發(fā)電廠和變電站的防雷保護(hù)

1、發(fā)電機(jī)、變壓器等主要電氣設(shè)備的內(nèi)絕緣大都沒有自恢復(fù)的能發(fā)電機(jī)、變壓器等主要電氣設(shè)備的內(nèi)絕緣大都沒有自恢復(fù)的能力力 220kV 220kV線路線路50%50%放電電壓放電電壓1200kV1200kV，而相應(yīng)的變壓器全波沖擊試，而相應(yīng)的變壓器全波沖擊試驗電壓驗電壓850kV850kV，全波多次沖擊耐壓只有，全波多次沖擊耐壓只有850/1.1=773kV850/1.1=773kV造成大面積停電造成大面積停電 發(fā)電廠是產(chǎn)生電能的中心，變電站是分配電能的樞紐，發(fā)電廠是產(chǎn)生電能的中心，變電站是分配電能的樞紐，所以比輸電線路防雷更加重要，需采取防雷措施。所以比輸電線路防雷更加重要，需采取防雷措施。3u雷直擊

2、變電站雷電沖擊波沿線路入侵：（1）雷直擊發(fā)電廠和變電站的避雷針后，強(qiáng)大的雷電流）雷直擊發(fā)電廠和變電站的避雷針后，強(qiáng)大的雷電流 在設(shè)備上：在設(shè)備上：a.產(chǎn)生感應(yīng)過電壓產(chǎn)生感應(yīng)過電壓 b.避雷針電位升高對設(shè)備反擊避雷針電位升高對設(shè)備反擊 c.產(chǎn)生跨步電壓和接觸電壓產(chǎn)生跨步電壓和接觸電壓（2）雷擊線路后導(dǎo)線上形成雷電波侵入發(fā)電廠和變電站）雷擊線路后導(dǎo)線上形成雷電波侵入發(fā)電廠和變電站（1）選址時盡可能選擇少雷區(qū)）選址時盡可能選擇少雷區(qū)（2）采用避雷針和避雷線作為直擊雷防護(hù)）采用避雷針和避雷線作為直擊雷防護(hù)（3）采用避雷器和進(jìn)線段保護(hù)作為侵入波防護(hù)）采用避雷器和進(jìn)線段保護(hù)作為侵入波防護(hù)610.1 發(fā)電廠

3、、變電站的直擊雷保護(hù)發(fā)電廠、變電站的直擊雷保護(hù)措施：避雷針和避雷線措施：避雷針和避雷線chLdLchLkRiudtdiLRiu 一般直擊雷電流一般直擊雷電流iL=100kA; s/kA5 .38dtdiL 10-1 10-1 避雷針和避雷線的接地都為獨(dú)立接地體避雷針和避雷線的接地都為獨(dú)立接地體注意校核：（注意校核：（1）空氣間隙）空氣間隙Sk；（；（2）土壤間隙）土壤間隙Sd以免反擊以免反擊12Rchh發(fā)生反擊時發(fā)生反擊時: 500Sk=100Rch+60h 300Sd=100Rch防止反擊防止反擊: Sk0.2Rch+0.1h 一般一般5m Sd0.3Rch 一般一般3mL0=1.55H/m

4、; h高處高處 L=1.55hH空氣與土壤的平均擊穿場強(qiáng)：空氣與土壤的平均擊穿場強(qiáng)：E500kV/m和和300kV/m設(shè)計步驟：設(shè)計步驟： 根據(jù)避免反擊的要求，決定避雷針的安裝位置，根據(jù)避免反擊的要求，決定避雷針的安裝位置，這樣就決定了避雷針和被保護(hù)設(shè)備的水平距離。這樣就決定了避雷針和被保護(hù)設(shè)備的水平距離。 根據(jù)已決定的水平距離和被保護(hù)設(shè)備的高度，計根據(jù)已決定的水平距離和被保護(hù)設(shè)備的高度，計算避雷針的高度，驗算保護(hù)范圍，使設(shè)備處于保算避雷針的高度，驗算保護(hù)范圍，使設(shè)備處于保護(hù)范圍之內(nèi)。護(hù)范圍之內(nèi)。u一般一般110kV110kV及以上變電所，及以上變電所，允許裝允許裝配電構(gòu)架避雷針配電構(gòu)架避雷針

