電力系統(tǒng)絕緣保護(hù) 過電壓防護(hù) 發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)

發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)發(fā)電廠、變電所直擊雷防護(hù)第一章發(fā)電廠、變電所雷電侵入波防護(hù)第二章變壓器防雷第三章旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷第四章發(fā)電廠、變電所架設(shè)避雷針的原則發(fā)電廠和變電所直擊雷防護(hù)01前言發(fā)電廠、變電所直擊雷防護(hù)前言據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國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。發(fā)電廠、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)重影響國民經(jīng)濟(jì)和人民生活，因此，對(duì)發(fā)電廠、變電所的防雷保護(hù)，必須十分可靠。發(fā)電廠和變電所的雷害來源于兩方面：一是雷電直擊，另一是雷擊線路后沿線路向發(fā)電廠、變電所傳來的入侵波。發(fā)電廠、變電所直擊雷防護(hù)發(fā)電廠、變電所架設(shè)避雷針的原則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。發(fā)電廠、變電所直擊雷防護(hù)發(fā)電廠、變電所架設(shè)避雷針的原則避雷針和其他接地裝置上的電位Uk和Ud與沖擊接地電阻有關(guān)，Rch越小則Uk和Ud越低。發(fā)電廠、變電所直擊雷防護(hù)發(fā)電廠、變電所架設(shè)避雷針的原則反擊被認(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)條件限制滿足不了安全凈距的要求時(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)。按照安裝方式的不同，將避雷針分為：獨(dú)立避雷針裝在配電裝置構(gòu)架上的避雷針（簡稱構(gòu)架避雷針）。發(fā)電廠、變電所直擊雷防護(hù)發(fā)電廠、變電所架設(shè)避雷針的原則獨(dú)立避雷針發(fā)電廠、變電所直擊雷防護(hù)發(fā)電廠、變電所架設(shè)避雷針的原則變電構(gòu)架發(fā)電廠、變電所直擊雷防護(hù)發(fā)電廠、變電所架設(shè)避雷針的原則變電構(gòu)架發(fā)電廠、變電所直擊雷防護(hù)發(fā)電廠、變電所架設(shè)避雷針的原則變電構(gòu)架發(fā)電廠、變電所直擊雷防護(hù)發(fā)電廠、變電所架設(shè)避雷針的原則3、從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)出發(fā)希望采用構(gòu)架避雷針，因?yàn)樗饶芄?jié)省支座的鋼材，又能省去專用的接地裝置,由于變壓器的絕緣較弱又是變電所中最重要的設(shè)備，故在變壓器門型構(gòu)架上不應(yīng)裝設(shè)避雷針；對(duì)35KV及以下變電所宜裝設(shè)獨(dú)立避雷針，獨(dú)立避雷針有自己專用的支座和接地裝置，其接地電阻一般不超過10Ω。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！發(fā)電廠、變電所直擊雷防護(hù)發(fā)電廠、變電所架設(shè)避雷針的原則我國規(guī)程規(guī)定：（1）110KV及以上的配電裝置，一般將避雷針裝在構(gòu)架上。但在土壤電阻率ρ>1000Ω·m的地區(qū)，仍宜裝設(shè)獨(dú)立避雷針，以免發(fā)生反擊。（2）35KV及以下的配電裝置應(yīng)采用獨(dú)立避雷針來保護(hù)。（3）60KV的配電裝置，在ρ>500Ω·m的地區(qū)宜采用獨(dú)立避雷針，在ρ>500Ω·m的地區(qū)容許采用構(gòu)架避雷針。發(fā)電廠廠房一般不裝設(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。