變電所防雷保護學習教案

1、會計學1變電所防雷保護變電所防雷保護(boh)第一頁，共31頁。第一節(jié) 架空輸電線路(xinl)防雷保護輸電線路耐雷性能的若干指標 線路雷害事故(shg)發(fā)展過程及防護措施 線路耐雷性能的分析計算第1頁/共31頁第二頁，共31頁。一條100km長的架空輸電線路在一年中遭到數(shù)十次雷擊。線路的雷擊事故在電力系統(tǒng)總的雷害事故中占有(zhnyu)很大的比重。一、輸電線路(xinl)耐雷性能的若干指標每100km線路的年落雷(luli)次數(shù)N為地面落雷密度; b為兩根避雷線之間的距離；h為避雷線的平均對地高度; Td為雷暴日數(shù)N = ( b+4h ) Td / 10 次/（100km年）第2頁/共31頁

2、第三頁，共31頁。1、耐雷水平(shupng)（I）耐雷水平是指雷擊線路時，其絕緣尚不至于發(fā)生(fshng)閃絡的最大雷電流幅值或能引起絕緣閃絡的最小雷電流幅值，單位為kA。我國標準規(guī)定的各級電壓線路(xinl)應有的耐雷水平值見 表8-1第3頁/共31頁第四頁，共31頁。275. 010)145 . 4(E2、雷擊(lij)跳閘率（n ）雷擊跳閘率是指在雷暴日數(shù)Td40的情況下、100km的線路每年因雷擊而引起的跳閘次數(shù)，其單位為“次/(100km40雷暴日)”實際線路長度L不是100km，雷暴日數(shù)也不正好是40時必須換算到某一相同(xin tn)的條件下(100km，40雷暴日)，才能進行

3、比較。但是雷電流超過了線路耐雷水平，只會引起(ynq)沖擊閃絡，只有在沖擊閃絡之后還建立工頻電弧，才會引起(ynq)線路跳閘。由沖擊閃絡轉變成穩(wěn)定工頻電弧的概率為建弧率( ),它與沿絕緣子串或空氣間隙的平均運動電壓梯度有關。可由下式求得第4頁/共31頁第五頁，共31頁。二、線路雷害事故發(fā)展過程(guchng)及防護措施只要能設法制止上述發(fā)展過程中任一環(huán)節(jié)(hunji)的實現(xiàn)，就可避免雷擊引起長時間停電事故。輸電線路上采用的各種防雷保護措施： (一)避雷線（架空地線） 110kV及以上架空輸電線路防雷措施是沿全線(qun xin)架設避雷線；35kV及以下的線路主要依靠架設消弧線圈和自動重合閘來

4、進行防雷保護。第5頁/共31頁第六頁，共31頁。（二）降低桿塔接地電阻 提高線路耐雷水平和減少反擊概率的主要措施。桿塔的工頻接地電阻一般(ybn)為1030。 （三）加強線路絕緣 增加絕緣子串中的片數(shù)、改用大爬距懸式絕緣子、增大塔頭空氣間距等等，但有相當大的局限性。一般(ybn)優(yōu)先采用降低桿塔接地電阻的辦法來提高線路耐雷水平。 （四）耦合地線 作為一種補救措施，具有一定的分流作用和增大導地線之間的耦合系數(shù)，因而能提高線路的耐雷水平和降低雷擊跳閘率。第6頁/共31頁第七頁，共31頁。(五)消弧線圈 能使雷電過電壓所引起來的一相對地沖擊閃絡不轉變成穩(wěn)定的工頻電弧，即大大減小建弧率和斷路器的跳閘次

5、數(shù)。 (六)管式避雷器 僅用作線路(xinl)上雷電過電壓特別大或絕緣薄弱點的防雷保護。它能免除線路(xinl)絕緣的沖擊閃絡，并使建弧率降為零。 (七)不平衡絕緣 一回路的三相絕緣子片數(shù)少于另一路的三相。 (八)自動重合閘 線路(xinl)絕緣不會發(fā)生永久性的損壞或劣化。第7頁/共31頁第八頁，共31頁。三、線路耐雷性能的分析(fnx)計算(一)繞擊導線 雷閃繞過避雷線直接擊中導線 的概率，稱為繞擊率P 。P之值與避雷線對邊相導線的保護角、桿塔高度ht及線路通過地區(qū)(dq)的地形地貌等因素有關。9 . 386lgthP平原線路35. 386lgthP山區(qū)線路第8頁/共31頁第九頁，共31頁。

6、 繞擊跳閘次數(shù) （次/年） N 年落雷(luli)總數(shù) Pa 繞擊率 P2 超過繞擊耐壓水平I2的雷電流 建弧率 22PPNn第9頁/共31頁第十頁，共31頁。/4AgUZl av (二)雷擊(lij)檔距中央的避雷線雷擊避雷線最嚴重的情況是雷擊點處于檔距中央(zhngyng)時。真正擊中檔距中央(zhngyng)避雷線的概率只有10%左右。雷擊(lij)點電壓最大值可見UA僅僅取決于它的波前陡度，而與雷電流無關。第10頁/共31頁第十一頁，共31頁。gtiii(三)雷擊(lij)桿塔擊桿率：雷擊桿塔次數(shù)(csh)與落雷總數(shù)的比值。注入線路的總電流(dinli)即為雷電流(dinli) it為