5、，配電構(gòu)，配電構(gòu)架需裝設(shè)輔助接地裝置，與地網(wǎng)的連接處距變壓器接地的距架需裝設(shè)輔助接地裝置，與地網(wǎng)的連接處距變壓器接地的距離不小于離不小于15m15m。土壤電阻率。土壤電阻率500500m m時時, ,需獨(dú)立架設(shè)避雷針。需獨(dú)立架設(shè)避雷針。u變壓器門型構(gòu)架上不得加裝避雷針變壓器門型構(gòu)架上不得加裝避雷針。u35kV35kV及以下變電所需獨(dú)立加設(shè)避雷針及以下變電所需獨(dú)立加設(shè)避雷針，并達(dá)到不反擊的要求。，并達(dá)到不反擊的要求。10-210-2 裝設(shè)避雷器裝設(shè)避雷器正確選擇避雷器的形式、參數(shù)正確選擇避雷器的形式、參數(shù)合理確定保護(hù)接線方式，如臺數(shù)、裝合理確定保護(hù)接線方式，如臺數(shù)、裝設(shè)位置設(shè)位置盡量少的避雷器保

6、護(hù)所有設(shè)備盡量少的避雷器保護(hù)所有設(shè)備避雷器動作前避雷器動作前避雷器動作后避雷器動作后避雷器動作前：避雷器動作前： ub=2u(t)動作后：動作后： 變壓器在沖擊電壓作用下可等值為一個電容（稱為入口電變壓器在沖擊電壓作用下可等值為一個電容（稱為入口電容），為簡化分析，一般可以不計，容），為簡化分析，一般可以不計，認(rèn)為輸電線路在此開路。認(rèn)為輸電線路在此開路。避雷器直接并在設(shè)備旁：避雷器直接并在設(shè)備旁：12bbuui Z)(bbifu 1412bbuui Z圖解法圖解法避雷器動作后：避雷器動作后：變壓器（也是避雷器）上電壓有兩個峰值：變壓器（也是避雷器）上電壓有兩個峰值： Uch ：避雷器沖擊放電電

7、壓：避雷器沖擊放電電壓 Ubm：避雷器殘壓的最大值，取：避雷器殘壓的最大值，取5kA下的數(shù)值下的數(shù)值兩個峰值兩個峰值Uch和和Ubm基本相同基本相同變壓器得到可靠保護(hù)條件：變壓器得到可靠保護(hù)條件：變壓器沖擊放電電壓大于避雷變壓器沖擊放電電壓大于避雷器的沖擊放電電壓和器的沖擊放電電壓和5kA下的殘壓下的殘壓110kV220kV變電所雷電流不得超過變電所雷電流不得超過5kA，故，故5kA下的下的殘壓用殘壓用Ub.5表示。表示。 避雷器和被保護(hù)設(shè)備并在一起時，被保護(hù)設(shè)備上避雷器和被保護(hù)設(shè)備并在一起時，被保護(hù)設(shè)備上的過電壓就是避雷器上的電壓，所以的過電壓就是避雷器上的電壓，所以變壓器沖擊放變壓器沖擊放

8、電電壓應(yīng)該大于避雷器的沖擊放電電壓和電電壓應(yīng)該大于避雷器的沖擊放電電壓和5kA下的殘下的殘壓壓. 實際工程中不可能在每臺被保護(hù)設(shè)備上并一臺實際工程中不可能在每臺被保護(hù)設(shè)備上并一臺避雷器，也就是說避雷器，也就是說避雷器與被保護(hù)設(shè)備存在一定距避雷器與被保護(hù)設(shè)備存在一定距離離。入侵波入侵波 at (到到B點(diǎn)時點(diǎn)時t=0)在變壓器入口處在變壓器入口處T發(fā)生全反射發(fā)生全反射:1) 當(dāng)當(dāng)T點(diǎn)的反射波到達(dá)點(diǎn)的反射波到達(dá)B點(diǎn)之前點(diǎn)之前 UB(t) = at2) 當(dāng)當(dāng)T點(diǎn)的反射波到達(dá)點(diǎn)的反射波到達(dá)B后和避雷器動作之前后和避雷器動作之前vl )-2a(t )(2)2()(22222vltavltaattUB3)

