過(guò)電壓及其防護(hù)課件

1、第9章 過(guò)電壓及其防護(hù)學(xué)習(xí)目標(biāo)9.1雷電及防雷裝置9.2發(fā)電廠(chǎng)和變電所的防雷保護(hù)9.3電力系統(tǒng)內(nèi)部過(guò)電壓9.4 變電站的保護(hù)接地本章小結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握電力系統(tǒng)過(guò)電壓分類(lèi)以及各類(lèi)過(guò)電壓的產(chǎn)生原因；了解雷電放電過(guò)程及雷電放電的危害；掌握避雷針、避雷線(xiàn)的原理及安裝要求；掌握避雷器的工作原理及分類(lèi)；掌握發(fā)電廠(chǎng)、變電所的直擊雷和侵入雷的防護(hù)措施；掌握電力系統(tǒng)內(nèi)部過(guò)電壓的分類(lèi)及特點(diǎn)；熟悉供電系統(tǒng)常見(jiàn)的內(nèi)部過(guò)電壓及抑制措施；掌握接地的概念和分類(lèi)，以及接地裝置的組成；掌握變電所保護(hù)接地的作用以及接地網(wǎng)的原理。 9.1雷電及防雷裝置9.1.1 雷電放電過(guò)程9.1.2 雷電的危害9.1.3防雷裝置9.1.1 雷電放

2、電過(guò)程1.雷電過(guò)電壓：指雷云放電在電氣設(shè)備上產(chǎn)生的過(guò)電壓，也稱(chēng)為大氣過(guò)電壓。 感應(yīng)雷過(guò)電壓直擊雷過(guò)電壓電磁場(chǎng)的劇烈變化，電磁耦合而產(chǎn)生的流經(jīng)被擊物巨大的雷電流所造成的9.1.1 雷電放電過(guò)程2.雷電放電的過(guò)程對(duì)雷云形成過(guò)程中的電荷分離、電荷的積聚分布、雷云電場(chǎng)的形成等進(jìn)行分析研究，其中比較有代表性的有感應(yīng)起電、對(duì)流起電、水滴分裂起電、融化起電、凍結(jié)起電等，但至今尚無(wú)定論。就其本質(zhì)而言，雷電放電是一種超長(zhǎng)氣隙的火花放電。 9.1.1 雷電放電過(guò)程（1）先導(dǎo)放電在電荷集中的地方空氣將發(fā)生電離，產(chǎn)生一個(gè)向地面發(fā)展的等離子通道，稱(chēng)為先導(dǎo)。 雷云中的電荷在大地表面感應(yīng)出異號(hào)電荷，雷云與大地之間形成一個(gè)極

3、不均勻電場(chǎng)。當(dāng)先導(dǎo)通道發(fā)展到定向高度，將沿其頭部向感應(yīng)電荷集中點(diǎn)發(fā)展。 9.1.1 雷電放電過(guò)程（2）主放電當(dāng)先導(dǎo)通道頭部與感應(yīng)電荷集中點(diǎn)距離很小時(shí)，空氣間隙中的電場(chǎng)強(qiáng)度極高，使空氣間隙迅速電離。 地面感應(yīng)的正電荷將沿著先導(dǎo)通道向上逐漸中和通道中的負(fù)電荷，雷電流將達(dá)到幾十甚至幾百kA。 主放電過(guò)程產(chǎn)生的大電流到達(dá)云端時(shí)，主放電階段結(jié)束。 9.1.1 雷電放電過(guò)程（3）余輝電荷中心剩下的電荷將繼續(xù)沿主放電通道下移，主放電結(jié)束9.1.2雷電的危害 1直擊雷的危害 (1)雷擊地面上的人或動(dòng)物將造成傷亡；(2)雷擊的熱效應(yīng)會(huì)造成火災(zāi)、油庫(kù)爆炸等(3)雷擊輸電線(xiàn)路或建筑會(huì)引起金屬燒蝕；(4)強(qiáng)大的雷電流

4、也會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓嚴(yán)重威脅電氣設(shè)備絕緣。9.1.2雷電的危害2感應(yīng)雷的危害 (1)電磁感應(yīng)(2)靜電感應(yīng)，(3)電磁干擾甚至破壞通訊設(shè)備。9.1.2雷電的危害3侵入波的危害 雷電波可以沿著輸電線(xiàn)路進(jìn)入變電站，沿著電纜或通信線(xiàn)進(jìn)入建筑物內(nèi)，損壞電氣及電子設(shè)備。9.1.2雷電的危害4跨步電壓和接觸電壓的危害 若作用在人或動(dòng)物身上可能會(huì)造成傷亡。 9.1.3防雷裝置 避雷針和避雷線(xiàn) (1)避雷針和避雷線(xiàn)的保護(hù)原理 避雷針和避雷線(xiàn)是防止直擊雷的有效措施。避雷針和避雷線(xiàn)在空間位置上高于被保護(hù)物體，頂端形成局部電場(chǎng)強(qiáng)度集中的空間，可將雷電吸引過(guò)來(lái)?yè)粲诒芾揍樅捅芾拙€(xiàn)，并通過(guò)自身接地裝置使雷電流泄入大地，起到保護(hù)