發(fā)電廠、變電所直擊雷防護(hù)第一章發(fā)電廠、變電所雷電侵入波防護(hù)第二章變壓器防雷第三章旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷第四章變電所進(jìn)線段保護(hù)發(fā)電廠、變電所雷電侵入波防護(hù)02變電所內(nèi)閥型避雷器的保護(hù)作用發(fā)電廠、變電所雷電侵入波防護(hù)變電所內(nèi)閥型避雷器的保護(hù)作用變電所內(nèi)裝設(shè)閥型避雷器是對(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。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，變電所中是在母線上加裝一組避雷器，此時(shí)避雷器是有保護(hù)范圍的。發(fā)電廠、變電所雷電侵入波防護(hù)變電所內(nèi)閥型避雷器的保護(hù)作用發(fā)電廠、變電所雷電侵入波防護(hù)變電所內(nèi)閥型避雷器的保護(hù)作用由于避雷器直接接在變壓器旁，故變壓器上的過電壓波形與避雷器上電壓相同，若變壓器的沖擊耐壓大于避雷器的沖擊放電電壓和5KA下的殘壓（流經(jīng)避雷器的雷電流一般不超過5KA，故殘壓的最大值取5KA下的數(shù)值），則變壓器將得到可靠的保護(hù)。變電所中有很多設(shè)備，不可能在每個(gè)設(shè)備旁都裝設(shè)一組避雷器，一般只在變電所母線上裝設(shè)避雷器，由于變壓器是最重要的設(shè)備，因此避雷器應(yīng)盡可能靠近變壓器。這樣，避雷器離開變壓器和各電氣設(shè)備都有一段長度不等的距離，當(dāng)雷電波入侵時(shí)，變壓器和各電氣設(shè)備上的電壓將與避雷器上電壓不相同。被保護(hù)絕緣與避雷器間的電氣距離（沿母線和連接線計(jì)算的距離）越大，來波陡度越大，電壓差值也就越大。發(fā)電廠、變電所雷電侵入波防護(hù)變電所內(nèi)閥型避雷器的保護(hù)作用發(fā)電廠、變電所雷電侵入波防護(hù)變電所內(nèi)閥型避雷器的保護(hù)作用對(duì)于一般變電所的入侵雷電波防護(hù)設(shè)計(jì)主要是選擇避雷器的安裝位置，其原則是在任何可能的運(yùn)行方式下，變電所的變壓器和各設(shè)備距避雷器的電氣距離皆應(yīng)小于最大允許電氣距離lmax。變壓器與避雷器之間允許的最大電氣距離：變電所進(jìn)線段保護(hù)發(fā)電廠、變電所雷電侵入波防護(hù)02變電所內(nèi)閥型避雷器的保護(hù)作用發(fā)電廠、變電所雷電侵入波防護(hù)變電所進(jìn)線段保護(hù)進(jìn)線段保護(hù)的必要性如果當(dāng)雷擊于變電所附近的導(dǎo)線時(shí)，流過導(dǎo)線的電流將超過一定值，而且陡度也會(huì)超過允許值。因此，必須在靠近變電所的一段進(jìn)線上采取可靠的防直擊雷保護(hù)措施，進(jìn)線段保護(hù)是對(duì)雷電侵入波保護(hù)的一個(gè)重要輔助手段。進(jìn)線段保護(hù)進(jìn)線段保護(hù)是指在臨近變電所1~2km的一段線路上加強(qiáng)防雷保護(hù)措施。例如：當(dāng)線路全線無避雷線時(shí)，在1~2km線路上架設(shè)避雷線，保護(hù)角取20°，使此段線路有較高耐雷水平，并減少由于繞擊和反擊的概率。這樣進(jìn)入變電所內(nèi)的侵入波由于線路波阻抗及沖擊電暈的作用使通過避雷器雷電流的幅值和陡度都有所降低。發(fā)電廠、變電所雷電侵入波防護(hù)變電所進(jìn)線段保護(hù)變電所內(nèi)設(shè)備距避雷器的最大允許距離lmax就是根據(jù)進(jìn)線段以外落雷的條件下求得的，這樣就可以保證進(jìn)線段以后落雷時(shí)變電所不會(huì)發(fā)生事故。一、35及以上變電所的進(jìn)線段保護(hù)對(duì)于35~110kV無避雷線的線路，當(dāng)雷擊于變電所附近線路的導(dǎo)線上時(shí)，沿線入侵流經(jīng)避雷器的雷電流可能超過5kA，而且陡度也可能超過允許值，因此對(duì)對(duì)于35~110kV無避雷線的線路，在靠近變電所的一段進(jìn)線上，必須架設(shè)避雷線，在進(jìn)線段內(nèi)出現(xiàn)雷電波的概率大大減小，保證雷電波只能在進(jìn)線段以外出現(xiàn)。架設(shè)避雷線的這段進(jìn)線稱為變電所進(jìn)線保護(hù)段。