模塊7 城市軌道交通供電系統(tǒng)防雷《城市軌道交通供電》教學(xué)課件

《城市軌道交通供電》?精品課件合集第X章XXXX模塊7

城市軌道交通供電系統(tǒng)防雷第七章

城市軌道交通供電系統(tǒng)防雷第一節(jié)過(guò)電壓第二節(jié)雷

電

參

數(shù)第三節(jié)雷電沖擊電壓下氣隙的擊穿特性第四節(jié)防

雷

設(shè)

備第五節(jié)金屬氧化物避雷器的運(yùn)行分析和預(yù)防性試驗(yàn)第六節(jié)城市軌道交通供電系統(tǒng)過(guò)電壓及防雷設(shè)計(jì)第七節(jié)

變電所的防雷保護(hù)措施第八節(jié)

變壓器的防雷分析第九節(jié)

變壓器防雷保護(hù)的具體措施第一節(jié)

過(guò)電壓城市軌道交通線路復(fù)雜，既有地下線路，又有地面線路，車(chē)輛段設(shè)置在地面。所以對(duì)正線和車(chē)輛段應(yīng)采取不同的防雷、過(guò)電壓保護(hù)措施及接地方案。在電力系統(tǒng)內(nèi)部，由于斷路器的操作或系統(tǒng)故障，使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，在由此而引起的電力系統(tǒng)內(nèi)部電磁能量轉(zhuǎn)化或傳遞的過(guò)程中，將在系統(tǒng)中出現(xiàn)過(guò)電壓。這種過(guò)電壓稱(chēng)為“內(nèi)部過(guò)電壓”。按產(chǎn)生原因可將內(nèi)部過(guò)電壓分為：操作過(guò)電壓、暫時(shí)過(guò)電壓。此外，由于雷電的活動(dòng)也會(huì)在設(shè)備上產(chǎn)生過(guò)電壓，這種過(guò)電壓又稱(chēng)為外部過(guò)電壓（大氣過(guò)電壓），一般包括直擊雷過(guò)電壓和感應(yīng)雷過(guò)電壓，當(dāng)這些過(guò)電壓沿著線路傳到其他設(shè)備時(shí)，又以另一種形式作用于電氣設(shè)備，稱(chēng)為雷電侵入波。第一節(jié)

過(guò)電壓一、內(nèi)部過(guò)電壓1.操作過(guò)電壓操作過(guò)電壓即電磁過(guò)渡過(guò)程中的過(guò)電壓，一般持續(xù)時(shí)間在0.1

s（5個(gè)工頻周期）以?xún)?nèi)。操作過(guò)電壓是在電力系統(tǒng)中由于斷路器操作和各種故障產(chǎn)生的過(guò)渡過(guò)程引起的。這種過(guò)電壓通常帶有衰減振蕩的性質(zhì)。與暫時(shí)過(guò)電壓相比，其持續(xù)時(shí)間較短，衰減較快；與雷電過(guò)電壓相比，其持續(xù)時(shí)間則長(zhǎng)得多。常見(jiàn)的操作過(guò)電壓有以下幾種：中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中的電弧接地過(guò)電壓、切除空載線路過(guò)電壓、切除空載變壓器過(guò)電壓、空載線路合閘過(guò)電壓等。操作過(guò)電壓的幅值和持續(xù)時(shí)間與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及其參數(shù)、斷路器性能、系統(tǒng)的接線及運(yùn)行操作方式等因素有關(guān)。第一節(jié)

過(guò)電壓一、內(nèi)部過(guò)電壓2.暫時(shí)過(guò)電壓暫時(shí)過(guò)電壓包括諧振過(guò)電壓及工頻電壓升高（又稱(chēng)“工頻過(guò)電壓”）。它一般發(fā)生在操作或故障之后形成的振蕩頻率和電源頻率接近或相等時(shí)，發(fā)生諧振現(xiàn)象，形成周期性的過(guò)電壓。一般持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，如不采取措施消除，可達(dá)幾秒甚至更長(zhǎng)。暫時(shí)過(guò)電壓具有電源或其諧波的頻率，而且是不衰減或弱衰減的。由空載線路的電容效應(yīng)、不對(duì)稱(chēng)接地故障以及甩負(fù)荷使發(fā)電機(jī)加速而產(chǎn)生的工頻電壓升高都是常見(jiàn)的暫時(shí)過(guò)電壓。它們的倍數(shù)雖然不高，一般不會(huì)對(duì)電氣設(shè)備的絕緣造成危害，但卻是決定過(guò)電壓保護(hù)裝置工作條件的重要依據(jù)。電力系統(tǒng)在一定條件下可能發(fā)生線性或非線性（鐵磁）諧振過(guò)電壓，也屬于暫時(shí)過(guò)電壓的一種。這種過(guò)電壓幅值較高，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。其頻率可以是工頻基波，也可以是高次或分次諧波。第一節(jié)

過(guò)電壓無(wú)論是操作過(guò)電壓還是暫時(shí)過(guò)電壓，它的大小都和系統(tǒng)最大工作相電壓有關(guān)。其操作過(guò)電壓相對(duì)地的電壓值，一般按下列取：對(duì)于35～60

kV以下系統(tǒng)（非直接接地）取4.0UXG（UXG為系統(tǒng)最大工作相電壓）；對(duì)于110～220

kV（直接接地）取3.0UXG；對(duì)于110～154

kV（非直接接地）取3.5UXG。第一節(jié)

過(guò)電壓二、大氣過(guò)電壓（雷電過(guò)電壓）雷云帶有電荷后，其電荷集中幾個(gè)帶電中心，它們的電荷數(shù)也不完全相等。當(dāng)某一點(diǎn)的電荷較多，且在它附近的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到足以使空氣絕緣破壞的強(qiáng)度（25～30

kV/cm）時(shí)，空氣開(kāi)始游離。當(dāng)某一段空氣游離后，這段空氣就由原來(lái)的絕緣狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電性的通道，稱(chēng)為“先導(dǎo)放電通道”。它是從云中帶電中心向地面發(fā)展的。由于通道的一端和云中某一帶電中心相連，而它又具有導(dǎo)電性，故云中的電荷也沿通道向下運(yùn)動(dòng)，近似均勻分布于通道的表面上。在先導(dǎo)通道下方的某一處（地面上或地面上的架空導(dǎo)線上），由于靜電感應(yīng)，將有一個(gè)電荷分離過(guò)程，與先導(dǎo)通道同號(hào)的電荷被推斥而遠(yuǎn)離通道；與先導(dǎo)通道電荷異號(hào)的電荷將集中在地面上或架空線上的某一處，成為束縛電荷。這一過(guò)程稱(chēng)為先導(dǎo)放電。第一節(jié)

過(guò)電壓二、大氣過(guò)電壓（雷電過(guò)電壓）當(dāng)先導(dǎo)發(fā)展到接近地面時(shí)，先導(dǎo)通道的頭部與異號(hào)的感應(yīng)電荷的集中點(diǎn)間的距離很小時(shí)，由于其一端為雷云的對(duì)地電位，另一端為地電位，故剩余的空氣間隙中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到極高的數(shù)值，高場(chǎng)強(qiáng)使空氣強(qiáng)烈電離。游離后產(chǎn)生正、負(fù)電荷即高密度的等離子區(qū)，此區(qū)域沿先導(dǎo)通道自下而上迅速傳播形成一條高電導(dǎo)率的等離子體通道，使先導(dǎo)通道以及雷云中的電荷與大地的電荷相中和。這就是主放電過(guò)程。放電會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的光，就是常見(jiàn)的電閃。主放電發(fā)展的速度比先導(dǎo)發(fā)展速度大得多，時(shí)間極短，電流極大，溫升很高，達(dá)到20

000

C，空氣受熱急劇膨脹，隨之發(fā)生爆炸般的轟鳴聲，因而出現(xiàn)了強(qiáng)烈的雷鳴。這一過(guò)程稱(chēng)為主放電。當(dāng)主放電通道貫穿整個(gè)間隙時(shí)，擊穿過(guò)程完成。第一節(jié)

