《風電場電氣系統(tǒng) 》 課件 第6-8章 配電裝置、風電場的防雷和接地、風電場中的電力電子技術(shù)

風電場電氣系統(tǒng)第6章配電裝置關(guān)注的問題配電裝置的圖示，配電裝置的設(shè)計要求是什么？配電裝置的種類有哪些？應(yīng)該如何選型和布置？風電場發(fā)電機組的排列布置，升壓站電工建筑物的布置。第6章配電裝置教學目標了解風電場配電裝置的概念和表示方法，熟悉各種常見的配電裝置，理解和掌握配電裝置的設(shè)計要求及選型和布置方法，了解風電場發(fā)電機組的排列布置和升壓變電站電工建筑物的布置。

配電裝置可以理解為接受和分配電能的裝置，它是電氣主接線的具體實現(xiàn)，用于完成進出線回路之間的連接。配電裝置不僅僅包括母線、斷路器、隔離開關(guān)、互感器等電氣設(shè)備，還可能包括繼電保護裝置、測量表計以及架構(gòu)、電纜溝、房屋通道等輔助設(shè)備。它是集電力、結(jié)構(gòu)、土建等技術(shù)于一體的整體裝置，最終用于實現(xiàn)發(fā)電機、變壓器、線路等回路的連接。第6章配電裝置

不同于電氣主接線圖對于電路的抽象描述，為了描述配電裝置自身的結(jié)構(gòu)形狀，配電裝置的圖示常采用平面布置圖+斷面圖的描述方式§6.1

配電裝置的圖示如以下兩圖所示，以兩個二維圖形描述配電裝置的三維空間外形和結(jié)構(gòu)?！?.1

配電裝置的圖示§6.2.1滿足安全凈距的要求

不同的電氣設(shè)備之間、電氣設(shè)備的不同相之間都要求保持足夠的距離以滿足絕緣的要求，即滿足最小安全凈距的要求

最小安全凈距指在這一距離下，無論是在正常最高工作電壓或出現(xiàn)內(nèi)、外部過電壓時，都不至使空氣間隙被擊穿。最小安全凈距A類分為A1和A2值，A1和A2值是根據(jù)過電壓與絕緣配合計算，并根據(jù)間隙放電試驗曲線來確定的，而B、C、D、E等類安全凈距是在A值的基礎(chǔ)上再考慮運行維護、設(shè)備移動、檢修工具活動范圍、施工誤差等具體情況而確定的。

§6.2配電裝置的設(shè)計要求

§6.2.1滿足安全凈距的要求1)A值：A1——帶電部分至接地部分之間的最小電氣凈距；A2——不同相的帶電導體之間的最小電氣凈距。

2)B值：B1——帶電部分至柵狀遮欄間的距離和可移動設(shè)備在移動中至帶電裸導體間的距離，即

式中750——考慮運行人員手臂誤入柵欄時手臂的長度B2——帶電部分至網(wǎng)狀遮欄間的電氣凈距，即

式中30——考慮在水平方向的施工誤差；70——指運行人員手指誤入網(wǎng)狀遮欄時，手指長度不大于此值

§6.2.1滿足安全凈距的要求3)C值：C值為無遮欄裸導體至地面的垂直凈距。保證人舉手后，手與帶電裸導體間的距離不小于A1值，即

式中2300——運行人員舉手后的總高度；200——屋外配電裝置在垂直方向上施工誤差4)D值：D值為不同時停電檢修的平行無遮欄裸導體之間水平凈距，即

式中1800——考慮檢修人員和工具的允許活動范圍；200——考慮屋外條件較差而取得裕度

§6.2.1滿足安全凈距的要求

5)E值：E值為屋內(nèi)配電裝置通向屋外的出線套管中心線至屋外通道的距離。

35kV及以下取E=4000mm；60kV及以上，E=A1+3500(mm)，并取整數(shù)值，其中3500為人站在載重汽車車廂中舉手的高度，mm?！?.2.1滿足安全凈距的要求圖為屋內(nèi)配電裝置安全凈距校驗圖(1)配電裝置中，電氣設(shè)備的柵狀遮欄高度不應(yīng)低于1200mm，柵狀遮欄至地面的凈距以及柵條間的凈距應(yīng)不大于200mm。(2)配電裝置中，電氣設(shè)備的網(wǎng)狀遮欄高度不應(yīng)低于1700mm，網(wǎng)狀遮欄網(wǎng)孔不應(yīng)大于40mm×40mm。(3)位于地面（或樓面）上面的裸導體導電部分，如其尺寸受空間限制不能保證C值時，應(yīng)采用網(wǎng)狀遮欄隔離。網(wǎng)狀遮欄下通行部分的高度不應(yīng)小于1900mm?！?.2.1滿足安全凈距的要求圖為室外配電裝置安全凈距校驗圖§6.2.1滿足安全凈距的要求工程上采用相間距離和相對地的距離，通常大于下面兩表所列的數(shù)值。符號實

用

范

圍圖號額

定

電

壓

（kV）3～1015～203563110J110220J330J500JA11.帶電部分至接地部分之間2.網(wǎng)狀遮攔向上延伸線距地處與遮欄上方帶電部分之間10-110-22003004006509001000180025003800A21.不同相的帶電部分之間2.斷路器和隔離開關(guān)的端口兩側(cè)引線帶電部分之間10-110-320030040065010001100200028004300B11.設(shè)備運輸時，其外廓至無遮欄帶電部分之間2.交叉的不同時停電檢修的無遮欄帶電部分之間3.柵狀遮欄至絕緣體和帶電部分之間①4.帶電作業(yè)時帶電部分至接地部分之間10-110-210-3950105011501400②1650②1750②2550②3250②4550B21.網(wǎng)狀遮欄至帶電部分之間10-230040050070010001100190026003900C1.無遮欄裸導體至地面之間2.無遮欄裸導體至建筑物、構(gòu)筑物頂部之間10-210-3270028002900310034003500430050007500D1.平行的不同時停電檢修的無遮欄帶電部分之間2.帶電部分與建筑物、構(gòu)建物的邊沿部分之間10-110-2220023002400260029003000380045005800屋外配電裝置的安全凈距（mm）§6.2.1滿足安全凈距的要求符號適

用

范

圍圖號額

定

電

壓

（kV）361015203563①110J110①220J④A11.帶電部分至接地部分之間2.網(wǎng)狀和板狀遮攔向上延伸線距地處與遮欄上方帶電部分之間10-4751001251501803005508509501800A21.不同相的帶電部分之間2.斷路器和隔離開關(guān)的端口兩側(cè)引線帶電部分之間10-47510012515018030055090010002000B11.柵狀遮欄帶電部分之間2.交叉的不同時停電檢修的無遮欄帶電部分之間10-410-582585087590093010501300160017001550B2網(wǎng)狀遮欄至帶電部分之間

②10-417520022525028040065095010501900C無遮欄裸導體至地（樓）面之間10-42375240024252450248026002850315032504100D平行的不同時停電檢修的無遮欄裸導體之間10-41875190019251950198021002350260027503600E通往屋外的出線套管至屋外通道的路面

③10-54000400040004000400040004500500050005000屋內(nèi)配電裝置的安全凈距（mm）§6.2.2施工、運行和檢修的要求配電裝置的設(shè)計要考慮現(xiàn)場施工的便利，結(jié)構(gòu)在滿足安全運行的前提下應(yīng)該盡量予以簡化，并考慮構(gòu)件的標準化和工廠化，減少架構(gòu)類型以節(jié)省三材、縮短工期，同時配電裝置的施工工藝布置設(shè)計應(yīng)考慮土建施工誤差，確保電氣安全距離的要求，分期建設(shè)和擴建過渡的便利也是配電裝置的設(shè)計必須考慮在運行中應(yīng)考慮各級電壓配電裝置之間，以及它們和各種建筑物之間的距離和相對位置，應(yīng)按最終規(guī)模統(tǒng)籌規(guī)劃，充分考慮運行的安全和便利。在檢修工作中應(yīng)充分考慮檢修中人員及具體檢修作業(yè)對于安全的影響，以保證人員和檢修機械在保證足夠安全凈距的情況下的作業(yè)方便?！?.2.3噪聲的允許標準及限制措施

