變電站的防雷接地

1、第七章 發(fā)電廠(chǎng)和變電所的防雷保護(hù) 內(nèi)容提要： 1、發(fā)電廠(chǎng)和變電所的直擊雷防護(hù) 2、避雷器的保護(hù)作用 3、變電所的進(jìn)線(xiàn)保護(hù) 4、配電變壓器的防雷保護(hù) 5、直配電機(jī)的防雷前 言 發(fā)電廠(chǎng)、變電所是電力系統(tǒng)的重要組成部分，如發(fā)生雷擊事故，可能會(huì)使變壓器及其他電器等主要設(shè)備發(fā)生損壞，造成大面積停電，嚴(yán)重影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活，因此，對(duì)發(fā)電廠(chǎng)、變電所的防雷保護(hù)，必須十分可靠。 發(fā)電廠(chǎng)和變電所的雷害來(lái)源于兩方面：一是雷電直擊，另一是雷擊線(xiàn)路后沿線(xiàn)路向發(fā)電廠(chǎng)、變電所傳來(lái)的入侵波。 發(fā)電廠(chǎng)、變電所直擊雷防護(hù)的措施常采用避雷針（線(xiàn)），入侵波的防護(hù)采用閥型避雷器，同時(shí)輔之以相應(yīng)的措施，以限制流過(guò)避雷器的雷電流和降低

2、入侵波的陡度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)35kV和110-220kV變電所由于入侵波而引起的事故率分別為0.67次/百所年和0.5次/百所年，直配電機(jī)的雷擊損壞率約為1.25次/百所年。7.1 發(fā)電廠(chǎng)、變電所直擊雷保護(hù)1、所有被保護(hù)設(shè)備均應(yīng)處于避雷針的保護(hù)范圍之內(nèi)。2、為了防止反擊，避雷針距離被保護(hù)設(shè)備空氣中距離不小于5米；避雷針的接地裝置與被保護(hù)物的接地裝置在土壤中距離不小于3米。分析發(fā)電廠(chǎng)、變電所架設(shè)避雷針的原則：分析Ud=iLRch dtdihLiRdtdiLiRUchchk0設(shè)雷電流的幅值為150kA，雷電流陡度 ，避雷針的電感L0=1.7uH/m，則： uskAdtdiL/30hRUchk5115

3、0chdRU150 若取空氣和土壤的沖擊放電電壓均為每米500kV，則避雷針在空氣中與被保護(hù)物之間應(yīng)保持 避雷針的接地裝置與被保護(hù)物的接地裝置之間應(yīng)保持 一般情況下，避雷針接地電阻為10歐，高度要在幾十米，所以空氣中距離取5米，土壤中取3米。hRSchk1 . 03 . 0chdRS3 . 0反擊被認(rèn)為是避雷針的主要缺點(diǎn)之一。在建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50057-1994）中給出了不同類(lèi)建筑物與避雷針之間為防反擊所需的距離的求解公式。在電力系統(tǒng)，空氣中避雷針與被保護(hù)物之間的距離要求不小于5m，土壤中，避雷針的接地裝置與被保護(hù)物的接地裝置之間的距離要求不小于3m。當(dāng)受現(xiàn)場(chǎng)條件限制滿(mǎn)足不了安全凈距