過(guò)電壓由于云中同時(shí)可能有幾個(gè)帶電中心存在，故雷電往往是重復(fù)的。主放電過(guò)后，電流逐漸減小，電壓顯著降低，但放電仍在持續(xù)著，這一過(guò)程稱(chēng)為余輝放電；當(dāng)電流減少一定值后，空中聚積的能量基本被釋放，稱(chēng)為第一次主放電。一般會(huì)經(jīng)過(guò)多次放電才能把空中聚積的能量釋放完。對(duì)設(shè)備最危險(xiǎn)的是主放電時(shí)的電流，其幅值很高，且有很大的上升速度（陡度）。發(fā)生主放電時(shí)，先導(dǎo)通道的電荷被劇烈地中和，未受雷擊的導(dǎo)體上束縛電荷就成了自由電荷；由于電流的突然增加，被擊點(diǎn)周?chē)拇艌?chǎng)也有很大變化。綜合分析知，雷電從空中發(fā)展到地面一般經(jīng)過(guò)三個(gè)階段：初級(jí)先導(dǎo)，主放電和余輝放電。對(duì)于比較強(qiáng)的雷需要經(jīng)過(guò)幾次主放電才能把積蓄的能量釋放出去，一部分以光、聲、熱等的形式釋放出去，一部分通過(guò)被擊物體釋放到大地或物體中。第一節(jié)

過(guò)電壓1.直擊雷過(guò)電壓雷云帶有大量電荷，當(dāng)帶不同電荷的雷云相遇時(shí)，雷云之間便會(huì)產(chǎn)生放電（中和）現(xiàn)象；低空中的雷云還會(huì)直接對(duì)建筑物或其他物體放電。當(dāng)遭受雷擊而通過(guò)強(qiáng)大的雷電流時(shí)，便會(huì)造成巨大損失。架空線路和露天變配電所都在室外，遭受雷擊的機(jī)會(huì)就比較多。如果雷云直接對(duì)導(dǎo)線放電，雷云中的大量電荷將聚集到導(dǎo)線上，就會(huì)產(chǎn)生直擊雷過(guò)電壓，其數(shù)值可高達(dá)數(shù)百萬(wàn)伏。其數(shù)值可按式（7.1）計(jì)算：（7.1）其中，U為直擊雷過(guò)電壓幅值；i為雷電流；h為避雷針高度；L0為避雷針單位長(zhǎng)度的電感，雷電流的變化率為

因此可知，為了確定直擊雷過(guò)電壓幅值，必須知道：被擊物的阻抗性質(zhì)和參數(shù)，雷電流的幅值和變化率。第一節(jié)

過(guò)電壓2.感應(yīng)雷過(guò)電壓當(dāng)架空線路上空出現(xiàn)雷云時(shí)，它會(huì)使線路和線路附近的物體感應(yīng)出大量電荷，這些電荷會(huì)經(jīng)過(guò)導(dǎo)線的對(duì)地電阻流入大地。雷云對(duì)線路附近的大地或物體放電后，雷云電荷便消失。此時(shí)，原來(lái)導(dǎo)線上的束縛電荷，就會(huì)因失去外力束縛而成為自由電荷。由于它們本身互相排斥，就會(huì)向線路兩端以很高的速度運(yùn)動(dòng)，從而形成感應(yīng)過(guò)電壓，其幅值最高可達(dá)500～600

kV。其值可按式（7.2）計(jì)算：（7.2）式中，I為雷電流幅值，單位kA；hd為導(dǎo)線高度；S為雷擊點(diǎn)至線路的水平距離。在S

>

50

m時(shí)，這一感應(yīng)過(guò)電壓的最大值可以按式（7.3）計(jì)算：（7.3）第一節(jié)

過(guò)電壓3.雷電侵入波也稱(chēng)高電位侵入波，它是指由于架空線路或架空金屬管道上遭受直擊雷或感應(yīng)雷而產(chǎn)生的高壓沖擊雷電荷，可能沿線路或管道侵入室內(nèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在電力系統(tǒng)中，由于雷電波侵入而造成的雷害事故，約占雷害總數(shù)的一半以上。第二節(jié)

雷

電

參

數(shù)一、雷電通道波阻抗主放電時(shí)，雷電通道是一導(dǎo)體，對(duì)電流波呈現(xiàn)一定的阻抗。沿閃擊通道運(yùn)動(dòng)的電壓波U0與電流波i0的比值U0/I0，叫“雷電通道波阻抗Z0”，規(guī)程建議取300～400

。二、雷電流波形和計(jì)算用簡(jiǎn)化波形1.波

頭主放電時(shí)電流波形的波前部分，接近半余弦波，

。對(duì)一般線路桿塔來(lái)說(shuō)，用半余弦波波頭計(jì)算塔頂電位和用斜角波波頭計(jì)算結(jié)果非常接近，故對(duì)一般線路可取斜角波頭計(jì)算。2.波

尾一般采用指數(shù)波i＝Ie－t/

。第二節(jié)

雷

電

參

數(shù)三、雷電流幅值（I）、波首、波長(zhǎng)的測(cè)量數(shù)據(jù)1.雷電流雷擊具有一定參數(shù)的物體時(shí)，流經(jīng)被擊物的電流與被擊物之波阻Zj有關(guān)。Zj愈大，流經(jīng)被擊物的電流愈小。當(dāng)Zj＝0時(shí)，流經(jīng)被擊物的電流定義為“雷電流i”。實(shí)際上，Zj不可能為零，當(dāng)Zj<30

時(shí)，通過(guò)被擊物的電流與其為零時(shí)相當(dāng)，故雷電流一般指被擊物接地電阻小于30

時(shí)流過(guò)被擊物的電流。其幅值為：I＝（7.5）式中

U0

──

雷電壓幅值（kV）；Z0

──

雷電通道波阻抗（

）。

第二節(jié)

雷

電

參

數(shù)三、雷電流幅值（I）、波首、波長(zhǎng)的測(cè)量數(shù)據(jù)2.雷電流幅值概率分布曲線對(duì)于一般地區(qū)，采用一下公式計(jì)算：lgP＝

式中

I

──

雷電流幅值（kA）；P

──

雷電流超過(guò)I的概率。西北、內(nèi)蒙古等雷電活動(dòng)較弱的地區(qū)，采用以下公式計(jì)算：lgP＝3.雷擊地面此時(shí)，由于無(wú)人為接地，被擊點(diǎn)阻抗很高（約100余歐），此時(shí)通過(guò)被擊點(diǎn)的電流與被擊點(diǎn)的阻抗為零時(shí)相比有較大差別。由于雷電流值很少超過(guò)200kA，故雷擊地面時(shí)的電流不超過(guò)它的一半（即100

kA）。第二節(jié)

雷

電

參

數(shù)三、雷電流幅值（I）、波首、波長(zhǎng)的測(cè)量數(shù)據(jù)4.波首和波長(zhǎng)我國(guó)在線路防雷設(shè)計(jì)中一般取雷電流波頭長(zhǎng)度

1＝2.6

s。波長(zhǎng)約40～50

s。雷電放電時(shí)間很短，通常只有50～100

s；放電陡度很大，每

s達(dá)50

kA。第二節(jié)

雷

電

參

數(shù)四、雷電流極性75～90%的雷電為負(fù)極性，其余為正極性，個(gè)別雷電流還是振蕩的（2%～4%）。由于負(fù)極性的雷電是負(fù)極性的，因此主要研究負(fù)極性時(shí)的情況。五、雷暴日與雷暴小時(shí)六、地面落雷密度雷云對(duì)地放電的頻度可用地面落雷密度

表示。

指每個(gè)雷電日、每平方公里地面上的平均落雷次數(shù)。規(guī)程建議：

＝0.015

次/(km2·雷暴日)。由此，可計(jì)算出線路年平均遭受雷擊的次數(shù)。第三節(jié)

雷電沖擊電壓下

氣隙的擊穿特性

一、雷電沖擊電壓標(biāo)準(zhǔn)波形實(shí)驗(yàn)室中可以利用沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生沖擊電壓來(lái)模擬雷電過(guò)電壓進(jìn)行試驗(yàn)。為使試驗(yàn)結(jié)果可以互相比較，需要規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的沖擊電壓波形。標(biāo)準(zhǔn)波形是根據(jù)電力系統(tǒng)大量實(shí)測(cè)得到的雷電過(guò)電壓波形制定的。沖擊波形由波前時(shí)間t1和半峰值時(shí)間或波長(zhǎng)t2來(lái)確定。國(guó)標(biāo)規(guī)定：t1＝1.2±0.26

s；t2＝50±10

s（表示為：＋1.2/50

s或－1.2/50

s）由于實(shí)驗(yàn)室中得到的沖擊電壓，示波圖前面起始部分及接近峰值Um的部分比較平坦，不易確定原點(diǎn)及峰值的位置，因此，采用了經(jīng)過(guò)0.3Um及0.9Um兩點(diǎn)的直線構(gòu)成的視在斜角波前，如圖7.1所示。第三節(jié)

