輸電線路防雷保護(hù)

輸電線路防雷保護(hù)第一頁，共三十八頁，2022年，8月28日一、輸電線路的感應(yīng)雷擊過電壓1、無避雷線時(shí)當(dāng)雷擊點(diǎn)離開線路的距離大于６５米時(shí)，導(dǎo)線上的感應(yīng)雷過電壓最大值按下式計(jì)算：感應(yīng)電壓一般不超過500kV，對(duì)35kV及其以下的水泥桿線路可能會(huì)引起閃絡(luò)事故，對(duì)110kV及其以上線路，由于線路絕緣水平較高，所以一般不會(huì)引起閃絡(luò)事故。第二頁，共三十八頁，2022年，8月28日二、有避雷線時(shí)：K為避雷線與導(dǎo)線間的耦合系數(shù)，線間距離愈近，耦合系數(shù)K就愈大。由于避雷線的屏蔽作用，可使導(dǎo)線上的感應(yīng)電壓降低。三、雷擊線路桿塔

Ugd=ahda為感應(yīng)過電壓系數(shù)，kV/m，數(shù)值為IL/2.6有避雷線時(shí)：第三頁，共三十八頁，2022年，8月28日二、輸電線路的直擊雷過電壓1、雷直擊導(dǎo)線時(shí)的過電壓作用于線路絕緣上的電壓最大值Ug=100I。用絕緣的50%沖擊閃絡(luò)電壓U50%代替Ug，那么IL就能代表引起絕緣閃絡(luò)的雷電流幅值，通常稱為線路在這情況下的耐雷水平。：IL=U50%/100繞擊率：對(duì)平原地區(qū)：對(duì)山區(qū)地區(qū)：山區(qū)的繞擊率為平原的3倍，或保護(hù)角增大80減少繞擊率：減小保護(hù)角，降低桿塔高度第四頁，共三十八頁，2022年，8月28日2、雷擊桿頂時(shí)的過電壓雷擊桿頂?shù)哪屠姿剑豪@擊率：雷電繞過避雷裝置而擊于被保護(hù)物體的現(xiàn)象，規(guī)程推薦的保護(hù)范圍是對(duì)應(yīng)0.1%繞擊率而言第五頁，共三十八頁，2022年，8月28日三、輸電線路的防雷措施1、3~10kV線路防雷保護(hù)不架設(shè)避雷線，可利用水泥桿的自然接地，為提高供電可靠性可投入自動(dòng)重合閘。在雷電特別強(qiáng)烈地區(qū)可因地制宜采用高一電壓等級(jí)的絕緣子，或頂相用針式兩邊改用兩片懸式絕緣子，也用采用瓷橫擔(dān)，以提高線路的絕緣水平。對(duì)特殊用戶應(yīng)用用環(huán)形供電或不同桿雙回路供電，必要時(shí)改為電纜供電。第六頁，共三十八頁，2022年，8月28日2、35kV線路防雷保護(hù)一般不裝設(shè)避雷線，進(jìn)變電站（電站）1~2km設(shè)置避雷線為進(jìn)線段保護(hù)。采用小接地系統(tǒng)運(yùn)行，若線路長電容電流大則經(jīng)消弧線圈接地。裝設(shè)自動(dòng)重合閘，環(huán)網(wǎng)供電。3、110~500kV線路防雷保護(hù)110kV線路一般沿全線架設(shè)避雷線，在雷電活動(dòng)特別強(qiáng)烈地區(qū)，宜架設(shè)雙避雷線，其保護(hù)角取200；在少雷區(qū)或運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明雷電活動(dòng)輕微的地區(qū)，可不全線架設(shè)避雷線，但應(yīng)裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置。第七頁，共三十八頁，2022年，8月28日習(xí)題：某廠有兩個(gè)原油罐，一個(gè)高為12米、直徑為6米，另一個(gè)高10米、直徑10米，兩油罐的凈距為16米。試設(shè)計(jì)采用單支避雷針保護(hù)的最佳方案，并繪出避雷針的平面保護(hù)范圍。第八頁，共三十八頁，2022年，8月28日習(xí)題：某變電站內(nèi)有兩根等高避雷針，高度為25米、針間距離為45米。某被保護(hù)物位于兩針之間，被保護(hù)物高度為11米。試計(jì)算避雷針在被保護(hù)物高度水平面上的保護(hù)范圍？第九頁，共三十八頁，2022年，8月28日發(fā)電廠、變電所的防雷發(fā)電廠、變電所的雷害事故來源：一是雷擊于發(fā)電廠、變電所的導(dǎo)線或設(shè)備。