5、作用。當(dāng)強(qiáng)大的雷電流泄入大地時(shí)，必然在避雷針、線(xiàn)或接地裝置上產(chǎn)生幅值很高的過(guò)電壓，有可能使它們與被保護(hù)物之間的間隙擊穿（稱(chēng)為反擊）。為了防止反擊，避雷針、避雷線(xiàn)與被保護(hù)物之間應(yīng)保持一定的距離。 避雷針的作用是引雷。（2）避雷針的保護(hù)范圍 單根避雷針的保護(hù)范圍 （折線(xiàn)法確定）圖9-1 當(dāng)避雷針高度為h，被保護(hù)物高度hx水平面上，保護(hù)半徑rx時(shí)，ph高度修正系數(shù)，當(dāng)h30m時(shí)，ph=1；當(dāng)30mh120m時(shí)，。（2）避雷針的保護(hù)范圍兩支等高避雷針的保護(hù)范圍圖9-2 兩針外側(cè)的保護(hù)范圍可按單支避雷針的計(jì)算方法確定，兩針之間的保護(hù)范圍按通過(guò)兩針頂點(diǎn)及保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)O的圓弧確定，O點(diǎn)的高度為兩針

6、間距離與針高之比D/h不宜大于5 （2）避雷針的保護(hù)范圍等高三針及三針以上的多針聯(lián)合保護(hù)范圍最終都可以轉(zhuǎn)化成多個(gè)兩針的情況，可分別驗(yàn)算其保護(hù)范圍，只要在被保護(hù)物體最大高度水平面上各相鄰避雷針間保護(hù)范圍的一側(cè)最小寬度bx0，則以避雷針為頂點(diǎn)形成的面積都可受到保護(hù)。（3）避雷線(xiàn)的保護(hù)范圍單根避雷線(xiàn)的保護(hù)范圍 在hx高度水平面上每側(cè)的保護(hù)寬度rx為 圖9-3 圖9-4 兩條等高平行避雷線(xiàn)的聯(lián)合保護(hù)范圍 兩線(xiàn)外側(cè)的保護(hù)范圍與單線(xiàn)時(shí)相同；兩線(xiàn)內(nèi)側(cè)的保護(hù)范圍的橫截面，由通過(guò)兩線(xiàn)及保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)O的圓弧確定。O 點(diǎn)的高度h0為 （3）避雷線(xiàn)的保護(hù)范圍避雷線(xiàn)的保護(hù)角：指避雷線(xiàn)與邊相導(dǎo)線(xiàn)的連線(xiàn)與避雷線(xiàn)的

7、鉛錘線(xiàn)之間的夾角圖9-5保護(hù)角越小，對(duì)導(dǎo)線(xiàn)直擊雷保護(hù)越可靠，即雷擊導(dǎo)線(xiàn)的概率越小。9.1.3防雷裝置避雷器（1）保護(hù)原理避雷器的連接 當(dāng)雷電入侵波或操作波超過(guò)避雷器的動(dòng)作電壓時(shí)，避雷器將先于被保護(hù)設(shè)備放電，強(qiáng)大的沖擊電流泄入大地，從而限制了過(guò)電壓。避雷器放電后，又立即能恢復(fù)其正常的絕緣狀態(tài)，使系統(tǒng)正常工作。 避雷器能把電氣設(shè)備上的過(guò)電壓限制在一定范圍內(nèi)，從而防止過(guò)電壓損壞設(shè)備 避雷器的放電電壓應(yīng)略高于系統(tǒng)的最大工作電壓，在正常情況下不應(yīng)放電，接近開(kāi)路狀態(tài)。其次，避雷器應(yīng)先于被保護(hù)電氣設(shè)備放電最后，避雷器應(yīng)具有一定的熄弧能力，放電后應(yīng)迅速恢復(fù)絕緣強(qiáng)度。（2）避雷器的分類(lèi)避雷器管式避雷器閥型避雷器

8、金屬氧化物避雷器保護(hù)間隙（2）避雷器的分類(lèi)保護(hù)間隙：間隙兩端的電壓超過(guò)其放電電壓時(shí)間隙擊穿，利用自身的電動(dòng)力和熱作用將電弧拉長(zhǎng)而使電弧熄滅 圖9-6 雙羊角狀間隙 常用于310kV電網(wǎng)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：伏秒特性陡，動(dòng)作后產(chǎn)生截波，對(duì)變壓器匝間絕緣有很大的威脅與其它防護(hù)措施配合使用。 4圓鋼電極1主間隙2輔助間隙3支柱絕緣子（2）避雷器的分類(lèi)管型避雷器排氣式避雷器 圖9-7 內(nèi)間隙S1產(chǎn)氣材料制成的滅弧管內(nèi) 外間隙S2把滅弧管與電網(wǎng)隔開(kāi) 串聯(lián) 5貯氣室；6動(dòng)作指示器；S1、S2內(nèi)、外間隙 1產(chǎn)氣管；2膠木管套；3棒電極；4環(huán)形電極；（2）避雷器的分類(lèi)管型避雷器排氣式避雷器 圖9-7

