第七章 發(fā)電廠和變電所防雷保護(hù)

1、 發(fā)電廠是產(chǎn)生電能的中心，變電站是分配電能的樞紐。重要性：重要性： （1）遭雷擊受到破壞將造成大面積停電事故。 （2）發(fā)電機、變壓器是系統(tǒng)中最重要最昂貴的設(shè)備，且絕緣水平也較低，一旦損壞難于修復(fù)。 （3）值班運行人員的安全 所以比輸電線路防雷更加重要，需采取防雷措施。雷害來源雷害來源：（1）雷直擊發(fā)電廠和變電站的避雷針后，強大的雷電流注入到設(shè)備上。 a. 產(chǎn)生感應(yīng)過電壓 b. 避雷針電位升高對設(shè)備反擊 c. 產(chǎn)生跨步電壓和接觸電壓（2）雷擊線路后導(dǎo)線上形成雷電波侵入發(fā)電廠和變電站。防雷措施：防雷措施：（1）選址時盡可能選擇少雷區(qū)；（2）采用避雷針和避雷線作為直擊雷防護(hù)；（3）采用避雷器和進(jìn)線段

2、保護(hù)作為侵入波防護(hù)。避雷針用于防止雷閃直接擊中被保護(hù)物，稱為直擊雷保護(hù)裝置。直擊雷保護(hù)裝置。（一）保護(hù)原理（一）保護(hù)原理畸變電場 形成局部場強集中 影響先導(dǎo)發(fā)展路徑 引雷作用 H: 定向高度 針： 線：h30m H20h H 10h h 30m H=600m H=300m避雷針避雷針（二）避雷針結(jié)構(gòu)（二）避雷針結(jié)構(gòu)接閃器：接閃器：1012mm長12m的鍍鋅或鍍鎳鋼棒。接地引下線：接地引下線： 6mm圓鋼或截面積 25mm的鍍鋅鋼絞線, 也可以利用鋼筋或鐵塔。接地體：接地體：一組滿足規(guī)定接地電阻值的管狀或帶狀接地電極。注意各部分之間的連接（采用燒焊、線夾或螺栓）。2.保護(hù)范圍保護(hù)范圍22hhhh

3、xxphhrphhrxxxx)25 . 1 ()(（三）避雷針保護(hù)范圍（三）避雷針保護(hù)范圍1. 單支避雷針：單支避雷針：（一個圓錐體，一個圓臺體）（一個圓錐體，一個圓臺體） (1) 在地面上的保護(hù)半徑：在地面上的保護(hù)半徑： hr5 . 1(2) 在在 水平面上的保護(hù)半徑：水平面上的保護(hù)半徑：hx2hhxphhrxx2hhxphhrxx25 . 1其中其中p為為高度影響系數(shù)高度影響系數(shù)mh301pmh1203015 . 5hp保護(hù)角保護(hù)角 平原：平原： 45 37山區(qū)：山區(qū)： 保護(hù)范圍內(nèi)的被保護(hù)物就絕對不會遭受雷擊？規(guī)程規(guī)定：0.1的雷擊概率（穿透率） 發(fā)電廠、變電站采用多針聯(lián)合保護(hù)。（三）避雷

4、針保護(hù)范圍（三）避雷針保護(hù)范圍2. 雙支等高避雷針雙支等高避雷針hobxrxhxbx1.5hoDopDhh70 xxhhb05 . 1一般要求：一般要求： 5hD以達(dá)到聯(lián)合保護(hù)的效果。以達(dá)到聯(lián)合保護(hù)的效果。（三）避雷針保護(hù)范圍（三）避雷針保護(hù)范圍3. 雙支不等高避雷針雙支不等高避雷針h2h1D，DfpDf7pDhfhh7210rDD21hhr45oxoxhhb5 . 1 （三）避雷針保護(hù)范圍（三）避雷針保護(hù)范圍4. 三支等高避雷針三支等高避雷針bx12132xh0 xb（1 1）外側(cè)：同兩支。）外側(cè)：同兩支。（2 2）內(nèi)側(cè)：）內(nèi)側(cè)： 水平面上個相鄰針間水平面上個相鄰針間，則全部面積，則全部面積

5、得到保護(hù)。得到保護(hù)。（三）避雷針保護(hù)范圍（三）避雷針保護(hù)范圍5. 四支及以上避雷針：四支及以上避雷針：分成幾個三角形，分別按三分成幾個三角形，分別按三支校驗。支校驗。bx2.41234一、一、 發(fā)電廠和變電站的直擊雷保護(hù)發(fā)電廠和變電站的直擊雷保護(hù)避雷針和避雷線的接地都為獨立接地體。注意校核：（1）空氣間隙Sk（2）土壤間隙Sd以免反擊另：避雷針能否架設(shè)在構(gòu)架上問題？線路終端桿塔避雷線能否進(jìn)變電站問題?電壓等級土壤電阻率二、發(fā)電廠和變電站的侵入波保護(hù)二、發(fā)電廠和變電站的侵入波保護(hù)沿導(dǎo)線傳播的侵入波幅值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變電站內(nèi)設(shè)備絕緣水平。沿導(dǎo)線傳播的侵入波幅值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變電站內(nèi)設(shè)備絕緣水平。如：如：110

