發(fā)電廠和變電站的防雷保護

發(fā)電廠和變電站的防雷保護第1頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一發(fā)電廠和變電所雷電過電壓來源及危害雷直擊發(fā)電廠和變電所雷擊輸電線路產(chǎn)生的過電壓沿線路侵入發(fā)電廠和變電所造成大面積停電。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)的能力第2頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一過電壓防護的主要措施防止直擊雷過電壓的主要措施是裝設(shè)專門的避雷針或懸掛避雷線。對雷電侵入波過電壓防護的主要措施是在發(fā)電廠、變電站內(nèi)裝設(shè)避雷器，同時在線路進線段上采取輔助措施。第3頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一7.1直擊雷過電壓的防護按照安裝方式的不同，可將避雷針分為獨立避雷針和裝設(shè)在配電裝置構(gòu)架上的避雷針兩類。獨立避雷針：用于35kV以下系統(tǒng)（因為該電壓等級的設(shè)備絕緣水平較低，易反擊）構(gòu)架避雷針：用于110kV以上系統(tǒng)（因為該電壓等級的設(shè)備絕緣水平較高，不易反擊），但變壓器構(gòu)架上不允許裝設(shè)避雷針。第4頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一對于35kV及以下的配電裝置，因絕緣水平低，為避免反擊應(yīng)架設(shè)獨立避雷針，其接地裝置與主接地網(wǎng)分開埋設(shè)。獨立避雷針AdLSK12RchSdhK獨立避雷針離配電構(gòu)架的距離第5頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一避雷針支座上高度為h處的對地電壓：接地裝置上的對地電壓：獨立避雷針離配電構(gòu)架的距離AdLSK12RchSdhK第6頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一AdLSK12RchSdhKsk>0.3Rch+0.1hsd>0.3Rch在一般情況下，sk不應(yīng)小于5m，sd不應(yīng)小于3m。要求：為了防止避雷針與被保護的配電構(gòu)架或設(shè)備之間的空氣間隙Sk被擊穿而造成反擊事故；為了防止避雷針接地裝置和被保護設(shè)備接地裝置之間在土壤中的間隙Sd被擊穿：第7頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一7.2、變電所內(nèi)避雷器的保護作用第8頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一7.2、變電所內(nèi)避雷器的保護作用裝設(shè)避雷器是變電所對入侵雷電過電壓波進行防護的主要措施，它的保護作用主要是限制過電壓波的幅值。但是還需要有“進線段保護”與之配合。避雷器的保護作用基于三個前提：

它的伏秒特性與被保護絕緣的伏秒特性有良好的配合;它的伏安特性應(yīng)保證其殘壓低于被保護絕緣的沖擊電氣強度;被保護絕緣必須處于該避雷器的保護距離之內(nèi)。第9頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一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），一般可以不計，認(rèn)為輸電線路在此開路。避雷器動作前：變壓器（也是避雷器）上電壓：避雷器動作后：一、避雷器與被保護設(shè)備連接一點的情況第10頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一變壓器（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兩個峰值Uch和Ubm基本相同避雷器的伏安特性ub=f(ib)和伏秒特性uf=f(t)為已知，則用作圖法求取變壓器上的電壓。第11頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一

一般情況下，避雷器的沖擊放電電壓與避雷器的殘壓基本相同，所以在防雷保護分析中可將避雷器上的電壓ub看作是一幅值為避雷器殘壓的斜角平頂波。幅值為5KA時的殘壓Ub.5.若入侵雷電波為斜角波，即u=at，則避雷器的作用相當(dāng)于在避雷器放電時刻tp在避雷器安裝處產(chǎn)生一負(fù)電壓波-a(t-tp)第12頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一2.避雷器和保護物之間有一定的距離時的情況第13頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一避雷器動作后，由于波在1、2間發(fā)生折、反射，使得設(shè)備絕緣上出現(xiàn)高于避雷器端點的電壓。2.避雷器和保護物之間有一定的距離時的情況多次折反射問題，網(wǎng)格法分析斜角平頂波第14頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一被保護絕緣與避雷器間的電氣距離越大、進波陡度a越大，電壓差值也就越大。第15頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一