雷電沖擊電壓下

氣隙的擊穿特性

圖7.1標(biāo)準(zhǔn)波形截波的截?cái)鄷r(shí)間一般為2～5

s。即從計(jì)時(shí)開(kāi)始，2～5

s之間任意測(cè)定的波形就可以稱(chēng)為該波的截波波形。第三節(jié)

雷電沖擊電壓下

氣隙的擊穿特性

二、放電時(shí)延經(jīng)過(guò)時(shí)間t1后電壓由零升到靜態(tài)擊穿電壓U0（即直流或工頻等長(zhǎng)時(shí)擊穿電壓峰值）。但此時(shí)間隙還未能立即擊穿。因?yàn)椋海?）要開(kāi)始放電必須在陰極附近出現(xiàn)一個(gè)能引起初始電子崩并導(dǎo)致?lián)舸┑碾娮?，稱(chēng)“有效電子”。有效電子出現(xiàn)所需的時(shí)間ts叫“統(tǒng)計(jì)時(shí)延”。統(tǒng)計(jì)時(shí)延具有分散性，但服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律。ts隨外加電壓增高而減小，這是因?yàn)榇藭r(shí)間隙中出現(xiàn)的自由電子轉(zhuǎn)變?yōu)橛行щ娮拥母怕试龃笾?。?）從有效電子出現(xiàn)到間隙完成擊穿還需要一定的放電發(fā)展時(shí)間tf，稱(chēng)“放電形成時(shí)延”。放電形成時(shí)延因受各種偶然因素的影響，也有分散性。若增加電壓，則電子的運(yùn)動(dòng)速度和電離能力都會(huì)增大，從而使tf減小。因此，整個(gè)放電時(shí)間t就由以上三部分時(shí)間組成，即：t＝t1＋ts＋tf。其中，ts＋tf稱(chēng)“放電時(shí)延”?？梢?jiàn)，為造成擊穿，不僅需要足夠的電壓，而且電壓作用時(shí)間必須充分。這是因?yàn)榉烹姷陌l(fā)展需要一定的時(shí)間之故。第三節(jié)

雷電沖擊電壓下

氣隙的擊穿特性

三、伏秒特性（1）由于放電時(shí)間具有分散性，且和所加電壓大小有關(guān)，所以對(duì)于一定結(jié)構(gòu)的間隙，可以根據(jù)在一定的波形（例如標(biāo)準(zhǔn)波）下，改變沖擊電壓峰值作用于間隙所得到的示波圖作出其伏秒特性如圖7.2所示。一般把間隙上出現(xiàn)的電壓的最大值和放電時(shí)間的關(guān)系來(lái)表征間隙的在沖擊電壓的擊穿特性。電壓較小時(shí)，擊穿發(fā)生在波尾時(shí)，伏秒特性上該點(diǎn)的電壓值應(yīng)取沖擊波的峰值，而不是擊穿時(shí)的電壓值。電壓較大時(shí)，擊穿發(fā)生在波頭。由于放電的分散性，伏秒特性實(shí)際上是一個(gè)分散帶，包括上、下兩個(gè)包絡(luò)線。第三節(jié)

雷電沖擊電壓下

氣隙的擊穿特性

圖7.2伏秒特性曲線第三節(jié)

雷電沖擊電壓下

氣隙的擊穿特性

（2）間隙的伏秒特性形狀與極間電場(chǎng)分布有關(guān)。①電場(chǎng)比較均勻的短間隙。②極不均勻電場(chǎng)間隙。（3）通常，用作過(guò)電壓保護(hù)裝置的間隙，總希望起伏秒特性平坦一些，即具有均勻電場(chǎng)的結(jié)構(gòu)，以便無(wú)論放電時(shí)間長(zhǎng)短，其擊穿電壓都能低于被保護(hù)絕緣的耐受電壓，從而滿(mǎn)足絕緣配合的要求。伏秒特性是設(shè)備的一個(gè)重要性能，它直接影響著設(shè)備的安全保護(hù)性能。設(shè)備之間進(jìn)行保護(hù)配合時(shí)，也主要看這一指標(biāo)是否配合得當(dāng)。第三節(jié)

雷電沖擊電壓下

氣隙的擊穿特性

四、雷電沖擊U50%擊穿電壓（1）通常用U50%擊穿電壓表征間隙的沖擊擊穿特性。由于沖擊電壓作用下放電的分散性，在間隙上加上N次同一波形及峰值的沖擊電壓時(shí)，可能只有n次發(fā)生擊穿。（2）U50%沖擊擊穿電壓與靜態(tài)擊穿電壓之比稱(chēng)為“間隙的沖擊系數(shù)”。①均勻電場(chǎng)和稍不均勻電場(chǎng)間隙。②極不均勻電場(chǎng)間隙。第四節(jié)

防

雷

設(shè)

備

防雷工作包括電氣設(shè)備的防雷和建（構(gòu)）筑物的防雷兩大內(nèi)容。電氣設(shè)備的防雷主要包括發(fā)電廠、變配電所和架空電力線路的防雷；后者則分工業(yè)和民用建筑兩大類(lèi)。主要的防雷措施不出三個(gè)方面：一是擋，保護(hù)設(shè)備就像防洪大堤一樣，把雷電過(guò)電壓，擋在被保護(hù)物之外；二是疏導(dǎo)，就像泄洪渠一樣，讓它按照人們的意志，消失到大地中；三是小減幅值，對(duì)于已經(jīng)侵入到被保護(hù)設(shè)備之內(nèi)，那就要采取措施消減它的幅值。實(shí)現(xiàn)第1功能的設(shè)備，分別是避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)、避雷帶；實(shí)現(xiàn)第2功能的設(shè)備是各種避雷器；實(shí)現(xiàn)第3功能的設(shè)備是電感線圈和電容，即通過(guò)串聯(lián)電感線圈和并聯(lián)電容來(lái)消減幅值。避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)、避雷帶及避雷器都是經(jīng)常采用的防雷裝置。一套完整的防雷裝置包括接閃器、引下線和接地裝置。上述針、線、網(wǎng)、帶實(shí)際上都只是接閃器。第四節(jié)

防

雷

設(shè)

備

一、避雷針和避雷線為保護(hù)電氣設(shè)備，防止直接雷擊，可采用避雷針和避雷線（架空地線）。避雷針（避雷線）的作用是：使雷擊中道針、線上（不會(huì)擊在被它們保護(hù)的電氣設(shè)備上）從而起到保護(hù)作用。由運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)知：當(dāng)設(shè)備處于保護(hù)范圍之內(nèi)時(shí)，受到雷擊的可能性很小。由于避雷針是一個(gè)尖端，雷云易于對(duì)它放電，故其保護(hù)效果好，處在針的保護(hù)范圍內(nèi)的設(shè)備受到雷擊的可能性很小，一般不大于0.1%；而架空接地線的保護(hù)效果差一些，設(shè)備即使處在地線的保護(hù)范圍內(nèi)，受雷擊的可能性還是比較大的。避雷線的保護(hù)范圍是帶狀的，對(duì)延伸長(zhǎng)的被保護(hù)物最為恰當(dāng)，如對(duì)占地面積較大的輸電線，宜采用架空地線進(jìn)行直擊雷防護(hù)；避雷針則宜用于受雷面積不大的發(fā)、變電站。第四節(jié)

防

雷

設(shè)

備

一、避雷針和避雷線1.單支避雷針2.兩支等高避雷針的保護(hù)范圍3.兩支不等高避雷針的保護(hù)范圍4.三支或四支避雷針的保護(hù)范圍5.單根避雷線的保護(hù)范圍6.雙根避雷線的保護(hù)范圍第四節(jié)

防

雷

設(shè)

備

二、避雷器為保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，必須限制作用于設(shè)備上的過(guò)電壓。在與雷害事故斗爭(zhēng)的過(guò)程中，人們利用了空氣隙在一定電壓下會(huì)發(fā)生放電的特性，做出了保護(hù)間隙，這就是最早出現(xiàn)的“避雷器”。當(dāng)保護(hù)間隙在大氣過(guò)電壓作用下發(fā)生擊穿，將雷電流引入大地后，系統(tǒng)還有工頻電壓的作用，于是保護(hù)間隙隨即流過(guò)工頻短路電流。若工頻電弧不能熄滅，就會(huì)使供電中斷。可見(jiàn)，對(duì)任何一個(gè)避雷器應(yīng)有兩個(gè)基本要求：第一是當(dāng)過(guò)電壓超過(guò)一定值時(shí)，避雷器發(fā)生放電動(dòng)作，通過(guò)導(dǎo)線直接或經(jīng)電阻接地，以限制過(guò)電壓，此過(guò)程也可以簡(jiǎn)稱(chēng)為可靠放電。第二是在過(guò)電壓的作用過(guò)去后，能迅速截?cái)喙ゎl電壓作用下的電弧，使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行，避免供電中斷，此過(guò)程也可以簡(jiǎn)稱(chēng)為可靠熄弧。第四節(jié)