防護(hù)措施是采用避雷針或避雷線二是雷擊線路后沿線路向發(fā)電廠、變電所傳來的雷電波。防護(hù)措施是裝設(shè)氧化鋅避雷器，以限制流過避雷器的雷電流和限制入侵雷電波的陡度。第十頁，共三十八頁，2022年，8月28日一、直擊雷保護(hù)原則：所有的被保護(hù)設(shè)備均應(yīng)處于避雷針的保護(hù)范圍之內(nèi)，以免遭受雷擊。當(dāng)雷擊避雷針時(shí)，雷電流通過避雷針入地，使避雷針對(duì)地電位升高，此時(shí)應(yīng)防止避雷針至被保護(hù)設(shè)備發(fā)生反擊。二、變電所的進(jìn)線保護(hù)如無避雷線，當(dāng)雷擊于變電所附近線路的導(dǎo)線上時(shí)，沿線路入侵流經(jīng)避雷器的雷電流可能超過5kA，且陡度也可能超過允許值，因此在靠近變電所的一段進(jìn)線上，必須裝設(shè)避雷線，稱為進(jìn)線段保護(hù)。第十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日三、三繞組變壓器和自耦變壓器的雷閃過電壓保護(hù)１、三繞組變壓器的保護(hù)一般在低壓繞組任一相的直接出口處加裝一只避雷器2、自耦變壓器的防雷保護(hù)考慮各種運(yùn)行方式下：如高低繞組運(yùn)行，中壓開路，這時(shí)中壓側(cè)套管與斷路器之間裝設(shè)一組避雷器。高壓側(cè)開路時(shí)，中壓側(cè)來波，高壓側(cè)感應(yīng)kU電壓，這時(shí)高壓側(cè)套管與斷路器之間也應(yīng)加裝一組避雷器。第十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日3、變壓器中性點(diǎn)保護(hù)三相同時(shí)進(jìn)波時(shí)，中性點(diǎn)不接地的變壓器中性點(diǎn)電位可能達(dá)到繞組端電壓的2倍，所以中性點(diǎn)需保護(hù)。110kV及上變壓器中性點(diǎn)加裝Y1W或Y1.5W系列的氧化鋅避雷器保護(hù)中性點(diǎn)絕緣。4、配變變壓器的防雷保護(hù)三點(diǎn)共同接地：避雷器的接地引下線、配變外殼、低壓繞組的中性點(diǎn)連接在一起。逆變換，解決方法：低壓側(cè)某一相裝設(shè)一只避雷器第十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日四、旋轉(zhuǎn)電機(jī)的防雷保護(hù)直接與架空線相連的旋轉(zhuǎn)電機(jī)稱為直配電機(jī)1、旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷保護(hù)的特點(diǎn)電機(jī)的絕緣裕度?。簽榱吮Ｗo(hù)匝間絕緣，必須將入侵波陡度限制在5kV/μS以下；60000kW以上的發(fā)電機(jī)不允許與架空線直接要連。作用電壓類型：一是與電機(jī)相連的線路上的感應(yīng)雷過電壓；二是雷直接擊于與電機(jī)相連的架空線而引起的過電壓。第十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日2、防雷措施1）在每臺(tái)發(fā)電機(jī)出線的母線處裝設(shè)一組電站型氧化鋅避雷器，以限制侵入波幅值2）在發(fā)電機(jī)電壓母線上裝設(shè)電容器，以限制侵入波陡度，從而保護(hù)電機(jī)匝間絕緣及中性點(diǎn)絕緣，同時(shí)降低了感應(yīng)過電壓。3）進(jìn)線段保護(hù)第十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓及其限制措施內(nèi)部過電壓：由于斷路器的操作或故障，使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，引起電磁能量的轉(zhuǎn)化或傳遞，在系統(tǒng)中出出過電壓，這種過電壓稱為內(nèi)部過電壓。一般持續(xù)時(shí)間在0.1S內(nèi)的過電壓稱為操作過電壓，持續(xù)時(shí)間長的過電壓則稱為暫時(shí)過電壓。