避雷器的保護距離若被保護設(shè)備上受到的最大沖擊電壓值Uim小于設(shè)備本身的沖擊耐壓值Uj，則設(shè)備不會發(fā)生雷害事故，即

Uj≥Uim=Ub.5+2al/v

所以避雷器的最大保護距離為

Ub.5：幅值為5KA時的殘壓第16頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一避雷器具體安裝點選擇原則：“確保重點、兼顧一般”。在諸多的變電設(shè)備中，需要確保的重點無疑是主變壓器，應(yīng)盡可能把閥式避雷器裝得離主變壓器近一些。第17頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一7.3變電所的進線段保護進線段保護是指臨近變電所l～2km的一段線路上加強防雷保護措施。對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(l～2km)的線段上加裝避雷線；對于全線有避雷線的110kV及以上的線路，將靠近變電所的一段長l～

2km的線路加強防雷措施、提高耐雷水平。目的是減小進線段內(nèi)繞擊和反擊形成侵入波的概率，使侵入變電所的雷電波主要來自進線段以外。第18頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一進線段保護的作用：雷電過電壓波在流過進線段時因沖擊電暈而發(fā)生衰減和變形，降低了波前陡度和幅值；由于進線段波阻抗的作用，減小了流過避雷器的雷電流。

第19頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一流過避雷器的沖擊電流Ub閥式避雷器的殘壓，kV第20頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一3、35KV小容量變電所的簡化進線保護

對于35KV小容量變電所，可根據(jù)變電所的重要性和雷電活動強度等情況來采取簡化的進線保護。35KV小容量變電所范圍小，避雷器距變壓器的距離一般在10m以內(nèi)，侵入波陡度允許增加，故進線長度可以縮短到500～600m，為了限制流入變電所閥型避雷器的雷電流，在進線首端可裝設(shè)一組管型避雷器或保護間隙。第21頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一35～110KV變電所，若進線裝設(shè)避雷線有困難或進線段桿塔接地電阻難于下降，不能達到要求的耐雷水平，可在進線的終端桿上安裝一組左右的電抗線圈來代替進線段，此電抗線圈既能限制流過避雷器的雷電流又能限制入侵波陡度。第22頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一變壓器的防雷保護一、三繞組變壓器的防雷保護高壓側(cè)有雷電過電壓波時，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23頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一二、自耦變壓器的防雷保護高壓側(cè)進波時，應(yīng)在中壓斷路器QF2的內(nèi)側(cè)裝設(shè)一組閥式避雷器（圖中的FV2）進行保護，中壓側(cè)進波時，在高壓斷路器QF1的內(nèi)側(cè)也應(yīng)裝設(shè)一組避雷器（圖中的F1）進行保護。當(dāng)中壓側(cè)接有出線時，還應(yīng)在AA′之間再跨接一組避雷器（圖中的FV3）。

自耦變壓器典型的保護接線第24頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一三、變壓器中性點的保護110kV及以上的中性點有效接地系統(tǒng)1、中性點為全絕緣時，一般不需采用專門的保護。但在變電所只有一臺變壓器且為單路進線的情況下，仍需在中性點加裝一臺與繞組首端同樣電壓等級的避雷器。2、當(dāng)中性點為降級絕緣時，則必須選用與中性點絕緣等級相當(dāng)?shù)谋芾灼骷右员Ｗo，同時注意校核避雷器的滅弧電壓

35kV及以下的中性點非有效接地系統(tǒng)變壓器的中性點都采用全絕緣，一般不設(shè)保護裝置。第25頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一7.5直配電機的防雷保護從防雷的觀點來看，發(fā)電機可分為兩大類經(jīng)過變壓器再接到架空線上去的電機，簡稱非直配電機?直接與架空線相連(包括經(jīng)過電纜段、電抗器等元件與架空線相連)的電機，簡稱直配電機第26頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一直接與架空線相連的旋轉(zhuǎn)電機（包括發(fā)電機、同期調(diào)相機、大型電動機等）稱為直配電機，因線路上的雷電波可以直接傳入電機，故其防雷保護顯得特別突出。直配電機的防雷保護包括電機主絕緣、匝間絕緣和中性點絕緣的保護。直配電機防雷保護的特點：電機主絕緣的沖擊耐壓數(shù)值低；保護旋轉(zhuǎn)電機用的磁吹避雷器的保護性能與電機絕緣水平的配合裕度很小第27頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一直配電機的防雷措施：避雷器保護：限制侵入波幅值電容器保護：限制侵入波幅值a和降低感應(yīng)過電壓電纜段保護（進線段保護）：限制流經(jīng)避雷器中的雷電流小于3kA（對直配電機以3kA下的殘壓作為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)）電抗器保護：使F2可靠動作電機母線上裝設(shè)電容C