9、避雷器動作時刻避雷器動作時刻 t = tp )-(t2 )(2)(2)(2p25 .pbBtttUtU)(22t避雷器伏秒特性曲線避雷器伏秒特性曲線)tt (2p 22pt變壓器上電壓變壓器上電壓UT( t )：ptt( )2Tutat25( )22TpblutatUavptt22 plttv2222522( )2 ()4 ()2 2 ()2Tppppblluta ta ttvvlla tUavv24 plttv25( )22TpblutatUav2.522TpblUtUv最大電壓最大電壓22變壓器上典型的實際電壓波形變壓器上典型的實際電壓波形 由于入侵波在變壓器與避雷器之間多次反射，作用由于

10、入侵波在變壓器與避雷器之間多次反射，作用在變壓器上的電壓具有振蕩性質(zhì)，在變壓器上的電壓具有振蕩性質(zhì)，相當(dāng)于截波的作用相當(dāng)于截波的作用。3.3.變壓器與避雷器之間允許的最大電氣距離變壓器與避雷器之間允許的最大電氣距離 變壓器承受截波的能力為多次截波耐壓值變壓器承受截波的能力為多次截波耐壓值: 因此變壓器承受的最大耐壓值因此變壓器承受的最大耐壓值 變壓器與避雷器間允許的最大電氣距離變壓器與避雷器間允許的最大電氣距離 15. 1UU3 . jj jbUKvlU25 .v/2UUL5 .bjm 實際中以變壓器承受多次截波的能力（多次截波耐壓值實際中以變壓器承受多次截波的能力（多次截波耐壓值uj）表示承

11、受雷電波的能力。）表示承受雷電波的能力。確保變壓器安全的主要措施確保變壓器安全的主要措施 2 25 .vlUUbT變壓器上最大電壓結(jié)論：結(jié)論：（1）避雷器具有一定的保護(hù)范圍，最大允許距離）避雷器具有一定的保護(hù)范圍，最大允許距離Lmax與與 變壓器變壓器uj和避雷器和避雷器ur差值有關(guān)差值有關(guān) ujur Lmax（2）Lmax與侵入波陡度與侵入波陡度a有關(guān)有關(guān) a Lmax ，所以要所以要 a（3）變電站多回出線比單回出線）變電站多回出線比單回出線Lmax高高 所以實際工程中，在變電站雷電侵入波保護(hù)設(shè)計時就是選擇所以實際工程中，在變電站雷電侵入波保護(hù)設(shè)計時就是選擇避雷器的布置位置，原則是避雷器的

12、布置位置，原則是在任何可能的運(yùn)行方式下，變電站內(nèi)在任何可能的運(yùn)行方式下，變電站內(nèi)變壓器和其它設(shè)備距避雷器的電氣距離應(yīng)小于最大允許電氣距離變壓器和其它設(shè)備距避雷器的電氣距離應(yīng)小于最大允許電氣距離。避雷器一般裝設(shè)在母線上，一組或者多組。避雷器一般裝設(shè)在母線上，一組或者多組。10-310-3 要將變電站電氣設(shè)備上的過電壓水平限制在其沖擊耐要將變電站電氣設(shè)備上的過電壓水平限制在其沖擊耐壓值以下，必須限制從線路傳來的侵入波陡度，以限制由壓值以下，必須限制從線路傳來的侵入波陡度，以限制由于避雷器與電氣設(shè)備之間的距離引起的電位升高；限制流于避雷器與電氣設(shè)備之間的距離引起的電位升高；限制流過避雷器的雷電流不超