配電裝置中的噪聲源主要是變壓器、電抗器及電暈放電

對500kV電氣設(shè)備距外殼2m外的噪聲水平，宜不超過下述數(shù)值：電抗器：80dB；斷路器：連續(xù)性噪聲水平85dB；非連續(xù)性噪聲水平，屋內(nèi)為90dB，屋外為110dB；變壓器等其他設(shè)備：85dB。

限制噪聲的措施有：

1）優(yōu)先選用低噪聲或符合標準的電氣設(shè)備；2）注意主（網(wǎng)）控室、通信樓、辦公室等與主變壓器的距離和相對位置，盡量避免平行相對布置?！?.2.4靜電感應(yīng)的場強水平和限制措施在高壓輸電線路或配電裝置的母線下和電氣設(shè)備附近有對地絕緣的導電物體時，由于電容耦合感應(yīng)而產(chǎn)生電壓。當上述被感應(yīng)物體接地時，就產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種感應(yīng)通稱為靜電感應(yīng)。

常以空間場強來衡量某處的靜電感應(yīng)水平

所謂空間場強，是指離地面1.5m處的空間電場強度。

§6.2.4靜電感應(yīng)的場強水平和限制措施

關(guān)于靜電感應(yīng)的限制措施，設(shè)計時應(yīng)注意：①盡量不要在電氣設(shè)備上部設(shè)置帶電導體；②對平行跨導線的相序排列要避免同相布置，盡量減少同相導線交叉及同相轉(zhuǎn)角布置，以免場強直接疊加；③當技術(shù)經(jīng)濟合理時，可適當提高電器及引線安裝高度；④控制箱和操作設(shè)備盡量布置在場強較低區(qū)，必要時可增設(shè)屏蔽線或設(shè)備屏蔽環(huán)等?！?.2.5電暈無線電干擾和控制在超高壓配電裝置內(nèi)的設(shè)備、母線和設(shè)備間連接導線，由于電暈產(chǎn)生的電暈電流具有高次諧波分量，形成向空間輻射的高頻電磁波，從而對無線電通信、廣播和電視產(chǎn)生干擾。為增加載流量及限制無線電干擾，超高壓配電裝置的導線采用擴徑空芯導線、多分裂導線、大直徑鋁管或組合鋁管等。配電裝置根據(jù)其安裝地點分為：屋內(nèi)式和屋外式根據(jù)其裝配方式分為成套式和裝配式?！?.3配電裝置的分類§6.3.1裝配式和成套式

裝配式指配電裝置在現(xiàn)場將電器組裝而成而制造廠根據(jù)要求將配電裝置內(nèi)的開關(guān)電器、互感器等組成電路成套運至現(xiàn)場安裝使用的成為成套配電裝置。

成套式配電裝置常用于室內(nèi)，常見的類型有：低壓配電屏、高壓開關(guān)柜、氣體全封閉組合電器GIS等，其中GIS也根據(jù)實際情況可能采用屋外布置。

高壓開關(guān)柜一般分為固定式和手車式氣體全封閉組合電器GIS將斷路器、隔離開關(guān)、快速或慢速接地開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、避雷器、母線和出現(xiàn)套管等元件，按照電氣主接線的要求依次連接，組成一個整體，并且全部封閉于接地的金屬外殼內(nèi)§6.3.1裝配式和成套式1234567891、4隔離開關(guān)

2斷路器3互感器5繼電器6表計7隔離開關(guān)操作機構(gòu)

8斷路器操作機構(gòu)9斷路器控制把手10kV成套高壓開關(guān)柜如圖§6.3.1裝配式和成套式可以看出相對于獨立裝配的電氣組合，其所占空間要小很多安裝于室外的GIS安裝于室外的GIS§6.3.2屋內(nèi)配電裝置§6.3.2.1屋內(nèi)配電裝置的分類及特點

發(fā)電廠和變電站的屋內(nèi)配電裝置，按其布置型式，一般可以分為三層、二層和單層式。三層式是將所有電器依其輕重分別布置在各層中，二層式是將斷路器和電抗器布置在第一層，將母線、母線隔離開關(guān)等較輕設(shè)備布置在第二層

在屋內(nèi)配電裝置中，通常將同一回路的電氣設(shè)備和導體布置在一個間隔內(nèi)。各間隔依次排列起來形成所謂的列，按行程的列數(shù)可分為單列布置和雙列布置?！?.3.2.2

屋內(nèi)配電裝置的布置原則（1）總體布置

1)盡量將電源布置在每段母線的中部2)同一回路的電器和導體應(yīng)布置在一個間隔內(nèi)3)較重的設(shè)備（如電抗器）布置在下層4)充分利用間隔的位置。5)設(shè)備對應(yīng)布置，便于操作。6)有利于擴建。§6.3.2.2

屋內(nèi)配電裝置的布置原則

（2）屋內(nèi)配電裝置的設(shè)備布置

1)母線及隔離開關(guān)

母線通常裝在配電裝置的上部，一般呈水平、垂直和直角三角形布置。母線隔離開關(guān)，通常設(shè)在母線的下方。

2)斷路器及其操動機構(gòu)

斷路器通常設(shè)在單獨的小室內(nèi)。油斷路器小室的形式，按照油量多少及防爆結(jié)構(gòu)的要求，可分為敞開式、封閉式以及防爆小室。斷路器的操動機構(gòu)設(shè)在操作通道內(nèi)?！?.3.2.2

屋內(nèi)配電裝置的布置原則

3)互感器和避雷器：

電流互感器無論是干式或油浸式，都可和斷路器放在同一小室內(nèi)。穿墻式電流互感器應(yīng)盡可能作為穿墻套管使用。電壓互感器都經(jīng)隔離開關(guān)和熔斷器接到母線上，需占用專用的間隔當母線上接有架空線路時，母線上應(yīng)裝避雷器

4)電抗器：

電抗器比較重，大多布置在封閉小室的第一層。電抗器按其容量不同有三種不同的布置方式：三相垂直布置、品字形布置和三相水平布置§6.3.2.2

屋內(nèi)配電裝置的布置原則5)電纜隧道及電纜溝：

電纜隧道及電纜溝是用來放置電纜的。為使電力電纜發(fā)生事故時不致影響控制電纜，一般將電力電纜與控制電纜分開排列在過道兩側(cè)。

6)配電裝置室的通道和出口：配電裝置的布置應(yīng)便于設(shè)備操作、檢修和搬運，故需設(shè)置必要的通道（走廊）。為了保證工作人員的安全及工作的便利，不同長度的屋內(nèi)配電裝置室，應(yīng)有一定數(shù)目的出口?！?.3.2.2

屋內(nèi)配電裝置的布置原則

7)配電裝置室的采光和通風：

配電裝置室可以開窗采光和通風，但應(yīng)采取防止雨雪、風沙、污穢和小動物進入室內(nèi)的措施。配電裝置室應(yīng)按事故排煙要求，裝設(shè)足夠的事故通風裝置?！?.3.2.2

屋內(nèi)配電裝置實例10kV配電裝置進出線斷面圖1—主變壓器進線柜；2—10kV出線柜；3—高壓穿墻套管；4—封閉母線橋§6.3.2.2

屋內(nèi)配電裝置實例110kV配電裝置斷面圖§6.3.3

屋外配電裝置§6.3.3.1屋外配電裝置的分類及特點屋外配電裝置將所有電氣設(shè)備和母線都裝設(shè)在露天的基礎(chǔ)、支架或構(gòu)架上。屋外配電裝置的結(jié)構(gòu)形式，除與電氣主接線、電壓等級和電氣設(shè)備類型有密切關(guān)系外，還與地形地勢有關(guān)。根據(jù)電氣設(shè)備和母線布置的高度，屋外配電裝置可分為中型配電裝置、高型配電裝置和半高型配電裝置?！?.3.3.1屋外配電裝置的分類及特點1)中型配電裝置中型配電裝置是將所有電氣設(shè)備都安裝在同一水平面內(nèi)，并裝在一定高度的基礎(chǔ)上，母線所在的水平面稍高于電氣設(shè)備所在的水平面，母線和電氣設(shè)備均不能上、下重疊布置。中型配電裝置按照隔離開關(guān)的布置方式，可分為普通中型配電裝置和分相中型配電裝置。2)高型配電裝置高型配電裝置是將一組母線及隔離開關(guān)與另一組母線及隔離開關(guān)上下重疊布置的配電裝置高型配電裝置按其結(jié)構(gòu)的不同，可分為單框架雙列式、雙框架單列式和三框架雙列式三種類型?！?.3.3.1屋外配電裝置的分類及特點3)半高型配電裝置半高型配電裝置是將母線置于高一層的水平面上，與斷路器、電流互感器、隔離開關(guān)上下重疊布置由于高型和半高型配電裝置可大量節(jié)省占地面積，因而在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用?！?.3.3.2