7、流經(jīng)桿塔的電流，ig為流經(jīng)避雷線的電流。第11頁/共31頁第十二頁，共31頁。)(dtdiLiRutitop)(dtdiLiRuaia 線 路 桿 塔 分 流 系 數(shù)1topuku線路(xinl)絕緣子串上所受到的雷電過電壓包括四個分量：1、桿塔電流(dinli)it在橫擔以下的塔身電感La和桿塔沖擊接地電阻Ri上造成壓降，使橫擔具有一定的對地電位2、塔頂電壓utop沿著避雷線傳播而在導線(doxin)上感應出來的電壓u1。與上一分量ua相似，桿塔電流it造成的塔頂電位第12頁/共31頁第十三頁，共31頁。)1(0)()(khhuucgcici2)(1uuuuuciali3、雷擊(lij)塔頂

8、而在導線上產(chǎn)生的感應雷擊(lij)過電壓 ui(c) - 無避雷線時的感應雷擊(lij)過電壓 k0- 導、地線間的幾何耦合系數(shù)4、線路本身的工頻(n pn)電壓u2作用在絕緣子串上的合成電壓第13頁/共31頁第十四頁，共31頁。小 結通常采用耐雷水平和雷擊跳閘率來表示一條線路的耐雷性能(xngnng)和所采用防雷措施的效果。 輸電線路常采用避雷線、降低桿塔接地電阻、加強線路絕緣等措施來進行防雷。 可按雷擊點的不同把線路的落雷分為三種情況：繞擊導線、雷擊檔距中央的避雷線和雷擊桿塔。第14頁/共31頁第十五頁，共31頁。第二節(jié) 變電所的防雷保護(boh)變電所的直擊雷保護 閥式避雷器保護作用的分

9、析 變電所的進線段保護 變電所防雷的幾個(j )具體問題第15頁/共31頁第十六頁，共31頁。1)雷電(lidin)直擊變電所； 2)沿輸電線入侵的雷電(lidin)過電壓波。線路的雷害事故往往只導致(dozh)電網(wǎng)工況的短時惡化；變電所的雷害事故就要嚴重得多，往往導致(dozh)大面積停電。變電設備得內(nèi)絕緣水平往往低于線路絕緣，而且不具有自恢復功能，一旦發(fā)生擊穿，后果十分嚴重。變電所的防雷保護與輸電線路相比，要求更嚴格、措施更嚴密、可靠。變電所中出現(xiàn)的雷電過電壓的兩個(lin )來源：第16頁/共31頁第十七頁，共31頁。一、變電所的直擊雷保護(boh)必須裝設避雷針或避雷線對直擊雷進行保護

10、。按安裝方式(fngsh)的不同，避雷針分為獨立避雷針和構架避雷針兩類。注意對絕緣水平不高的35kV以下的配電裝置，構架避雷針容易導致絕緣閃絡(反擊)。變電所的直擊雷防護設計內(nèi)容主要是選擇避雷針的支數(shù)、高度、裝設位置、驗算它們的保護范圍、應有的接地電阻、防雷接地裝置設計等。對于獨立避雷針，則還有一個驗算它對相鄰配電裝置構架(u ji)及其接地裝置的空氣間距及地下距離的問題。第17頁/共31頁第十八頁，共31頁。11EUSA22EUSBhRsi1 . 02 . 01iRs3.02為了防止(fngzh)避雷針對構架發(fā)生反擊，其空氣間距S1應滿足下式要求為了防止(fngzh)避雷針接地裝置與變電所接

11、地網(wǎng)之間因土壤擊穿而連在一起，地下距離S2 亦應滿足下式要求用下面兩個(lin )公式校核獨立避雷針的空氣間距和地中距離E1、E2分別為空氣間隙平均沖擊擊穿場強和土壤平均沖擊擊穿場強。第18頁/共31頁第十九頁，共31頁。二、閥式避雷器保護作用(zuyng)的分析裝設閥式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(zuyng)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。閥式避雷器的保護(boh)作用基于三個前提：1)它的伏秒特性與被保護絕緣的伏秒特性有良好的配合 2)它的伏安特性應保證其殘壓低于被保護絕緣的沖擊電氣強度 3)被保護絕緣必須處于該避雷器的保