6、kV線路一般線路一般7片絕緣子，閃絡(luò)電壓為片絕緣子，閃絡(luò)電壓為700kV，而，而變壓器沖擊絕緣水平為變壓器沖擊絕緣水平為480kV，多次全波試驗保險電壓為，多次全波試驗保險電壓為478kV，F(xiàn)Z-110J U沖擊沖擊310kV，Ur,5=332kV故需采用避雷器作為變電站內(nèi)侵入波的保護(hù)。故需采用避雷器作為變電站內(nèi)侵入波的保護(hù)。一、避雷器的保護(hù)動作過程一、避雷器的保護(hù)動作過程避雷器直接并在設(shè)備旁避雷器直接并在設(shè)備旁)()(21bbbbifutuziu避雷器動作前：避雷器動作前： ub=u(t)動作后：動作后：避雷器電壓（二）避雷器與變壓器間的距離對過電壓的影響（二）避雷器與變壓器間的距離對過電壓

7、的影響避雷器和被保護(hù)設(shè)備并在一起時，被保護(hù)設(shè)備上的過電壓避雷器和被保護(hù)設(shè)備并在一起時，被保護(hù)設(shè)備上的過電壓就是避雷器上的電壓，但實際工程中不可能在每臺被保護(hù)就是避雷器上的電壓，但實際工程中不可能在每臺被保護(hù)設(shè)備上并一臺避雷器，也就是說避雷器與被保護(hù)設(shè)備存在設(shè)備上并一臺避雷器，也就是說避雷器與被保護(hù)設(shè)備存在一定距離，距離對過電壓有影響。一定距離，距離對過電壓有影響。設(shè)備上過電壓為：vlaUUrs25 ,可見為了保證設(shè)備的安全，需采取如下措施：1）限制通過避雷器的雷電流， 5kA或10kA，降低殘壓；2）限制雷電流陡度a；3）盡量縮短避雷器與被保護(hù)設(shè)備間的電氣距離l；(三三) 變壓器與避雷器之間的

8、最大允許距離變壓器與避雷器之間的最大允許距離 由于避雷器動作以后的波的多次折反射，變壓器上的電由于避雷器動作以后的波的多次折反射，變壓器上的電壓為振蕩的，這種波形與全波相差較大、而與截波相似，實壓為振蕩的，這種波形與全波相差較大、而與截波相似，實際中就是以變壓器承受多次截波的能力（多次截波耐壓值際中就是以變壓器承受多次截波的能力（多次截波耐壓值uj）表示承受雷電波的能力。表示承受雷電波的能力。jrjukvaluuu2maxmax,22avakauuvkauulrjrj變壓器上的最大沖擊電壓變壓器上的最大沖擊電壓umax應(yīng)小于多次截波耐壓值應(yīng)小于多次截波耐壓值uj避雷器與變壓器之間的最大允許距離

9、避雷器與變壓器之間的最大允許距離lmaxa為空間陡度為空間陡度結(jié)論：（1）避雷器具有一定的保護(hù)范圍，最大允許距離lmax與 變壓器uj和避雷器ur差值有關(guān) ujur lmax（2）lmax與侵入波陡度a有關(guān) a lmax 所以要 a（3）其它設(shè)備lmax要大35%（4）變電站多回出線比單回出線lmax高 因此，實際工程中，在變電站雷電侵入波保護(hù)設(shè)計時就是選擇避雷器的布置位置，原則是在任何可能的運行方式下，變電站內(nèi)變壓器和其它設(shè)備距避雷器的電氣距離應(yīng)小于最大允許電氣距離。（四）變電站的保護(hù)接線（四）變電站的保護(hù)接線-1220kV及以下變電站保證每段可能單獨運行的母線都有一組避雷器。（四）變電站的

10、保護(hù)接線（四）變電站的保護(hù)接線-2 500kV國內(nèi)敞開式變電站主要是雙母線帶旁路或一個半開關(guān)的電氣主接線，由于電氣距離遠(yuǎn)，每臺避雷器只能保護(hù)與它靠近的電氣設(shè)備。 1）每條單獨運行的母線需裝一組電站型避雷器； 2）每回出線出口的線路側(cè)需裝一組線路型避雷器； 3）每臺變壓器旁需裝一組電站型避雷器； 4）線路入口的高壓并聯(lián)電抗器根據(jù)具體情況決定是否裝線路型避雷器。三、變電站的進(jìn)線段保護(hù)三、變電站的進(jìn)線段保護(hù)變電站電氣設(shè)備在雷電侵入時出現(xiàn)的過電壓為：kvaluur2需限制i雷電 ur 及 需 a u 進(jìn)線段保護(hù)進(jìn)線段：進(jìn)線段：輸電線靠近變電站12km的線段。統(tǒng)計表明：變電站侵入波事故50%是1km線路

