發(fā)電廠和變電所的防雷保護.ppt

高電壓工程基礎 施圍 邱毓昌 張喬根（西安交通大學）編著 劉青（西安科技大學）制作,第11章 發(fā)電廠和變電所的防雷保護,11.1 發(fā)電廠和變電所的直擊雷防護 11.2發(fā)電廠和變電所的行波保護 11.3 變電所防雷的幾個具體問題 11.4 氣體絕緣變電所的防雷保護 11.5 旋轉電機的防雷,高電壓工程基礎,11.1 發(fā)電廠和變電所的直擊雷保護,發(fā)電廠、變電所防止直擊雷的措施：采用避雷針、避雷線及良好的接地網(wǎng)。,裝設避雷針（線）的原則,裝設的避雷針（線）應該使所有設備均處于避雷針及避雷線的保護范圍之內(nèi)。 另外，要注意防止反擊。即雷擊于避雷針及避雷線后，它們的地電位可能提高，如果它們與被保護設備的距離不夠大，則有可能在避雷針、避雷線與被保護設備之間發(fā)生放電，或叫做逆閃絡。此類放電現(xiàn)象不但會在空氣中發(fā)生，而且還會在地下接地裝置間發(fā)生，一旦出現(xiàn)，高電位就將加到電力設備上，有可能導致電力設備的絕緣損壞。,高電壓工程基礎,避雷針（線）的設計計算,1. 獨立避雷針,I = 140 150 kA，L = 1.7 hH/m， 空氣擊穿場強500 kV/m， 土壤擊穿場強300kV/m， di / dt按斜角波頭= 2.6 s。,高電壓工程基礎,2. 架空避雷線, 一端絕緣另一端接地的避雷線, 兩端接地的避雷線,避雷針、避雷線的Sk一般不宜小于5m，Sd一般不宜小于3m，在可能的情況下，應適當?shù)丶哟蟆?高電壓工程基礎,幾個具體問題,（1）對于110kV及以上的配電裝置，由于絕緣較強，不易反擊，一般可將避雷針裝設在構架上。構架避雷針有造價低廉，便于布置的優(yōu)點。但因構架離電氣設備較近，必須保證不發(fā)生反擊的要求。 （2）35kV 及以下配電裝置的絕緣較弱，所以其構架或房頂上不宜裝設避雷針，而需要裝設獨立避雷針。 （3）發(fā)電廠廠房一般不裝設避雷針，以免發(fā)生感應或反擊使繼電保護誤動作，甚至造成絕緣損壞。,1. 構架避雷針,高電壓工程基礎,2. 避雷線,我國有關規(guī)程規(guī)定： 110kV 及以上的配電裝置 可將線路的避雷線引接到出線門型構架上，但土壤電阻率大于 1000m 的地區(qū)，應加裝 3 5 根接地極。 35 60kV 配電裝置 在 不大于 500m 的地區(qū)，允許將線路的避雷線引接到出線門型構架上，但應裝設 3 5 根接地極；當 500m 時，避雷線應終止于線路終端桿塔，進變電所一檔線路可裝設避雷針保護。,高電壓工程基礎,11.2 發(fā)電廠和變電所的行波保護,a. 閥型避雷器（限制來波的幅值） b. 進線保護（沖擊電暈降低入侵波的陡度和幅值；導線波阻 抗限制流過避雷器的沖擊電流幅值）,避雷器的保護作用,1. 避雷器保護的動作過程,避雷器上的電壓可以看作斜角平頂波,高電壓工程基礎,2. 被保護設備上的過電壓,變壓器與避雷器之間允許的最大電氣距離：,高電壓工程基礎,變電所的進線保護,線路的沖擊耐壓比變電所設備的沖擊耐壓要高得多，若無避雷線，靠近變電所線路上受到雷擊時，不但流過避雷器的雷電流幅值可能超過規(guī)定值，而且陡度也會高于允許值。,高電壓工程基礎,1. 進線保護概念,（1）對 35110kV 線路，并不要求全線架設避雷線進行保護，但在靠近變電所的 1 2km 范圍內(nèi)應裝設避雷線、避雷針或其它防雷裝置，通常稱此線段為進線段。 （2）對全線有避雷線的線路來說，把靠近變電站附近 2km 長的一段線路也叫進線段。它除了線路防雷外，還擔負著避免或減少變電所雷電行波事故的作用。 （3）在上述兩種情況下，進線段的耐雷水平要達到有關規(guī)程規(guī)定值，以減少反擊；同時保護角不超過20，以減少這段線路的繞擊。,高電壓工程基礎,2. 進線保護的作用,a. 限制流過避雷器的雷電流幅值,例如，對于220kV 線路，取U50% = 1200kV，Z = 400 ，uR= 664kV，則：,高電壓工程基礎,當選用避雷器保護變電所時，一般在電壓為 220kV 級及以下時用 5kA 下的殘壓為準，而在 330kV 以上時，以 l0kA 下殘壓為準，或者更大的雷電流，由于金屬氧化物避雷器非線性特性非常好，因此雷電流要取更高的值。,高電壓工程基礎,b. 限制侵入波陡度,高電壓工程基礎,未沿全線架設避雷線的35 110 kV 線路進線保護,3. 進線保護的典型接線,限制侵入波的幅值,保護斷路器,31500 5000 kVA，35kV變電所的簡化保護接線,用電抗線圈代替進線段避雷線的保護接線,高電壓工程基礎,11.3 變電所防雷的幾個具體問題,三繞組變壓器和自耦變壓器的防雷保護,（1）低壓繞組開路時，若線路有入侵波傳來雷電波作用在高壓側或中壓側時，由于低壓繞組的對地電容很小，開路的低壓繞組上的靜電耦合分量可能達到很高的數(shù)值，需要在任一相低壓繞組出線端對地加裝一臺避雷器。 （2）如果低壓繞組連接有25m及以上的金屬鎧裝電纜段，低壓側可不裝避雷器。 （3）三繞組變壓器中壓繞組，相對來說，絕緣水平比低壓繞組要高，當其開路運行時，一般靜電耦合分量不會損壞中壓繞組，不必加裝上述要求的避雷器。,1. 三繞組變壓器的防雷保護,高電壓工程基礎,2. 自耦變壓器的防雷保護,高電壓工程基礎,變壓器的中性點保護,在中性點直接接地的系統(tǒng)中，為減少單相接地的短路電流，有部分變壓器的中性點改為不接地運行。這時，變壓器的中性點需要保護。 全絕緣：中性點處的絕緣水平與相線端的絕緣水平相等。 此時，中性點一般不需保護。若變電所為單臺變壓器且為單路進線運行時，在三相同時進波的情況下，中性點的對地電位會超過首端的對地電位。這種情況雖屬少見，但需在中性點加裝一個與首端有同等電壓等級的避雷器。 分級絕緣：中性點處的絕緣水平低于相線端的絕緣水平。 應選用與中性點絕緣等級相同的避雷器進行保護，但要注意校驗避雷器的滅弧電壓，它始終大于中性點可能出現(xiàn)的最高工頻電壓。,高電壓工程基礎,配電變壓器的防雷保護,避雷器的接地線與變壓器金屬外殼、低壓側中性點連在一起接地,避雷器盡量靠近變壓器，盡量減小連接線的長度,高電壓工程基礎,11.4 氣體絕緣變電所的防雷保護,全封閉SF6氣體絕緣變電所（GIS）是除變壓器以外整個變電所的高壓電力設備及母線，封閉在一個接地的金屬殼內(nèi)，殼內(nèi)充以 (3 4)1.01325105 Pa大氣壓的SF6氣體作為相間和對地的絕緣。,高電壓工程基礎,GIS變電所雷電過電壓保護的特點,GIS絕緣的全伏秒特性比較平坦，其沖擊系數(shù)很小，約為1.2 1.3。因此它的絕緣水平主要決定于雷電沖擊電壓。 GIS變電所的波阻抗一般在60 100之間，遠比架空線路低，這對變電所的侵入波保護有利。 GIS變電所結構緊湊，設備之間的電氣距離小，避雷器離被保護設備較近，防雷保護措施比敞開式變電所容易。 