4、的要求時(shí)，可以將避雷針的接地裝置與被保護(hù)物的接地裝置進(jìn)行等電位聯(lián)結(jié)。 3、對(duì)于35kV及以下的變電所，因其絕緣水平較低，故不允許將避雷針裝在配電構(gòu)架上，以免發(fā)生反擊，需架設(shè)獨(dú)立避雷針并滿(mǎn)足不發(fā)生反擊的要求。4、發(fā)電廠(chǎng)廠(chǎng)房上一般不設(shè)避雷針，以免發(fā)生反擊事故和引起繼電保護(hù)誤動(dòng)作。110kV及以上的變電所可以將避雷針裝設(shè)在配電裝置的構(gòu)架上。但避雷針的配電構(gòu)架應(yīng)裝設(shè)輔助接地裝置，此接地裝置與變電所接地網(wǎng)的連接點(diǎn)距主變壓器接地裝置與變電所接地網(wǎng)的連接點(diǎn)之間的距離不小于15米。我的構(gòu)架上不能設(shè)避雷針！ 如圖一陡度為30kV/us的無(wú)限長(zhǎng)斜角波從一條波阻抗Z=300歐的半無(wú)限長(zhǎng)架空線(xiàn)路上傳來(lái)，A、B兩點(diǎn)間距

5、300米，B點(diǎn)開(kāi)路，A點(diǎn)管型避雷器的放電電壓為120KV，求FT動(dòng)作時(shí)B點(diǎn)電壓及A、B兩點(diǎn)最大電壓。 TAB=1us，2 us后有反行波從B點(diǎn)返回。反行波與前行波極性和波形相同。所以有：230+2t30=120得到t=1us,即3us時(shí)避雷器動(dòng)作，此時(shí)B點(diǎn)電壓為60kV， B點(diǎn)最大電壓為2 90=180kV，A點(diǎn)最大電壓為120kV。7.2 變電所母線(xiàn)閥型避雷器的保護(hù)作用 對(duì)避雷器的基本要求是：先于被保護(hù)物放電，并能可靠滅弧。避雷器與被保護(hù)物之間最好零距離，但從成本上考慮，變電所中是在母線(xiàn)上加裝一組避雷器，此時(shí)避雷器是有保護(hù)范圍的。 t=l/v時(shí)刻 uA=a,uB=0；前行波到達(dá)B點(diǎn)發(fā)生全反射

6、； t=2時(shí)刻 uA=2a,uB=2a；反行波回到A點(diǎn),A點(diǎn)電壓按UA=at+a(t-2)=2a(t-)變化；設(shè)變壓器入口電容很小，相當(dāng)于開(kāi)路 所以、變壓器上承擔(dān)的最大電壓2at0等于避雷器的殘壓2a(t0-)與2a的和，即：vlauubB25 t=t0 時(shí)刻避雷器放電，A點(diǎn)電壓為2a(t0-),令它等于5kA下避雷器的殘壓Ub5。前行波在A(yíng)點(diǎn)電壓是at0,此電壓到達(dá)B點(diǎn)后發(fā)生全反射，是變壓器上出現(xiàn)的最大電壓，等于2at0。實(shí)際上由于變電所具體接線(xiàn)的復(fù)雜性以及各設(shè)備具有對(duì)地電容存在，避雷器與變壓器之間的連線(xiàn)也有電感，使避雷器動(dòng)作后在避雷器與變壓器之間的波過(guò)程復(fù)雜化。這是由于避雷器放電時(shí)產(chǎn)生的的

7、負(fù)電壓波在避雷器與變壓器之間多次反射所引起的。此時(shí)，變壓器上的波形與全波相差很大，對(duì)變壓器絕緣的作用接近于截?cái)嗖?。因此常以變壓器絕緣承受截?cái)嗖ǖ哪芰?lái)說(shuō)明變壓器承受雷電的能力，變壓器承受截?cái)嗖ǖ哪芰ΨQ(chēng)為多次截波耐受電壓uj。變壓器要得到保護(hù)，其多次截波耐受電壓應(yīng)該高于此電壓，即：jbuvlau25額定電壓變壓器三次波耐受電壓變壓器多次波耐受電壓FZ型避雷器ub5FCZ型避雷器ub535110220330225550109013001964789491130134332664108260515820jbuvlau25分析為了保證設(shè)備安全，必須限制避雷器的殘壓，也就是限制流過(guò)避雷器的雷電流不超過(guò)5