屋外配電裝置的選型

1)中型配電裝置。一般用在非高產(chǎn)農(nóng)田地區(qū)及不占良田和土石方工程量不大的地方，宜在地震烈度較高的地區(qū)采用。2)高型配電裝置。一般在下列情況宜采用高型：①配電裝置設(shè)在高產(chǎn)農(nóng)田或地少人多的地區(qū)；②由于地形條件的限制，場地狹窄或需要大量開挖、回填土石方的地方；③原有配電裝置需要改建或擴建，而場地受到限制。在地震烈度較高的地區(qū)不宜采用高型。高型配電裝置適用于220kV電壓等級。

3)半高型配電裝置。適用于110kV電壓等級?！?.3.3.3

屋外配電裝置的布置原則(1)母線及構(gòu)架

屋外配電裝置的母線有軟母線和硬母線兩種。軟母線可選用較大的檔距，但一般不超過三個間隔寬度，硬母線常用的有矩形和管形。矩形母線用于35kV及以下配電裝置，管形則用于110kV及以上的配電裝置。

屋外配電裝置的構(gòu)架，可用型鋼或鋼筋混凝土制成。(2)電力變壓器

電力變壓器外殼不帶電，故采用落地布置，安裝在變壓器基礎(chǔ)上。

變壓器基礎(chǔ)一般制成雙梁形并鋪以鐵軌，軌距等于變壓器的滾輪中心距?！?.3.3.3

屋外配電裝置的布置原則(3)高壓斷路器

按照斷路器在配電裝置中所占據(jù)的位置，可分為單列、雙列和三列布置。斷路器有低式和高式兩種布置。低式布置的斷路器安裝在0.5～1m的混凝土基礎(chǔ)上，在中型配電裝置中，斷路器和互感器多采用高式布置(4)避雷器

110kV及以上的閥型避雷器多落地安裝在0.4m的基礎(chǔ)上。磁吹避雷器及35kV閥型避雷器一般采用高式布置。(5)隔離開關(guān)和互感器

隔離開關(guān)和互感器均采用高式布置，其要求與斷路器相同?！?.3.3.3

屋外配電裝置的布置原則(6)電纜溝

屋外配電裝置中電纜溝的布置，應(yīng)使電纜所走的路徑最短。(7)道路

為了運輸設(shè)備和消防的需要，應(yīng)在主要設(shè)備近旁鋪設(shè)行車道路?！?.3.3.4屋外配電裝置布置實例(1)普通中型配電裝置1、2、9-母線I、II和旁路母線；3、4、7、8-隔離開關(guān)；

5-少油斷路器；6-電流互感器；10-阻波器；11-耦合電容器；12-避雷器；13-中央門型架；

14-出線門型架；15-支持絕緣子；16-懸式絕緣子串；17-母線構(gòu)架；18-架空地線所示為220kV雙母線進出線帶旁路、合并母線架、斷路器單列布置的配電裝置§6.3.3.4屋外配電裝置布置實例

普通中型布置的特點是：布置比較清晰，不易誤操作，運行可靠，施工和維修都比較方便，構(gòu)架高度較低，抗震性能較好，所用鋼材較少，造價較低，經(jīng)過多年的實踐已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗，但占地面積較大?！?.3.3.4屋外配電裝置布置實例(2)分相中型配電裝置所謂分相布置系指隔離開關(guān)是分相直接布置在母線的正下方。1、2-主母線I、II；3-斷路器；4-伸縮式隔離開關(guān)；5-電流互感器；6-避雷器；

7-并聯(lián)電抗器；8-阻波器；9-耦合電容器及電壓互感器所示為500kV一臺半斷路器接線、斷路器三列布置的進出線斷面圖。分相中型配電裝置具有接線簡單，清晰，占地面積小的特點?！?.3.3.4屋外配電裝置布置實例(3)高型配電裝置1、2-主母線；3、4、7、8-隔離開關(guān)；5-斷路器；6-電流互感器；

9-旁路母線；10-阻波器；11-耦合電容器；12-避雷器所示為220kV雙母線進出線帶旁路、三框架、斷路器雙列布置的進出線斷面圖。該布置方式特別緊湊，縱向尺寸顯著減少，占地面積一般只有普通中型的50％；母線、絕緣子串和控制電纜的用量也比中型少?！?.3.3.4屋外配電裝置布置實例(4)半高型配電裝置所示為110kV單母線、進出線帶旁路、半高型布置的進出線斷面圖。半高型配電裝置將旁路母線與出線斷路器、電流互感器重疊布置。1-母線；2-旁路母線；3、4、7-隔離開關(guān)；5-斷路器；

6-電流互感器；8-阻波器；9-耦合電容器其優(yōu)點是：①占地面積約比中型布置減少30％；②由于將不經(jīng)常帶電運行的旁路母線及旁路隔離開關(guān)設(shè)在上層，減少高層檢修的工作量；③旁路母線與母線采用不等高布置，實現(xiàn)進出線均帶旁路母線，很方便。其缺點是，隔離開關(guān)下方未設(shè)置檢修平臺，檢修不夠方便。風機的布設(shè)應(yīng)該綜合考慮風場的實際情況，盡量因地制宜地優(yōu)化布置?，F(xiàn)在的一般性要求是：風電場布置風電機組時，在盛行風向上要求機組間相隔5~9倍風輪直徑，在垂直于盛行風向上要求機組間相隔3~5倍的風輪直徑。§6.4風電機組的位置排列風電機組具體布置時應(yīng)根據(jù)風向玫瑰圖和風能玫瑰圖確定風電場主導風向，對平坦、開闊的場址可以采用單排、多排布置風電機組，多排布置時應(yīng)呈梅花型排列，以減少風電機組之間的尾流影響。對于復(fù)雜地形下的風電場，可利用WasP軟件等工具對場址風能資源分析，尋找風能資源豐富、具有開發(fā)價值的布機點，并結(jié)合以上一般要求進行風機布置?！?.4風電機組的位置排列§6.4風電機組的位置排列1-列距，3~5倍風輪直徑；2-連接電網(wǎng)；3-主風向；4-行距，5~9倍風輪直徑；5-變壓器風電機組的梅花型布置沿海岸風機線單列布置的風電場§6.5.1電工建筑物的總的平面布置電工建筑物的總的平面布置應(yīng)該滿足電氣生產(chǎn)工藝流程，首先確定好占地面積大的高野配電裝置的方位，同時選擇好主控制樓或網(wǎng)控樓的位置

還應(yīng)考慮建筑物的防火間距，與廠、所內(nèi)道路路邊的間距，35~500kV出線走廊的間距，相關(guān)間距應(yīng)符合具體規(guī)定。

電工建筑物的豎向布置，需要考慮對于總體平面布置進行局部修正，統(tǒng)籌好二者之間的關(guān)系

電工建筑物的道路設(shè)計要在基本布置原則下，合理三級道路的設(shè)計路面§6.5升壓站的電工建筑物的布置§6.5.2升壓站電工建筑物的總布置§6.5.2.1高壓出線及高壓配電裝置的布置方式高壓配電裝置的位置和朝向，主要決定于對應(yīng)的高壓出線的方位，避免各級電壓架空出現(xiàn)的交叉。根據(jù)各級電壓配電裝置的相對位置（以長軸為準），一般有以下四種組合方式：