防

雷

設(shè)

備

二、避雷器1.閥型避雷器閥型避雷器包括以碳化硅為閥片并帶有串聯(lián)間隙的避雷器（簡(jiǎn)稱(chēng)CA）以及金屬氧化物避雷器（簡(jiǎn)稱(chēng)MOA）兩大類(lèi)。與前者相比，金屬氧化物避雷器具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，主要有：具有更強(qiáng)的非線性，在設(shè)備最高相電壓的直接作用下，流過(guò)的電流很?。s數(shù)百微安），故不需要串聯(lián)間隙，直接接在系統(tǒng)內(nèi)長(zhǎng)期運(yùn)行；有更大的吸收操作過(guò)電壓的能力；由于有更強(qiáng)的非線性，故可將過(guò)電壓限制到更低的水平，并降低過(guò)電壓的分散性；對(duì)陡波的響應(yīng)特性較好。閥型避雷器由多個(gè)火花間隙與閥片串聯(lián)構(gòu)成。具有平坦的伏秒特性，放電電壓分散性小，能與變壓器匝絕緣的沖擊放電特性很好配合。閥片：具有良好的非線性，其電阻值與流過(guò)的電流大小有關(guān)。電流愈大，電阻愈?。环粗?，電流愈小，電阻愈大。第四節(jié)

防

雷

設(shè)

備

閥型避雷器工作原理：系統(tǒng)正常工作時(shí)，間隙將閥片電阻與工作母線隔離，以免由于工作電壓在閥片電阻中產(chǎn)生的電流使閥片燒壞（采用電場(chǎng)較均勻的火花間隙，其伏秒特性較平，分散性較小。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)電壓，其幅值超過(guò)間隙的放電電壓時(shí)，間隙擊穿，因此限制了作用于設(shè)備的過(guò)電壓值。沖擊電流經(jīng)閥片電阻流入大地。由于閥片的非線性，在雷電流通過(guò)時(shí)，呈低阻性，故在閥片上的電壓也被限制在一定值。此值若低于被保護(hù)設(shè)備的沖擊耐壓，設(shè)備就得以保護(hù)。過(guò)電壓消失后，間隙中由工作電壓產(chǎn)生的工頻電弧電流（工頻續(xù)流）將仍通過(guò)避雷器。工頻續(xù)流遠(yuǎn)小于沖擊電流，故閥片電阻變大，工頻續(xù)流得以進(jìn)一步控制，能使間隙在工頻續(xù)流第一次過(guò)零時(shí)熄滅電弧。以后，間隙絕緣強(qiáng)度恢復(fù)，系統(tǒng)正常工作不會(huì)受影響。提高工頻續(xù)流可以減少工頻電弧的形成，減少事故的次數(shù)。其原理結(jié)構(gòu)如圖7.5所示。第四節(jié)

防

雷

設(shè)

備

圖7.5帶間隙碳化硅閥型避雷器第四節(jié)

防

雷

設(shè)

備

（1）碳化硅閥型避雷器及其電氣參數(shù)碳化硅閥型避雷器有多個(gè)火花間隙串聯(lián)而成，要求具有平坦的伏秒特性，放電電壓分散性小，以解決其伏秒特性配合的問(wèn)題。同時(shí)要求能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)切斷工頻電弧，不使供電中斷。它的閥片電阻不是固定值，而且閥片電阻的特征是電阻值不為常數(shù)。它和施加在其上的電壓電流有關(guān)（2）金屬氧化物避雷器金屬氧化物避雷器又稱(chēng)壓敏避雷器。它是一種沒(méi)有火花間隙只有壓敏電阻片的新型避雷器。壓敏電阻片是由氧化鋅或氧化鉍等金屬氧化物燒結(jié)而成的多晶半導(dǎo)體陶瓷元件，具有理想的閥特性。在工頻電壓下它呈現(xiàn)極大的電阻，能迅速有效的抑制工頻續(xù)流，因此無(wú)需火花間隙來(lái)熄滅由工頻續(xù)流引起的電??；而在過(guò)電壓下，其電阻又變得很小，能很好地泄放雷電流。第四節(jié)

防

雷

設(shè)

備

2.排氣式避雷器（即管型避雷器）由裝在產(chǎn)氣管的內(nèi)部間隙S1（由棒電極和環(huán)行電極構(gòu)成）和外部間隙S2構(gòu)成。在大氣過(guò)電壓作用下，S1、S2同時(shí)擊穿，沖擊波被截?cái)?。間隙擊穿后，在系統(tǒng)工頻電壓作用下，流過(guò)短路電流（“工頻續(xù)流”）。在工頻續(xù)流電弧的高溫作用下，產(chǎn)氣管儲(chǔ)存著可以氣化的纖維，它受到電流在導(dǎo)體上散發(fā)出的熱的作用，汽化分解出大量氣體，其中絕大部分儲(chǔ)存于儲(chǔ)氣室中，使管中壓力升高（管的一端是密封的）。高壓氣體急速由開(kāi)口端噴出，如圖7.6所示，產(chǎn)生縱吹作用，使電弧在工頻續(xù)流第一次過(guò)零時(shí)熄滅，系統(tǒng)恢復(fù)至正常狀態(tài)，解決了保護(hù)間隙不能可靠熄弧，使供電中斷的缺點(diǎn)。第四節(jié)

防

雷

設(shè)

備

圖7.6排氣式避雷器第四節(jié)

防

雷

設(shè)

備

2.排氣式避雷器（即管型避雷器）其特點(diǎn)是：伏秒特性較陡，放電分散性較大，不能與伏秒特性平直的變壓器絕緣很好配合；動(dòng)作后產(chǎn)生截波，對(duì)變壓器匝絕緣不利，放電特性受大氣條件影響。故：只適用于線路的大跨和交叉擋距處及發(fā)、變電站的進(jìn)線保護(hù)中。排氣式避雷器只有位于空氣中與滅弧管內(nèi)的兩個(gè)串聯(lián)間隙，殘壓很低。排氣式避雷器的選擇除應(yīng)注意其額定電壓（與系統(tǒng)及設(shè)備的額定電壓有相同的值）外，還應(yīng)注意其可以切斷的短路電流的上、下限。決定電流上限值時(shí)，應(yīng)考慮短路電流的最大有效值。而在決定其下限值時(shí)，不考慮非周期性分量，且不得大于安裝點(diǎn)處短路電流可能的最小值。如果最小電流大于安裝點(diǎn)處短路電流可能的最小值，則會(huì)產(chǎn)氣量不足，不利于熄滅電??；而如果電流上限值時(shí)小于安裝點(diǎn)短路電流的最大有效值，那么就可能產(chǎn)氣量太足，而使排氣式避雷器發(fā)生爆炸。此外，排氣式避雷器的開(kāi)口處必須向下傾斜一定的角度，以防進(jìn)入雨水。第四節(jié)

防

雷

設(shè)

備

3.放電間隙保護(hù)間隙由兩個(gè)電極組成，與設(shè)備并聯(lián)，有一定的限制過(guò)電壓的效果，但不能避免供電中斷。其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉，但保護(hù)效果差，與被保護(hù)設(shè)備的伏秒特性不易配合，動(dòng)作后產(chǎn)生截波。為解決其不能自動(dòng)滅弧，引起供電中斷的問(wèn)題，可與重合熔絲、重合閘配合使用。目前，只在缺乏避雷器的情況下才使用保護(hù)間隙，并與自動(dòng)重合閘配合使用，以增加系統(tǒng)供電的可靠性。放電間隙是由一個(gè)帶電的電極與一接地極之間的敞開(kāi)式間隙組成的沖擊保護(hù)裝置。必要時(shí)可帶中間輔助電極。第五節(jié)

金屬氧化物避雷器的

運(yùn)行分析和預(yù)防性試驗(yàn)