GIS絕緣完全不允許電暈，一旦發(fā)生電暈，將立即擊穿；而且沒有自恢復能力。,高電壓工程基礎,GIS變電所常用的雷電保護接線,高電壓工程基礎,高電壓工程基礎,發(fā)電機經(jīng)升壓變壓器與架空線相連接的情況，線路上雷電波經(jīng)變壓器繞組過渡到發(fā)電機繞組。,發(fā)電機和升壓變壓器低壓側連線過長，為使這段連線不受雷擊，需用避雷針進行保護。當雷擊避雷針時，將有感應過電壓作用于電機絕緣。,發(fā)電機與負荷相距較近，將電機與架空線直接相連，稱之謂直配電機的情況。此時，若雷擊于導線或附近地面，將會有大氣過電壓作用于電機絕緣。,11.5 旋轉電機的防雷,高電壓工程基礎,旋轉電機防雷保護的特點,（1）旋轉電機在結構和工藝上的特點，它們的沖擊絕緣水平要比同電壓等級的變壓器低得多。 （2）電機絕緣特別在導線出槽處，電場極不均勻，故在過電壓作用后，會有局部的輕微損傷，使絕緣老化，可能引起擊穿。 （3）電機絕緣在運行中受機械振動、發(fā)熱以及局部放電所產(chǎn)生的臭氧的侵蝕，相對變壓器的工作條件更為嚴峻。 （4）保護旋轉電機用的磁吹避雷器（FCD）的保護性能與電機絕緣水平的配合裕度很小。 （5）由于電機繞組的結構布置特點，特別是大容量電機，其匝間電容很小，起不了改善沖擊電壓分布的作用。為了保證發(fā)電機匝間絕緣的安全運行，必須要將入進波陡度限制得很小。,高電壓工程基礎,直配電機的防雷保護, 每組發(fā)電機母線上都裝一組FCD型磁吹避雷器，以限制入侵波過電壓的幅值。 在發(fā)電機電壓母線上裝設一組并聯(lián)電容器（電容量為 0.25 0.5F），以限制侵入波陡度。這不但是保護電機匝間絕緣及中性點絕緣的需要，同時也是為了降低感應過電壓。 在直配線進線處加裝電纜段和管形避雷器等，以限制流過避雷器的雷電流不超過3kA。 發(fā)電機中性點有引出線，在中性點加裝一只避雷器保護，或者將母線并聯(lián)電容加大到1.5 2.0F，以進一步降低入侵波陡度。,措施：,高電壓工程基礎,典型接線：,在進線處裝設電感線圈L，L可以是限流電抗器，也可以是專門為防雷所設置的線圈。L不但和母線上的電容器 C 構成一個串聯(lián)振蕩電路，而且對波在L進端的正反射提高了線路側的電壓，從而加速了FS的動作，限制了進波的幅值。,架空進線段（450 600 m）的電感來代替集中電感，此段線路用獨立避雷針來保護。GB1作用：當進線段首端外側附近發(fā)生雷擊時，GB1先放電，從而將雷電流大部分由此引入地中，以防止磁吹避雷器FCD電流超過了3kA 。 GB2作用：加在線路首端的電壓，除了避雷器 GB1上的電壓降外，主要是接地電阻上的電壓降，降低此電壓。,高電壓工程基礎,發(fā)電機經(jīng)過一段大于l00m的電纜與架空 線相連接，可以利用電纜外皮高頻電流的集膚效應或電纜外皮的分流及耦合作用。 當侵入波使電纜首端管形避雷器GB2動作時，電纜芯線與外皮短接，相當于把電纜芯和外皮連在一起并具有同樣的對地電壓。電纜發(fā)揮集膚效應，從而減小了流過避雷器的電流，使殘壓降低。 GB2 與電纜之間串入一組 100 300 H 的電感，利用電感對侵入波的正反射波使 GB2 動作 也可以將避雷器 GB2 前移 70m 或增加 GB1，以發(fā)揮電纜段的作用。 此連接線應懸掛在桿塔導線下 2 3m 處，以使二線之間有一定的耦合作用。 增設 GB1 的同時，電纜首端仍保留