1）雙列式布置，2）L型布置3）Π型布置4）一列式布置§6.5.2.2其它設(shè)施的布置

主變壓器的布置一般在各級電壓配電裝置和調(diào)相機或靜止補償裝置較為中間的位置

靜止補償裝置一般臨近主變低壓側(cè)布置

高壓并聯(lián)電抗器及串聯(lián)補償裝置，一般布設(shè)在出線側(cè)，位于高壓配電裝置場地內(nèi)，高壓并聯(lián)電抗器也可以喝主變并列布置

主控制樓應(yīng)該綜合人員運行檢修、相對場地的視野、至場地的距離、受噪聲影響、朝向及通風條件設(shè)計

通訊樓、值班休息室、檢修材料間等最好和控制樓聯(lián)合成一座建筑?！?.5.2.3

風電場升壓站電工建筑物總布局高壓配電裝置的布置決定了總布局的基本格局。高壓配電裝置的位置和朝向，主要決定于對應(yīng)的高壓出線的方位，避免各級電壓架空出現(xiàn)的交叉。以此為基礎(chǔ)，再結(jié)合主變壓器、調(diào)相機、靜止補償設(shè)備的布置，并注意總平面的整體性。風電場中的升壓站由于電壓等級較少，多為10~35kV/110kV，因此多采用雙列式布置，此外根據(jù)實際情況也可采用Π型布置或一列式布置?！?.5.2.3

風電場升壓站電工建筑物總布局采用雙列布置的某變電站的總平面布置圖52§7風電場的防雷和接地

7.1雷電的產(chǎn)生機理、危害及防護7.2接地的原理、意義及措施7.3大型風力機的防雷保護7.4集電線路的防雷與接地7.5升壓變電站的防雷與接地53§7.1雷電的產(chǎn)生機理、危害及防護§7.1.1雷電的產(chǎn)生機理雷電是雷云間或雷云與地面物體間的放電現(xiàn)象。電位差可達數(shù)兆伏甚至數(shù)十兆伏，放電電流幾十千安甚至幾百千安。經(jīng)驗表明，對地放電的雷云絕大部分帶負電荷，所以雷電流的極性也為負的。雷電的類型直擊雷：雷云直接對建筑物或地面上的其他物體放電。感應(yīng)雷：包括靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷。球形雷：是一種球形的發(fā)紅光或極亮白光的火球。54直擊雷：雷云放電時，雷電流可達幾百千安。通過被雷擊物體時，產(chǎn)生大量的熱量，使物體燃燒。感應(yīng)雷：雷電感應(yīng)是雷電的第二次作用，即雷電流產(chǎn)生的電磁效應(yīng)和靜電效應(yīng)作用。在雷云向其他地方放電后，云與大地之間的電場突然消失，但建筑物的頂部或架空線路上的電荷不能很快泄入大地，殘留的大量電荷相互排斥而產(chǎn)生強大的能量使建筑物震裂。同時，殘留電荷形成的高電位，往往造成屋內(nèi)電線、金屬管道和大型金屬設(shè)備放電，擊穿電氣絕緣層或引起火災(zāi)、爆炸?！?.1.2雷電的危害55避雷針：由接閃器、支持構(gòu)架、引下線和接地體四部分構(gòu)成。原理：使雷云先導放電通道所產(chǎn)生的電場發(fā)生畸變，致使雷云中的電荷被吸引到避雷針，并安全泄放入地。避雷線：由懸掛在被保護物上空的鍍鋅鋼絞線（接閃器）、接地引下線和接地體組成。主要用于輸電線路、發(fā)電廠和變電站的防雷保護。原理：與避雷針基本相同，但對電場畸變的影響比避雷針小。避雷器：用來限制沿線路侵入的雷電過電壓（或因操作引起的內(nèi)過電壓）的一種保護設(shè)備。原理：實質(zhì)上是一種放電器，把它與被保護設(shè)備并聯(lián)，并在被保護設(shè)備的電源側(cè)。§7.1.3雷電的一般防護56避雷帶和避雷網(wǎng)：在建筑物最可能遭到雷擊的地方采用鍍鋅扁鋼或鍍鋅圓鋼，并通過接地引下線與埋入地中的接地體相連構(gòu)成避雷帶，再由避雷帶構(gòu)成的避雷網(wǎng)。原理：避雷帶、避雷網(wǎng)與避雷針及避雷線一樣可用于直擊雷防護。接地裝置：對地保持一個低的電位差，埋入地中并直接與大地接觸的金屬導體。作用：使雷電流順利入地，減小雷電流通過時的電位升高?！?.1.3雷電的一般防護57§7.2接地的原理、意義及措施§7.2.1接地基本概念接地：在電力系統(tǒng)中，接地通常指的是接大地，即將電力系統(tǒng)或設(shè)備的某一金屬部分經(jīng)金屬接地線連接到接地電極上。電力系統(tǒng)中的接地：通常是指中性點或相線上某點的金屬部分。電氣設(shè)備的接地：通常情況下是指不帶電的金屬導體（一般為金屬外殼或底座）。非電氣設(shè)備的導體接地：如風管、輸油管及建筑物的金屬構(gòu)件經(jīng)金屬接地線與接地電極相連接。58接地電阻：即接地裝置對地電壓與入地電流之比。它包括接地線、接地體的電阻以及接地體與土壤間的過渡電阻和大地的散流電阻。前兩者較小，可忽略不計，主要是大地的散流電阻。故接地電阻與土壤的電阻率ρ成正比，與接地體的半徑成反比。設(shè)接地裝置（接地體）為一半徑為的半球體，并認為接地體周圍土質(zhì)均勻。§7.2.1接地基本概念圖7-5接地裝置對地電位分布曲線Uk—接觸電位差；Ukb—跨步電位差59接觸電壓：即當電氣設(shè)備絕緣損壞外殼帶電時，有可能施加于人體的電壓。為保證人身安全（≤50V）?？绮诫妷海何从|及該設(shè)備，但由于人在跨步過程中，兩只腳所處的位置不同所產(chǎn)生的電壓。同樣不允許超過安全電壓（≤50V）。§7.2.1接地基本概念稱為接觸電壓；稱為跨步電壓；為帶電的設(shè)備外殼電壓；為前腳電位；為后腳電位。60工頻接地電阻：對電力系統(tǒng)中的工作接地和保護接地，接地電阻是指工頻交流（或直流）電流流過接地裝置時所呈現(xiàn)的電阻。沖擊電阻：峰值電壓與峰值電流之比。接地體上最大電壓出現(xiàn)的時刻，不一定是最大電流出現(xiàn)的時刻。工程上通常是測量工頻（或直流）接地電阻，并用沖擊系數(shù)來表示沖擊接地電阻與工頻接地電阻的關(guān)系，即：§7.2.1接地基本概念61沖擊系數(shù)：一般用實驗方法求得，在缺乏準確數(shù)據(jù)時，對集中的人工接地體或自然接地體的沖擊系數(shù)，也可按下式計算：

式中：I為沖擊電流幅值，kA；ρ為土壤電阻率，kΩ?m；l為垂直接地體或水平接地體長度，或環(huán)形閉合接地體的直徑，或方形閉合接地體的邊長，m；β及m為與接地體形狀有關(guān)的系數(shù)，對垂直接地體β=0.9，m=0.8，對水平及閉合接地體β=2.2，m=0.9。