13、過過避雷器的雷電流不超過5kA以降低殘壓。以降低殘壓。變電站電氣設(shè)備在雷電侵入時出現(xiàn)的過電壓為：變電站電氣設(shè)備在雷電侵入時出現(xiàn)的過電壓為：需限制i雷電 uB.5 及 需 a u 進(jìn)線段保護(hù)vlUUbT2 5 .進(jìn)線段：輸電線進(jìn)線段：輸電線靠近變電站靠近變電站12km的線段的線段 進(jìn)線段保護(hù)：加強(qiáng)進(jìn)線段防雷保護(hù)措施（無避雷線的架設(shè)進(jìn)線段保護(hù)：加強(qiáng)進(jìn)線段防雷保護(hù)措施（無避雷線的架設(shè)避雷線，有避雷線減小保護(hù)角，增加絕緣子片數(shù)，加強(qiáng)檢查巡避雷線，有避雷線減小保護(hù)角，增加絕緣子片數(shù)，加強(qiáng)檢查巡視）；使進(jìn)線段耐雷水平高于線路其它部分，減小進(jìn)線段發(fā)生視）；使進(jìn)線段耐雷水平高于線路其它部分，減小進(jìn)線段發(fā)生繞擊

14、和反擊形成侵入波的概率，這樣侵入變電站的雷電波主要繞擊和反擊形成侵入波的概率，這樣侵入變電站的雷電波主要來自進(jìn)線段之外來自進(jìn)線段之外. 當(dāng)線路全線無避雷線時，這段線路必須架設(shè)避雷線當(dāng)線路全線無避雷線時，這段線路必須架設(shè)避雷線；當(dāng)當(dāng)線路全線有避雷線時，也將變電站附近線路全線有避雷線時，也將變電站附近2km長的一段進(jìn)線列長的一段進(jìn)線列為進(jìn)線保護(hù)段。為進(jìn)線保護(hù)段。 10-310-3 侵入波經(jīng)過在進(jìn)線段上傳播時，由于沖擊電暈侵入波經(jīng)過在進(jìn)線段上傳播時，由于沖擊電暈陡度會降低，進(jìn)線段的波阻抗也起著限制流過避雷陡度會降低，進(jìn)線段的波阻抗也起著限制流過避雷器的雷電流的作用。器的雷電流的作用。進(jìn)線段作用進(jìn)線段

15、作用：（1）限制雷電流幅值（）限制雷電流幅值（2）降低侵入波陡度）降低侵入波陡度1. 35kV1. 35kV及以上變電所進(jìn)線段保護(hù)及以上變電所進(jìn)線段保護(hù)（1）未沿全線架設(shè)避雷線的進(jìn)線保護(hù)接線（）未沿全線架設(shè)避雷線的進(jìn)線保護(hù)接線（2）全線有避雷線的進(jìn)線保護(hù)接線）全線有避雷線的進(jìn)線保護(hù)接線30例：例：3535kV110kVkV110kV變電站進(jìn)線段保護(hù)典型接線變電站進(jìn)線段保護(hù)典型接線 進(jìn)線段架設(shè)避雷線，且保護(hù)角取不大于進(jìn)線段架設(shè)避雷線，且保護(hù)角取不大于20 。 在靠近隔離開關(guān)或斷路器處裝設(shè)排氣式避雷器。在靠近隔離開關(guān)或斷路器處裝設(shè)排氣式避雷器。31進(jìn)線段保護(hù)的作用進(jìn)線段保護(hù)的作用 降低波的幅值與陡

16、度。降低波的幅值與陡度。 限制流過避雷器的沖擊電流幅值。限制流過避雷器的沖擊電流幅值。（一）流過避雷器的電流（一）流過避雷器的電流可以不考慮在進(jìn)線段上的多次反射?？梢圆豢紤]在進(jìn)線段上的多次反射。雷電波在12km內(nèi)往返一次的時間：svlt3 .137 . 6300/ )21 (*2/232回路方程：bmbLUZIU%502避雷器伏安特性：)(ifub%50U)(a%502UbmUbLI)(bZZZUUIbbm%50233例：例：220kV線路的沖擊絕緣強(qiáng)度線路的沖擊絕緣強(qiáng)度U50%=1200kV，線線路波阻路波阻400 ，變電站中氧化鋅，變電站中氧化鋅避雷器的殘壓避雷器的殘壓520kVkAIbm