9、 當(dāng)出現(xiàn)雷電過(guò)電壓時(shí)，兩個(gè)間隙均被擊穿，沖擊電流即被導(dǎo)入大地。在系統(tǒng)工頻電壓作用下，流過(guò)工頻續(xù)流。工頻續(xù)流的高溫使產(chǎn)氣材料產(chǎn)生大量氣體，管內(nèi)氣壓急速升高，高壓氣體從噴口猛烈噴出，對(duì)電弧形成強(qiáng)烈的縱吹作用，使電弧在工頻電流過(guò)零時(shí)熄滅。 工作原理：避免不了氣隙放電固有的缺點(diǎn)特點(diǎn)：滅弧能力是由工頻續(xù)流的大小決定的，續(xù)流太大產(chǎn)生氣體過(guò)多，管內(nèi)的壓力超過(guò)產(chǎn)氣管的機(jī)械強(qiáng)度，使管式避雷器爆炸；續(xù)流太小產(chǎn)氣過(guò)少，不能切斷電弧。僅用于保護(hù)線(xiàn)路弱絕緣及電站的進(jìn)線(xiàn)保護(hù)段。（2）避雷器的分類(lèi)閥型避雷器 由火花間隙和非線(xiàn)性電阻閥片組成，裝在密封的磁套管內(nèi)。閥型避雷器的火花間隙組是由多個(gè)單間隙串聯(lián)組成的。正常運(yùn)行時(shí)，間隙

10、介質(zhì)處于絕緣狀態(tài)，僅有極小的泄漏電流通過(guò)閥片。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)雷電過(guò)電壓時(shí)，火花間隙很快被擊穿，使雷電沖擊電流很容易通過(guò)閥性電阻而引入大地。閥片在大的沖擊電流下電阻由高變低，所以沖擊電流在其上產(chǎn)生的壓降（殘壓）較低，此時(shí)，作用在被保護(hù)設(shè)備上的電壓只是避雷器的殘壓，從而使電氣設(shè)備得到了保護(hù)。 （2）避雷器的分類(lèi)避雷器的非線(xiàn)性電阻閥片是由金剛砂（SiC）粉末與粘合劑（如水玻璃等）模壓成圓餅，在320溫度下焙燒而成。圖99 閥片的伏安特性 閥片電阻值不是常數(shù) 閥式避雷器的保護(hù)作用主要靠間隙和閥片的相互配合來(lái)完成。當(dāng)過(guò)電壓達(dá)到間隙動(dòng)作電壓時(shí)，間隙放電，閥片在高電壓下表現(xiàn)為低電阻，同時(shí)流過(guò)大電流，將其上電壓鉗

11、制在某一允許值以?xún)?nèi)；當(dāng)過(guò)電壓消失后，會(huì)有較小的工頻續(xù)流流過(guò)，閥片電阻已經(jīng)恢復(fù)到較高水平，從而有利于工頻續(xù)流的熄滅。避雷器從間隙擊穿到工頻續(xù)流被切斷不超過(guò)半個(gè)周波，因此電網(wǎng)在整個(gè)過(guò)電壓發(fā)生到受到限制期間均保持正常供電。（2）避雷器的分類(lèi)金屬氧化物避雷器（MOA）金屬氧化物避雷器又稱(chēng)壓敏避雷器。它是一種沒(méi)有火花間隙只有壓敏電阻片的閥型避雷器。壓敏電阻片是氧化鋅等金屬氧化物燒結(jié)而成的多晶半導(dǎo)體陶瓷元件，具有理想的伏安特性。在工頻電壓下，它具有極大的電阻，能迅速有效地阻斷工頻電流，因此不需要火花間隙來(lái)熄滅由工頻續(xù)流引起的電??；在雷電過(guò)電壓作用下，其電阻變得很小，能很好地泄放雷電流。具有無(wú)間隙、無(wú)續(xù)流、

12、殘壓低、體積小等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用 。（2）避雷器的分類(lèi) 保護(hù)性能好，可以做成無(wú)間隙避雷器。 無(wú)續(xù)流，耐重復(fù)動(dòng)作能力強(qiáng)。 通流容量大。適用于多種特殊需要。 MOA的特點(diǎn)9.2 放電廠(chǎng)和變電所的防雷保護(hù)直擊雷是指雷直擊于發(fā)電廠(chǎng)、變電所內(nèi)的電氣裝置和建筑物上。侵入雷是指雷擊輸電線(xiàn)路產(chǎn)生的雷電波沿線(xiàn)路入侵發(fā)電廠(chǎng)和變電所。避雷針或避雷線(xiàn) 避雷器，電容器 9.2.1 直擊雷防護(hù)避雷針、避雷線(xiàn)及良好的接地網(wǎng) 直擊雷事故有可能是避雷針落雷后產(chǎn)生的反擊過(guò)電壓或感應(yīng)過(guò)電壓造成的，也可能是雷繞擊變電所的母線(xiàn)或其他電氣設(shè)備造成的。 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)，同時(shí)還要求雷擊避雷針和避雷線(xiàn)時(shí)，不應(yīng)對(duì)被

