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1、第七章,发电厂和变电所的 防雷保护,概 述,一、发、变电所雷电过电压来源及危害：,1、雷电直击发电厂和变电所,2、雷击线路产生的雷电过电压沿线路侵入发、变电所,发电厂、变电所是电力系统的中心环节，另外变电所是 多条输电线路的交汇点和电力系统的枢纽。,3、雷电直击发电厂和变电所造成大面积停电，影响工业生产和人民生活。,4、雷击线路产生的雷电过电压沿线路侵入发、变电所电气设备，发电机、变压器等主要电器设备的内绝缘大都没有自恢复的能力，一旦受损，直接经济损失严重；同时修复困难，影响时间较长，间接损失无法估量。,二、发电厂、变电所雷害的因素及防护措施：,1、雷电直击变电所 ，,2、雷电线路后，在线路上
2、形成的过电压波沿线路侵入发电厂、变电所, 一般采用避雷针，将被保护物置于保护范围以内。避雷针要求有良好的接地。,采用避雷器，在过电压冲击波的作用下动作，限制进入所内的过电压的幅值，使作用在设备上的过电压低于设备的冲击耐压值，从而保护设备。,第七章 发电厂和变电所的防雷保护,第一节 发电厂、变电所的直击雷保护 第二节 变电所的侵入波保护 第三节 变电所的进线段保护 第四节 变压器防雷保护的几个具体问题 第五节 旋转电机的防雷保护 第六节 气体绝缘变电所的防雷保护,第一节 发电厂、变电所的直击雷保护,按照安装方式的不同，装设独立避雷针、构架避雷针。,第一节 发电厂、变电所的直击雷保护,直击雷防护设
3、计内容： 选择避雷针的支数、高度、装设位置、验算它们的保护范围、应有的接地电阻、防雷接地装置设计等。,发电厂、变电所防雷保护的措施：,适用范围：35kv及以下变电所,一、独立避雷针,1、 避雷针的反击问题：,雷电经引下线入地时，在引下线上产生高电位，会对被保护对象或与其有联系的物体（母线、电缆、金属管道等）产生反击。,2、安全距离的确定： 为避免反击发生，就要求避雷针的引下线与被保护物体之间有一定的安全距离。,避雷针支座上高度为 h 处的对地电压,接地装置出现的电位：,i L雷电流，取150kA（P=0.04),取：,LO 1.3 （uh/m）引下线的分布电感,波头长2.6us,于是,的幅值,
4、对于构架，如果空气间隙的平均冲击击穿场强为Ea，为了防止避雷针对构架发生反击，其空气间距Sk应满足：,而：对应电阻分量的,对应电感分量的,对于接地体，如果地中的冲击击穿场强为Eb，为了防止反击,最低要求,最低要求,二、构架避雷针,1、适用范围：110kv及以上变电所,2、设计注意事项：具体按规程, 为确保变电站中最重要而绝缘较弱的主变压器的绝缘免受反击的威胁，要求在装置避雷针的构架附近埋设辅助集中接地装置，且避雷针与主接地网的地下连接点到变压器接地线到主接地网的地下连接点，沿接地体的距离不得小于15米；, 在变压器的门型构架上，不允许装避雷针, 线路终端杆塔上的避雷线能否与变电所构架相连的问题
5、：,A、110kV及以上，一般可以将避雷针架设在配电装置的构架上。但若1000m， 应加集中接地装置。,B、3560kv ， 当500m 不允许相连。,第二节 变电所的侵入波保护,发、变电所的过电压防护的主要措施:,侵入波防护的措施 装设避雷器,装设避雷器和设置进线段。,一、阀式避雷器的保护作用分析,1、变压器与避雷器之间的距离为零时, 接线图：, 等值电路：, 方程式：,避雷器动作前,避雷器动作后, 图解分析,分析前提（假定条件）：,不考虑远处传来的反射波（线路无限长）, 避雷器已经选定，其伏安特性和伏秒特性已经确定。,A、图解过程：, 按假定的条件，画出伏安特性ub =f(ib )和伏秒特
6、性Uf 、以及2u(t) ；并将u、t、i坐标组合在一起。,A、图解过程：, 画出, 自2u的最大点，画一水平线与曲线,相交，交点所对应的横坐标 i 既是流过避雷器的最大雷电流iam ， iam在ub =f(ib )对应的u就是避雷器上的残压Uca出现在最大的2u(t) 。, 对应2u(t) 的其余各点，分别画点，则可求出避雷器上的电压值ub。,B、图解结果分析：, 避雷器放电前ub= 2u(t) 。, ub有两个峰值：,Uch 避雷器的冲击放电电压，,Uca 避雷器的最大残压，与流过的雷电流有关，由于流经避雷器的雷电流一般不超过5kA，因此其值取为5kA下的残压。,Uch 和Uca 是不同的
