發(fā)電廠和變電站的防雷保護課件

1、第十章 發(fā)電廠和變電所的防雷保護發(fā)電廠、變電所雷電過電壓的危害發(fā)電機、變壓器等主要電氣設(shè)備的內(nèi)絕緣大都沒有自恢復(fù)的能力 220kV線路50%放電電壓1200kV，而相應(yīng)的變壓器全波沖擊試驗電壓850kV，全波多次沖擊耐壓只有850/1.1=773kV造成大面積停電 發(fā)電廠是產(chǎn)生電能的中心，變電站是分配電能的樞紐，所以比輸電線路防雷更加重要，需采取防雷措施。雷直擊變電站雷電沖擊波沿線路入侵3發(fā)電廠和變電站的防雷保護發(fā)電廠和變電所雷電過電壓來源：（1）雷直擊發(fā)電廠和變電站的避雷針后，強大的雷電流 在設(shè)備上：a.產(chǎn)生感應(yīng)過電壓 b.避雷針電位升高對設(shè)備反擊 c.產(chǎn)生跨步電壓和接觸電壓（2）雷擊線路后

2、導(dǎo)線上形成雷電波侵入發(fā)電廠和變電站防雷措施：（1）選址時盡可能選擇少雷區(qū)（2）采用避雷針和避雷線作為直擊雷防護（3）采用避雷器和進線段保護作為侵入波防護過電壓防護的主要措施降低來波陡度減小通過避雷器的電流進線保護段避雷器的保護作用與范圍侵入波避雷針、避雷線保護范圍防止反擊直擊10.1 發(fā)電廠、變電站的直擊雷保護措施：避雷針和避雷線6發(fā)電廠和變電站的防雷保護1、避雷針的反擊一般直擊雷電流iL=100kA; 10-1 直擊雷防護避雷針和避雷線的接地都為獨立接地體注意校核：（1）空氣間隙Sk；（2）土壤間隙Sd以免反擊AdLSK12RchSdhK發(fā)生反擊時: 500Sk=100Rch+60h 300

3、Sd=100Rch防止反擊: Sk0.2Rch+0.1h 一般5m Sd0.3Rch 一般3mL0=1.55H/m; h高處 L=1.55hH空氣與土壤的平均擊穿場強：E500kV/m和300kV/m設(shè)計步驟：根據(jù)避免反擊的要求，決定避雷針的安裝位置，這樣就決定了避雷針和被保護設(shè)備的水平距離。根據(jù)已決定的水平距離和被保護設(shè)備的高度，計算避雷針的高度，驗算保護范圍，使設(shè)備處于保護范圍之內(nèi)。2、避雷針的安裝方式一般110kV及以上變電所，允許裝配電構(gòu)架避雷針，配電構(gòu)架需裝設(shè)輔助接地裝置，與地網(wǎng)的連接處距變壓器接地的距離不小于15m。土壤電阻率500m時,需獨立架設(shè)避雷針。變壓器門型構(gòu)架上不得加裝避

4、雷針。35kV及以下變電所需獨立加設(shè)避雷針，并達到不反擊的要求。10-2 變電所內(nèi)避雷器的保護作用裝設(shè)避雷器正確選擇避雷器的形式、參數(shù)合理確定保護接線方式，如臺數(shù)、裝設(shè)位置盡量少的避雷器保護所有設(shè)備1.避雷器與被保護設(shè)備距離為零時的過電壓避雷器動作前避雷器動作后避雷器動作前： ub=2u(t)動作后： 變壓器在沖擊電壓作用下可等值為一個電容（稱為入口電容），為簡化分析，一般可以不計，認(rèn)為輸電線路在此開路。避雷器直接并在設(shè)備旁：圖解法14發(fā)電廠和變電站的防雷保護避雷器動作后：變壓器（也是避雷器）上電壓有兩個峰值： Uch ：避雷器沖擊放電電壓 Ubm：避雷器殘壓的最大值，取5kA下的數(shù)值兩個峰值

5、Uch和Ubm基本相同1.避雷器與被保護設(shè)備距離為零時的過電壓變壓器得到可靠保護條件：變壓器沖擊放電電壓大于避雷器的沖擊放電電壓和5kA下的殘壓110kV220kV變電所雷電流不得超過5kA，故5kA下的殘壓用Ub.5表示。1.避雷器與被保護設(shè)備距離為零時的過電壓 避雷器和被保護設(shè)備并在一起時，被保護設(shè)備上的過電壓就是避雷器上的電壓，所以變壓器沖擊放電電壓應(yīng)該大于避雷器的沖擊放電電壓和5kA下的殘壓. 實際工程中不可能在每臺被保護設(shè)備上并一臺避雷器，也就是說避雷器與被保護設(shè)備存在一定距離。2.避雷器與被保護設(shè)備有一定距離時的過電壓2.避雷器與被保護設(shè)備有一定距離時的過電壓入侵波 at (到B點

6、時t=0)在變壓器入口處T發(fā)生全反射:1) 當(dāng)T點的反射波到達B點之前 UB(t) = at2) 當(dāng)T點的反射波到達B后和避雷器動作之前3) 避雷器動作時刻 t = tp Ub.5避雷器伏秒特性曲線at2.避雷器與被保護設(shè)備有一定距離時的過電壓變壓器上電壓UT( t )：最大電壓變壓器上典型的實際電壓波形 由于入侵波在變壓器與避雷器之間多次反射，作用在變壓器上的電壓具有振蕩性質(zhì)，相當(dāng)于截波的作用。22發(fā)電廠和變電站的防雷保護3.變壓器與避雷器之間允許的最大電氣距離 變壓器承受截波的能力為多次截波耐壓值: 因此變壓器承受的最大耐壓值 變壓器與避雷器間允許的最大電氣距離 實際中以變壓器承受多次截波

