水電廠電氣主接線和配電裝置設(shè)計(jì)防雷保護(hù)設(shè)計(jì)

水電廠電氣主接線和配電裝置設(shè)計(jì)防雷保護(hù)設(shè)計(jì)發(fā)電廠是電力系統(tǒng)的心臟，一旦發(fā)生雷電災(zāi)害事故，往往導(dǎo)致變壓器、發(fā)電機(jī)等重要電氣設(shè)備的損壞，并造成大面積停電，嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活。特別是近些年來，隨著高電壓大容量發(fā)電廠的發(fā)展，發(fā)電廠的防雷問題顯得更為重要。1發(fā)電廠的雷電災(zāi)害分析發(fā)電廠的雷害主要來自兩個(gè)方面。一是雷云通過電力網(wǎng)或設(shè)備直接放電而引起的過電壓，稱為直擊雷過電壓：二是雷云感應(yīng)使電氣設(shè)備引起的過電壓，稱為感應(yīng)過電壓。1.1直擊雷過電壓雷云直接通過線路或電氣設(shè)備放電時(shí)稱為直擊雷。在放電瞬間通過線路或電氣設(shè)備將流過數(shù)十萬(wàn)安培的巨大雷電流，這時(shí)若沒有適當(dāng)設(shè)備將雷電流迅速引入大地，則大量電荷將使線路或電氣設(shè)備發(fā)生很高的過電壓，勢(shì)必將絕緣薄弱處擊穿而導(dǎo)入大地。這種過電壓稱為直擊雷過電壓。1.2感應(yīng)過電壓當(dāng)線路或設(shè)備附近發(fā)生雷云放電時(shí)，雖然雷電流沒有直接擊中線路或設(shè)備，但在線路導(dǎo)線上會(huì)感應(yīng)出大量的自由電荷，并以光速向?qū)Ь€兩端急速涌去，從而出現(xiàn)很高的過電壓，這種過電壓稱為感應(yīng)過電壓2發(fā)電廠防雷保護(hù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)2.1接地裝置接地裝置是發(fā)電廠過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)。接地裝置可將雷電過電壓電流泄入大地，還要將自身配電系統(tǒng)中所產(chǎn)生的暫時(shí)過電壓(工頻的、諧振的)、操作中的過電壓通過接地裝置將過壓電流泄入大地，好的接地裝置能起到泄流和均壓的作用。2．1．1主接地網(wǎng)發(fā)電廠的接地裝置通常采用埋深不小于0．6m，以水平接地體為主，垂直接地體為輔的較大型的水平網(wǎng)狀的一個(gè)主接地網(wǎng)。其網(wǎng)內(nèi)敷設(shè)等間距或不等間距的均壓帶，均壓帶間距不宜小于5m，網(wǎng)的外緣應(yīng)閉合，外緣各角應(yīng)做成圓弧形，圓弧的半徑不宜小于均壓帶間距的一半。應(yīng)充分利用建筑物基礎(chǔ)鋼筋作為接地網(wǎng)的一部分。主接地網(wǎng)的水平接地體與建筑物外墻的距離不宜小于1．5m；垂直接地極的間距不應(yīng)小于其長(zhǎng)度的兩倍。所有進(jìn)出的金屬管道、管線與主接地網(wǎng)相連接，所有電氣裝置、配電系統(tǒng)的接地，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的各種接地和符合距離要求的防雷接地，都連接到這個(gè)主接地網(wǎng)上。2．1．2集中接地裝置為了加強(qiáng)對(duì)直擊雷雷電流的散流作用，降低對(duì)地電位，在主接地網(wǎng)的防雷引下線接地處，應(yīng)在不同方向敷設(shè)有3～5根的垂直接地極，這就叫集中接地裝置。凡發(fā)電廠內(nèi)架構(gòu)上裝有避雷針、避雷線的，其接地都應(yīng)采用集中接地裝置。2．1．3獨(dú)立接地裝置獨(dú)立避雷針(線)宜設(shè)獨(dú)立的接地裝置。在非高土壤電阻率地區(qū)，其接地電阻不宜超過10。當(dāng)有困難時(shí)，該接地裝置可與主接地網(wǎng)連接，但避雷針與主接地網(wǎng)的地下連接點(diǎn)至35kV及以下設(shè)備與主接地網(wǎng)的地下連接點(diǎn)之間，沿接地體的長(zhǎng)度不得小于15m。2.2避雷針(線)發(fā)電廠內(nèi)存有易燃易爆物品的場(chǎng)所(如制氫站、油罐區(qū))應(yīng)設(shè)置獨(dú)立避雷針進(jìn)行保護(hù)。