路劃為進(jìn)線段。在進(jìn)線段上, 加強(qiáng)防雷措施、提高耐雷水平。進(jìn)線段(xindun)的作用：1）雷電過電壓波在流過進(jìn)線段時(shí)因沖擊電暈

15、而發(fā)生衰減和變形，降低了波前陡度和幅值； 2）限制流過避雷器的沖擊電流幅值第24頁/共31頁第二十五頁，共31頁。)008.05.0(cphUaUlZnUUIRFV%502(一)從限制進(jìn)波陡度的要求(yoqi)來確定應(yīng)有的進(jìn)線段長(zhǎng)度 所需的進(jìn)線段長(zhǎng)度U行波的初始幅值，kV hc進(jìn)線段導(dǎo)線(doxin)的平均對(duì)地高度，mFVI（二）計(jì)算流過避雷器的沖擊電流幅值IFVUR閥式避雷器的殘壓，kV n變電所母線上接的線路(xinl)總條數(shù)第25頁/共31頁第二十六頁，共31頁。四、變電所防雷的幾個(gè)(j )具體問題(一)變電所防雷接線(ji xin)進(jìn)線段提高耐雷性能的保護(hù)措施： 1)在進(jìn)線保護(hù)段內(nèi)，避

16、雷線的保護(hù)角不宜(by)超過20。 2)采取措施以保證進(jìn)線段的耐雷水平。(二)三相繞組變壓器的防雷保護(hù)高壓側(cè)有雷電過電壓波時(shí)，通過繞組間的靜電耦合和電磁耦合，低壓側(cè)出現(xiàn)一定過電壓。在任一相低壓繞組加裝閥式避雷器。第26頁/共31頁第二十七頁，共31頁。 (三)自耦變壓器的防雷保護(hù)(boh)高壓側(cè)進(jìn)波時(shí)，應(yīng)在中壓斷路器QF2的內(nèi)側(cè)裝設(shè)一組閥式避雷器（圖8-14中的FV2）進(jìn)行(jnxng)保護(hù)。中壓側(cè)進(jìn)波時(shí)，在高壓(goy)斷路器 QF1的內(nèi)側(cè)也應(yīng)裝設(shè)一組避雷器 （圖8-14中的FV1）進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)中壓側(cè)接有出線時(shí)，還應(yīng)在AA之間再跨接一組避雷器（圖8-14中的FV3）。第27頁/共31頁第二十

17、八頁，共31頁。 (四)變壓器中性點(diǎn)的保護(hù)(boh)110kV及以上(yshng)的中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)1、中性點(diǎn)為全絕緣時(shí)，一般不需采用專門的保護(hù)。但在變電所只有一臺(tái)變壓器且為單路進(jìn)線的情況下，仍需在中性點(diǎn)加裝一臺(tái)與繞組首端同樣電壓等級(jí)的避雷器。 2、當(dāng)中性點(diǎn)為降級(jí)絕緣時(shí)，則必須選用與中性點(diǎn)絕緣等級(jí)相當(dāng)(xingdng)的避雷器加以保護(hù)，同時(shí)注意校核避雷器的滅弧電壓。35kV及一下的中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)變壓器的中性點(diǎn)都采用全絕緣，一般不設(shè)保護(hù)裝置。第28頁/共31頁第二十九頁，共31頁。1)GIS絕緣的伏秒特性很平坦，其絕緣水平主要取決于雷電沖擊(chngj)水平。采用氧化鋅避雷器； 2)GIS結(jié)構(gòu)緊湊，被保護(hù)設(shè)備與避雷器相距較近，比常規(guī)變電所有利； 3)GIS的同軸母線筒的波阻抗小，過電壓幅值和陡度都顯著變小，對(duì)變電所的進(jìn)行波防護(hù)有利； 4)GIS內(nèi)絕緣電場(chǎng)結(jié)構(gòu)不均勻，易擊穿，要求防雷保護(hù)措施更加可靠、在絕緣配合中留有足夠的裕度。 (五)氣體絕緣(juyun)變電所防雷保護(hù)的特點(diǎn)全封閉SF6氣體(q