城市軌道交通供電系統(tǒng)多采用金屬氧化物避雷器，因此，本節(jié)主要講解金屬氧化物避雷器的運(yùn)行和基本試驗(yàn)。一、金屬氧化物避雷器的運(yùn)行分析為了避雷器的可靠運(yùn)行，必須分析其在電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況，認(rèn)真分析其發(fā)生事故的原因，盡量避免其發(fā)生不必要的事故，以提高運(yùn)行水平。由于金屬氧化物避雷器具有保護(hù)比小、通流容量大、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，從而取代傳統(tǒng)碳化硅避雷器已是大勢(shì)所趨。目前在我國(guó)高壓、超高壓領(lǐng)域，金屬氧化物避雷器已處于壟斷地位。然而，在運(yùn)行中，金屬氧化物避雷器的爆炸事故時(shí)有發(fā)生，既有大型骨干廠生產(chǎn)的，也有小廠生產(chǎn)的；既有國(guó)產(chǎn)的，也有進(jìn)口的；既有發(fā)生在雷雨天，也有發(fā)生在晴天的；既有發(fā)生在操作時(shí)，也有發(fā)生在無(wú)操作時(shí)的；既有在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，也有發(fā)生在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的。調(diào)查結(jié)果的分析表明，事故原因69%為制造質(zhì)量問(wèn)題，25%為運(yùn)行不當(dāng)，6%為選型不當(dāng)而造成的。而內(nèi)部受潮直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，是引起金屬氧化物避雷器爆炸事故的主要原因。第五節(jié)

金屬氧化物避雷器的

運(yùn)行分析和預(yù)防性試驗(yàn)

1.受

潮金屬氧化物避雷器受潮有兩個(gè)途徑：密封不良或漏氣，使潮氣或水分侵入。密封不良的主要原因有：①金屬氧化物避雷器的密封膠圈永久性壓縮變形的指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，裝入金屬氧化物避雷器后，易造成密封失效，使潮氣或水分侵入。②金屬氧化物避雷器的兩端蓋板加工粗糙、有毛刺，將防爆板刺破導(dǎo)致潮氣或水分侵入。有的金屬氧化物避雷器的端蓋板采用鑄鐵件，但鑄造質(zhì)量極差，砂眼多，加工時(shí)密封不緊，因此出現(xiàn)缺口，使密封膠圈裝上后不起作用，潮氣或水分由缺口侵入。③組裝時(shí)漏裝密封膠圈或?qū)⒏稍飫┐鼔涸诿芊馊ι希蚴敲芊饽z圈位移，或是沒(méi)有將充氮?dú)獾目追馑赖取＂苎b氮?dú)獾匿撈课唇?jīng)干燥處理，就灌入干燥的氮?dú)?，致使氮?dú)馐艹?，在充氮時(shí)將潮氣帶入避雷器中。⑤瓷套質(zhì)量低劣，在運(yùn)輸過(guò)程中受損，出現(xiàn)不易觀察的貫穿性裂紋，致使潮氣侵入。此外總裝車(chē)間環(huán)境不良，或是經(jīng)長(zhǎng)途運(yùn)輸后，未經(jīng)干燥處理而附著有潮氣的閥片和絕緣件裝入瓷套內(nèi)，使潮氣被封在瓷套內(nèi)。第五節(jié)

金屬氧化物避雷器的

運(yùn)行分析和預(yù)防性試驗(yàn)

2.額定電壓和持續(xù)運(yùn)行電壓取值偏低造成金屬氧化物避雷器動(dòng)作時(shí)損壞的主要原因是對(duì)其額定電壓和持續(xù)運(yùn)行電壓的取值偏低。金屬氧化物避雷器的額定電壓是表明其運(yùn)行特性的一個(gè)重要參數(shù)，也是一種耐受工頻電壓的能力指標(biāo)。在《交流無(wú)間隙金屬氧化物避雷器》（GB11032—89）中對(duì)它的定義為“施加到避雷器端子間最大允許的工頻電壓有效值”。眾所周知，金屬氧化物避雷器的閥片耐受工頻電壓的能力是與作用電壓的持續(xù)時(shí)間密切相關(guān)的。第五節(jié)

金屬氧化物避雷器的

運(yùn)行分析和預(yù)防性試驗(yàn)

3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理主要有：一是有些避雷器廠家片面追求體積小、重量輕，造成瓷套的干閃、濕閃電壓太低。二是固定閥片的支架絕緣性能不良，復(fù)合絕緣的耐壓強(qiáng)度難以滿(mǎn)足要求。三是閥片方波通流容量較小，使用在某些場(chǎng)合不適合。第五節(jié)

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運(yùn)行分析和預(yù)防性試驗(yàn)

4.參數(shù)選擇不當(dāng)5.電網(wǎng)工作電壓波動(dòng)配電網(wǎng)的工作電壓波動(dòng)范圍很寬，對(duì)金屬氧化物避雷器的損壞。采用無(wú)間隙金屬氧化物避雷器時(shí)，必須對(duì)系統(tǒng)了解，必須十分謹(jǐn)慎，否則，由于穩(wěn)態(tài)電壓過(guò)高，損壞的不是一只避雷器，而會(huì)同時(shí)損壞許多個(gè)避雷器。6.操作不當(dāng)運(yùn)行部門(mén)操作不當(dāng)也是造成金屬氧化物避雷器損壞或爆炸的一個(gè)原因。操作人員誤操作，將中性點(diǎn)接地系統(tǒng)變?yōu)榫植坎唤拥叵到y(tǒng)，致使施加到某臺(tái)金屬氧化物避雷器兩端的電壓大大超過(guò)其持續(xù)運(yùn)行電壓。7.老化問(wèn)題第五節(jié)

金屬氧化物避雷器的

運(yùn)行分析和預(yù)防性試驗(yàn)

為防止金屬氧化物避雷器損壞事故，通常采取以下措施：一是提高產(chǎn)品質(zhì)量、高度重視金屬氧化物避雷器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、密封、總裝環(huán)境等決定質(zhì)量的因素。二是正確選擇金屬氧化物避雷器，這是保證其可靠運(yùn)行的重要因素。對(duì)金屬氧化物避雷器的選擇和應(yīng)用曾有不少爭(zhēng)議，現(xiàn)雖有了國(guó)標(biāo)GB11032—89，但有的問(wèn)題并沒(méi)有完全統(tǒng)一和解決。為保證運(yùn)行在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中的金屬氧化物避雷器不擊穿、不爆炸，在國(guó)標(biāo)GB11032—89中采用了提高工頻電壓耐受時(shí)間和直流1

mA電壓的方法，但其他參數(shù)如Uc還有待于提高，使用條件還有待于完善。三是加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)檢出金屬氧化物避雷器的缺陷。加強(qiáng)監(jiān)測(cè)是保證金屬氧化物避雷器安全、可靠運(yùn)行的重要措施之一。根據(jù)規(guī)程規(guī)定，新投入運(yùn)行的110

kV及以上者，投3個(gè)月后1次運(yùn)行電壓下的交流泄漏電流，以后每半年1次；運(yùn)行1年后，每年雷雨季節(jié)前測(cè)量1次。第五節(jié)

金屬氧化物避雷器的

運(yùn)行分析和預(yù)防性試驗(yàn)

二、金屬氧化物避雷器的預(yù)防性試驗(yàn)1.金屬氧化物避雷器的預(yù)防性試驗(yàn)金屬氧化物避雷器絕緣電阻測(cè)量主要是檢查是否進(jìn)水受潮，對(duì)于內(nèi)部有大熔絲的還可以檢查內(nèi)部熔絲是否完好。電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定：35

kV及以下的金屬氧化物避雷器用2

500

V兆歐表測(cè)量，其絕緣電阻不低于1

000

M

；35

kV以上用2

500

V兆歐表測(cè)量其值不低于2

500

M

。泄露電流，測(cè)量1

mA（直流）時(shí)的臨界動(dòng)作電壓U1mA和75%U1mA直流下的泄露電流，其目的是：測(cè)量金屬氧化物避雷器的U1mA主要是檢查其閥片是否受潮，確定其動(dòng)作性能是否符合要求，其測(cè)量接線通常采用單相半波整流電路，如圖7.7所示。圖中，B1為單相調(diào)壓器；B2為試驗(yàn)變壓器；D為硅堆；R為保護(hù)電阻；C

為濾波電容；V

為高阻電壓表（靜電電壓表）；mA為直流毫安表；Cx為金屬氧化物避雷器。第五節(jié)

金屬氧化物避雷器的

運(yùn)行分析和預(yù)防性試驗(yàn)