17、7 . 440052012002避雷器中的雷電流不超過避雷器中的雷電流不超過5 5kAkA ，這也是避雷器殘這也是避雷器殘壓按照壓按照5 5kAkA考慮的原因。考慮的原因。2. 進(jìn)入變電站的雷電波陡度a式中 0進(jìn)線段首端斜角波頭長度，s； 進(jìn)線段末端變形后的斜角波頭長度，s； U侵入雷電波幅值，kV。通?？扇檫M(jìn)線段首端線路絕緣的50%沖擊閃絡(luò)電壓U50%。 l0進(jìn)線段長度，km； hc進(jìn)線段導(dǎo)線的平均對地高度，m。0c0)008. 05 . 0(lhU35計算不同電壓等級的a 后，可求出變電站電氣設(shè)備離避雷器的最大允許電氣距離lm首端落雷且幅值為U50%的直角波，沖擊電暈將使直角波波頭變緩：

18、 起暈起暈UU%50 (kV/ s)0.008(0.5)duuaulh)kV/m( 300avaa 需要的進(jìn)線段長度需要的進(jìn)線段長度 額定電壓（kV）計算用進(jìn)波陡度a（kV/s）進(jìn)線段長1km進(jìn)線段長2km或全線有避雷線3511022033050030045015022545066075037max0.080.5dUlUahkm1）進(jìn)線段的作用：進(jìn)線段的作用：進(jìn)線段內(nèi)防止雷擊導(dǎo)線，進(jìn)線段以外進(jìn)進(jìn)線段內(nèi)防止雷擊導(dǎo)線，進(jìn)線段以外進(jìn)雷時，由于進(jìn)線段本身阻抗的作用，使流經(jīng)避雷器的雷雷時，由于進(jìn)線段本身阻抗的作用，使流經(jīng)避雷器的雷電流受到限制，同時由于沖擊電暈的影響，將使入侵波電流受到限制，同時由于沖擊

19、電暈的影響，將使入侵波陡度和幅值下降。陡度和幅值下降。2）F3的作用：的作用：限制入侵波的幅值。限制入侵波的幅值。1. 35kV1. 35kV及以上變電所進(jìn)線段保護(hù)及以上變電所進(jìn)線段保護(hù)3) F2的作用：的作用：隔離開關(guān)或斷路器斷開時防止入侵波在此發(fā)隔離開關(guān)或斷路器斷開時防止入侵波在此發(fā)生全反射造成對地閃絡(luò)。斷路器閉合運(yùn)行時，生全反射造成對地閃絡(luò)。斷路器閉合運(yùn)行時，F(xiàn)2避雷器在避雷器在避雷器避雷器F1的保護(hù)范圍內(nèi)不動作，避免截斷波的產(chǎn)生的保護(hù)范圍內(nèi)不動作，避免截斷波的產(chǎn)生.4）(閥式避雷器閥式避雷器)F1的作用：的作用：斷路器斷路器合閘狀態(tài)時，保護(hù)設(shè)備合閘狀態(tài)時，保護(hù)設(shè)備絕緣。絕緣。 圖中各元

20、件的名稱和作用：圖中各元件的名稱和作用：40例：例：3535kVkV小容量變電站的簡化進(jìn)線保護(hù)小容量變電站的簡化進(jìn)線保護(hù)電氣距離一般在電氣距離一般在10m以內(nèi)，允許侵入波陡度增大，以內(nèi)，允許侵入波陡度增大，進(jìn)線段縮短到進(jìn)線段縮短到500600m。41簡化接線：用電抗器代替進(jìn)線段保護(hù)簡化接線：用電抗器代替進(jìn)線段保護(hù) 在進(jìn)線段裝設(shè)避雷器有困難，或者進(jìn)線段桿塔接地電阻難以降到耐雷水平的要求時，可用一組1mH左右的電抗器代替進(jìn)線段保護(hù)，以限制流過避雷器的雷電流幅值和陡度4210. 4 10. 4 變電站防雷的幾個具體問題變電站防雷的幾個具體問題方法：在有可能出現(xiàn)過電壓的地方加裝避雷器方法：在有可能出現(xiàn)過電壓的地方加裝避雷器A AOA AOul123)(aul1233)(bA AO1高壓側(cè)中壓側(cè)0U0kUkU00U例例1 1：自耦變壓器的保護(hù)：自耦變壓器的保護(hù)43例例2 2：配電變壓器的保護(hù)：配電變壓器的保護(hù) 在高壓側(cè)避雷器動作時，引起地電位升高，威脅低壓側(cè)。在高壓