8、kA，同時(shí)也必須限制入侵波的陡度和設(shè)備離開(kāi)避雷器的距離。在入侵波陡度一定時(shí)，避雷器與變壓器之間的距離有一極限值，超過(guò)此值，變壓器上受到的沖擊電壓將超過(guò)其沖擊耐壓，避雷器對(duì)變壓器起不到保護(hù)作用，此值稱(chēng)為避雷器的最大保護(hù)距離或稱(chēng)保護(hù)范圍。7.3 變電所進(jìn)線(xiàn)的保護(hù) 為了限制流經(jīng)避雷器的雷電流和限制入侵波的陡度，變電所需采用進(jìn)線(xiàn)保護(hù)接線(xiàn)。一、35及以上變電所的進(jìn)線(xiàn)段保護(hù)對(duì)于35110kV無(wú)避雷線(xiàn)的線(xiàn)路，當(dāng)雷擊于變電所附近線(xiàn)路的導(dǎo)線(xiàn)上時(shí)，沿線(xiàn)入侵流經(jīng)避雷器的雷電流可能超過(guò)5kA，而且陡度也可能超過(guò)允許值，因此對(duì)對(duì)于35110kV無(wú)避雷線(xiàn)的線(xiàn)路，在靠近變電所的一段進(jìn)線(xiàn)上，必須架設(shè)避雷線(xiàn)，在進(jìn)線(xiàn)段內(nèi)出現(xiàn)雷電

9、波的概率大大減小，保證雷電波只能在進(jìn)線(xiàn)段以外出現(xiàn)。架設(shè)避雷線(xiàn)的這段進(jìn)線(xiàn)稱(chēng)為變電所進(jìn)線(xiàn)保護(hù)段1）閥型避雷器的作用：保護(hù)全所設(shè)備2）避雷線(xiàn)作用：避雷線(xiàn)保護(hù)角很小，在進(jìn)線(xiàn)段內(nèi)不發(fā)生繞擊，雷擊于進(jìn)線(xiàn)段以外的導(dǎo)線(xiàn)上時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)自身電阻將消耗入侵波能量，來(lái)限制入侵波幅值。3）管型避雷器1：限流。4）管型避雷器2：保護(hù)開(kāi)關(guān)。1、未沿全線(xiàn)架設(shè)避雷線(xiàn)的進(jìn)線(xiàn)段保護(hù)二、全線(xiàn)架設(shè)避雷線(xiàn)的變電所進(jìn)線(xiàn)段保護(hù)三、35kV小容量變電所的簡(jiǎn)化進(jìn)線(xiàn)保護(hù)四、用電抗線(xiàn)圈代替進(jìn)線(xiàn)段的保護(hù)接線(xiàn)7.4 三繞組變壓器和自耦變壓器的防雷保護(hù) 一、三繞組變壓器的防雷保護(hù) 三繞組變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，有時(shí)存在只有高、中壓繞組工作低壓繞組開(kāi)路的運(yùn)行情況。

10、此時(shí)若高壓繞組或中壓繞組有雷電波入侵時(shí)，由于低壓繞組對(duì)地電容較小，開(kāi)路的低壓繞組上靜電感應(yīng)分量可達(dá)到很高的數(shù)值，將危及低壓繞組絕緣。考慮到靜電感應(yīng)分量將使低壓繞組三相電位同時(shí)升高，故為了限制這種過(guò)電壓，只要在低壓繞組任一相的直接出口處加裝一只避雷器即可。 中壓繞組也有開(kāi)路的可能，但其絕緣水平較高，一般不加設(shè)避雷器。二、自耦變壓器的防雷保護(hù) 1、高低壓運(yùn)行、中壓開(kāi)路可能引起中壓側(cè)套管閃絡(luò)！ 2、中低壓繞組運(yùn)行、高壓開(kāi)路可能使高壓側(cè)套管閃絡(luò)！ 3、高中壓繞組之間繞組的防雷保護(hù)當(dāng)高壓側(cè)帶有出線(xiàn)，中壓側(cè)有行波入侵時(shí)，AA之間絕緣上有很高的電壓。當(dāng)中壓側(cè)帶有出線(xiàn)，高壓側(cè)有行波入侵時(shí)，AA之間絕緣上也有很