13、保護(hù)物發(fā)生反擊。 9.2.1 直擊雷防護(hù)獨(dú)立避雷針。 單獨(dú)接地防止避雷針接地裝置與被保護(hù)物接地裝置之間發(fā)生反擊， Sd應(yīng)有足夠的距離，不宜小于3m。 防止避雷針對(duì)被保護(hù)物發(fā)生反擊，Sk應(yīng)有足夠的距離，不宜小于5m； 當(dāng)獨(dú)立避雷針遭受雷擊，雷電流經(jīng)過(guò)避雷針及接地裝置流入大地，在避雷針及其接地體上將產(chǎn)生電位升高。注意事項(xiàng)：獨(dú)立避雷針不應(yīng)設(shè)在人經(jīng)常通行的地方，與道路或出入口等的距離不宜小于3m，否則應(yīng)采取均壓措施，或鋪設(shè)礫石或?yàn)r青地面，也可鋪設(shè)混凝土地面，以保證人身不受跨步電壓的危害。9.2.1 直擊雷防護(hù)構(gòu)架避雷針 對(duì)于110kV及以上的配電裝置，由于絕緣水平較高，不易反擊，可將避雷針裝設(shè)在配電裝

14、置的構(gòu)架上。裝設(shè)避雷針的構(gòu)架應(yīng)就近裝設(shè)輔助接地裝置，該接地裝置與變電站接地網(wǎng)的連接點(diǎn)離主變壓器接地線(xiàn)的入地點(diǎn)，沿接地體的地中距離應(yīng)大于15m，9.2.1 直擊雷防護(hù)構(gòu)架避雷針注意如下事項(xiàng)：1）嚴(yán)禁將照明線(xiàn)、電話(huà)線(xiàn)、廣播線(xiàn)及天線(xiàn)等裝在避雷針或其構(gòu)架上；2）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；3）為了保證主變壓器的安全，在主變壓器的門(mén)型構(gòu)架上不能裝設(shè)避雷針；4）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，應(yīng)裝設(shè)獨(dú)立避雷針，其接地電阻一般不超過(guò)10。當(dāng)有困難時(shí)，可將避雷針的接地裝置與主接地網(wǎng)連接，但避雷針與主接地網(wǎng)的地下連接點(diǎn)

15、之間，沿接地體的長(zhǎng)度不得小于15m。 9.2.1 直擊雷防護(hù)避雷線(xiàn)1）對(duì)于110kV及以上的配電裝置，可將線(xiàn)路的避雷線(xiàn)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)裝設(shè)集中接地裝置；2）對(duì)于3560kV 的配電裝置，為了防止反擊，在土壤電阻率不大于500m的地區(qū)，允許將線(xiàn)路的避雷線(xiàn)接到出線(xiàn)門(mén)型構(gòu)架上，但應(yīng)裝設(shè)集中接地裝置；當(dāng)土壤電阻率大于500m時(shí)，避雷線(xiàn)應(yīng)終止于線(xiàn)路終端桿塔，最后一檔線(xiàn)路可裝設(shè)避雷針保護(hù)。 規(guī)定：9.2.2 侵入雷防護(hù)一是使用閥型避雷器，限制雷電波的幅值。二是在距變電所適當(dāng)?shù)木嚯x內(nèi)，裝設(shè)可靠的進(jìn)線(xiàn)保護(hù)段。應(yīng)確保由雷電入侵波造成的變電站事故不超過(guò)0.50.67次/年1

16、00所。 9.2.2 侵入雷防護(hù)1.避雷器的保護(hù)作用當(dāng)雷電波入侵，避雷器動(dòng)作后，避雷器上的電壓即為殘壓。 閥式避雷器的伏秒特性較平坦，沖擊放電電壓不隨入射波陡度而變。可近似認(rèn)為殘壓不變，其電壓波形近似為一個(gè)斜角平頂波 避雷器放電時(shí)間，取決于入侵波的陡度 1.避雷器的保護(hù)作用如果避雷器和被保護(hù)設(shè)備直接接在一起，則由避雷器的沖擊放電電壓（有間隙）和殘壓來(lái)決定作用在被保護(hù)設(shè)備絕緣上的電壓。 只在變電所母線(xiàn)上安裝避雷器，它除保護(hù)變壓器外，還要對(duì)其它設(shè)備提供保護(hù)。 由于波的折射與反射，會(huì)使作用于被保護(hù)設(shè)備上的電壓高于避雷器的沖擊放電電壓或殘壓，從而影響了避雷器的保護(hù)效果。 避雷器與各個(gè)電氣設(shè)備之間就有一

17、定距離的電氣引線(xiàn) 避雷器與變壓器之間應(yīng)有一定的保護(hù)距離2.變電所的進(jìn)線(xiàn)保護(hù)原因：變電所的雷電入侵波事故大多是由雷擊變電所附近線(xiàn)路引起的，這就要求在進(jìn)線(xiàn)段加強(qiáng)防雷保護(hù)措施。入侵的雷電流幅值過(guò)高會(huì)使避雷器殘壓變大，影響避雷器的保護(hù)效果。雷電流陡度過(guò)大嚴(yán)重威脅變壓器等有繞組的設(shè)備的縱絕緣。 進(jìn)線(xiàn)段是指靠近變電所的12km線(xiàn)路 進(jìn)線(xiàn)保護(hù)是指對(duì)35110kV線(xiàn)路在靠近變電所的12km范圍內(nèi)應(yīng)裝設(shè)避雷線(xiàn)、避雷針或其它防雷裝置 線(xiàn)路防雷 避免或減少變電所雷電行波事故 保護(hù)角不超過(guò)20，減少這段線(xiàn)路的繞擊。 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2.變電所的進(jìn)線(xiàn)保護(hù)進(jìn)線(xiàn)保護(hù)的作用（1）降低流過(guò)避雷器