§7.2.1接地基本概念62§7.2.2接地的意義功能性接地工作接地邏輯接地信號接地屏蔽接地保護性接地保護接地防雷接地防靜電接地防電腐蝕接地631．工作接地為保證電力系統(tǒng)的正常運行，在電力系統(tǒng)的適當?shù)攸c進行的接地，稱為工作接地。在交流系統(tǒng)中，適當?shù)慕拥攸c一般為電氣設(shè)備，例如變壓器的中性點；在直流系統(tǒng)中還包括相線接地。2．邏輯接地電子設(shè)備為了獲得穩(wěn)定的參考電位，將電子設(shè)備中的適當金屬部件，如金屬底座等作為參考零電位，把需要獲得零電位的電子器件接于該金屬部件上，如金屬底座等，這種接地稱為邏輯接地。該基準電位不一定與大地相連接，所以它不一定是大地的零電位?！?.2.2.1功能性接地643．信號接地為保證信號具有穩(wěn)定的基準電位而設(shè)置的接地，稱為信號接地。4．屏蔽接地將設(shè)備的金屬外殼或金屬網(wǎng)接地，以保護金屬殼內(nèi)或金屬網(wǎng)內(nèi)的電子設(shè)備不受外部的電磁干擾；或者使金屬殼內(nèi)或金屬網(wǎng)內(nèi)的電子設(shè)備不對外部電子設(shè)備引起干擾。這種接地稱為屏蔽接地。法拉第籠就是最好的屏蔽設(shè)備?！?.2.2.1功能性接地651．保護接地為防止電氣設(shè)備絕緣損壞而使人身遭受觸電危險，將于電氣設(shè)備絕緣的金屬外殼或構(gòu)架與接地極做良好的連接，稱為保護接地。接低壓保護線（PE線）或保護中性線（PEN線），也稱為保護接地。停電檢修時所采取的臨時接地，也屬于保護接地。2．防雷接地將雷電流導入大地，防止雷電傷人和財產(chǎn)受到損失而采用的接地，稱為防雷接地?！?.2.2.2保護性接地663．防靜電接地將靜電荷引入大地，防止由于靜電積累對人體和設(shè)備受到損傷的接地，稱為防靜電接地。而油罐汽車后面拖地的鐵鏈子也屬于防靜電接地。4．防電腐蝕接地在地下埋設(shè)金屬體作為犧牲陽極以達到保護與之連接的金屬體，如輸油金屬管道等，稱為防電蝕接地。犧牲陽極保護陰極的稱為陰極保護。§7.2.2.2保護性接地671）電氣設(shè)備及設(shè)施宜接地或接中性線，并做到因地制宜，安全可靠，經(jīng)濟合理。2）不同用途和不同電壓的電氣設(shè)備，除另有規(guī)定者外，應(yīng)使用一個總的接地系統(tǒng)，接地電阻應(yīng)符合其中最小值的要求。3）接地裝置應(yīng)充分利用直接埋入水下和土壤中的各種自然接地體接地，并校驗其熱穩(wěn)定。4）當電站接地電阻難以滿足運行要求時，可根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟比較，因地制宜地采用水下接地、引外接地、深埋接地等接地方式，并加以分流、均壓和隔離等措施?！?.2.3接地的一般要求§7.2.3.1接地網(wǎng)設(shè)計基本要求685）接地設(shè)計應(yīng)考慮土壤干燥或凍結(jié)等季節(jié)變化的影響，接地電阻在四季中均應(yīng)符合設(shè)計值的要求。防雷裝置的接地電阻，可只考慮雷季中土壤干燥狀態(tài)的影響。6）初期發(fā)電時，應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)實際的短路電流和所形成的接地系統(tǒng)，校核初期發(fā)電時的接觸電位差、跨步電位差和轉(zhuǎn)移電位。當上述參數(shù)不滿足安全要求時，應(yīng)采取及時措施，保證初期發(fā)電時期電站安全運行。7）工作接地及要求：有效接地系統(tǒng)中，自耦變壓器和需要接地的電力變壓器中性點、線路并聯(lián)電抗器中性點、電壓互感器、接地開關(guān)等設(shè)備應(yīng)按照系統(tǒng)需要進行接地?！?.2.3.1接地網(wǎng)設(shè)計基本要求69不接地系統(tǒng)中，消弧線圈接地端、接地變壓器接地端和絕緣監(jiān)視電壓互感器一次側(cè)中性點需要直接接地。中性點有效接地的系統(tǒng)，應(yīng)裝設(shè)能迅速自動切除接地短路故障的保護裝置。中性點不接地的系統(tǒng)，應(yīng)裝設(shè)能迅速反應(yīng)接地故障的信號裝置，也可裝設(shè)自動切除的裝置。8）保護接地及要求電力設(shè)備下列金屬部件，除非另有規(guī)定，均應(yīng)接地或接中性線（保護線）：電機、變壓器、電抗器、攜帶式及移動式用電器具等底座和外殼。SF6全封閉組合電器（GIS）與大電流封閉母線外殼以及電氣設(shè)備箱、柜的金屬外殼。§7.2.3.1接地網(wǎng)設(shè)計基本要求70電力設(shè)備傳動裝置。互感器的二次繞組。配電、控制保護屏（柜、箱）及操作臺等的金屬框架。屋內(nèi)配電裝置的金屬構(gòu)架和鋼筋混凝土構(gòu)架，以及靠近帶電部分的金屬圍欄和金屬門、窗。交、直流電力電纜橋架、接線盒、終端盒的外殼、電纜的屏蔽鎧裝外皮、穿線的鋼管等。裝有避雷線的電力線路桿塔。在非瀝青地面的居民區(qū)內(nèi)，無避雷線非直接接地系統(tǒng)架空電力線路的金屬桿塔和鋼筋混凝土的桿塔?！?.2.3.1接地網(wǎng)設(shè)計基本要求71鎧裝控制電纜的外皮、非鎧裝或非金屬護套電纜的1～2根屏蔽芯線。電力設(shè)備的下列金屬部分，除非另有規(guī)定，可不接地或不接中性線（保護線）：在木質(zhì)、瀝青等不良導電地面的干燥房間內(nèi)，交流額定電壓380V及以下的電力設(shè)備外殼。但當維護人員可能同時觸及設(shè)備外殼和接地物體時除外。在干燥場所，交流額定電壓127V及以下，直流額定電壓110V及以下的電力設(shè)備外殼，但爆炸危險場所除外。安裝在配電屏、控制屏和配電裝置上的電氣測量儀表、繼電器和其他低壓電氣等的外殼，以及當發(fā)生絕緣損壞時，在支持物上不會引起危險電壓的絕緣子金屬底座等?！?.2.3.1接地網(wǎng)設(shè)計基本要求72安裝在已接地的金屬構(gòu)架上的設(shè)備（應(yīng)保證電氣接觸良好），如套管等。標稱電壓220V及以下的蓄電池室內(nèi)的支架。已與接地的底座之間有可靠的電氣接觸的電動機和其他電器的金屬外殼。對于用電設(shè)備較少、分散，且又無接地線的地方，宜采用接中性線保護。接中性線保護有困難，而土壤電阻率較低時，可采用直接埋設(shè)接地體進行接地保護。當?shù)蛪弘娏υO(shè)備的機座或金屬外殼與接地網(wǎng)可靠連接后，允許不按接中性線保護的要求作短路驗算?！?.2.3.1接地網(wǎng)設(shè)計基本要求73由同一臺發(fā)電機、變壓器或同一段母線供電的低壓線路，不宜采用接中性線、接地兩種保護方式。在低壓電力系統(tǒng)中，全部采用接地保護時，應(yīng)裝設(shè)能自動切除接地故障的繼電保護裝置。9）防雷接地及要求。所有設(shè)有避雷針、避雷線的構(gòu)架、微波塔均應(yīng)設(shè)置集中接地裝置。避雷器宜設(shè)置集中接地，其接地線應(yīng)以最短的距離與接地網(wǎng)相連。獨立避雷針（線）應(yīng)設(shè)獨立的集中接地裝置，接地電阻不宜超過10?！?.2.3.1接地網(wǎng)設(shè)計基本要求75§7風電場的防雷和接地

7.1雷電的產(chǎn)生機理、危害及防護7.2接地的原理、意義及措施7.3大型風力機的防雷保護7.4集電線路的防雷與接地7.5升壓變電站的防雷與接地76對于風力機而言，直接雷擊保護主要是針對葉片、機艙、塔架防雷，而間接雷擊保護主要是指過電壓保護和等電位連接。電氣系統(tǒng)防雷則主要是間接雷擊保護。

