2714 發(fā)電廠(chǎng)和變電所的防雷保護(hù)

1、高電壓工程基礎(chǔ)施圍 邱毓昌 張喬根（西安交通大學(xué)）編著劉青（西安科技大學(xué)）制作第11章 發(fā)電廠(chǎng)和變電所的防雷保護(hù) 11.1 發(fā)電廠(chǎng)和變電所的直擊雷防護(hù) 發(fā)電廠(chǎng)和變電所的行波保護(hù) 11.3 變電所防雷的幾個(gè)具體問(wèn)題 11.4 氣體絕緣變電所的防雷保護(hù) 11.5 旋轉(zhuǎn)電機(jī)的防雷高電壓工程基礎(chǔ)11.1 發(fā)電廠(chǎng)和變電所的直擊雷保護(hù)發(fā)電廠(chǎng)、變電所防止直擊雷的措施：采用避雷針、避雷線(xiàn)及良好的接地網(wǎng)。 裝設(shè)避雷針（線(xiàn)）的原則 裝設(shè)的避雷針（線(xiàn)）應(yīng)該使所有設(shè)備均處于避雷針及避雷線(xiàn)的保護(hù)范圍之內(nèi)。 另外，要注意防止反擊。即雷擊于避雷針及避雷線(xiàn)后，它們的地電位可能提高，如果它們與被保護(hù)設(shè)備的距離不夠大，則有可能在

2、避雷針、避雷線(xiàn)與被保護(hù)設(shè)備之間發(fā)生放電，或叫做逆閃絡(luò)。此類(lèi)放電現(xiàn)象不但會(huì)在空氣中發(fā)生，而且還會(huì)在地下接地裝置間發(fā)生，一旦出現(xiàn)，高電位就將加到電力設(shè)備上，有可能導(dǎo)致電力設(shè)備的絕緣損壞。 高電壓工程基礎(chǔ) 避雷針（線(xiàn)）的設(shè)計(jì)計(jì)算1. 獨(dú)立避雷針 I = 140 150 kA，L = 1.7 hH/m，空氣擊穿場(chǎng)強(qiáng)500 kV/m，土壤擊穿場(chǎng)強(qiáng)300kV/m，di / dt按斜角波頭= 2.6 s。高電壓工程基礎(chǔ)2. 架空避雷線(xiàn) 一端絕緣另一端接地的避雷線(xiàn) 兩端接地的避雷線(xiàn) 避雷針、避雷線(xiàn)的Sk一般不宜小于5m，Sd一般不宜小于3m，在可能的情況下，應(yīng)適當(dāng)?shù)丶哟?。高電壓工程基礎(chǔ) 幾個(gè)具體問(wèn)題 （1）對(duì)

3、于110kV及以上的配電裝置，由于絕緣較強(qiáng)，不易反擊，一般可將避雷針裝設(shè)在構(gòu)架上。構(gòu)架避雷針有造價(jià)低廉，便于布置的優(yōu)點(diǎn)。但因構(gòu)架離電氣設(shè)備較近，必須保證不發(fā)生反擊的要求。 （2）35kV 及以下配電裝置的絕緣較弱，所以其構(gòu)架或房頂上不宜裝設(shè)避雷針，而需要裝設(shè)獨(dú)立避雷針。 （3）發(fā)電廠(chǎng)廠(chǎng)房一般不裝設(shè)避雷針，以免發(fā)生感應(yīng)或反擊使繼電保護(hù)誤動(dòng)作，甚至造成絕緣損壞。1. 構(gòu)架避雷針高電壓工程基礎(chǔ)2. 避雷線(xiàn)我國(guó)有關(guān)規(guī)程規(guī)定： 110kV 及以上的配電裝置 可將線(xiàn)路的避雷線(xiàn)引接到出線(xiàn)門(mén)型構(gòu)架上，但土壤電阻率大于 1000m 的地區(qū)，應(yīng)加裝 3 5 根接地極。 35 60kV 配電裝置 在 不大于 500