圖7.7金屬氧化物避雷器泄露試驗(yàn)第五節(jié)

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運(yùn)行分析和預(yù)防性試驗(yàn)

二、金屬氧化物避雷器的預(yù)防性試驗(yàn)1.金屬氧化物避雷器的預(yù)防性試驗(yàn)U1mA實(shí)測(cè)值與初始值或制造值相比，其變化不應(yīng)大于5%，U1mA過(guò)高使保護(hù)電氣設(shè)備的絕緣裕度降低，U1mA過(guò)低使金屬氧化物避雷器在各種操作和故障的瞬態(tài)過(guò)電壓下發(fā)生爆炸，測(cè)量75%U1mA下的直流泄露電流，主要檢測(cè)長(zhǎng)期允許工作電流的變化情況。規(guī)程規(guī)定，75%U1mA下的泄露電流不大于50

A。避雷器是電力系統(tǒng)中主要的防雷保護(hù)裝置之一，只有正確地選擇避雷器，方能發(fā)揮其應(yīng)有的防雷保護(hù)作用。第五節(jié)

金屬氧化物避雷器的

運(yùn)行分析和預(yù)防性試驗(yàn)

2.無(wú)間隙金屬氧化物避雷器的選擇選擇的一般要求如下：按照使用地區(qū)的氣溫、海拔、風(fēng)速、污穢以及地震等條件確定避雷器使用環(huán)境條件，并按系統(tǒng)的標(biāo)稱(chēng)電壓、系統(tǒng)最高電壓、額定頻率、中性點(diǎn)接地方式，短路電流值以及接地故障持續(xù)時(shí)間等條件確定避雷器的系統(tǒng)運(yùn)行條件；按照被保護(hù)的對(duì)象確定避雷器的類(lèi)型；按長(zhǎng)期作用于避雷器上的最高電壓確定避雷器的持續(xù)運(yùn)行電壓；按避雷器安裝地點(diǎn)的暫時(shí)過(guò)電壓幅值和持續(xù)時(shí)間選擇避雷器的額定電壓；估算通過(guò)避雷器的放電電流幅值，選擇避雷器的標(biāo)稱(chēng)放電電流；根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的額定雷電沖擊耐受電壓和額定操作沖擊耐受電壓，按絕緣配合的要求，確定避雷器的雷電過(guò)電壓保護(hù)水平和操作過(guò)電壓保護(hù)水平；估算通過(guò)避雷器的沖擊電流和能量，選擇避雷器的試驗(yàn)電流幅值，線路放電耐受試驗(yàn)等級(jí)及能量吸收能力；按避雷器安裝處最大故障電流，選擇避雷器的壓力釋放等級(jí)；按避雷器安裝處環(huán)境污染程度，選擇避雷器瓷套的泄漏比距；按避雷器安裝的引線拉力、風(fēng)速和地震等條件，選擇它的機(jī)械強(qiáng)度；當(dāng)避雷器不滿(mǎn)足絕緣配合要求時(shí)，可采取適當(dāng)降低其額定電壓或標(biāo)稱(chēng)放電電流等級(jí)或提高被保護(hù)設(shè)備的絕緣水平等補(bǔ)救措施。第五節(jié)

金屬氧化物避雷器的

運(yùn)行分析和預(yù)防性試驗(yàn)

三、主要特性參數(shù)選擇1.持續(xù)運(yùn)行電壓Uc2.額定電壓3.暫時(shí)過(guò)電壓UT4.相對(duì)地避雷器的額定電壓5.工頻電壓耐受時(shí)間特性6.標(biāo)稱(chēng)放電電流7.保護(hù)水平與絕緣配合系數(shù)第六節(jié)城市軌道交通供電系統(tǒng)

過(guò)電壓及防雷設(shè)計(jì)一、運(yùn)行中的作用電壓設(shè)備在運(yùn)行中可能受到正常運(yùn)行條件下的工頻電壓、暫時(shí)過(guò)電壓（包括工頻電壓升高）、操作過(guò)電壓、雷電過(guò)電壓等各類(lèi)電壓的作用。1.正常運(yùn)行條件下的工頻電壓2.暫時(shí)過(guò)電壓3.操作過(guò)電壓4.雷電過(guò)電壓第六節(jié)城市軌道交通供電系統(tǒng)

過(guò)電壓及防雷設(shè)計(jì)二、絕緣能力不超過(guò)220

kV電壓范圍內(nèi)的設(shè)備絕緣水平主要由雷電過(guò)電壓決定，但有時(shí)也要估計(jì)操作過(guò)電壓的影響。當(dāng)設(shè)備絕緣較弱或操作頻繁，且操作電器又不夠完善（如重?fù)舸┞什粔虻停r(shí)，設(shè)備在操作、諧振過(guò)電壓下也可能有較高的事故概率。1.自恢復(fù)和非自恢復(fù)絕緣2.工頻電壓和暫時(shí)過(guò)電壓下的絕緣性能3.在沖擊電壓下自恢復(fù)絕緣破壞性放電的概率4.帶有繞組的設(shè)備第六節(jié)城市軌道交通供電系統(tǒng)

過(guò)電壓及防雷設(shè)計(jì)三、作用電壓與耐受電壓之間的配合1.設(shè)備絕緣耐受各種電壓的能力在不同電壓范圍內(nèi)對(duì)絕緣水平起控制作用的過(guò)電壓類(lèi)型不同。3～220

kV設(shè)備的額定雷電沖擊耐受電壓乘以0.83，與設(shè)備最大相電壓峰值之比遠(yuǎn)超過(guò)預(yù)期操作過(guò)電壓水平，其絕緣水平主要由雷電過(guò)電壓決定，且由于絕緣在典型的操作沖擊下的擊穿電壓總是比工頻電壓的峰值高，故也不規(guī)定操作沖擊耐受試驗(yàn)。2.工頻運(yùn)行電壓及暫時(shí)過(guò)電壓設(shè)計(jì)絕緣設(shè)備絕緣應(yīng)能在設(shè)備最高相電壓下長(zhǎng)期運(yùn)行。對(duì)容易被污染的設(shè)備外絕緣，其污穢水平的選擇、適宜的試驗(yàn)方法等，應(yīng)由有關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，但應(yīng)注意：確定污穢水平時(shí)，應(yīng)注意外絕緣類(lèi)型差異的影響；試驗(yàn)方法應(yīng)能重復(fù)及模擬設(shè)備安裝處的自然條件；如暫時(shí)過(guò)電壓水平較高，又經(jīng)常發(fā)生，則需考慮它對(duì)污穢試驗(yàn)方法的影響；當(dāng)污染水平較高，要求設(shè)備有足夠的耐污穢性能是不可能的或極不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可考慮采用其他防污穢措施。第六節(jié)城市軌道交通供電系統(tǒng)

過(guò)電壓及防雷設(shè)計(jì)三、作用電壓與耐受電壓之間的配合3.絕緣配合原則（1）根據(jù)系統(tǒng)電壓和保護(hù)裝置的特性來(lái)確定設(shè)備絕緣水平，即進(jìn)行絕緣配合時(shí)，應(yīng)全面考慮設(shè)備造價(jià)、維修費(fèi)用以及故障損失三個(gè)方面，力求取得較高的經(jīng)濟(jì)效益。（2）直流1

500

V電壓等級(jí)的絕緣水平采用目前使用設(shè)備的絕緣水平，35

kV電壓等級(jí)的絕緣水平參照《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》選取配合系數(shù)。（3）變電所電氣設(shè)備應(yīng)能承受一定幅值和時(shí)間的工頻過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓。（4）變電所中電氣設(shè)備以避雷器雷電保護(hù)水平為基礎(chǔ)進(jìn)行配合。第六節(jié)城市軌道交通供電系統(tǒng)

過(guò)電壓及防雷設(shè)計(jì)四、系統(tǒng)防雷與限制過(guò)電壓方案根據(jù)城市軌道交通供電系統(tǒng)的實(shí)際情況，一般采取以下具體的措施：一是對(duì)全線牽引降壓混合變電所和降壓變電所的35

kV母線上設(shè)置避雷器，防止雷電侵入波對(duì)設(shè)備的損壞。二是在牽引變電所整流器正、負(fù)極間設(shè)置避雷器，防止過(guò)電壓對(duì)設(shè)備的損壞。三是在牽引變電所直流1

