變電所防雷保護(hù)

會(huì)計(jì)學(xué)1變電所防雷保護(hù)第一節(jié)架空輸電線路防雷保護(hù)輸電線路耐雷性能的若干指標(biāo)線路雷害事故發(fā)展過程及防護(hù)措施線路耐雷性能的分析計(jì)算第1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很大的比重。一、輸電線路耐雷性能的若干指標(biāo)每100km線路的年落雷次數(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(duì)地高度;Td為雷暴日數(shù)N=(b+4h)Td/10[次/（100km·年）]第2頁/共31頁1、耐雷水平（I）耐雷水平是指雷擊線路時(shí)，其絕緣尚不至于發(fā)生閃絡(luò)的最大雷電流幅值或能引起絕緣閃絡(luò)的最小雷電流幅值，單位為kA。我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各級(jí)電壓線路應(yīng)有的耐雷水平值見表8-1第3頁/共31頁2、雷擊跳閘率（n）雷擊跳閘率是指在雷暴日數(shù)Td＝40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/(100km·40雷暴日)”．實(shí)際線路長度L不是100km，雷暴日數(shù)也不正好是40時(shí)必須換算到某一相同的條件下(100km，40雷暴日)，才能進(jìn)行比較。但是雷電流超過了線路耐雷水平，只會(huì)引起沖擊閃絡(luò)，只有在沖擊閃絡(luò)之后還建立工頻電弧，才會(huì)引起線路跳閘。由沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)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(yùn)動(dòng)電壓梯度有關(guān)?？捎上率角蟮玫?頁/共31頁二、線路雷害事故發(fā)展過程及防護(hù)措施只要能設(shè)法制止上述發(fā)展過程中任一環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)，就可避免雷擊引起長時(shí)間停電事故。輸電線路上采用的各種防雷保護(hù)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架設(shè)避雷線；35kV及以下的線路主要依靠架設(shè)消弧線圈和自動(dòng)重合閘來進(jìn)行防雷保護(hù)。第5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為10～30Ω。

（三）加強(qiáng)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(dāng)大的局限性。一般優(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(bǔ)救措施，具有一定的分流作用和增大導(dǎo)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(五)消弧線圈

能使雷電過電壓所引起來的一相對(duì)地沖擊閃絡(luò)不轉(zhuǎn)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數(shù)。(六)管式避雷器

僅用作線路上雷電過電壓特別大或絕緣薄弱點(diǎn)的防雷保護(hù)。它能免除線路絕緣的沖擊閃絡(luò)，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(dòng)重合閘

線路絕緣不會(huì)發(fā)生永久性的損壞或劣化。第7頁/共31頁三、線路耐雷性能的分析計(jì)算(一)繞擊導(dǎo)線雷閃繞過避雷線直接擊中導(dǎo)線的概率，稱為繞擊率Pα。Pα之值與避雷線對(duì)邊相導(dǎo)線的保護(hù)角α、桿塔高度ht及線路通過地區(qū)的地形地貌等因素有關(guān)。平原線路山區(qū)線路第8頁/共31頁

繞擊跳閘次數(shù)（次/年）N–年落雷總數(shù)Pa–繞擊率P2–超過繞擊耐壓水平I2的雷電流–建弧率第9頁/共31頁(二)雷擊檔距中央的避雷線雷擊避雷線最嚴(yán)重的情況是雷擊點(diǎn)處于檔距中央時(shí)。真正擊中檔距中央避雷線的概率只有10%左右。雷擊點(diǎn)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(guān)。第10頁/共31頁(三)雷擊桿塔擊桿率：雷擊桿塔次數(shù)與落雷總數(shù)的比值。注入線路的總電流即為雷電流

it為流經(jīng)桿塔的電流，ig為流經(jīng)避雷線的電流。第11頁/共31頁線路絕緣子串上所受到的雷電過電壓包括四個(gè)分量：1、桿塔電流it在橫擔(dān)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(dān)具有一定的對(duì)地電位2、塔頂電壓utop沿著避雷線傳播而在導(dǎo)線上感應(yīng)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3、雷擊塔頂而在導(dǎo)線上產(chǎn)生的感應(yīng)雷擊過電壓