18、的沖擊電流（2）降低雷電流的陡度幾種典型的進(jìn)線(xiàn)保護(hù)接線(xiàn)（1）35kV及以下的小容量變電所進(jìn)線(xiàn)保護(hù)（a）普通接線(xiàn)方式 （b）用電感代替進(jìn)線(xiàn)端的方式 對(duì)于容量較小變電所，可根據(jù)其重要性和雷曝日數(shù)采取簡(jiǎn)化的進(jìn)線(xiàn)段保護(hù)應(yīng)當(dāng)注意的是，不論怎樣簡(jiǎn)化，閥式避雷器距變壓器和電壓互感器的最大電氣距離不宜大于10m。若進(jìn)線(xiàn)段架設(shè)避雷線(xiàn)有困難，或進(jìn)線(xiàn)桿塔接地電阻很難降低，可在進(jìn)線(xiàn)的終端桿上安裝一組1000H左右的電感線(xiàn)圈來(lái)代替進(jìn)線(xiàn)保護(hù)段，此電感線(xiàn)圈既能減小流過(guò)避雷器的雷電流，又能降低侵入波的陡度。 幾種典型的進(jìn)線(xiàn)保護(hù)接線(xiàn)（2）有電纜進(jìn)線(xiàn)的35kV及以上變電所的進(jìn)線(xiàn)保護(hù)電纜對(duì)防雷所起的作用在于利用電纜外皮高頻電流的集

19、膚效應(yīng)或電纜外皮的分流及耦合作用。 雷電波在電纜與架空線(xiàn)的連接處會(huì)產(chǎn)生多次折反射，形成過(guò)電壓。 需要在電纜與架空線(xiàn)連接處裝設(shè)閥式避雷器加以保護(hù)，且避雷器的接地端應(yīng)與電纜的金屬外皮連接。 三芯電纜在正常運(yùn)行時(shí)，金屬外皮兩端基本沒(méi)有感應(yīng)電壓，兩端接地后不會(huì)有環(huán)流流過(guò)，所以電纜另一端外皮可以直接接地 單芯電纜在正常工作時(shí)，芯線(xiàn)上流過(guò)的電流會(huì)使金屬外皮兩端感應(yīng)出電壓，如果外皮兩端直接接地，就會(huì)在金屬外皮與大地之間形成環(huán)流，導(dǎo)致電能損耗及電纜絕緣老化。 避免環(huán)流和限制電纜進(jìn)線(xiàn)段的入侵波過(guò)電壓 9.3 電力系統(tǒng)內(nèi)部過(guò)電壓9.3.1 內(nèi)部過(guò)電壓的分類(lèi)在電力系統(tǒng)內(nèi)部，由于斷路器的操作、故障或其他原因，使系統(tǒng)參

20、數(shù)發(fā)生變化，引起電網(wǎng)電磁能量的轉(zhuǎn)化或傳遞所造成的電壓升高，稱(chēng)為電力系統(tǒng)內(nèi)部過(guò)電壓。 內(nèi)部過(guò)電壓的幅值、振蕩頻率以及持續(xù)時(shí)間不盡相同 過(guò)電壓內(nèi)部過(guò)電壓 外部過(guò)電壓 （雷電過(guò)電壓 ）直擊雷擊感應(yīng)雷擊 雷電波侵入 操作過(guò)電壓暫時(shí)過(guò)電壓 9.3.1 內(nèi)部過(guò)電壓的分類(lèi)1.操作過(guò)電壓因操作或故障引起的瞬時(shí)（以毫秒計(jì)）電壓升高。 （1）斷路器的正常操作，如分、合閘空載變壓器、電抗器或空載線(xiàn)路等；（2）各類(lèi)故障，如單相接地、斷線(xiàn)故障等。 “操作” 使電力系統(tǒng)中的電容、電感的儲(chǔ)能元件工作狀態(tài)發(fā)生了變化，將會(huì)產(chǎn)生電磁能量振蕩的過(guò)渡過(guò)程。在此過(guò)程中，磁場(chǎng)能量與電場(chǎng)能量相互轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生數(shù)倍于電源電壓的電壓。特點(diǎn)：具有幅

21、值高、振蕩頻率高、阻尼強(qiáng)以及持續(xù)時(shí)間段等操作過(guò)電壓以系統(tǒng)最大允許運(yùn)行相電壓幅值Uphm為基值來(lái)計(jì)算過(guò)電壓倍數(shù)K。 操作過(guò)電壓弧光接地過(guò)電壓切除空載線(xiàn)路過(guò)電壓中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，故障點(diǎn)將流過(guò)接地電容電流，該電流一般不形成穩(wěn)定燃燒電弧，但可能出現(xiàn)電弧時(shí)燃時(shí)滅的不穩(wěn)定狀態(tài)，引起電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的瞬時(shí)變化，導(dǎo)致電磁能量的強(qiáng)烈振蕩，并在健全相和故障相上產(chǎn)生過(guò)電壓弧光接地過(guò)電壓一般不超過(guò)3.5倍 危及設(shè)備絕緣，引起相間短路，使事故擴(kuò)大 限制弧光接地過(guò)電壓的有效措施：系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地和電阻接地。斷路器分閘過(guò)程中，分閘初期，由于斷路器觸頭間恢復(fù)電壓上升速度可能超過(guò)絕緣恢復(fù)速度，造成電弧重燃，從