500

V母線上設(shè)置避雷器，防止過(guò)電壓對(duì)設(shè)備的損壞。四是在牽引變電所直流饋出線與接觸網(wǎng)交界處的隔離開(kāi)關(guān)處，安裝避雷器，以限制雷電波或過(guò)電壓損害變電所設(shè)備。五是接觸網(wǎng)所有不帶電金屬部分均與架空地線連接，架空地線與牽引變電所內(nèi)接地網(wǎng)相連。第六節(jié)城市軌道交通供電系統(tǒng)

過(guò)電壓及防雷設(shè)計(jì)四、系統(tǒng)防雷與限制過(guò)電壓方案根據(jù)城市軌道交通供電系統(tǒng)的實(shí)際情況，一般采取以下具體的措施：六是車(chē)輛段出入段線和試車(chē)線，在接觸網(wǎng)上方單獨(dú)架設(shè)避雷器，架空地線每隔200～250

m接地，接地電阻不大于10

。七是在隧道洞口的接觸網(wǎng)上設(shè)置氧化鋅避雷器，以限制雷擊。八是在隧道外架空地線既與牽引變電所的接地網(wǎng)相連，每隔200

m通過(guò)放電間隙與接地極相連。提高隧道外架空地線的安裝高度兼作避雷線。九是在隧道外車(chē)站兩端、高架橋的最高處、隧道外空曠地段每隔500

m處設(shè)置避雷器，保護(hù)接觸網(wǎng)設(shè)備不受大氣過(guò)電壓沖擊。十是在軌道旁邊電信設(shè)備的接地不能直接和接觸網(wǎng)架空地線連接，避免雷擊。第六節(jié)城市軌道交通供電系統(tǒng)

過(guò)電壓及防雷設(shè)計(jì)四、系統(tǒng)防雷與限制過(guò)電壓方案城市軌道交通供電系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)及限制過(guò)電壓措施分別從變電所、接觸網(wǎng)、車(chē)輛段、接地系統(tǒng)幾方面著手，變電所內(nèi)防雷及過(guò)電壓保護(hù)具體措施如下：35

kV每段母線均設(shè)置一臺(tái)氧化鋅避雷器，氧化鋅避雷器與變壓器或電壓互感器間的最大電氣距離不宜超過(guò)10

m；整流器正負(fù)母線間設(shè)置避雷器；直流1

500

V正母線對(duì)地間安裝避雷器，正、負(fù)極之間的過(guò)電壓保護(hù)配合按整流器最高耐受電壓設(shè)計(jì)；0.4

kV每段母線均設(shè)置一臺(tái)氧化鋅避雷器。第六節(jié)城市軌道交通供電系統(tǒng)

過(guò)電壓及防雷設(shè)計(jì)四、系統(tǒng)防雷與限制過(guò)電壓方案電氣設(shè)備在運(yùn)行中承受的過(guò)電壓包括雷電過(guò)電壓和內(nèi)部操作過(guò)電壓，根據(jù)這種情況，在下列地方應(yīng)設(shè)置能防止過(guò)電壓的設(shè)施：一是在地面牽引變電所直流饋線出口處應(yīng)設(shè)置避雷器，限制雷電的入侵，保護(hù)牽引變電所的供電設(shè)備，同時(shí)地面牽引變電所應(yīng)考慮安裝如避雷針等其他防雷措施，而且防雷接地電阻應(yīng)小于10

。二是在地下?tīng)恳冸娝?，在接觸網(wǎng)由地面進(jìn)入隧道處設(shè)置避雷器，限制雷電的入侵，保護(hù)牽引變電所的供電設(shè)備。三是在牽引變電所的35

kV母線設(shè)避雷器。此外避雷器應(yīng)設(shè)計(jì)數(shù)器，記錄避雷器動(dòng)作次數(shù)。第七節(jié)

變電所的防雷保護(hù)措施變電所的雷害可能來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面：一是雷直擊于變電所、發(fā)電廠；二是雷擊輸電線路后產(chǎn)生的雷電波侵入變電所或發(fā)電廠。對(duì)于城市軌道交通供電系統(tǒng)，特別是對(duì)于地面變電所，這樣的危害更大。而地下變電所也會(huì)遭到線路侵入波的危害。因此，必須加以防范。第七節(jié)

變電所的防雷保護(hù)措施雷擊輸電線路產(chǎn)生兩種后果：一是線路發(fā)生短路接地故障；產(chǎn)生的雷電波侵入變電所。對(duì)于線路防雷措施，一般按照以下四個(gè)原則：一是防止雷擊導(dǎo)線。沿線架設(shè)避雷線，保護(hù)導(dǎo)線不受直接雷擊。（因?yàn)槔讚魧?dǎo)線時(shí)，可能產(chǎn)生很高電位，極易引起絕緣子的閃絡(luò)。）避雷線主要用于鐵塔及鋼筋混凝土桿的線路上。二是防止避雷線受雷擊后引起絕緣閃絡(luò)。避雷線遭雷擊后，雷電流沿避雷線流入桿塔。此時(shí)，由于桿塔或接地引下線的電感，以及接地電阻上的壓降，使桿頂電位提高，有可能使絕緣子串閃絡(luò)，即“反擊”。為防止反擊，需改善避雷線的接地，適當(dāng)加強(qiáng)絕緣，個(gè)別桿塔還可使用避雷器。三是防止雷擊閃絡(luò)后建立工頻短路電弧。即使絕緣子串閃絡(luò)了，也應(yīng)使它盡量不轉(zhuǎn)為穩(wěn)定的工頻電弧。若工頻電弧建立不起來(lái)，線路就不會(huì)跳閘。因此，可以適當(dāng)增加絕緣子片數(shù)，減少絕緣子串的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度，可減少雷擊閃絡(luò)后轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定電弧的可能性；或電網(wǎng)的中性點(diǎn)采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地，當(dāng)線路絕緣發(fā)生單相對(duì)地沖擊閃絡(luò)時(shí)，電弧自行熄滅。四是防止線路中斷供電。為使線路跳閘后，也能保證不中斷供電，可采用自動(dòng)重合閘或雙回路、環(huán)網(wǎng)供電等措施。第七節(jié)

變電所的防雷保護(hù)措施一、變電所的雷擊危害對(duì)直擊雷的防護(hù)一般采用避雷針或避雷線。要求被保護(hù)物體處于避雷針（線）的保護(hù)范圍之內(nèi)，同時(shí)還要求雷擊避雷針（線）時(shí)不應(yīng)對(duì)被保護(hù)物體發(fā)生反擊。因線路落雷比較頻繁，所以沿線路侵入的雷電波是造成變電所、發(fā)電廠雷害事故的主要原因。由線路入侵的雷電波電壓受到線路絕緣的限制，其峰值不可能超過(guò)線路絕緣的閃絡(luò)電壓。但線路絕緣水平比變電所電氣設(shè)備的絕緣水平高。若不采取專(zhuān)門(mén)的防護(hù)措施，勢(shì)必造成電氣設(shè)備的損害事故。對(duì)入侵波防護(hù)的主要措施是在變電所內(nèi)安裝閥型避雷器以限制電氣設(shè)備上的過(guò)電壓峰值，同時(shí)在變電所、發(fā)電廠的進(jìn)線段上采取輔助措施以限制流過(guò)避雷器的雷電流和降低侵入波的陡度。對(duì)于直接與架空線路相連的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，還在變壓器母線上裝設(shè)電容器以降低侵入波陡度，以保護(hù)變壓器匝間絕緣和中性點(diǎn)絕緣不受損壞。第七節(jié)

變電所的防雷保護(hù)措施二、變電所防雷防護(hù)1.裝設(shè)避雷針保護(hù)整個(gè)變配電所建筑物以免遭直接雷擊避雷針可防護(hù)直擊雷，其保護(hù)范圍應(yīng)合乎實(shí)際要求（其計(jì)算方法可參見(jiàn)專(zhuān)門(mén)書(shū)籍或過(guò)電壓保護(hù)規(guī)程）。避雷針可單獨(dú)立桿，也可利用戶(hù)外配電裝置的構(gòu)架或投光燈的桿塔：但變壓器的門(mén)型構(gòu)架不能用來(lái)裝設(shè)避雷針，以防止雷擊產(chǎn)生的過(guò)電壓對(duì)變壓器閃絡(luò)放電。第七節(jié)