發(fā)電廠的屋外配電裝置，應(yīng)采用獨(dú)立避雷針或架設(shè)在架構(gòu)上的避雷針(線)進(jìn)行雷電直擊、反擊的保護(hù)措施。2．2．1獨(dú)立避雷針及其接地裝置與道路或出入口等的距離不宜小于3m，否則應(yīng)采取均壓措施，或鋪設(shè)礫石或?yàn)r青地面，也可鋪設(shè)混凝土地面。2．2．2為保護(hù)其他設(shè)備而裝設(shè)的避雷針，不宜裝在獨(dú)立的主控制室和35kV及以下配電裝置的屋頂上。2．2．3高壓配電裝置避雷針的裝設(shè)要求裝在架構(gòu)上的避雷針應(yīng)與接地網(wǎng)連接，并應(yīng)在其附近裝設(shè)集中接地裝置。裝有避雷針的架構(gòu)上，接地部分與帶電部分間的空氣中距離不得小于絕緣子串的長(zhǎng)度。裝設(shè)在架構(gòu)(不包括變壓器門型架構(gòu))上的避雷針與主接地網(wǎng)的地下連接點(diǎn)至變壓器接地線與主接地網(wǎng)的地下連接點(diǎn)之間，沿接地體的長(zhǎng)度不得小于15m。2．2．4在變壓器門型架構(gòu)上和在離變壓器主接地線小于15m的配電裝置的架構(gòu)上，當(dāng)土壤電阻率大于時(shí)，不允許裝設(shè)避雷針、避雷線；如不大于則應(yīng)根據(jù)方案比較確有經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)過計(jì)算采取相應(yīng)的防止反擊措施，在35kV變壓器門型架構(gòu)上裝設(shè)避雷針時(shí)，變電所接地阻不應(yīng)超過4(不包括架構(gòu)基礎(chǔ)的接地電阻)。2.3避雷帶(網(wǎng))2．3．1主控制室、配電裝置室和35kV及以下變電所的屋項(xiàng)上如裝設(shè)直擊雷保護(hù)裝置時(shí)，若為金屬屋頂或屋頂上有金屬結(jié)構(gòu)，則將金屬部分接地；若屋頂為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，則將其焊接成網(wǎng)接地：若結(jié)構(gòu)為非導(dǎo)電的屋頂時(shí)，則采用避雷帶保護(hù)，該避雷帶的網(wǎng)格為8m～l0m，每隔l0m-～20m設(shè)引下線接地。地引下線應(yīng)與主接地網(wǎng)連接，并在連接處加裝集中接地裝置。2．3．2已在相鄰高建筑物保護(hù)范圍內(nèi)的建筑物或設(shè)備，可不裝設(shè)直擊雷保護(hù)裝置。2.4避雷器發(fā)電廠的過電壓有雷電波侵入過電壓和內(nèi)部故障或操作引起的過電壓，必須選用閥式避雷器、排氣式避雷器和保護(hù)間隙來實(shí)現(xiàn)過壓的保護(hù)。2．4．1閥式避雷器的選型應(yīng)根據(jù)不同的電壓范圍、不同系統(tǒng)的接地方式選用。(1)110kV～500kV系統(tǒng)采用有效接地方式，宜選用金屬氧化物避雷器。l10kV及220kV系統(tǒng)中，變壓器中性點(diǎn)直接或經(jīng)低阻抗接地，部分變壓器中性點(diǎn)也可不接地；330kV及500kV系統(tǒng)中變壓器中性點(diǎn)必須接地。(2)3kV--10kV不直接連接發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)和35kV、66kV系統(tǒng)，采用不接地方式、消孤線圈接地方式及高電阻接地方式，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)中諧振過電壓和間歇性電孤接地過電壓等發(fā)生的可能性及嚴(yán)重程度，選用金屬氧化物避雷器或碳化硅普通閥式避雷器。2．4．2避雷器安裝地點(diǎn)的選擇(1)配電裝置的每組母線上，應(yīng)裝設(shè)避雷器，但進(jìn)出線都裝設(shè)避雷器時(shí)除外。(2)旁路母線上是否需要裝設(shè)避雷器，應(yīng)視在旁路母線投入運(yùn)行時(shí)，避雷器到被保護(hù)設(shè)備的電氣距離是否滿足要求而定。(3)330kV及以上變壓器和并聯(lián)電抗器處必須裝置避雷器，并應(yīng)盡可能靠近設(shè)備本體。(4)220kV及以下變壓器到避雷器的電氣距離超過允許值時(shí)，應(yīng)在變壓器附近增設(shè)一組避雷器。