§7.3大型風力機的防雷保護§7.3.1風機防雷保護的必要性77§7.3.2葉片的防雷保護葉片防雷葉片防雷重要性雷擊造成葉片損壞

位置最高是雷電襲擊的首要目標

葉片是風力發(fā)電機組中最昂貴的部件

雷擊造成的巨大聲波，對葉片結(jié)構(gòu)造成沖擊破壞

雷電擊中葉尖后釋放大量能量，雷電流使葉尖結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度急驟升高，造成葉尖結(jié)構(gòu)爆裂破壞甚至開裂；78葉片防雷系統(tǒng)連于葉片根部的金屬環(huán)處，包括雷電接閃器和引下線（雷電傳導部分），如圖7-7所示。

§7.3.2.1葉片防雷系統(tǒng)圖7-7葉片防雷系統(tǒng)示意圖79現(xiàn)代大多數(shù)風力機的機艙罩是用金屬板制成，本身就有良好的防雷保護作用。機艙主機架除了與葉片相連，在機艙罩頂上后部設(shè)置一個（數(shù)目可多于一個）高于風速、風向儀的接閃桿，保護風速計和風向儀免受雷擊。§7.3.3機艙的防雷保護圖7-8機艙的防雷設(shè)計80§7.3.4塔架的防雷保護1.鋼制塔架2.混凝土塔架3.混合塔架鋼制部件之間的過渡段，采用并行路徑方式設(shè)置三個彼此相間120°的間隙作為雷電路徑連接處不允許雷擊沿緊固的螺栓進行傳導塔基處在三個彼此相間120°的位置上接到公共結(jié)點上雷電通過塔架內(nèi)的銅電纜在三個彼此相間120°的位置上被散流塔基處連接到與接地環(huán)和電極相連的電壓公共結(jié)點上不允許雷擊電流沿鋼拉線進行傳導鋼制連接適配法蘭與鋼制區(qū)法蘭在附有不銹鋼盤的法蘭面上選擇三個彼此相間120°的位置用螺栓固定鋼制適配器依次接于三個彼此相間120°的接地電纜，后者接于塔基的公共結(jié)點81§7.3.5風機的接地風電機組采用TN方式供電系統(tǒng)，可以較好的保護風機電氣系統(tǒng)及人員的安全。TN系統(tǒng)，T：系統(tǒng)中有一點（一般是電源的中性點）直接接大地，稱為系統(tǒng)接地（SystemEarthing）；N：用電設(shè)備的外殼經(jīng)保護接地即PE線（ProtectingEarthingconductor）與系統(tǒng)直接接地點連接而間接接地，稱為保護接地（ProtectiveEarthing）。TT系統(tǒng)，前一個T：系統(tǒng)接地是直接接大地；后一個T：用電設(shè)備外殼的保護接地是經(jīng)PE線接單獨的接地板直接接大地，與電源中的N線線路和系統(tǒng)接地點毫無關(guān)連。82風機接地系統(tǒng)應(yīng)包括一個圍繞風機基礎(chǔ)的環(huán)狀導體，此環(huán)狀導體埋設(shè)在距風機基礎(chǔ)一米遠的地面下一米處，采用50mm2銅導體或直徑更大些的銅導體；每隔一定距離打入地下鍍銅接地棒，作為銅導電環(huán)的補充；銅導電環(huán)連接到塔架2個相反位置，地面的控制器連接到連接點之一。有的設(shè)計在銅環(huán)導體與塔基中間加上兩個環(huán)導體，使跨步電壓更加改善。如果風機放置在接地電阻率高的區(qū)域,要延伸接地網(wǎng)以保證接地電阻達到規(guī)范要求。若測得接地網(wǎng)電阻值大于要求的值，則必須采取降阻措施，直至達到標準要求?？梢詫⒍嗯_風電機組的接地網(wǎng)進行互連，這樣通過延伸機組的接地網(wǎng)可進一步降低接地電阻，使雷電流迅速流散入大地而不產(chǎn)生危險的過電壓?！?.3.5風機的接地83§7.3.6電氣系統(tǒng)的防雷保護四種雷電保護帶LPZ0A直接雷擊，完全的雷電流，無衰減的電磁場LPZ0B無直接雷擊，完全的雷電流，無衰減的電磁場LPZ1無直接雷擊，減小的雷電流，衰減的電磁場LPZ2進一步減小的雷電流，進一步衰減的電磁場84集電線路上出現(xiàn)大氣過電壓主要有直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓兩種。一般直擊雷過電壓危害更嚴重。集電線路防雷性能優(yōu)劣主要用兩個技術(shù)指標：耐雷水平和雷擊跳閘率來衡量。耐雷水平是指線路遭受雷擊時，線路絕緣所能耐受的不至于引起絕緣閃絡(luò)的最大雷電流幅值，單位為kA。耐雷水平愈高，線路的防雷性能愈好。雷擊跳閘率是指雷暴日數(shù)Td=40的條件下，每100km的集電線路每年因雷擊而引起的跳閘次數(shù)，它是衡量線路防雷性能的綜合指標?！?.4集電線路的防雷與接地85①感應(yīng)過電壓的極性與雷電的極性正好相反。②感應(yīng)過電壓同時存在于三相導線，相間不存在電位差，故一般只能引起相對地閃絡(luò)，而不會產(chǎn)生相間閃絡(luò)。③感應(yīng)過電壓的幅值不高，一般不會超過500kV，因此，它對110kV及以上電壓等級線路的絕緣不會構(gòu)成威脅，僅在35kV及以下的線路中可能會產(chǎn)生一些閃絡(luò)事故?！?.4.1

集電線路的感應(yīng)過電壓§7.4.1.1感應(yīng)過電壓的特點861.當雷擊點離開線路的距離s大于65m時（1）導線上方無避雷線（2）導線上方掛有避雷線2.雷擊線路桿塔時（1）導線上方無避雷線（2）導線上方掛有避雷線§7.4.1.2

感應(yīng)過電壓的計算87導線上的感應(yīng)電壓最大值(kV)為

式中 s——雷擊點與線路的垂直距離，m；hd——導線懸掛的平均高度，m；I——雷電流幅值，kA。1.當雷擊點離開線路的距離s大于65m時（1）導線上方無避雷線88當雷電擊于掛有避雷線的導線附近大地時，則由于避雷線的屏蔽效應(yīng)，導線上的感應(yīng)電荷就會減少，從而降低了導線上的感應(yīng)過電壓。導線上的感應(yīng)過電壓最大值（kV）為式中 k0——為避雷線與導線之間的幾何耦合系數(shù)；

hd——導線懸掛的平均高度；

hb——避雷線懸掛的平均高度。1.當雷擊點離開線路的距離s大于65m時（2）導線上方掛有避雷線89目前，規(guī)程建議對一般高度（約40m以下）無避雷線的線路，此感應(yīng)過電壓最大值可用下式計算式中α——感應(yīng)過電壓系數(shù)（kV/m），其數(shù)值等于以kA/計的雷電流平均陡度，即α=。2.

雷擊線路桿塔時（1）導線上方無避雷線90有避雷線時，由于其屏蔽效應(yīng)，應(yīng)按下式計算2.

雷擊線路桿塔時（2）導線上方掛有避雷線91輸電線路遭受直擊雷可能出現(xiàn)下面三種不同的情況，如圖7-9所示。①雷擊桿塔塔頂及塔頂附近避雷線（以下簡稱雷擊桿塔），可能會造成“反擊”，使線路絕緣子發(fā)生沖擊閃絡(luò)。②雷擊檔距中央的避雷線，可能會造成導、地線之間的空氣間隙發(fā)生擊穿。③雷繞過避雷線而擊于導線，也稱繞擊，通常會造成線路絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)?！?.4.2集電線路的直擊雷過電壓和耐雷水平圖7-9有避雷線線路發(fā)生直擊雷的三種可能情況921.“反擊”的概念當雷擊桿塔時，極大部分雷電流會通過桿塔接地裝置流入大地。巨大的雷電流會在桿塔電感和桿塔接地電阻上產(chǎn)生很高的電位，使原來電位為零的接地桿塔帶上了高電位，此時桿塔將通過絕緣子串對導線逆向放電，造成閃絡(luò)。由于這種閃絡(luò)是由接地桿塔的電位升高所引起的，故又稱為“反擊”?！?.4.2.1