能量來源：電網(wǎng)本身第十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日5.1電力系統(tǒng)工頻過電壓什么叫工頻過電壓：指頻率為工頻或接近工頻時(shí)，電壓升高可能在正常或故障時(shí)產(chǎn)生，幅值超過最大工作相電壓，持續(xù)時(shí)間的變化范圍很大。影響：1）伴隨著工頻電壓升高而同時(shí)發(fā)生的操作過電壓卻會(huì)達(dá)到很高的幅值，所以工頻電壓升高將直接影響操作過電壓的幅值。2）工頻電壓升高是決定保護(hù)電器工作條件的重要因素。3）工頻電壓升高使斷路器操作時(shí)流過其并聯(lián)電阻的電流增大。4）工頻電壓升高持續(xù)時(shí)間長第十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日常見類型：空載線路電容效應(yīng)引起的電壓升高；不對(duì)稱短路時(shí)正常相上的工頻電壓升高甩負(fù)荷引起發(fā)電機(jī)加速而產(chǎn)生的電壓升高一、空載線路電容效應(yīng)引起的電壓升高電容效應(yīng)：在無負(fù)載電流的情況下，回路中流過容性電流，于是線路末端將有較大的電壓升高。即空載線路末端電壓恒比首端電壓高，且線路越長，末端電壓越高，這種現(xiàn)象稱為長輸電線路的電容效應(yīng)，又稱為費(fèi)蘭梯效應(yīng)雙電源的線路中，合閘時(shí)電源容量大的一側(cè)先合閘，從電源容量小的一側(cè)先分閘第十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日二、不對(duì)稱短路引起的工頻電壓升高對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，當(dāng)單相接地時(shí)，健全相的工頻電壓升高約為線電壓的1.1倍，因此，在選擇避雷器時(shí)，滅弧電壓取110%的線電壓，稱為110%避雷器對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)在過補(bǔ)償時(shí)，單相接地時(shí)健全相上電壓接近線電壓，因此在選擇避雷器滅弧電壓時(shí)，取100%的線電壓，稱為100%避雷器對(duì)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)單相故障接地時(shí)，健全相電壓約為0.8倍線電壓，對(duì)于該系統(tǒng)避雷器的最大滅弧電壓取為最大線電壓的80%，稱為80%避雷器第十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日三、甩負(fù)荷時(shí)引起的工頻電壓升高四、工頻電壓升高的限制措施1、利用并聯(lián)電抗器補(bǔ)償空載線路的電容效應(yīng)2、利用靜止補(bǔ)償裝置（SVC)限制工頻過電壓3、采用良導(dǎo)體地線降低輸電線路的零序阻抗第二十頁，共三十八頁，2022年，8月28日電力系統(tǒng)的操作過電壓操作過電壓：是由系統(tǒng)中斷路器操作中各種故障產(chǎn)生的過渡過程引起的。特點(diǎn)：幅值高、存在高頻振蕩、強(qiáng)阻尼、持續(xù)時(shí)間短的特點(diǎn)。常見類型：空載線路合閘過電壓、切空載線路過電壓、切空載變壓器過電壓及中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)弧光接地過電壓。第二十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日一、空閘線路合閘過電壓及其限制措施１、計(jì)劃合閘合閘瞬間電源通過電感向電容充電，充電過程是無阻尼的振蕩過程。振蕩頻率