ui(c)-無避雷線時(shí)的感應(yīng)雷擊過電壓

k0-導(dǎo)、地線間的幾何耦合系數(shù)4、線路本身的工頻電壓u2作用在絕緣子串上的合成電壓第13頁/共31頁小結(jié)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(qiáng)線路絕緣等措施來進(jìn)行防雷。可按雷擊點(diǎn)的不同把線路的落雷分為三種情況：繞擊導(dǎo)線、雷擊檔距中央的避雷線和雷擊桿塔。第14頁/共31頁第二節(jié)變電所的防雷保護(hù)變電所的直擊雷保護(hù)閥式避雷器保護(hù)作用的分析變電所的進(jìn)線段保護(hù)變電所防雷的幾個(gè)具體問題第15頁/共31頁1)雷電直擊變電所；2)沿輸電線入侵的雷電過電壓波。線路的雷害事故往往只導(dǎo)致電網(wǎng)工況的短時(shí)惡化；變電所的雷害事故就要嚴(yán)重得多，往往導(dǎo)致大面積停電。變電設(shè)備得內(nèi)絕緣水平往往低于線路絕緣，而且不具有自恢復(fù)功能，一旦發(fā)生擊穿，后果十分嚴(yán)重。變電所的防雷保護(hù)與輸電線路相比，要求更嚴(yán)格、措施更嚴(yán)密、可靠。變電所中出現(xiàn)的雷電過電壓的兩個(gè)來源：第16頁/共31頁一、變電所的直擊雷保護(hù)必須裝設(shè)避雷針或避雷線對(duì)直擊雷進(jìn)行保護(hù)。按安裝方式的不同，避雷針分為獨(dú)立避雷針和構(gòu)架避雷針兩類。注意對(duì)絕緣水平不高的35kV以下的配電裝置，構(gòu)架避雷針容易導(dǎo)致絕緣閃絡(luò)(反擊)。變電所的直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是選擇避雷針的支數(shù)、高度、裝設(shè)位置、驗(yàn)算它們的保護(hù)范圍、應(yīng)有的接地電阻、防雷接地裝置設(shè)計(jì)等。對(duì)于獨(dú)立避雷針，則還有一個(gè)驗(yàn)算它對(duì)相鄰配電裝置構(gòu)架及其接地裝置的空氣間距及地下距離的問題。第17頁/共31頁為了防止避雷針對(duì)構(gòu)架發(fā)生反擊，其空氣間距S1應(yīng)滿足下式要求為了防止避雷針接地裝置與變電所接地網(wǎng)之間因土壤擊穿而連在一起，地下距離S2亦應(yīng)滿足下式要求用下面兩個(gè)公式校核獨(dú)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(qiáng)和土壤平均沖擊擊穿場強(qiáng)。第18頁/共31頁二、閥式避雷器保護(hù)作用的分析裝設(shè)閥式避雷器是變電所對(duì)入侵雷電過電壓波進(jìn)行防護(hù)的主要措施，它的保護(hù)作用主要是限制過電壓波的幅值。但是還需要有“進(jìn)線段保護(hù)”與之配合。閥式避雷器的保護(hù)作用基于三個(gè)前提：1)它的伏秒特性與被保護(hù)絕緣的伏秒特性有良好的配合2)它的伏安特性應(yīng)保證其殘壓低于被保護(hù)絕緣的沖擊電氣強(qiáng)度 3)被保護(hù)絕緣必須處于該避雷器的保護(hù)距離之內(nèi)。第19頁/共31頁被保護(hù)絕緣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。以電壓波到達(dá)避雷器端子1為時(shí)間起點(diǎn)，u1=tt=T（波傳過距離l所需時(shí)間l/v），波到達(dá)設(shè)備端子2，全反射。u2=2(t-T)第20頁/共31頁t=2T，反射波到達(dá)1點(diǎn)，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(duì)設(shè)備產(chǎn)生影響

U2=2[(tb+T)-T]=2tb電壓差U=U2-Ub=2T=2l/v

或

U=U2-Ub=2T=2’l第21頁/共31頁被保護(hù)絕緣與避雷器間的電氣距離l越大、進(jìn)波陡度或′越大，電壓差值U也就越大。閥式避雷器動(dòng)作以后有一個(gè)不大的電壓降，然后保持殘壓水平，由于被保護(hù)設(shè)備與避雷器間有距離，致使電壓波產(chǎn)生振蕩，接近沖擊截波，因此對(duì)于變壓器類電力設(shè)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