12、護距離之內(nèi)。第19頁/共31頁第二十頁，共31頁。被保護絕緣(juyun)與避雷器之間的電壓差 U，可以利用圖8-7中的接線圖來確定。以電壓(diny)波到達避雷器端子1為時間起點，u1=tt=T（波傳過距離l 所需時間l/v），波到達設備端子2，全反射。 u2=2(t-T)第20頁/共31頁第二十一頁，共31頁。t=2T，反射波到達1點，避雷器上的電壓上升陡度加大（mb段）避雷器擊穿電壓 Ub= (2T)+2(tb-2T)=2 (tb-T)t=tb+T，避雷器限壓效果對設備產(chǎn)生(chnshng)影響 U2=2(tb+T)-T=2tb電壓差 U =U2-Ub=2T=2l/v 或 U =U2-U

13、b=2T=2l第21頁/共31頁第二十二頁，共31頁。被保護(boh)絕緣與避雷器間的電氣距離 l 越大、進波陡度或越大，電壓差值 U 也就越大。閥式避雷器動作以后有一個不大的電壓(diny)降，然后保持殘壓水平，由于被保護設備與避雷器間有距離，致使電壓(diny)波產(chǎn)生振蕩，接近沖擊截波，因此對于變壓器類電力設備來說，往往采用2s截波沖擊耐壓值作為他們的絕緣沖擊耐壓水平。第22頁/共31頁第二十三頁，共31頁。UUUisiw)()(max2aUUKlisiw 絕緣沖擊(chngj)耐壓水平應滿足： 閥式避雷器的保護(boh)距離： K為變電所出線修正(xizhng)系數(shù)避雷器具體安裝點選擇原

14、則：“確保重點、兼顧一般”。在諸多的變電設備中，需要確保的重點無疑是主變壓器，應盡可能把閥式避雷器裝得離主變壓器近一些。第23頁/共31頁第二十四頁，共31頁。三、變電所的進線段(xindun)保護保證在靠近變電所的一段不長(一般為l2km)的線路上不出現(xiàn)繞擊或反擊。對于那些未沿全線架設避雷線的35kV及以下的線路來說，首先在靠近變電所(l2km)的線段上加裝避雷線，使之成為(chngwi)進線段；對于全線有避雷線的110km及以上的線路，將靠近變電所的一段長2km的線路劃為進線段。在進線段上, 加強防雷措施、提高耐雷水平。進線段(xindun)的作用：1）雷電過電壓波在流過進線段時因沖擊電暈

15、而發(fā)生衰減和變形，降低了波前陡度和幅值； 2）限制流過避雷器的沖擊電流幅值第24頁/共31頁第二十五頁，共31頁。)008.05.0(cphUaUlZnUUIRFV%502(一)從限制進波陡度的要求(yoqi)來確定應有的進線段長度 所需的進線段長度U行波的初始幅值，kV hc進線段導線(doxin)的平均對地高度，mFVI（二）計算流過避雷器的沖擊電流幅值IFVUR閥式避雷器的殘壓，kV n變電所母線上接的線路(xinl)總條數(shù)第25頁/共31頁第二十六頁，共31頁。四、變電所防雷的幾個(j )具體問題(一)變電所防雷接線(ji xin)進線段提高耐雷性能的保護措施： 1)在進線保護段內(nèi)，避

16、雷線的保護角不宜(by)超過20。 2)采取措施以保證進線段的耐雷水平。(二)三相繞組變壓器的防雷保護高壓側有雷電過電壓波時，通過繞組間的靜電耦合和電磁耦合，低壓側出現(xiàn)一定過電壓。在任一相低壓繞組加裝閥式避雷器。第26頁/共31頁第二十七頁，共31頁。 (三)自耦變壓器的防雷保護(boh)高壓側進波時，應在中壓斷路器QF2的內(nèi)側裝設一組閥式避雷器（圖8-14中的FV2）進行(jnxng)保護。中壓側進波時，在高壓(goy)斷路器 QF1的內(nèi)側也應裝設一組避雷器 （圖8-14中的FV1）進行保護。當中壓側接有出線時，還應在AA之間再跨接一組避雷器（圖8-14中的FV3）。第27頁/共31頁第二十

17、八頁，共31頁。 (四)變壓器中性點的保護(boh)110kV及以上(yshng)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、當中性點為降級絕緣時，則必須選用與中性點絕緣等級相當(xingdng)的避雷器加以保護，同時注意校核避雷器的滅弧電壓。35kV及一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，一般不設保護裝置。第28頁/共31頁第二十九頁，共31頁。1)GIS絕緣的伏秒特性很平坦，其絕緣水平主要取決于雷電沖擊(chngj)水平。采用氧化鋅避雷器； 2)GIS結構緊湊，被保護設備與避雷器相距較近，比常規(guī)變電所有利； 3)GIS的同軸母線筒的波阻抗小，過電壓幅值和陡度都顯著變小，對變電所的進行波防護有利； 4)GIS內(nèi)絕緣電場結構不均勻，易擊穿，要求防雷保護措施更加可靠、在絕緣配合中留有足夠的裕度。 (五)氣體絕緣(juyun)變電所防雷保護的特點全封閉SF6氣體(q