22、而引起電磁振蕩，出現(xiàn)過(guò)電壓。 特點(diǎn)：斷路器滅弧能力越差，重燃幾率越大，過(guò)電壓幅值越高。 限制措施斷路器加裝并聯(lián)電阻、斷路器線(xiàn)路側(cè)裝電磁式電壓互感器、線(xiàn)路上裝設(shè)并聯(lián)電抗器、采用金屬氧化物避雷器等。一是改善斷路器結(jié)構(gòu)避免重燃二是降低斷路器觸頭間的恢復(fù)電壓。操作過(guò)電壓合閘空載線(xiàn)路過(guò)電壓合閘空載變壓器過(guò)電壓由于線(xiàn)路電壓在合閘前后發(fā)生突變，在此變化的過(guò)渡過(guò)程中會(huì)引起空載線(xiàn)路合閘的過(guò)電壓。 線(xiàn)路故障切除后的自動(dòng)重合閘限制措施：正常情況下的計(jì)劃合閘斷路器加合閘電阻線(xiàn)路加裝金屬氧化物避雷器在正常運(yùn)行時(shí)，切除空載變壓器相當(dāng)于切除一個(gè)小容量的電感負(fù)荷在切斷小電感電流時(shí)，由于能量小，通常弧道中的電離并不強(qiáng)烈，電弧很

23、不穩(wěn)定；加之?dāng)嗦菲魅ル婋x作用很強(qiáng)，可能在工頻電流過(guò)零前使電弧電流截?cái)喽鴱?qiáng)制熄弧?；〉乐须娏鞅煌蝗唤?cái)嗟默F(xiàn)象稱(chēng)為“截流”。由于截流留在電感中的磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為電容上的電場(chǎng)能量，從而產(chǎn)生了過(guò)電壓。2.暫時(shí)過(guò)電壓 工頻過(guò)電壓 限制措施：利用并聯(lián)電抗器補(bǔ)償空載線(xiàn)路的電容效應(yīng)； 加裝靜止補(bǔ)償裝置（SVC）； 采用良導(dǎo)體地線(xiàn)降低輸電線(xiàn)路的零序阻抗。 我國(guó)規(guī)定：330kV、500kV、750kV系統(tǒng)中，母線(xiàn)上的暫態(tài)工頻過(guò)電壓升高不超過(guò)最高工作相電壓的1.3倍，線(xiàn)路不超過(guò)1.4倍。 由于空載長(zhǎng)線(xiàn)路的電容效應(yīng)、不對(duì)稱(chēng)的接地故障及突然甩負(fù)荷引起的頻率為工頻或接近工頻的過(guò)電壓，稱(chēng)為工頻電壓升高，或工頻過(guò)電壓。工頻電壓

24、升高的數(shù)值決定了避雷器、斷路器并聯(lián)電阻等保護(hù)電器的工作條件，且工頻電壓的升高直接影響操作過(guò)電壓的幅值，另外工頻電壓升高持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)設(shè)備絕緣及其運(yùn)行性能有重大影響。 工頻過(guò)電壓是電力系統(tǒng)絕緣配合重要的依據(jù) 2.暫時(shí)過(guò)電壓 諧振過(guò)電壓線(xiàn)性諧振 鐵磁諧振 參數(shù)諧振 電路中帶鐵芯的電感會(huì)產(chǎn)生飽和現(xiàn)象，電感值是非線(xiàn)性的，滿(mǎn)足一定條件會(huì)發(fā)生鐵磁諧振。由空載變壓器、TV和電容器組成的電路中，會(huì)發(fā)生鐵磁諧振。系統(tǒng)中某些元件（如旋轉(zhuǎn)電機(jī)）的電感元件參數(shù)大小呈周期性地變化，有相應(yīng)電容配合時(shí)會(huì)發(fā)生參數(shù)諧振。 在交流電源作用下，當(dāng)系統(tǒng)回路的自振頻率等于或接近電源頻率時(shí)，可能產(chǎn)生線(xiàn)性諧振現(xiàn)象。 定義：諧振是指振蕩回路

25、中的一種周期或準(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，諧振過(guò)電壓在進(jìn)行操作或發(fā)生故障的較短時(shí)間內(nèi)存在，而且可能在過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)長(zhǎng)期穩(wěn)定存在，原因：電力系統(tǒng)中存在著大量的“儲(chǔ)能元件”，例如線(xiàn)路的電容、補(bǔ)償用的串聯(lián)或并聯(lián)電容器組以及變壓器的電感等，這些元件組成了復(fù)雜的電容、電感振蕩回路。 分類(lèi)：9.3.2 常見(jiàn)的幾種內(nèi)部過(guò)電壓1.鐵磁諧振過(guò)電壓：在斷路器操作或系統(tǒng)故障（如合空母線(xiàn)、線(xiàn)路發(fā)生瞬時(shí)單相接地等）時(shí)，互感器的勵(lì)磁阻抗和系統(tǒng)中對(duì)地電容形成非線(xiàn)性諧振回路，分頻、工頻和高頻諧振 。 Y0聯(lián)接 正常運(yùn)行時(shí)，三相對(duì)稱(chēng)LALBLC，YAYBYC（C0與LA、LB、LC并聯(lián)