發(fā)電廠、變電所雷電侵入波防護(hù)變電所進(jìn)線段保護(hù)1、未沿全線架設(shè)避雷線的進(jìn)線段保護(hù)1）閥型避雷器的作用：保護(hù)全所設(shè)備2）避雷線作用：避雷線保護(hù)角很小，在進(jìn)線段內(nèi)不發(fā)生繞擊，雷擊于進(jìn)線段以外的導(dǎo)線上時(shí)，導(dǎo)線自身電阻將消耗入侵波能量，來限制入侵波幅值。3）管型避雷器1：限流。4）管型避雷器2：保護(hù)開關(guān)。發(fā)電廠、變電所雷電侵入波防護(hù)變電所進(jìn)線段保護(hù)安裝GB2的原因這是因?yàn)榫€路斷路器隔離開關(guān)在雷雨季節(jié)可能經(jīng)常開斷而線路側(cè)又帶有工頻電壓（熱備用狀態(tài)），沿線襲來的雷電波（其幅值）傳到開路端，由于開路反射電壓要上升到，這時(shí)可能使開關(guān)絕緣對(duì)地放電并引起工頻短路，將斷路器或隔離開關(guān)的絕緣支座燒毀，為此在靠近隔離開關(guān)或斷路器處裝設(shè)一組管型避雷器GB2。在斷路器閉合運(yùn)行時(shí)雷電侵入波不應(yīng)使GB2動(dòng)作，如GB2在斷路器閉合運(yùn)行時(shí)侵入波使之放電，則將造成截波，可能危及變壓器縱絕緣與相間絕緣。若缺乏適當(dāng)參數(shù)的管型避雷器，則GB2可用閥型避雷器代替。2、全線架設(shè)避雷線的變電所進(jìn)線段保護(hù)發(fā)電廠、變電所雷電侵入波防護(hù)變電所進(jìn)線段保護(hù)二、35KV小容量變電所的簡化進(jìn)線保護(hù)對(duì)于35KV小容量變電所，可根據(jù)變電所的重要性和雷電活動(dòng)強(qiáng)度等情況來采取簡化的進(jìn)線保護(hù)。35KV小容量變電所范圍小，避雷器距變壓器的距離一般在10m以內(nèi)，侵入波陡度允許增加，故進(jìn)線長度可以縮短到500～600m，為了限制流入變電所閥型避雷器的雷電流，在進(jìn)線首端可裝設(shè)一組管型避雷器或保護(hù)間隙。發(fā)電廠、變電所雷電侵入波防護(hù)變電所進(jìn)線段保護(hù)35～110KV變電所，若進(jìn)線裝設(shè)避雷線有困難或進(jìn)線段桿塔接地電阻難于下降，不能達(dá)到要求的耐雷水平，可在進(jìn)線的終端桿上安裝一組1000μH左右的電抗線圈來代替進(jìn)線段，此電抗線圈既能限制流過避雷器的雷電流又能限制入侵波陡度。發(fā)電廠、變電所雷電侵入波防護(hù)變電所進(jìn)線段保護(hù)三繞組變壓器的防雷保護(hù)安裝GB2的原因這是因?yàn)榫€路斷路器隔離開關(guān)在雷雨季節(jié)可能經(jīng)常開斷而線路側(cè)又帶有工頻電壓（熱備用狀態(tài)），沿線襲來的雷電波傳到開路端，由于開路反射電壓要上升到2U50%，這時(shí)可能使開關(guān)絕緣對(duì)地放電并引起工頻短路，將斷路器或隔離開關(guān)的絕緣支座燒毀，為此在靠近隔離開關(guān)或斷路器處裝設(shè)一組管型避雷器GB2。在斷路器閉合運(yùn)行時(shí)雷電侵入波不應(yīng)使GB2動(dòng)作，如GB2在斷路器閉合運(yùn)行時(shí)侵入波使之放電，則將造成截波，可能危及變壓器縱絕緣與相間絕緣。若缺乏適當(dāng)參數(shù)的管型避雷器，則GB2可用閥型避雷器代替。1~2kmFZGB2GB1發(fā)電廠、變電所雷電侵入波防護(hù)變電所進(jìn)線段保護(hù)2、全線架設(shè)避雷線的變電所進(jìn)線段保護(hù)發(fā)電廠、變電所直擊雷防護(hù)第一章發(fā)電廠、變電所雷電侵入波防護(hù)第二章變壓器防雷第三章旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷第四章三繞組變壓器的防雷保護(hù)變壓器防雷03自耦變壓器的防雷保護(hù)變壓器的中性點(diǎn)保護(hù)配電變壓器的防雷保護(hù)變壓器防雷三繞組變壓器的防雷保護(hù)（1）低壓繞組開路時(shí)，若線路有入侵波傳來雷電波作用在高壓側(cè)或中壓側(cè)時(shí)，由于低壓繞組的對(duì)地電容很小，開路的低壓繞組上的靜電耦合分量可能達(dá)到很高的數(shù)值，需要在任一相低壓繞組出線端對(duì)地加裝一臺(tái)避雷器。（2）如果低壓繞組連接有25m及以上的金屬鎧裝電纜段，低壓側(cè)可不裝避雷器。（3）三繞組變壓器中壓繞組，相對(duì)來說，絕緣水平比低壓繞組要高，當(dāng)其開路運(yùn)行時(shí)，一般靜電耦合分量不會(huì)損壞中壓繞組，不必加裝上述要求的避雷器。