。電容上電壓值為：最嚴(yán)重情況：E值為最大值。當(dāng)t=π/ω0時(shí)，為2Emax第二十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日2、自動(dòng)重合閘最嚴(yán)重情況：重合閘時(shí)電源電壓恰好與線路殘余電壓反極性，并且為峰值Em，則重合閘時(shí)的過渡過程中最大過電壓為：3、影響因素1）合閘相位2）殘余電荷3）斷路器合閘的不同期4）回路耗損5）電容效應(yīng)第二十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日4、限制過電壓的措施1）降低工頻電壓升高2）斷路器觸頭并聯(lián)電阻3）消除線路上的殘余電荷4）裝設(shè)避雷器第二十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日二、切除空載線路過電壓及其限制措施主要原因：電弧重燃影響因素：斷路器的性能、電網(wǎng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式、接線方式的影響、電暈的影響、線路側(cè)的電磁式電壓互感器限制措施：選用滅弧能力強(qiáng)的快速斷路器采用帶并聯(lián)電阻的斷路器第二十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日三、切除空載變壓器過電壓原因：開關(guān)突然截?cái)嗔穗姼兄械碾娏鹘亓麟妷鹤畲笾禐椋篫T為變壓器的特性阻抗影響因素：斷路器的性能、變壓器的特性阻抗限制的措施：在變壓器的任一側(cè)裝設(shè)一組普通閥式避雷器第二十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日四、弧光接地過電壓及其限制措施電弧接地過電壓：中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)，如果發(fā)生單相金屬性接地，將引起健全相的電壓升高到線電壓。如果單相通過不穩(wěn)定的電弧接地，即接地點(diǎn)的電弧間歇性熄滅和重燃，則在電網(wǎng)健全相和故障相上都會(huì)產(chǎn)生過電壓。1、電弧接地過電壓發(fā)展的物理過程建全相的最大過電壓為-3.5U，故障相最大過電壓為2U。在實(shí)際情況下，由于過渡過程的衰減、殘余電荷的泄漏以相間電容的限壓作用，燃弧相位不等等原因，過電壓值應(yīng)低些。第二十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日2、限制過電壓的措施產(chǎn)生原因：電網(wǎng)產(chǎn)生間歇性電弧，中性點(diǎn)有電位偏移。解決方法：將中性點(diǎn)直接接地，使發(fā)生單相接地故障時(shí)形成單相短路電流，將線路斷開，待故障消除后恢復(fù)供電流。中性點(diǎn)采用經(jīng)消弧線圈接地消弧線圈的基本作用：1）補(bǔ)償流過故障點(diǎn)的短路電流，使電弧自行熄滅，系統(tǒng)自行恢復(fù)正常工作狀態(tài)。2）降低故障相上的恢復(fù)電壓上升速度，減小電弧重燃的可能性。補(bǔ)償方式：過補(bǔ)償?shù)诙隧摚踩隧摚?022年，8月28日5.3電力系統(tǒng)諧振過電壓諧振：振蕩系統(tǒng)中的一種周期性的或準(zhǔn)周期性的運(yùn)行狀態(tài)，其特征是某一個(gè)或幾個(gè)諧波幅值的急劇上升。特點(diǎn)：是一種穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，不僅會(huì)在操作或事故的過渡過程中產(chǎn)生，而且還可能在過渡過程結(jié)束后較長時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定存在，直到發(fā)生新的操作，諧振條件受到破壞為止，持續(xù)時(shí)間長，后果嚴(yán)重。類型：線性諧振、鐵磁諧振、參數(shù)諧振第二十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日一、線性諧振特點(diǎn)：電路中的參數(shù)是常數(shù)，不隨電壓或電流的變化而變化。