雷擊桿塔塔頂時的線路耐壓水平(a)雷擊塔頂時的電位分布(b)雷擊塔頂時的電流分布(c)計算塔頂電位的等效電路圖7-10雷擊塔頂931.等值電路圖及雷擊點電壓雷擊避雷線檔距中央如圖7-11(a)所示，根據(jù)彼得遜法則可畫出它的的等值電路，如圖7-11(b)所示?！?.4.2.2

雷擊避雷線檔距中央圖7-11雷擊避雷線檔距中央及其等值電路圖1——避雷線；2——導線；——雷電流；——雷道波阻抗；——避雷線波阻抗；——避雷線與導線之間的空氣氣隙；（a）線路示意圖（b）等值電路圖94雷擊點A的電壓為

(7-50)式中i—雷電流。在計算中可以近似地取。代入式(7-50)可得(7-51)

952.避雷線與導線之間的空氣氣隙s上所承受的最大電壓。雷擊避雷線檔距中央時，雷擊處避雷線和導線之間的空氣氣隙電壓Us與雷電流陡度a成正比，與檔距長度l成正比。為了防止空氣間隙被擊穿，通常采取的辦法是保證避雷線與導線之間有足夠的空間距離。根據(jù)理論分析和運行經(jīng)驗，我國規(guī)程規(guī)定檔距中央導線、地線之間的空氣距離s(m)可按下列經(jīng)驗公式選取(7-55)式中l(wèi)——檔距長度，m；

s——導線與避雷線之間的距離，m。961.雷擊點的電壓繞擊導線時雷擊點的電壓

(7-56)考慮過電壓情況下導線上會出現(xiàn)電暈，取Zd約為400Ω，故有(7-57)式中i——雷電流§7.4.2.3

繞擊導線時的線路耐壓水平972.耐壓水平I2的計算如果繞擊時導線上的電壓Ud超過絕緣子串的50%沖擊閃絡(luò)電壓U50%，則導線將發(fā)生沖擊閃絡(luò)。此時，繞擊導線時的線路耐壓水平I2為(7-58)98雷電過電壓引起集電線路直擊雷跳閘需要同時滿足以下兩個條件：(1)雷電流超過線路耐雷水平，引起線路絕緣發(fā)生沖擊閃絡(luò)；(2)當極短暫的雷電波過去后，沖擊閃絡(luò)可能在導線上工作電壓的作用下轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的工頻電弧。一旦形成穩(wěn)定的工頻電弧，導線上將持續(xù)流過工頻短路電流，從而造成線路跳閘停電?！?.4.3

集電線路的雷擊跳閘率99建弧率是指沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定工頻電弧的概率，用η（%）來表示。根據(jù)試驗運行經(jīng)驗，建弧率η（%）可用下式表示

(7-59)式中E——絕緣子串的平均運行電壓梯度，kV（有效值）/m。對中性點直接接地系統(tǒng)

(7-60)對非中性點非直接接地系統(tǒng)（中性點絕緣或經(jīng)消弧線圈接地）

(7-61)式中Un——線路額定電壓(有效值)，kV；

lj——絕緣子串閃絡(luò)距離，m；

lm——木橫擔線路的線間距離，m；§7.4.3.1

建弧率1001．雷擊桿塔時的跳閘率n1每100km有避雷線的線路每年（40個雷暴日）落雷次數(shù)為

(7-62)式中b為兩根避雷線之間的距離，m；hs為避雷線的平均對地高度，m。若擊桿率為g，則每100km線路每年雷擊桿塔次數(shù)為0.28(b+4hs)g次。若雷電流幅值大于雷擊桿塔時的耐雷水平I1的概率為P1，建弧率為η，則每100km線路每年因雷擊桿塔的跳閘次數(shù)n1為：

(7-63)§7.4.3.2

有避雷線線路雷擊跳閘率n的計算1012．繞擊跳閘率n2設(shè)線路的繞擊率為Pa

，則每100km線路每年繞擊次數(shù)為0.28(b+4hs)Pa

，雷電流幅值超過繞擊耐雷水平I2的概率為P2，建弧率為η，則每100km線路每年繞擊跳閘次數(shù)n2：

(7-64)3．線路雷擊跳閘率根據(jù)運行經(jīng)驗，只要避雷線與導線之間的空氣距離滿足式(7-55)，則雷擊避雷線檔距中央時一般不會發(fā)生擊穿事故，故其跳閘率為零?！?.4.3.2

有避雷線線路雷擊跳閘率n的計算102所以線路雷擊跳閘率只考慮雷擊桿塔和雷繞擊于導線兩種情況。故有避雷線的線路，雷擊總跳閘率為：

(7-65)§7.4.3.2

有避雷線線路雷擊跳閘率n的計算1031.架設(shè)避雷線2.降低桿塔接地電阻3.加強線路絕緣4.架設(shè)耦合地線5.采用消弧線圈6.裝設(shè)自動重合閘7.采用不平衡絕緣方式8.裝設(shè)避雷器§7.4.4

集電線路的防雷保護措施104§7.5

升壓變電站的防雷與接地風電場升壓變電站是風電場的樞紐，雷擊會引起變壓器等重要電氣設(shè)備絕緣毀壞，造成供電區(qū)域內(nèi)大面積、長時間停電，給國民經(jīng)濟帶來嚴重損失，因此，風電場升壓變電站的雷電防護必須十分可靠。升壓變電站雷擊保護直擊雷：入侵波：避雷針或避雷線避雷器；進線段加裝輔助防護措施105§7.5.1

升壓變電站的直擊雷保護圖7-12獨立避雷針離配電構(gòu)架的距離1—變壓器；2—母線雷擊避雷針時，雷電流流經(jīng)避雷針及其接地裝置，在避雷針h高度和避雷針的接地裝置上將出現(xiàn)高電位。L為避雷針的等值電感；Rch為避雷針的沖擊接地電阻；Sk為避雷針與被保護設(shè)備或構(gòu)架之間的空氣間隙；Sd為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。106為了防止避雷針與被保護設(shè)備或構(gòu)架之間的空氣間隙Sk被擊穿而造成反擊事故，必須要求Sk大于一定距離：

(m)

（7-69）同樣，必須要求Sd大于一定距離，Sd應(yīng)滿足下式(此處假設(shè)土壤的抗電強度為300kV/m)(m)（7-70）在一般的情況下，Sk不應(yīng)小于5m,Sd不應(yīng)小于3m?！?.5.1

升壓變電站的直擊雷保護107§7.5.2

升壓變電站的侵入波保護安裝避雷器限制雷電過電壓正確選擇避雷器的型號、參數(shù)；合理地確定避雷器接線；限制雷電波陡度及流過避雷器雷電流幅值108現(xiàn)在分析以變壓器為保護對象，雷電波沿變電站進線侵入，避雷器連接點距離變壓器連接點的最大允許電氣距離，稱為避雷器的防護距離，參見圖7-13?！?.5.2.1

避雷器的防護距離圖7-13分析避雷器保護距離的簡單回路109從保證防護的可靠性來說，最理想的接線方式是把避雷器和變壓器直接并聯(lián)在一起，但是，由于在變壓器和母線之間還有其他開關(guān)設(shè)備，按照電氣設(shè)備互相之間應(yīng)留有一定的安全距離(保證絕緣)的要求，所以接在母線上的避雷器和主變壓器之間必然會出現(xiàn)一段電氣接線(見圖7-14)，那么這段距離最大如何確定？§7.5.2.1

避雷器的防護距離圖7-14220kV變電站防雷電侵入波保護典型接線110為了簡化分析，忽略避雷器的泄露電阻和變壓器的入口電容，并假設(shè)侵入的雷電沖擊波為斜角波頭u(t)=at。由于變電所接線復(fù)雜，最大允許距離lmax是按典型變電站接線進行模擬實驗確定的。此處只給出計算公式：

(7-71)式中，a為侵入波時間陡度，kV/μs?！?.5.2.1

避雷器的防護距離111§7.5.2.2

變電站的雷電侵入波防護接線大型變電站

：應(yīng)經(jīng)過計算或?qū)嶒烌炞C上述布置的安全性，并在適當位置增設(shè)避雷器

如果線路出口裝有并聯(lián)電抗器，而且通過斷路器操作，則需在電抗器側(cè)增設(shè)一組避雷器U≤220kV500kV在每一段(包括分段母線)可能單獨運行的母線上都裝設(shè)一組避雷器在每回路出口斷路器線路側(cè)裝一組線路避雷器，每臺變壓器出口裝一組所用避雷器