11、高的電壓。變比越小越危險(xiǎn)！當(dāng)K小于1.25時(shí),AA之間也需要加避雷器!三、變壓器中性點(diǎn)的防雷保護(hù) 變壓器中性點(diǎn)是否需要保護(hù),應(yīng)視其對(duì)地絕緣而定。中性點(diǎn)對(duì)地絕緣水平分中性點(diǎn)的絕緣水平等于繞組首端的絕緣水平的全絕緣和中性點(diǎn)的絕緣水平小于繞組首端的絕緣水平的分級(jí)絕緣兩種。 中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的系統(tǒng)，變壓器是全絕緣的，中性點(diǎn)一般不需保護(hù)。其原因是三相進(jìn)波的概率很小，且大多數(shù)波來(lái)自線(xiàn)路遠(yuǎn)處，其陡度很小，對(duì)繞組的威脅較弱。同時(shí)由于變電所進(jìn)線(xiàn)不止一條，非雷擊的進(jìn)線(xiàn)起了分流作用，變壓器絕緣也有一定裕度等原因，“規(guī)程”規(guī)定35-60kV變壓器中性點(diǎn)不需保護(hù)。對(duì)于中性點(diǎn)接地系統(tǒng)，為了減少單相接地短路電流

12、，其中部分的變壓器的中性點(diǎn)是不接地的。在這樣的系統(tǒng)中，變壓器的中性點(diǎn)往往是分級(jí)絕緣的，例如：110kV、220kV、330kV變壓器中性點(diǎn)絕緣分別是35kV、110kV和154kV，這時(shí)，中性點(diǎn)需要保護(hù)。1、避雷器的沖擊放電電壓要低于中性點(diǎn)的沖擊耐壓。2、避雷器的滅弧電壓要高于電網(wǎng)單相接地時(shí)中性點(diǎn)的電壓升高。7.4 配電變壓器的防雷保護(hù) 一、三位一體接線(xiàn)100kVA及以上的變壓器工頻接地電阻不大于4歐，小于100kVA的變壓器工頻接地電阻不大于10歐 二、逆變換過(guò)電壓 對(duì)于Y、yn0接線(xiàn)的配變，如果在低壓側(cè)未裝避雷器保護(hù)，當(dāng)高壓側(cè)受到雷擊時(shí)，高壓側(cè)避雷器動(dòng)作，經(jīng)過(guò)避雷器會(huì)有雷電流流入大地，在接

13、地電阻上產(chǎn)生壓降I2R。這個(gè)電壓降也同時(shí)作用在低壓側(cè)的中性點(diǎn)上，但此時(shí)低壓側(cè)出線(xiàn)相當(dāng)于經(jīng)過(guò)線(xiàn)路波阻抗接地，因此這個(gè)壓降I2R大部分加在變壓器低壓繞組上。由于電磁感應(yīng)，在高壓繞組上將出現(xiàn)I2R乘變比的過(guò)電壓。由于高壓繞組出線(xiàn)端的電位受避雷器固定，因此這個(gè)電壓沿高壓繞組分布，且在中性點(diǎn)上達(dá)到最大值，所以在中性點(diǎn)附近絕緣可能發(fā)生擊穿，這種現(xiàn)象稱(chēng)為逆變換過(guò)電壓。 三、正變換過(guò)電壓 對(duì)于郊區(qū)農(nóng)村的配電，由于低壓出線(xiàn)較長(zhǎng)，且多沒(méi)有建筑物的屏蔽，故低壓線(xiàn)路易受雷擊。若配變低壓側(cè)未加裝避雷器保護(hù)，當(dāng)雷電流由低壓側(cè)入侵時(shí)，由于低壓側(cè)中性點(diǎn)是接地的，低壓繞組將有雷電流通過(guò)并產(chǎn)生磁通，通過(guò)電磁感應(yīng)，按變比在高壓側(cè)感