變電所的防雷保護(hù)措施二、變電所防雷防護(hù)2.裝設(shè)架空避雷線及避雷器作為變電所進(jìn)出線段的防雷保護(hù)35

kV電力線路一般不采用全線裝設(shè)架空避雷錢(qián)的方法來(lái)防止直擊雷，但為防止變電所附近線路上受到雷擊時(shí)雷電壓沿線路侵入變電所損壞設(shè)備，需在變電所進(jìn)出線1～2

km段內(nèi)裝設(shè)架空避雷線作為保護(hù)，以使該段線路免遭直接雷擊。為使上項(xiàng)保護(hù)段以外的線路受雷擊時(shí)侵入變電所內(nèi)的過(guò)電壓有所限制，一般可在架空避雷線的兩端裝設(shè)管型避雷器，其接地電阻不得大于10

。第七節(jié)

變電所的防雷保護(hù)措施二、變電所防雷防護(hù)3.裝設(shè)閥型避雷器對(duì)沿線路侵入變電所的雷電波進(jìn)行防護(hù)變電所的進(jìn)出線段雖已采取防雷措施、且雷電波在傳播過(guò)程中也會(huì)逐漸衰減，但沿線路傳入變電所內(nèi)的部分，其過(guò)電壓對(duì)所內(nèi)設(shè)備仍有一定危害特別是對(duì)價(jià)值最高、絕緣相對(duì)薄弱的主變壓器更是這樣。故變電所母線上，還應(yīng)裝設(shè)一組閥型避雷器進(jìn)行保護(hù)。對(duì)于6～10

kV變電所中，閥型避雷器與被保護(hù)的變壓器間的電氣距離，一般不應(yīng)大于5

m。為使任何運(yùn)行條件下所內(nèi)變壓器都能得到保護(hù)，若采用分段母線時(shí)，每段母線都應(yīng)裝設(shè)閥型避雷器。第八節(jié)

變壓器的防雷分析一、變壓器防雷接線的特點(diǎn)根據(jù)過(guò)電壓規(guī)程規(guī)定：“配電變壓器的高壓側(cè)一般應(yīng)采用閥型避雷器保護(hù)，避雷器的接地線和變壓器低壓側(cè)的中性點(diǎn)以及變壓器的金屬外殼三點(diǎn)應(yīng)連在一起接地。”城市軌道交通供電系統(tǒng)中，一般采用這種保護(hù)方式。其具體接線如圖7.13所示。圖7.13避雷器、低壓繞組和變壓器外殼三點(diǎn)共同接地的情況第八節(jié)

變壓器的防雷分析一、變壓器防雷接線的特點(diǎn)其特點(diǎn)可歸納為：高壓側(cè)采用閥型避雷器保護(hù)。三點(diǎn)共同接地，即避雷器的接地線和低壓繞組的中性點(diǎn)及變壓器全屬外殼連接在一起。其目的是為了防止流經(jīng)避雷器的雷電流在接地電阻上的壓降施加在變壓器繞組上。圖7.13避雷器、低壓繞組和變壓器外殼三點(diǎn)共同接地的情況第八節(jié)

變壓器的防雷分析二、雷直擊于變壓器實(shí)際上是指雷擊配電變壓器的出口，這時(shí)流入避雷器的雷電流接近于全部雷電流。侵入到變壓器的雷電流將最大，對(duì)變壓器絕緣最危險(xiǎn)，也是最嚴(yán)重的情況，不過(guò)這種雷擊的或然率較小。雷可能直擊于配變高壓側(cè)線路，也可能直擊于低壓倒線路。若雷擊于高壓測(cè)線路，且雷擊點(diǎn)離變壓器有一定的距離，這時(shí)流入避雷器的雷電流受到線路的限制，可用圖7.16所示的等值電路來(lái)進(jìn)行計(jì)算。圖中U0e－At為沖擊指數(shù)波，U0為線路沖擊放電電壓；A＝1/T＝0.7/T2＝1/57（取T2＝40

s）；Uc為避雷器5

kA時(shí)的殘壓30

kV，1

kA時(shí)為20

kV。第八節(jié)

變壓器的防雷分析圖7.16雷直擊于線路根據(jù)不同雷擊點(diǎn)距配電變壓器不同距離時(shí)，流入避雷器的電流幅值也不一樣，但一般大約80%的放電電流大于1

kA。第八節(jié)

變壓器的防雷分析三、感應(yīng)過(guò)電壓引起三相進(jìn)波當(dāng)雷擊于配變高壓側(cè)或低壓側(cè)線路附近時(shí)，都可能在相應(yīng)的線路上產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓。感應(yīng)過(guò)電壓的大小可用下式計(jì)算：其中：hd是線路的垂直高度；S是雷擊點(diǎn)距線路的水平距離。對(duì)于低壓側(cè)線路，一般取I＝5

kA時(shí)，雷擊點(diǎn)距低壓線路距離不同時(shí)的感應(yīng)過(guò)電壓列于下表中由于低壓線路的蝴蝶形絕緣子的沖擊電壓水平為60

kV，因此，低于60

kV的感應(yīng)電壓很可能沿著三相線路侵入變壓器的低壓繞組，形成低壓三相進(jìn)波。同理，高壓側(cè)也會(huì)出現(xiàn)三相進(jìn)波的情況。根據(jù)國(guó)內(nèi)許多單位的研究，一致認(rèn)為配電變壓器雷害事故主要是由正變換過(guò)電壓引起的。S/m50403020Ug/

kV202533.550第八節(jié)

變壓器的防雷分析1.逆變換過(guò)電壓所謂逆變換過(guò)電壓，即當(dāng)3～10

kV側(cè)侵入雷電波，引起避雷器動(dòng)作時(shí)，在接地電阻上流過(guò)大量的沖擊電流，產(chǎn)生壓降IRch，這個(gè)壓降作用在低壓繞組的中性點(diǎn)上，使中性點(diǎn)的電位抬高，當(dāng)?shù)蛪壕€路比較長(zhǎng)時(shí)，低壓線路相當(dāng)于波阻抗接地。因此，在中性點(diǎn)電位作用下，低壓繞組將流過(guò)較大的沖擊電流，下圖所示。三相繞組中流過(guò)的沖擊電流方向相同、大小相等，它們產(chǎn)生的磁通在高壓繞組中按變壓器匝數(shù)比感應(yīng)出數(shù)值極高的脈沖電勢(shì)。第八節(jié)

變壓器的防雷分析1.逆變換過(guò)電壓三相的脈沖電勢(shì)方向相同、大小也相等（假定三相磁路對(duì)稱(chēng)）。由于高壓繞組接成星形，且中性點(diǎn)不接地，因此在高壓繞組中，雖有脈沖電勢(shì)，但免沖擊電流。沖擊電流只在低壓繞組中流通，高壓繞組中沒(méi)有對(duì)應(yīng)的沖擊電流來(lái)平衡，因此，低壓繞組中的沖擊電流全部成為激磁電流，產(chǎn)生很大的零序磁通，使高壓倒感應(yīng)很高的電勢(shì)。由于高壓繞組出線端電位受避雷器殘壓固定，這個(gè)感應(yīng)電勢(shì)就沿著繞組分布，在中性點(diǎn)幅值最大。因此，中性點(diǎn)絕緣容易擊穿。同時(shí)，層間和匝間的電位梯度也相應(yīng)增大，可能在其他部位發(fā)生層間和匝間的絕緣擊穿。這種過(guò)電壓首先是由高壓進(jìn)波引起的，再由低壓電磁感應(yīng)至高壓繞組，通常稱(chēng)之為逆變換。第八節(jié)

變壓器的防雷分析2.正變換過(guò)電壓所謂正變換過(guò)電壓，即當(dāng)雷電波由低壓線路侵入時(shí)，變壓器低壓繞組就有沖擊電流流過(guò)，如圖7.19所示。圖7.19配電變壓器產(chǎn)生正變換第八節(jié)

變壓器的防雷分析2.正變換過(guò)電壓這個(gè)沖擊電流也同樣按匝數(shù)比在高壓繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使高壓測(cè)中性點(diǎn)電位大大提高，它們層間和匝間的梯度電壓也相應(yīng)地增加。這種由于低壓進(jìn)波在高壓側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓的過(guò)程，稱(chēng)為正變換。試驗(yàn)表明，當(dāng)?shù)蛪哼^(guò)波為10

kV，接地電阻5

時(shí)，高壓繞組上的層間梯度電壓有的超過(guò)變壓器的層間絕緣全波沖擊強(qiáng)度一倍以上，遇到這種情況，變壓器匝間絕緣肯定要擊穿。根據(jù)理論分析和試驗(yàn)結(jié)果表明，影響正變換過(guò)電壓的因素有：（1）與進(jìn)彼方式有關(guān)。（2）與進(jìn)波波長(zhǎng)