4、m 的地區(qū)，允許將線(xiàn)路的避雷線(xiàn)引接到出線(xiàn)門(mén)型構(gòu)架上，但應(yīng)裝設(shè) 3 5 根接地極；當(dāng) 500m 時(shí)，避雷線(xiàn)應(yīng)終止于線(xiàn)路終端桿塔，進(jìn)變電所一檔線(xiàn)路可裝設(shè)避雷針保護(hù)。 高電壓工程基礎(chǔ)11.2 發(fā)電廠(chǎng)和變電所的行波保護(hù)a. 閥型避雷器（限制來(lái)波的幅值）b. 進(jìn)線(xiàn)保護(hù)（沖擊電暈降低入侵波的陡度和幅值；導(dǎo)線(xiàn)波阻 抗限制流過(guò)避雷器的沖擊電流幅值） 避雷器的保護(hù)作用1. 避雷器保護(hù)的動(dòng)作過(guò)程避雷器上的電壓可以看作斜角平頂波高電壓工程基礎(chǔ)2. 被保護(hù)設(shè)備上的過(guò)電壓變壓器與避雷器之間允許的最大電氣距離： 高電壓工程基礎(chǔ) 變電所的進(jìn)線(xiàn)保護(hù)不同額定電壓的線(xiàn)路與變壓器的沖擊強(qiáng)度 額定電壓(kV)351101542203

5、30500線(xiàn)路絕緣的沖擊放電電壓1.2/50s、負(fù)極性(kV)350700100012001400164520602300運(yùn)行中變壓器可耐受的沖擊電壓1.2/50s(kV)18042558583511751540 線(xiàn)路的沖擊耐壓比變電所設(shè)備的沖擊耐壓要高得多，若無(wú)避雷線(xiàn)，靠近變電所線(xiàn)路上受到雷擊時(shí)，不但流過(guò)避雷器的雷電流幅值可能超過(guò)規(guī)定值，而且陡度也會(huì)高于允許值。高電壓工程基礎(chǔ)1. 進(jìn)線(xiàn)保護(hù)概念（1）對(duì) 35110kV 線(xiàn)路，并不要求全線(xiàn)架設(shè)避雷線(xiàn)進(jìn)行保護(hù)，但在靠近變電所的 1 2km 范圍內(nèi)應(yīng)裝設(shè)避雷線(xiàn)、避雷針或其它防雷裝置，通常稱(chēng)此線(xiàn)段為進(jìn)線(xiàn)段。（2）對(duì)全線(xiàn)有避雷線(xiàn)的線(xiàn)路來(lái)說(shuō)，把靠近變電站

6、附近 2km 長(zhǎng)的一段線(xiàn)路也叫進(jìn)線(xiàn)段。它除了線(xiàn)路防雷外，還擔(dān)負(fù)著避免或減少變電所雷電行波事故的作用。（3）在上述兩種情況下，進(jìn)線(xiàn)段的耐雷水平要達(dá)到有關(guān)規(guī)程規(guī)定值，以減少反擊；同時(shí)保護(hù)角不超過(guò)20，以減少這段線(xiàn)路的繞擊。 高電壓工程基礎(chǔ)2. 進(jìn)線(xiàn)保護(hù)的作用a. 限制流過(guò)避雷器的雷電流幅值 例如，對(duì)于220kV 線(xiàn)路，取U50% = 1200kV，Z = 400 ，uR= 664kV，則：高電壓工程基礎(chǔ) 計(jì)算流經(jīng)避雷器的沖擊電流最大值 額定電壓(kV)避雷器型號(hào)線(xiàn)路絕緣的U50% (kV)ib (kA)35FZ-353501.41110FZ-110J7002.67220FZ-220J1200140