112變電站的進線段保護的作用是限制流經(jīng)避雷器的雷電流和限制侵入波的陡度。另據(jù)運行經(jīng)驗證明，變電站因雷電侵入波形成的雷害事故約有50%是離變電站1km以內(nèi)雷擊線路引起的，約有71%是3km以內(nèi)雷擊線路引起的。這就說明加強變電站進線段的雷電防護的必要性和重要性。當lmax一經(jīng)確定，為使避雷器能可靠地保護變壓器，還必須設(shè)法限制侵入波陡度。對于已安裝好的電氣距離l，可求出最大允許陡度。同時，應(yīng)限制流過避雷器的雷電流的大小，以降低殘壓，尤其是不能超過避雷器的額定通流能力，否則避雷器就會燒壞?！?.5.3

升壓變電站的進線段保護113雷電過電壓在線路上感應(yīng)產(chǎn)生的地點離變電站愈遠，它流動到變電站時的損耗就愈大，其波陡度和幅值降得愈低。為此，可在距變電站1～2km的進線段加強防雷保護。通過在這段線路增設(shè)避雷線，使該段線路有更高的耐雷水平，減少進線段內(nèi)繞擊和反擊形成侵入波的概率。這樣經(jīng)過1～2km線路的沖擊電暈影響，不但削弱了侵入波的幅值和陡度，而且因進線段波阻抗的作用，也限制了通過避雷器的雷電流，使其不超過規(guī)定值，保證了避雷器的良好配合。這一措施稱為變電站進線段保護?！?.5.3

升壓變電站的進線段保護圖7-1535～110kV無避雷線線路的進線段保護段114另外，35kV及以上電壓等級變電站進線段采用電纜線路時，在電纜線與架空線連接處，考慮波過程可能產(chǎn)生過電壓，故應(yīng)裝設(shè)一組避雷器保護，并且使避雷器的接地端與電纜的金屬外皮連接。如圖7-19所示。§7.5.3

升壓變電站的進線段保護圖7-1935kV及以上電纜進線段的保護接線115§7.5.4

升壓變電站變壓器防雷保護§7.5.4.1

三繞組變壓器侵入波過電壓及防護高、低壓側(cè)斷路器均閉合，都有避雷器，任一側(cè)沿線路侵入雷電波都不會對另一側(cè)絕緣造成威脅低壓側(cè)可能開路，且對地電容小，當高壓或中壓有雷電波侵入，低壓側(cè)過電壓，絕緣易損壞，需在一相繞組出口裝設(shè)避雷器；低壓繞組外接25m以上的全金屬外皮電纜線路時，對地電容足以限制感應(yīng)過電壓，無需安裝避雷器中壓繞組可能開路運行，其絕緣水平較高，不需要裝設(shè)避雷器；高、中壓變比很大，中壓繞組的絕緣水平比高壓繞組低得多時，需要裝設(shè)避雷器雙繞組三繞組：正常運行

三繞組：特殊運行116§7.5.4.2

自耦變壓器侵入波過電壓及防護自耦變壓器靜電分量使低壓三相電位同時升高，因此只要在任意一相低壓繞組出線端對地裝一臺避雷器，就可以限制其過電壓，保護三相低壓繞組。運行中，可能出現(xiàn)高、低壓繞組運行，中壓繞組開路，或者中、低壓繞組運行，而高壓繞組開路的情況。

高、中壓自耦繞組三角形接線的低壓非自耦繞組117雷電侵入波U0從高壓端A侵入：其波過程與普通繞組相同，如圖7-20(a)所示。此時在開路的中壓端A′上可能出現(xiàn)很高的過電壓，其值約為U0的2/k倍（k為高壓側(cè)與中壓側(cè)繞組的變比），可能引起處于開路狀態(tài)的中壓側(cè)套管閃絡(luò)?！?.5.4.2

自耦變壓器侵入波過電壓及防護圖7-20雷電波侵入自耦變壓器時的過電壓分布118在振蕩過程中，A點的最高電壓可高達2kU0′，這必將危及開路的高壓繞組絕緣，因此，在高壓端斷路器的內(nèi)側(cè)也必須裝一組避雷器進行保護，如圖7-21（b）所示。

§7.5.4.2

自耦變壓器侵入波過電壓及防護圖7-21自耦變壓器的防雷保護接線119雷電侵入波U0′由中壓端A′侵入：高壓側(cè)開路電位的起始分布和穩(wěn)態(tài)分布如圖7-20（b）所示，從中壓側(cè)A′到接地中性點O之間的穩(wěn)態(tài)分布是一條斜線（圖7-20（b）中的A′-O）；而由開路的高壓側(cè)A到中壓側(cè)A′的穩(wěn)態(tài)分布則是由A′-O的穩(wěn)態(tài)分布電磁感應(yīng)形線（圖7-20（b）中的A′-A），即A′-A段為OA′的延長線。也就是說A點的穩(wěn)態(tài)電壓為kU0′。

§7.5.4.2

自耦變壓器侵入波過電壓及防護圖7-20雷電波侵入自耦變壓器時的過電壓分布120§7.5.4.2

自耦變壓器侵入波過電壓及防護圖7-21自耦變壓器的防雷保護接線當中壓側(cè)接有出線時(A′端經(jīng)線路波阻抗接地)，因為線路波阻抗比變壓器繞組的沖擊波等值阻抗小得多，高壓側(cè)有雷電侵入波侵入，A′近似于接地（A′點電位接近零），則雷電過電壓幾乎全部加在AA′繞組段，可能使繞組損壞；高壓側(cè)接有出線，中壓側(cè)有雷電侵入波侵入，造成同樣后果。AA′段繞組愈短（變比k愈?。：τ?，當變比小于1025時，應(yīng)在AA′之間也裝設(shè)一組避雷器進行保護，如圖7-21(a)中虛線所示。121§7.5.4.3

變壓器中性點保護中性點接地保護35~60kV：100~154kV：≥110kV：中性點不接地或通過電感線圈接地，三相雷電波入侵時，中性點電位達繞組首端2倍，但三相入侵波概率極小，因此中性點不安裝保護中性點經(jīng)消弧線圈接地，變壓器全絕緣線路上架有避雷線，三相進波概率小，中性點不安裝保護其他類型變電站與變壓器中性點絕緣水平相關(guān)：分級絕緣：用與中性點絕緣同等級的避雷器保護；全絕緣：中性點一般不需要保護單進線單臺變壓器：中性點需要裝避雷器且沖擊放電電壓低于變壓器中性點沖擊耐壓123§8風電場中的電力電子技術(shù)

8.1電力電子技術(shù)基礎(chǔ)8.2風電機組并網(wǎng)換流器8.3無功補償與電壓控制裝置1241.電子技術(shù)信息電子技術(shù)電力電子技術(shù)模擬電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用于電力領(lǐng)域，即使用電力電子器件對電能進行變換與控制2.電力交流電（常用）直流電（不常用）太陽能光伏發(fā)電；電鐵的牽引機車火電廠、水電站、風電機組；各種電動機§8.1電力電子技術(shù)基礎(chǔ)

§8.1.1電力電子技術(shù)簡介125§8.1電力電子技術(shù)基礎(chǔ)

§8.1.1電力電子技術(shù)簡介交流電直流電電壓頻率3.電力電子設(shè)備作用轉(zhuǎn)換電源輸配電網(wǎng)用電設(shè)備轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換電壓頻率無功補償、電壓控制126§8.1電力電子技術(shù)基礎(chǔ)

§8.1.2電力電子器件半導體器件電真空器件電力電子器件不可控器件：電力二極管（PowerDiode）半控型器件：晶閘管（Thyristor）及其大部分派生器件全控型器件絕緣柵雙極晶體管（IGBT）電力場效應(yīng)晶體管（MOSFET）門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）127§8.1電力電子技術(shù)基礎(chǔ)

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