(5)三繞組變壓器低壓側(cè)的一相上宜設(shè)置一臺(tái)避雷器。(6)自耦變壓器必須在其兩個(gè)自耦合的繞組出線上裝設(shè)避雷器，并應(yīng)接在變壓器與斷路器之間。(7)下列情況的變壓器中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)避雷器:=1\*GB3①直接接地系統(tǒng)中，變壓器中性點(diǎn)為分級(jí)絕緣且裝有隔離開關(guān)時(shí)。=2\*GB3②直接接地系統(tǒng)，變壓器中性點(diǎn)為全絕緣，但變電站為單進(jìn)線且為單臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)。=3\*GB3③不接地和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，多雷區(qū)的單進(jìn)線變壓器中性點(diǎn)上。(8)單元連接的發(fā)電機(jī)出線宜裝一組避雷器。(9)容量為25MW及以上的直配線發(fā)電機(jī)，應(yīng)在每臺(tái)電機(jī)出線處裝一組避雷器。25MW以下的直配線發(fā)電機(jī)應(yīng)盡量將母線上的避雷器靠近電機(jī)裝設(shè)或裝在電機(jī)出線上。(10)在不接地的直配線發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)上應(yīng)裝設(shè)一臺(tái)避雷器。(11)連接在變壓器低壓側(cè)的調(diào)相機(jī)出線處宜裝設(shè)一組避雷器。(12)發(fā)電廠變電所35kV及以上電纜進(jìn)線段，在電纜與架空線的連接處應(yīng)裝設(shè)避雷器。(13)直配線發(fā)電機(jī)和變電所l0kV及以下進(jìn)線段避雷器的配置應(yīng)遵照《電力設(shè)備過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》執(zhí)行。(14)110~220kV線路側(cè)一般不裝設(shè)避雷器，330~500kV的線路側(cè)如操作過電壓超過操作波保護(hù)水平，應(yīng)設(shè)置避雷器。當(dāng)不超過時(shí)，是否需裝設(shè)避雷器，應(yīng)根據(jù)出線側(cè)的設(shè)備、本地區(qū)雷電活動(dòng)并通過模擬試驗(yàn)或計(jì)算確定。SF6，全封閉電器的架空一路側(cè)必須裝設(shè)避雷器.3避雷器的選擇3.1避雷器的選擇原則：（1）額定電壓。應(yīng)大于或等于安裝地點(diǎn)額定電壓。（2）滅弧電壓。按照使用情況、核對(duì)避雷器安裝地點(diǎn)可能出現(xiàn)的最大導(dǎo)線對(duì)低電壓，是否等于或小于避雷器的滅弧電壓。安裝地點(diǎn)的最大對(duì)地電壓與中性點(diǎn)接地方式及系統(tǒng)參數(shù)有關(guān)。一般式中——滅弧電壓有效值。Cd——接地系數(shù)，對(duì)中性點(diǎn)非直接接地者，6-10kV及以下取1.1；35kV及以上取1.0；220KV變壓器中性點(diǎn)避雷器時(shí)取0.6；Usm——電網(wǎng)最高運(yùn)行線電壓，,變壓器中性點(diǎn)避雷器時(shí)取相電壓；（3）校核工頻放電電壓。且式中——工頻放電電壓有效值?！谥行渣c(diǎn)絕緣或經(jīng)阻抗接地系統(tǒng)中，取3.5；在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，取3?！娋W(wǎng)最大運(yùn)行相電壓——滅弧電壓有效值4）校核避雷器的沖擊放電電壓及殘壓。絕緣配合主要由殘壓來衡量，要求被保護(hù)電器基本沖擊絕緣水平（BIL）（約為電器的沖擊試驗(yàn)電壓的90%）應(yīng)大于避雷器殘壓的10%-15%。3.2220kV主變高壓側(cè)及母線避雷器選型過程220kV主變高壓側(cè)及母線選FCZ-330J磁吹避雷器，查《發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計(jì)》P265表E-2得其技術(shù)參數(shù)：＝290kV；＝510～580kV,＝780～820kV。