7、04.355.38330FCZ-330J16457.06500FCZ-500J206023108.6310 當(dāng)選用避雷器保護(hù)變電所時(shí)，一般在電壓為 220kV 級(jí)及以下時(shí)用 5kA 下的殘壓為準(zhǔn)，而在 330kV 以上時(shí)，以 l0kA 下殘壓為準(zhǔn)，或者更大的雷電流，由于金屬氧化物避雷器非線(xiàn)性特性非常好，因此雷電流要取更高的值。 高電壓工程基礎(chǔ)b. 限制侵入波陡度變電所侵入波計(jì)算陡度 額定電壓(kV)侵入波計(jì)算陡度(kV/m)額定電壓(kV)侵入波計(jì)算陡度(kV/m)1km進(jìn)線(xiàn)段2km進(jìn)線(xiàn)段或全線(xiàn)有避雷線(xiàn)1km進(jìn)線(xiàn)段2km進(jìn)線(xiàn)段或全線(xiàn)有避雷線(xiàn)351.00.52201.5601.10.553302

8、.21101.60.755002.5高電壓工程基礎(chǔ)未沿全線(xiàn)架設(shè)避雷線(xiàn)的35 110 kV 線(xiàn)路進(jìn)線(xiàn)保護(hù) 3. 進(jìn)線(xiàn)保護(hù)的典型接線(xiàn)限制侵入波的幅值 保護(hù)斷路器 全線(xiàn)有避雷線(xiàn)的變電所進(jìn)線(xiàn)保護(hù) 31500 5000 kVA，35kV變電所的簡(jiǎn)化保護(hù)接線(xiàn) 用電抗線(xiàn)圈代替進(jìn)線(xiàn)段避雷線(xiàn)的保護(hù)接線(xiàn) 高電壓工程基礎(chǔ)11.3 變電所防雷的幾個(gè)具體問(wèn)題 三繞組變壓器和自耦變壓器的防雷保護(hù) （1）低壓繞組開(kāi)路時(shí)，若線(xiàn)路有入侵波傳來(lái)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(kāi)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(xiàn)端對(duì)地加裝一臺(tái)避雷器。 （2）如果低壓繞組連接有25m及

9、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(lái)說(shuō)，絕緣水平比低壓繞組要高，當(dāng)其開(kāi)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。1. 三繞組變壓器的防雷保護(hù)高電壓工程基礎(chǔ)2. 自耦變壓器的防雷保護(hù)高壓端A進(jìn)波 中壓端A 進(jìn)波 一般避雷器配置 自耦避雷器配置 高電壓工程基礎(chǔ)變壓器的中性點(diǎn)保護(hù) 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)。全絕緣：中性點(diǎn)處的絕緣水平與相線(xiàn)端的絕緣水平相等。 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(xiàn)運(yùn)行時(shí)，在三相同時(shí)進(jìn)波的情

10、況下，中性點(diǎn)的對(duì)地電位會(huì)超過(guò)首端的對(duì)地電位。這種情況雖屬少見(jiàn)，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。分級(jí)絕緣：中性點(diǎn)處的絕緣水平低于相線(xiàn)端的絕緣水平。 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。高電壓工程基礎(chǔ) 配電變壓器的防雷保護(hù)避雷器的接地線(xiàn)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(xiàn)的長(zhǎng)度如低壓側(cè)線(xiàn)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(guò)程叫做“正變換”。為了防止正反變換出現(xiàn)的過(guò)電壓，可在低壓側(cè)每相上

11、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(guò)電磁耦合又變換到高壓側(cè)的過(guò)程叫做“反變換”。高電壓工程基礎(chǔ)11.4 氣體絕緣變電所的防雷保護(hù) 全封閉SF6氣體絕緣變電所（GIS）是除變壓器以外整個(gè)變電所的高壓電力設(shè)備及母線(xiàn)，封閉在一個(gè)接地的金屬殼內(nèi)，殼內(nèi)充以 (3 4)1.01325105 Pa大氣壓的SF6氣體作為相間和對(duì)地的絕緣。 高電壓工程基礎(chǔ) GIS變電所雷電過(guò)電壓保護(hù)的特點(diǎn)GIS絕緣的全伏秒特性比較平坦，其沖擊系數(shù)很小，約為。因此它的絕緣水平主要決定于雷電沖擊電壓。GIS變電所的波阻抗一般在60 100之間，遠(yuǎn)比架空線(xiàn)路低，這對(duì)變電所的