變壓器防雷三繞組變壓器的防雷保護(hù)自耦變壓器一般除了高、中壓自耦繞組上，還有三角形接線的低壓非自耦繞組。在運(yùn)行中，可能出現(xiàn)高、低壓繞組運(yùn)行、中壓繞組開路和中、低壓繞組運(yùn)行、高壓繞組開路的情況。由于高、中壓自耦繞組的中性點(diǎn)均直接接地，因而在高壓側(cè)進(jìn)波時(shí)，自耦繞組各點(diǎn)的電壓初始分布、穩(wěn)態(tài)分布和各點(diǎn)最大電壓包絡(luò)線均與中性點(diǎn)接地的單繞組相同，在開路的中壓側(cè)端子上可能出現(xiàn)的最大電壓為高壓側(cè)電壓U0的2/k倍，因而有可能引起處于開路狀態(tài)的中壓側(cè)套管的閃絡(luò)，為此應(yīng)在中壓斷路器QF2的內(nèi)側(cè)裝設(shè)一組閥型避雷器，進(jìn)行保護(hù)。變壓器防雷三繞組變壓器的防雷保護(hù)當(dāng)中壓側(cè)進(jìn)波時(shí)（由值為U0`<U0），自耦繞組各點(diǎn)的電壓分布如下圖，由中壓端A`到開路的高壓端A之間的電壓穩(wěn)態(tài)分布是由中壓端A`到中性點(diǎn)N之間的電壓穩(wěn)態(tài)分布的電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的，高壓端A的穩(wěn)態(tài)電壓為KU`0。在振蕩過程中，A點(diǎn)的最大電壓可達(dá)2KU`0。因而將危及高壓側(cè)絕緣，為此在高壓斷路器QF1的內(nèi)側(cè)也應(yīng)裝設(shè)一組避雷器（FV1）進(jìn)行保護(hù)。變壓器防雷三繞組變壓器的防雷保護(hù)此外，還須注意的情況：當(dāng)中壓側(cè)接有出線時(shí)（相當(dāng)于A`點(diǎn)經(jīng)線路波阻抗接地），如高壓側(cè)有過電壓波入侵，A`點(diǎn)的電位接近于零，大部分過電壓將作用在AA`一段繞組上，這顯然是危險(xiǎn)的，同樣地，高壓側(cè)接有出線時(shí)，中壓側(cè)進(jìn)波也會(huì)造成類似的結(jié)果。顯然，AA`繞組越短（變比k越小），危險(xiǎn)性越大。一般在k<1.25時(shí)，還應(yīng)在AA`之間再跨接一組避雷器（FV3）。三繞組變壓器的防雷保護(hù)變壓器防雷03自耦變壓器的防雷保護(hù)變壓器的中性點(diǎn)保護(hù)配電變壓器的防雷保護(hù)變壓器防雷在中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)中，為減少單相接地的短路電流，有部分變壓器的中性點(diǎn)改為不接地運(yùn)行。這時(shí)，變壓器的中性點(diǎn)需要保護(hù)。①全絕緣：中性點(diǎn)處的絕緣水平與相線端的絕緣水平相等。一般在60KV及以下的電力變壓器中性點(diǎn)是全絕緣的。此時(shí)，中性點(diǎn)一般不需保護(hù)。若變電所為單臺(tái)變壓器且為單路進(jìn)線運(yùn)行時(shí)，在三相同時(shí)進(jìn)波的情況下，中性點(diǎn)的對(duì)地電位會(huì)超過首端的對(duì)地電位。這種情況雖屬少見，但需在中性點(diǎn)加裝一個(gè)與首端有同等電壓等級(jí)的避雷器。②分級(jí)絕緣：中性點(diǎn)處的絕緣水平低于相線端的絕緣水平。一般在110KV及以上時(shí)，大多變壓器中性點(diǎn)是分級(jí)絕緣的。應(yīng)選用與中性點(diǎn)絕緣等級(jí)相同的避雷器進(jìn)行保護(hù)，但要注意校驗(yàn)避雷器的滅弧電壓，它始終大于中性點(diǎn)可能出現(xiàn)的最高工頻電壓。變壓器的中性點(diǎn)保護(hù)變壓器防雷配電變壓器的防雷保護(hù)避雷器的接地線與變壓器金屬外殼、低壓側(cè)中性點(diǎn)連在一起接地避雷器盡量靠近變壓器，盡量減小連接線的長度如低壓側(cè)線路落雷，作用在低壓側(cè)的沖擊電壓按變比感應(yīng)到高壓側(cè)，由于低壓側(cè)絕緣裕度比高壓側(cè)大，故有可能在高壓側(cè)引起先擊穿，這個(gè)過程叫做“正變換”。為了防止正反變換出現(xiàn)的過電壓，可在低壓側(cè)每相上裝一只避雷器，使配電變壓器的防雷保護(hù)得以改善。高壓側(cè)遭雷擊，避雷器動(dòng)作，作用于低壓繞組的電流通過電磁耦合又變換到高壓側(cè)的過程叫做“反變換”。旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷旋轉(zhuǎn)電機(jī)——包括發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)、大型電動(dòng)機(jī)等。旋轉(zhuǎn)電機(jī)的防雷保護(hù)——指直配電機(jī)的防雷保護(hù)，即指與架空線路直接相連的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷保護(hù)的特點(diǎn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷保護(hù)的特點(diǎn)發(fā)電機(jī)經(jīng)升壓變壓器與架空線相連接的情況，線路上雷電波經(jīng)變壓器繞組過渡到發(fā)電機(jī)繞組。發(fā)電機(jī)和升壓變壓器低壓側(cè)連線過長，為使這段連線不受雷擊，需用避雷針進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)雷擊避雷針時(shí)，將有感應(yīng)過電壓作用于電機(jī)絕緣。發(fā)電機(jī)與負(fù)荷相距較近，將電機(jī)與架空線直接相連，稱之謂直配電機(jī)的情況。此時(shí)，若雷擊于導(dǎo)線或附近地面，將會(huì)有大氣過電壓作用于電機(jī)絕緣。旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷（1）旋轉(zhuǎn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)和工藝上的特點(diǎn)，它們的沖擊絕緣水平要比同電壓等級(jí)的變壓器低得多。（2）電機(jī)絕緣特別在導(dǎo)線出槽處，電場(chǎng)極不均勻，故在過電壓作用后，會(huì)有局部的輕微損傷，使絕緣老化，可能引起擊穿。（3）電機(jī)絕緣在運(yùn)行中受機(jī)械振動(dòng)、發(fā)熱以及局部放電所產(chǎn)生的臭氧的侵蝕，相對(duì)變壓器的工作條件更為嚴(yán)峻。（4）保護(hù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)用的磁吹避雷器（FCD）的保護(hù)性能與電機(jī)絕緣水平的配合裕度很小。（5）由于電機(jī)繞組的結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)，特別是大容量電機(jī)，其匝間電容很小，起不了改善沖擊電壓分布的作用。為了保證發(fā)電機(jī)匝間絕緣的安全運(yùn)行，必須要將入進(jìn)波陡度限制得很小。旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷保護(hù)的特點(diǎn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷措施：①每組發(fā)電機(jī)母線上都裝一組FCD型磁吹避雷器，以限制入侵波過電壓的幅值。②在發(fā)電機(jī)電壓母線上裝設(shè)一組并聯(lián)電容器（電容量為0.25~0.5μF），以限制侵入波陡度。這不但是保護(hù)電機(jī)匝間絕緣及中性點(diǎn)絕緣的需要，同時(shí)也是為了降低感應(yīng)過電壓。③在直配線進(jìn)線處加裝電纜段和管形避雷器等，以限制流過避雷器的雷電流不超過3kA。④發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)有引出線，在中性點(diǎn)加裝一只避雷器保護(hù)，或者將母線并聯(lián)電容加大到1.5~2.0μF，以進(jìn)一步降低入侵波陡度。旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷保護(hù)的特點(diǎn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷典型接線：直配電機(jī)的防雷保護(hù)在進(jìn)線處裝設(shè)電感線圈L，L可以是限流電抗器，也可以是專門為防雷所設(shè)置的線圈。L不但和母線上的電容器C構(gòu)成一個(gè)串聯(lián)振蕩電路，而且對(duì)波在L進(jìn)端的