校驗(yàn)滅弧電壓：校驗(yàn)工頻放電電壓：且校驗(yàn)殘壓：所選FCZ-330J型避雷器滿足要求。3.3220kV主變中性點(diǎn)避雷器選型過程主變壓器220kV中性點(diǎn)絕緣等級(jí)110kV,保護(hù)中性點(diǎn)絕緣的避雷器選FZ-110J型查發(fā)《電廠電氣部分課程設(shè)計(jì)》P264表E-2得其技術(shù)參數(shù)：＝100kV；＝224～268kV,＝332～364kV。校驗(yàn)滅弧電壓：校驗(yàn)工頻放電電壓：校驗(yàn)殘壓：所選FZ-110J型避雷器滿足要求。3.4保護(hù)發(fā)電機(jī)的避雷器選型過程保護(hù)發(fā)電機(jī)的避雷器選FCD-15磁吹避雷器，查《發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計(jì)》P264表E-2得其技術(shù)參數(shù)：＝19kV；＝37～44kV,＝45kV。校驗(yàn)滅弧電壓：校驗(yàn)工頻放電電壓：且校驗(yàn)殘壓：所選FCD-15型避雷器滿足要求。表5-1避雷器選擇結(jié)果設(shè)備名稱安裝地點(diǎn)型號(hào)避雷器發(fā)電機(jī)出線FCD-15220KV主變壓器中性點(diǎn)FZ-110J220KV主變壓器高壓測(cè)FZC-330J220KV母線FZC-330J4避雷針保護(hù)范圍技術(shù)4.1避雷針保護(hù)范圍的計(jì)算步驟圖5-1避雷針布置圖圖5-2兩針保護(hù)范圍按，求及相應(yīng)的—避雷針保護(hù)的有效高度—避雷針高度—被保護(hù)物的高度—避雷針高度影響系數(shù)，當(dāng)時(shí)，。當(dāng)時(shí)，（2）避雷針在水平面上的保護(hù)半徑（3）兩針之間保護(hù)最低點(diǎn)的高度（4）兩針間水平面上保護(hù)范圍的一側(cè)最小寬度時(shí)，時(shí)，只有當(dāng)各針間保護(hù)范圍才能滿足要求。4.2避雷針保護(hù)范圍的計(jì)算過程本設(shè)計(jì)220KV高型配電裝置占地長(zhǎng)71.5米，進(jìn)出線構(gòu)架高20m，220KV出線間隔間距按14m考慮，斷路器等電氣設(shè)備都低于進(jìn)出線構(gòu)架高度，避雷針布置時(shí)，為了防止避雷針落雷引起的反擊事故，獨(dú)立避雷針與配電裝置架構(gòu)之間的空氣隔距Sk不宜小于5m，獨(dú)立避雷針接地裝置與地網(wǎng)之間的地中距離Sd不宜小于3m，為避免反擊，避雷針應(yīng)距離升壓站5m。則保護(hù)范圍應(yīng)按考慮。升壓站最高架構(gòu)21m，如果它能被保護(hù),那么其它設(shè)備均能受到保護(hù)。按，求及相應(yīng)的最大的針間距離，則；，取高度獨(dú)立避雷針4座，分設(shè)于升壓站場(chǎng)地角，保護(hù)范圍計(jì)算如下：（1）單只避雷針保護(hù)范圍：（2）避雷針1和避雷針2之間的保護(hù)范圍兩針之間保護(hù)最低點(diǎn)高度按下式計(jì)算：兩針間水平面上的保護(hù)范圍的一側(cè)最小寬度按下式計(jì)算：因?yàn)?，即：；，滿足要求。（3）避雷針1和避雷針3之間的保護(hù)范圍：距離兩針之間保護(hù)最低點(diǎn)高度按下式計(jì)算：兩針間水平面上的保護(hù)范圍的一側(cè)最小寬度按下式計(jì)算：因?yàn)?，即：；，滿足要求。（4）避雷針1和避雷針4之間的保護(hù)范圍兩針之間保護(hù)最低點(diǎn)高度按下式計(jì)算：兩針間水平面上的保護(hù)范圍的一側(cè)最小寬度按下式計(jì)算：因?yàn)?，即：；，滿足要求。（5）避雷針2和避雷針3之間的保護(hù)范圍兩針之間保護(hù)最低點(diǎn)高度按下式計(jì)算：兩針間水平面上的保護(hù)范圍的一側(cè)最小寬度按下式計(jì)算：因?yàn)?，即：；，滿足要求。（6）避雷針2和避雷針4之間的保護(hù)范圍距離兩針之間保護(hù)最低點(diǎn)高度按下式計(jì)算：兩針間水平面上的保護(hù)范圍的一側(cè)最小寬度按下式計(jì)算：因?yàn)?，即：；，滿足要求。（6）避雷針