12、侵入波保護(hù)有利。GIS變電所結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)備之間的電氣距離小，避雷器離被保護(hù)設(shè)備較近，防雷保護(hù)措施比敞開(kāi)式變電所容易。 GIS絕緣完全不允許電暈，一旦發(fā)生電暈，將立即擊穿；而且沒(méi)有自恢復(fù)能力。高電壓工程基礎(chǔ) GIS變電所常用的雷電保護(hù)接線(xiàn)高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)發(fā)電機(jī)經(jīng)升壓變壓器與架空線(xiàn)相連接的情況，線(xiàn)路上雷電波經(jīng)變壓器繞組過(guò)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(xiàn)過(guò)長(zhǎng)，為使這段連線(xiàn)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(guò)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(xiàn)直接相連，稱(chēng)之謂直配電機(jī)的情況。此時(shí)，若雷擊于導(dǎo)線(xiàn)或附近地面，將會(huì)有大氣過(guò)電壓作用于電機(jī)絕緣。

13、 11.5 旋轉(zhuǎn)電機(jī)的防雷高電壓工程基礎(chǔ) 旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷保護(hù)的特點(diǎn) （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(xiàn)出槽處，電場(chǎng)極不均勻，故在過(guò)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

14、限制得很小。高電壓工程基礎(chǔ) 直配電機(jī)的防雷保護(hù) 每組發(fā)電機(jī)母線(xiàn)上都裝一組FCD型磁吹避雷器，以限制入侵波過(guò)電壓的幅值。 在發(fā)電機(jī)電壓母線(xiàn)上裝設(shè)一組并聯(lián)電容器（電容量為 ），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(guò)電壓。 在直配線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)處加裝電纜段和管形避雷器等，以限制流過(guò)避雷器的雷電流不超過(guò)3kA。 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)有引出線(xiàn)，在中性點(diǎn)加裝一只避雷器保護(hù)，或者將母線(xiàn)并聯(lián)電容加大到，以進(jìn)一步降低入侵波陡度。 措施：高電壓工程基礎(chǔ)典型接線(xiàn)：在進(jìn)線(xiàn)處裝設(shè)電感線(xiàn)圈L，L可以是限流電抗器，也可以是專(zhuān)門(mén)為防雷所設(shè)置的線(xiàn)圈。L不但和母線(xiàn)上的電容器 C 構(gòu)成一個(gè)串聯(lián)振蕩電路

15、，而且對(duì)波在L進(jìn)端的正反射提高了線(xiàn)路側(cè)的電壓，從而加速了FS的動(dòng)作，限制了進(jìn)波的幅值。 架空進(jìn)線(xiàn)段（450 600 m）的電感來(lái)代替集中電感，此段線(xiàn)路用獨(dú)立避雷針來(lái)保護(hù)。GB1作用：當(dāng)進(jìn)線(xiàn)段首端外側(cè)附近發(fā)生雷擊時(shí)，GB1先放電，從而將雷電流大部分由此引入地中，以防止磁吹避雷器FCD電流超過(guò)了3kA 。 GB2作用：加在線(xiàn)路首端的電壓，除了避雷器 GB1上的電壓降外，主要是接地電阻上的電壓降，降低此電壓。高電壓工程基礎(chǔ) 發(fā)電機(jī)經(jīng)過(guò)一段大于l00m的電纜與架空 線(xiàn)相連接，可以利用電纜外皮高頻電流的集膚效應(yīng)或電纜外皮的分流及耦合作用。 當(dāng)侵入波使電纜首端管形避雷器GB2動(dòng)作時(shí)，電纜芯線(xiàn)與外皮短接，相當(dāng)于把電纜芯和外皮連在一起并具有同樣的對(duì)地電壓。電纜發(fā)揮集膚效應(yīng)，從而減小了流過(guò)避雷器的電流，使殘壓降低。 GB2 與電纜之間串入一組 100 300 H 的電感，利用電感對(duì)侵入波的正反射波使 GB2 動(dòng)作 也可以將避雷器 GB2 前移 70m 或增加 GB1，以發(fā)揮電纜段的作用。 此連接線(xiàn)應(yīng)懸掛在桿塔導(dǎo)線(xiàn)下 2