7、的能力（多次截波耐壓值uj）表示承受雷電波的能力。確保變壓器安全的主要措施限制避雷器殘壓限制入侵波陡度減小變壓器距避雷器的電氣距離由變電站進線段保護完成結(jié)論：（1）避雷器具有一定的保護范圍，最大允許距離Lmax與 變壓器uj和避雷器ur差值有關(guān) ujur Lmax（2）Lmax與侵入波陡度a有關(guān) a Lmax ，所以要 a（3）變電站多回出線比單回出線Lmax高 所以實際工程中，在變電站雷電侵入波保護設(shè)計時就是選擇避雷器的布置位置，原則是在任何可能的運行方式下，變電站內(nèi)變壓器和其它設(shè)備距避雷器的電氣距離應(yīng)小于最大允許電氣距離。避雷器一般裝設(shè)在母線上，一組或者多組。10-3 變電所的進線段保護

8、要將變電站電氣設(shè)備上的過電壓水平限制在其沖擊耐壓值以下，必須限制從線路傳來的侵入波陡度，以限制由于避雷器與電氣設(shè)備之間的距離引起的電位升高；限制流過避雷器的雷電流不超過5kA以降低殘壓。變電站電氣設(shè)備在雷電侵入時出現(xiàn)的過電壓為：需限制i雷電 uB.5 及 需 a u 進線段保護進線段：輸電線靠近變電站12km的線段 進線段保護：加強進線段防雷保護措施（無避雷線的架設(shè)避雷線，有避雷線減小保護角，增加絕緣子片數(shù)，加強檢查巡視）；使進線段耐雷水平高于線路其它部分，減小進線段發(fā)生繞擊和反擊形成侵入波的概率，這樣侵入變電站的雷電波主要來自進線段之外. 當(dāng)線路全線無避雷線時，這段線路必須架設(shè)避雷線；當(dāng)線路

9、全線有避雷線時，也將變電站附近2km長的一段進線列為進線保護段。 10-3 變電所的進線段保護 侵入波經(jīng)過在進線段上傳播時，由于沖擊電暈陡度會降低，進線段的波阻抗也起著限制流過避雷器的雷電流的作用。進線段作用：（1）限制雷電流幅值（2）降低侵入波陡度1. 35kV及以上變電所進線段保護（1）未沿全線架設(shè)避雷線的進線保護接線（2）全線有避雷線的進線保護接線例：35kV110kV變電站進線段保護典型接線進線段架設(shè)避雷線，且保護角取不大于20。在靠近隔離開關(guān)或斷路器處裝設(shè)排氣式避雷器。30發(fā)電廠和變電站的防雷保護進線段保護的作用 降低波的幅值與陡度。 限制流過避雷器的沖擊電流幅值。（一）流過避雷器的

10、電流可以不考慮在進線段上的多次反射。雷電波在12km內(nèi)往返一次的時間：31發(fā)電廠和變電站的防雷保護回路方程：避雷器伏安特性：32發(fā)電廠和變電站的防雷保護例：220kV線路的沖擊絕緣強度U50%=1200kV，線路波阻400，變電站中氧化鋅避雷器的殘壓520kV避雷器中的雷電流不超過5kA ，這也是避雷器殘壓按照5kA考慮的原因。33發(fā)電廠和變電站的防雷保護2. 進入變電站的雷電波陡度a式中 0進線段首端斜角波頭長度，s； 進線段末端變形后的斜角波頭長度，s； U侵入雷電波幅值，kV。通常可取為進線段首端線路絕緣的50%沖擊閃絡(luò)電壓U50%。 l0進線段長度，km； hc進線段導(dǎo)線的平均對地高度

11、，m。35發(fā)電廠和變電站的防雷保護計算不同電壓等級的a 后，可求出變電站電氣設(shè)備離避雷器的最大允許電氣距離lm首端落雷且幅值為U50%的直角波，沖擊電暈將使直角波波頭變緩： （2）進入變電所的雷電流陡度的計算需要的進線段長度額定電壓（kV）計算用進波陡度a（kV/s）進線段長1km進線段長2km或全線有避雷線35110220330500300450150225450660750km37發(fā)電廠和變電站的防雷保護1）進線段的作用：進線段內(nèi)防止雷擊導(dǎo)線，進線段以外進雷時，由于進線段本身阻抗的作用，使流經(jīng)避雷器的雷電流受到限制，同時由于沖擊電暈的影響，將使入侵波陡度和幅值下降。2）F3的作用：限制入侵

12、波的幅值。1. 35kV及以上變電所進線段保護3) F2的作用：隔離開關(guān)或斷路器斷開時防止入侵波在此發(fā)生全反射造成對地閃絡(luò)。斷路器閉合運行時，F(xiàn)2避雷器在避雷器F1的保護范圍內(nèi)不動作，避免截斷波的產(chǎn)生.4）(閥式避雷器)F1的作用：斷路器合閘狀態(tài)時，保護設(shè)備絕緣。 圖中各元件的名稱和作用：例：35kV小容量變電站的簡化進線保護電氣距離一般在10m以內(nèi)，允許侵入波陡度增大，進線段縮短到500600m。40發(fā)電廠和變電站的防雷保護簡化接線：用電抗器代替進線段保護 在進線段裝設(shè)避雷器有困難，或者進線段桿塔接地電阻難以降到耐雷水平的要求時，可用一組1mH左右的電抗器代替進線段保護，以限制流過避雷器的雷電流幅值和陡度41發(fā)電廠和變電站的防雷保護10. 4 變電站防雷的幾個具體問題方法：在有可能出現(xiàn)過電壓的地方加裝避雷