26、后的導(dǎo)納）由于電壓互感器勵(lì)磁電感較大，鐵芯不飽和時(shí)XLXC0 故兩者并聯(lián)之后為一等值電容，即YAYBYCjC，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓。 1.鐵磁諧振過(guò)電壓當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障或操作等外界干擾，電壓互感器繞組受勵(lì)磁涌流的“激發(fā)”而飽和，且由于三相繞組飽和的程度不同，致使三相導(dǎo)納的數(shù)值、性質(zhì)的不同，即因此必然導(dǎo)致中性點(diǎn)位移，而且位移電壓可能是工頻，也可能是高頻。這樣，非線(xiàn)性電感與系統(tǒng)對(duì)地電容組成了不同的諧振電路，出現(xiàn)鐵磁諧振過(guò)電壓。 YAYBYC1.鐵磁諧振過(guò)電壓限制措施在互感器開(kāi)口三角型側(cè)接入電阻或消諧裝置 正常運(yùn)行時(shí)，電阻R不起作用，一旦出現(xiàn)零序電壓時(shí)，電阻R起阻尼作用。 當(dāng)R=0時(shí)，互感器的L為漏感，三相

27、相等，不會(huì)出現(xiàn)過(guò)電壓，可見(jiàn)R越小，抑制過(guò)電壓的效果越好。 R0.4 SDJ7-79建議 為互感器在線(xiàn)電壓下每相勵(lì)磁感抗換算至開(kāi)口三角繞組兩端的值 對(duì)電壓較低的電網(wǎng)，為了取材方便，可選用滿(mǎn)足開(kāi)口三角繞組容量要求的普通照明燈泡安裝在每臺(tái)互感器的開(kāi)口三角繞組上。利用鎢絲電阻在由冷轉(zhuǎn)熱狀態(tài)下電阻增大的特性，達(dá)到消諧的目的。 1.鐵磁諧振過(guò)電壓限制措施PT高壓側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地在原來(lái)直接接地的互感器高壓側(cè)中性點(diǎn)接上電阻R0。電阻越大，限制過(guò)電壓效果愈好，但電阻太大，會(huì)使故障時(shí)開(kāi)口三角電壓太低，影響接地指示靈敏度以及保護(hù)裝置的正確動(dòng)作；電阻過(guò)小，阻尼作用就不明顯，起不到限制過(guò)電壓、過(guò)電流的作用。阻值的選擇

28、還受到中性點(diǎn)絕緣水平的限制。R0換成非線(xiàn)性電阻諧振起始階段，非線(xiàn)性電阻兩端的電壓非常小，R0阻值非常大，能很好的限制過(guò)電壓；當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，R0兩端電壓能達(dá)上千伏，電阻值下降，這樣就不會(huì)影響接地保護(hù)裝置的正常靈敏動(dòng)作。 1.鐵磁諧振過(guò)電壓限制措施在互感器高壓側(cè)中性點(diǎn)串接單相電壓互感器圖9-16 4PT接線(xiàn)當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障或其它能夠激發(fā)鐵磁諧振的情況時(shí)，零序電壓大部分落在了零序互感器T0上，主互感器勵(lì)磁電感上的電壓較低不易進(jìn)入飽和區(qū)的，從而有效地抑制了鐵磁諧振。 2.高壓電動(dòng)機(jī)的操作過(guò)電壓電動(dòng)機(jī)是感性負(fù)荷，在利用斷路器切合過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生操作過(guò)電壓危及電機(jī)繞組絕緣 原因：在切除電動(dòng)機(jī)的過(guò)程

29、中，當(dāng)電感電流被截?cái)嗪?，電機(jī)繞組中儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量將轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能量，再此過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)過(guò)電壓。（1）截流（2）重燃真空斷路器開(kāi)斷制動(dòng)狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)時(shí)，若觸頭間距離很小，絕緣介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度不高，則會(huì)發(fā)生電弧重燃。重燃過(guò)電壓陡度大、幅值高，對(duì)電機(jī)主絕緣和相間絕緣威脅很大。措施：（1）在電動(dòng)機(jī)端口上相對(duì)地安裝氧化物避雷器； （2）采用阻容吸收器，即在電動(dòng)機(jī)端口側(cè)并聯(lián)一組由電容C和電阻R組成的串聯(lián)回路，利用電容吸收能量，利用電阻阻尼振蕩，消耗能量，從而降低過(guò)電壓 R10，C0.1H 3.真空斷路器切除電容器的過(guò)電壓真空斷路器有一定的重燃率，重燃次數(shù)越多，過(guò)電壓倍數(shù)越高，投切電容器組時(shí)重燃過(guò)電壓幅值可能達(dá)到3.

30、5倍以上，這有可能導(dǎo)致電容器爆炸，造成設(shè)備損壞及人員傷亡。 圖9-17 重燃時(shí)的單相等值電路為重燃時(shí)的電壓相角，未重燃時(shí)i0，電容C上的初始電壓UCU0， 重燃后的過(guò)電壓幅值較高，且與、 UC以及固有頻率有關(guān)。 3.真空斷路器切除電容器的過(guò)電壓解決方案：裝設(shè)金屬氧化物避雷器 保護(hù)并聯(lián)電容 保護(hù)并聯(lián)電容和串聯(lián)電感 相間過(guò)電壓的防護(hù)圖9-18 保護(hù)范圍不同時(shí)的MOA接法(a) C型接法 (b) L+C型接法9.4 變電站的保護(hù)接地9.4.1 接地的概念及分類(lèi)9.4.2 接地的作用及接地裝置 9.4.1 接地的概念及分類(lèi)一、接地的概念1.接地：將電氣設(shè)備的某些部分與大地之間進(jìn)行良好的電氣連接。 2.