當(dāng)自振頻率與電源頻率相等時(shí)，回路的感抗等于容抗時(shí)出現(xiàn)線性諧振，此時(shí)過電壓最大，其電壓倍數(shù)：自振頻率：解決方法：在設(shè)計(jì)或運(yùn)行時(shí)避開諧振范圍第三十頁，共三十八頁，2022年，8月28日二、參數(shù)諧振過電壓特點(diǎn)：系統(tǒng)中某些元件的電感參數(shù)在外界因素的影響下發(fā)生周期性變化。當(dāng)接有電容性負(fù)載，參數(shù)配合不當(dāng)，就可能發(fā)生參數(shù)諧振。1）諧振所需的能量由改變參數(shù)的原動(dòng)機(jī)供給，不需要單獨(dú)的電源；同時(shí)只要回路中具有某些殘余的電場或磁場能量，就足以使諧振的發(fā)生和發(fā)展。2）實(shí)際電網(wǎng)中存在一定的電阻，因此要求每次變化所引入的能量必須足夠大，才能在補(bǔ)償電阻能量損耗外，還使回路中的儲(chǔ)能愈積愈多，促使諧振的進(jìn)一步發(fā)展。第三十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日影響：威脅電氣設(shè)備的絕緣和損壞避雷器，而且使電機(jī)與其他電源不能實(shí)現(xiàn)并列運(yùn)行。解決方法：發(fā)電機(jī)投入運(yùn)行之前，進(jìn)行自激校核。三、鐵磁諧振過電壓特點(diǎn)：電力系統(tǒng)的振蕩回路中，由于鐵芯電感的磁路飽和引起本身電感值發(fā)生變化，因而激發(fā)起持續(xù)性的較高幅值的鐵磁諧振過電壓。可以是基波、高次諧波諧振，也可是分次諧波諧振影響：單相、兩相或三相對(duì)地電壓升高，或低頻擺動(dòng)引起避雷器爆炸。也可能產(chǎn)生高值零序電壓分量，出現(xiàn)虛幻接地和不正確的接地指示，或在電壓互感器上產(chǎn)生過電流，引起FU熔斷等現(xiàn)象。第三十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日產(chǎn)生諧振的必要條件：只有滿足以上條件，伏安特性曲線UL和UC才有可能相交。即：當(dāng)滿足以上條件在電感未飽和時(shí)電路的自振頻率低于電源頻率，當(dāng)諧振時(shí)線圈中的電流增加，電感值下降，使回路自振頻率正好等于或接近電源頻率。回路中元件的壓降和電源電勢(shì)平衡的條件可得：在一定的電勢(shì)E作用下，可能有三個(gè)平衡點(diǎn)。第三十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日據(jù)分析：鐵磁諧振回路在穩(wěn)態(tài)時(shí)可能有兩個(gè)穩(wěn)定的工作狀態(tài)：1、非諧振工作狀態(tài)a1點(diǎn)，回路中的UL>UC，整個(gè)回路屬于電感性的，這時(shí)作用在電感和電容上的電壓都不高，不會(huì)產(chǎn)生過電壓。2、諧振工作狀態(tài)a3點(diǎn)，這時(shí)UL<UC，回路是電容性的，此時(shí)不僅回路電流較大，而且在電容和電感上都會(huì)發(fā)生較大的過電壓。當(dāng)存在兩個(gè)工作點(diǎn)時(shí)，若電源電勢(shì)沒有擾動(dòng)，則只能處在a1點(diǎn)為建立起穩(wěn)定的諧振點(diǎn)，回路必須經(jīng)過強(qiáng)烈的過渡過程，如電源突然合閘等。這種需要經(jīng)過過渡過程來建立諧振的現(xiàn)象稱為鐵磁諧振的激發(fā)。第三十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日存在現(xiàn)象：當(dāng)電勢(shì)E由零逐漸增加時(shí)，回路的工作點(diǎn)將由O點(diǎn)逐漸上升到m點(diǎn)，然后突變到n點(diǎn)，回路電流將由感性突變成容性，這種回路電流相位發(fā)生1800的突變稱為相位反傾現(xiàn)象，同時(shí)回路電流及電容和電感上的電壓將突然的大幅度的提高。第三十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日特點(diǎn)：1)對(duì)鐵磁諧振電路，在相同的電源