14、應(yīng)電勢(shì)，高壓繞組出現(xiàn)高電壓，稱(chēng)為正變換過(guò)電壓。由于低壓側(cè)絕緣裕度比高壓側(cè)大，一般低壓側(cè)不易損壞，而使高壓側(cè)絕緣擊穿。7.5 旋轉(zhuǎn)電機(jī)的防雷保護(hù) 一、旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷保護(hù)的特點(diǎn)1、由于結(jié)構(gòu)和工藝上的特點(diǎn)，在相同電壓等級(jí)的電氣設(shè)備中，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的絕緣水平是最低的，它的主絕緣沖擊系數(shù)近于1。旋轉(zhuǎn)電機(jī)和變壓器的沖擊耐壓值（有效值kV）電機(jī)額定電壓電機(jī)出廠(chǎng)工頻耐壓電機(jī)出廠(chǎng)沖擊耐壓同級(jí)變壓器出廠(chǎng)沖擊耐壓FCD避雷器3kA下殘壓10.513.815.752ue+32ue+32ue+33443.348.880108108314045 2、保護(hù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)用的磁吹避雷器的保護(hù)性能與電機(jī)絕緣水平的配合裕度很小，電機(jī)出廠(chǎng)沖擊

15、耐壓值只比避雷器的殘壓高8%10%左右。二、旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷保護(hù)的基本思路1、對(duì)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的防雷保護(hù)，應(yīng)根據(jù)發(fā)電機(jī)的容量、重要性、以及當(dāng)?shù)乩纂娀顒?dòng)情況，因地制宜采取一定的防范措施?？紤]到對(duì)直配電機(jī)的防雷保護(hù)還不能達(dá)到十分完善的地步，有關(guān)“規(guī)程”規(guī)定60000kW以上的發(fā)電機(jī)不允許與架空線(xiàn)路直接相連。2、為保護(hù)匝間絕緣，必須將入侵波的陡度限制在5kV/us以下。3、一般來(lái)說(shuō)發(fā)電機(jī)繞組的中性點(diǎn)是不接地的，入侵波陡度降至2kV/us以下時(shí)，中性點(diǎn)的過(guò)電壓將不會(huì)超過(guò)相端的過(guò)電壓。 4、直配電機(jī)的大氣過(guò)電壓有兩種：一種是與電機(jī)相連的架空線(xiàn)路上感應(yīng)雷過(guò)電壓；另一種是雷直擊于與電機(jī)相連的架空線(xiàn)路而引起的過(guò)電壓，其中感應(yīng)雷出現(xiàn)的幾率比較多。三、直配電機(jī)的防雷措施1、每臺(tái)發(fā)電機(jī)出線(xiàn)的母線(xiàn)處加裝一組FCD型磁吹避雷器，以限制入侵波的幅值，同時(shí)采取進(jìn)線(xiàn)保護(hù)措施以限制流過(guò)避雷器的雷電流不超過(guò)3kA。2、在發(fā)電機(jī)電壓母線(xiàn)上加裝電容器，以限制入侵波的陡度，從而保護(hù)電極匝間絕緣和中性點(diǎn)絕緣，同時(shí)也降低了感應(yīng)過(guò)電壓。3、采用進(jìn)線(xiàn)段保護(hù)。電機(jī)保護(hù)原理接線(xiàn)圖： 1、FCD避雷器：旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷主保護(hù)； 2、并聯(lián)電容：計(jì)算表明，每相電容為0.250.5uF時(shí)，即能滿(mǎn)足限制入侵波陡度在2kV/us的要求，也能