31、接地體：埋入地中并直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體稱(chēng)為接地體。 3.接地線(xiàn)：連接接地體與設(shè)備、裝置接地部分的金屬導(dǎo)體稱(chēng)為接地線(xiàn)。9.4.1 接地的概念及分類(lèi)4.接地體的分類(lèi)：人工接地體和自然接地體。人工接地體：專(zhuān)門(mén)為接地而人為設(shè)置的接地體自然接地體：指兼作接地體的本來(lái)就與大地接觸的各種金屬構(gòu)建、金屬管道及建筑物的鋼筋混凝土基礎(chǔ)等。9.4.1 接地的概念及分類(lèi)二、接地的分類(lèi)1.工作接地：將電路中某一點(diǎn)接地。 例如在110kV及以上的電力系統(tǒng)中將部分變壓器的中性點(diǎn)接地。 2.保護(hù)接地：為了防止這種電壓危及人身安全而進(jìn)行的接地。 電氣設(shè)備的金屬外殼由于絕緣損壞有可能帶電.9.4.1 接地的概念及分類(lèi)3.防雷

32、接地:為了防止雷電流泄入大地，對(duì)電氣設(shè)備和人身安全構(gòu)成危害而進(jìn)行的接地。 例如避雷線(xiàn)、避雷器的接地。4.靜電接地:為了防止靜電危險(xiǎn)影響而設(shè)置的接地。 如運(yùn)油車(chē)、儲(chǔ)油罐和輸油管道的接地等。9.4.2接地的作用及接地裝置 1.保護(hù)接地接地電阻越小，流經(jīng)人體的電流也越小 ，能保證人身的安全。 接地電阻人體電阻并聯(lián)2.保護(hù)接零三相四線(xiàn)制系統(tǒng)為設(shè)備在發(fā)生火線(xiàn)接殼時(shí)可靠動(dòng)作零線(xiàn)3.電氣裝置接地的相關(guān)規(guī)定 電氣裝置的金屬部分是否接零或接地： 參看標(biāo)準(zhǔn)GB 50169-2006電氣裝置安裝工程接地裝置的施工即驗(yàn)收規(guī)范4.接地裝置接地裝置是由接地線(xiàn)與接地體組成的成套安全裝置。接地線(xiàn)包括接地干線(xiàn)和接地支線(xiàn)接地體包

33、括自然接地體和人工接地體。4.接地裝置（1）接地線(xiàn)金屬構(gòu)建的自然導(dǎo)體建筑物的金屬結(jié)構(gòu)生產(chǎn)用的金屬結(jié)構(gòu)布線(xiàn)的鋼管電纜的技術(shù)護(hù)套接地線(xiàn)在設(shè)備、裝置正常運(yùn)行情況下是不載流的，但在故障情況下要流過(guò)接地故障電流。（1）接地線(xiàn)接地干線(xiàn)宜采用 ：15mm4mm40mm4mm的扁鋼沿車(chē)間四周敷設(shè)離地面高度應(yīng)保持在200mm500mm以上與墻之間應(yīng)保持15mm以上的距離。 注明：接地干線(xiàn)不少于兩根導(dǎo)體在不同的地點(diǎn)與接地網(wǎng)相連接 圖9-21 接地網(wǎng)示意圖(2)接地體自然接地體特點(diǎn)：以節(jié)約投資，節(jié)約鋼材 自然接地體一般是伸長(zhǎng)接地，它與大地接觸面積較大，則接觸電阻較小。 (2)接地體自然接地體的種類(lèi)：a.埋設(shè)在地下的

34、金屬管道，但不包括可燃和有爆炸物質(zhì)的管道；b.金屬井管；c.與大地有可靠連接的建筑物的金屬結(jié)構(gòu)；d.與大地連接的水下金屬結(jié)構(gòu)；e.直接埋設(shè)在地下的電纜技術(shù)護(hù)套 (2)接地體自然接地體的應(yīng)用：小接地短路電流的系統(tǒng) 對(duì)310kV變配電所，自然接地體滿(mǎn)足要求時(shí)，可不另設(shè)人工接地。對(duì)35kV及以上變配電所則還必須敷設(shè)以水平接地體為主的人工接地網(wǎng)。(2)接地體注意事項(xiàng)：利用自然接地體一定要保證良好的電氣連接在建、構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)的結(jié)合處，除已焊接者外，都要采用跨接焊接，而且跨接線(xiàn)不得小于規(guī)定值。(2)接地體人工接地體圖9-23 水平接地體的布置圖9-22 垂直接地體的布置直徑50mm長(zhǎng)2.5m的鋼管角鋼16mm圓鋼40mm*4mm的扁鋼放射形環(huán)形9.4.3 變電站的接地網(wǎng)1.接觸電壓和跨步電壓由于土壤電阻的存在，電流自接地電極向周?chē)寥懒魃r(shí)，會(huì)在土壤