11、落雷造成的，71是3km線路落雷造成的。進(jìn)線段保護(hù)：進(jìn)線段保護(hù)：加強進(jìn)線段防雷保護(hù)措施（無避雷線的架設(shè)避雷線，有避雷線減小保護(hù)角，增加絕緣子片數(shù)，加強檢查巡視）使進(jìn)線段耐雷水平高于線路其它部分，減小進(jìn)線段發(fā)生繞擊和反擊形成侵入波的概率，這樣侵入變電站的雷電波主要來自進(jìn)線段之外。 侵入波經(jīng)過在進(jìn)線段上傳播時，由于沖擊電暈陡度會降低，進(jìn)線段的波阻抗也起著限制流過避雷器的雷電流的作用。 進(jìn)線段作用進(jìn)線段作用：（1）限制雷電流（2）降低侵入波陡度（一）避雷器雷電流計算（一）避雷器雷電流計算 進(jìn)線段以外落雷，侵入波幅值被限制在進(jìn)線段絕緣子串的u50%，進(jìn)線段12km的傳播時間為： 故不考慮負(fù)的反射波。s

12、vl3 .137 . 6300400020002zuuInznuuIunzIunzuIzurBLrBLrBLrrBL%50%50%502, 12)1(2220kV線路絕緣子u50%=1200kV 、架空線z=400 FZ-220J避雷器ur,5=664kVIBL=4.34kA5kA 出線越多雷電流越小 330kV和500kV線路為分裂導(dǎo)線其波阻抗小些，故避雷器雷電流取10kA。（二）侵入波陡度的衰減計算（二）侵入波陡度的衰減計算 由于u50%超過了導(dǎo)線上起始沖擊電暈電壓，侵入波傳播時會因沖擊電暈產(chǎn)生衰減和變形（陡度降低）。)/()4 . 2150(1300)/()008. 05 . 0(00m

13、kVlhuavaaskVlhuuuadd時間陡度空間陡度（三）（三） 典型接線典型接線 1、35kV及以上變電站及以上變電站F3裝設(shè)原則：裝設(shè)原則：沖擊絕緣水平特別高的線路，如瓷（木）橫擔(dān)或沖擊絕緣水平特別高的線路，如瓷（木）橫擔(dān)或降壓運行的線路，限制侵入波幅值用。降壓運行的線路，限制侵入波幅值用。F2裝設(shè)原則：裝設(shè)原則：雷雨季節(jié)常有斷路器斷開、而線路帶電運行方式，雷雨季節(jié)常有斷路器斷開、而線路帶電運行方式，防止來波在開路的線路末端全反射造成閃絡(luò)，工頻短路電流燒防止來波在開路的線路末端全反射造成閃絡(luò)，工頻短路電流燒壞斷路器或隔離開關(guān)，但正常運行時，壞斷路器或隔離開關(guān)，但正常運行時，F(xiàn)2應(yīng)在應(yīng)在

14、F1的保護(hù)范圍內(nèi)。的保護(hù)范圍內(nèi)。2、35kV小容量變電站簡化接線小容量變電站簡化接線 變電站面積小，避雷器與變壓器距離在變電站面積小，避雷器與變壓器距離在10m以內(nèi)。以內(nèi)。四、旋轉(zhuǎn)電機的防雷保護(hù)四、旋轉(zhuǎn)電機的防雷保護(hù)（一）旋轉(zhuǎn)電機防雷特點：（一）旋轉(zhuǎn)電機防雷特點：1）重要、昂貴、修復(fù)困難；）重要、昂貴、修復(fù)困難；2）絕緣易老化（固體絕緣介質(zhì)氣隙多、易損傷，且運行）絕緣易老化（固體絕緣介質(zhì)氣隙多、易損傷，且運行 條件惡劣，受潮、振動、電動力作用）條件惡劣，受潮、振動、電動力作用）3）沖擊耐壓低（僅為同電壓等級變壓器的）沖擊耐壓低（僅為同電壓等級變壓器的1/2.5-1/4）4）保護(hù)用的避雷器保護(hù)裕度低；）保護(hù)用的避雷器保護(hù)裕度低；5）為降低縱絕緣壓降需將來波陡度限制在）為降低縱絕緣壓降需將來波陡度限制在a5kV/s。不僅要把避雷器雷電流限制在不僅要把避雷器雷電流限制在3kA以下而且需將侵入波以下而且需將侵入波陡度限制在陡度限制在5kV/s以下。以下。保護(hù)措施：保護(hù)措施：1 1）母線上）母線上FCDFCD型磁吹避雷器或金屬氧化物避雷器，限制型磁吹避