絕緣沖擊耐壓水平應(yīng)滿足：

閥式避雷器的保護(hù)距離：K為變電所出線修正系數(shù)避雷器具體安裝點(diǎn)選擇原則：“確保重點(diǎn)、兼顧一般”。在諸多的變電設(shè)備中，需要確保的重點(diǎn)無疑是主變壓器，應(yīng)盡可能把閥式避雷器裝得離主變壓器近一些。第23頁/共31頁三、變電所的進(jìn)線段保護(hù)保證在靠近變電所的一段不長(一般為l～2km)的線路上不出現(xiàn)繞擊或反擊。對(duì)于那些未沿全線架設(shè)避雷線的35kV及以下的線路來說，首先在靠近變電所(l~2km)的線段上加裝避雷線，使之成為進(jìn)線段；對(duì)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(jìn)線段。在進(jìn)線段上,加強(qiáng)防雷措施、提高耐雷水平。進(jìn)線段的作用：1）雷電過電壓波在流過進(jìn)線段時(shí)因沖擊電暈而發(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(一)從限制進(jìn)波陡度的要求來確定應(yīng)有的進(jìn)線段長度所需的進(jìn)線段長度U－行波的初始幅值，kVhc－進(jìn)線段導(dǎo)線的平均對(duì)地高度，m（二）計(jì)算流過避雷器的沖擊電流幅值IFVUR－閥式避雷器的殘壓，kVn－變電所母線上接的線路總條數(shù)第25頁/共31頁四、變電所防雷的幾個(gè)具體問題(一)變電所防雷接線進(jìn)線段提高耐雷性能的保護(hù)措施：1)在進(jìn)線保護(hù)段內(nèi)，避雷線的保護(hù)角不宜超過20°。2)采取措施以保證進(jìn)線段的耐雷水平。(二)三相繞組變壓器的防雷保護(hù)高壓側(cè)有雷電過電壓波時(shí)，通過繞組間的靜電耦合和電磁耦合，低壓側(cè)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

(三)自耦變壓器的防雷保護(hù)高壓側(cè)進(jìn)波時(shí)，應(yīng)在中壓斷路器QF2的內(nèi)側(cè)裝設(shè)一組閥式避雷器（圖8-14中的FV2）進(jìn)行保護(hù)。中壓側(cè)進(jìn)波時(shí)，在高壓斷路器QF1的內(nèi)側(cè)也應(yīng)裝設(shè)一組避雷器（圖8-14中的FV1）進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)中壓側(cè)接有出線時(shí)，還應(yīng)在AA′之間再跨接一組避雷器（圖8-14中的FV3）。第27頁/共31頁

(四)變壓器中性點(diǎn)的保護(hù)110kV及以上的中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)1、中性點(diǎn)為全絕緣時(shí)，一般不需采用專門的保護(hù)。但在變電所只有一臺(tái)變壓器且為單路進(jìn)線的情況下，仍需在中性點(diǎn)加裝一臺(tái)與繞組首端同樣電壓等級(jí)的避雷器。2、當(dāng)中性點(diǎn)為降級(jí)絕緣時(shí)，則必須選用與中性點(diǎn)絕緣等級(jí)相當(dāng)?shù)谋芾灼骷右员Ｗo(hù)，同時(shí)注意校核避雷器的滅弧電壓。35kV及一下的中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)變壓器的中性點(diǎn)都采用全絕緣，一般不設(shè)保護(hù)裝置。第28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水平。采用氧化鋅避雷器；2)GIS結(jié)構(gòu)緊湊，被保護(hù)設(shè)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(duì)變電所的進(jìn)行波防護(hù)有利；4)GIS內(nèi)絕緣電場結(jié)構(gòu)不均勻，易擊穿，要求防雷保護(hù)措施更加可靠、在絕緣配合中留有足夠的裕度。

(五)氣體絕緣變電所防雷保護(hù)的特點(diǎn)全封閉SF6氣體絕緣變電所