7、，只是很接近。,一般情况下：对于110220kv变电所， I05KA和对于330kv变电所， I010KA 时，可认为两者几乎相同。,取决于避雷器伏秒特性，由于阀式避雷器的伏的特性较平，可认为它是一个不随入侵波变化的定值。, 简化分析波理论：, 入侵波ut ，, 避雷器动作后，,是一负的电压波，使,ub u+uB t ( t tp ),从地面反射波uB ( t tp ),2、变压器和避雷器之间有一定的电器距离时,接线图,在实际变电所中，为希望用尽量少的避雷器保护较多的变电设备，所以避雷器与被保护设备之间就有一定的距离。,冲击波自经B到T，将产生多次折射和反射。, B点(避雷器上）电压：,点T的
8、反射波到达B点后和避雷器动作前：,点T 的反射波到达B点之前：,避雷器动作时,避雷器动作后，B点叠加, T点(变压器上）的电压：,变压器上最大电压Um：,不论电气设备处于避雷器的前面还是后面，只有距离避雷器有一定的距离，则设备上的过电压都将大于避雷器的残压。距离效应。,二、变压器承受雷电波能力,用多次截波耐压值,需满足：,即,三、变电所中变压器距避雷器的最大允许电气距离,FZ与FZC的（UjUc.5 ）不同，表73。,入侵波陡度为某一值时，变压器与避雷器之间的距离有一极限值。,阀式避雷器保护作用小结：,阀式避雷器是变电所对入侵雷电过电压波进行防护的主要措施，它的保护作用主要是限制过电压波的幅值
9、。,3、被保护绝缘必须处于该避雷器的保护距离之内。,阀式避雷器的保护作用基于三个前提：,1、它的伏秒特性与被保护绝缘的伏秒特性有良好的配合，在一切电压波形下，前者均处于后者之下。,2、它的伏安特性应保证其残压低于被保护绝缘的冲击电气强度。,第三节 变电所的进线段保护,一、变电所的进线段保护作用,1、保护目的：,为使变电所内避雷器能可靠地保护电气设备，利用进线段限制流经避雷器的电流幅值不超过5kA以降低残压; 限制侵入波陡度不超过一定的允许值。,2、措施：采用12km的进线段加强雷电防护,3、保护的作用原理：, 在进线段内雷绕击或反击而产生入侵波的机会很小；, 进线段内导线上冲击电晕的影响使入侵
10、波陡度和幅值下降。, 进线段外落雷，因进线段导线的波阻抗使流经避雷器的雷电流受到限制 。,4、保护方法：,1、当线路无避雷线时，这段线路架设避雷线。 2、线路有避雷线时，应提高耐雷水平。I1取上限设计。,1、进线段首端落雷，流经避雷器电流的计算, 计算条件：,进线段1-2公里,雷电侵入波最大幅值为线路绝缘50%冲击闪络电压。,二、雷电波经进线段后电流的幅值和陡度的计算,这是论证保护原理, 原理接线和等值电路图,计算方程：,验算结果：表7 4。,证明12km的进线段进线段可以限制避雷器中电流不超过5kA（或10kA）。,2、进入变电所的雷电波陡度的计算,陡度化为kv/m单位,首端落雷且幅值为U5
11、0%的直角波。,工程中用表7 5中 的值，可求出变电站电气设备离避雷器的最大允许电气距离lm 。,3、 35kv及以上变电所的进线段保护措施,1、架设12km长的避雷线，保护角取200左右。 2、提高耐雷水平。 I1 取表76，对应表63中取高值。 3、在进线段末端装避雷器。,FZ 的作用?,左边的FE的作用：,保护断路器；,右边的FE的作用：,断路器合闸时保护左边 的FE，以免发生截波。,4、 35kv小容量变电所的简化进线：,图714,进线段缩短,首端加FE1,第四节 变压器防雷保护的几个具体问题,二、自耦变压器： 1、高压进波，中压开路时。中压端的最大过电压将达2/K倍 。所以中压端与地
12、之间要装避雷器。 2、高压进波，中压接负载时。中压端相当于经过线路波阻抗接地，过电压全部加在高、中压绕组之间，其变比越小越危险。所以中压端与高压端之间要装避雷器 3、高压开路，中压进波时。高压端的最大过电压将达2KU0 。所以高压端与地之间要装避雷器。,考虑过电压在绕组间的静电传递，在低压绕组中的任一相直接出口处装一支避雷器。,一、三绕组变压器：,二、自耦变压器：,1、3560kv变压器的中性点，一般不设保护。 2、110kv中性点不接地，采用分级绝缘的变压器，在中性点上加装避雷器。 3、110kv及以上单进线的变压器，在中性点上加装避雷器。,三、变压器中性点的保护：,第五节 旋转电机的防雷保
13、护,旋转电机的防雷保护要比变压器困难得多，其雷害事故也往往大于变压器，这是由它的绝缘结构、运行条件等方面的特殊性造成的。,一、 旋转电机防雷保护的特点：,1、旋转电机主绝缘的冲击耐压值远低于同级变压器的冲击耐压值。在同一电压等级的电气设备中，以旋转电机的冲击电气强度为最低。运行中的旋转电机主绝缘更低于出厂时的核定值。,2、电机使用运行的条件恶劣：, 电机的绝缘是固体材料，其抗电强度低、制造中可能有气隙和损伤、质量不均匀。 运行条件恶劣。,3、电机绝缘的冲击耐压水平与保护它的避雷器的保护水平相差不多、裕度很小。（电机出厂耐压值仅比避雷器的残压高810），保护配合相对困难。,4、发电机绕组的匝间电
14、容很小和不连续，迫使过电压进入电机绕组后只能沿着绕组导体传播，而它的每匝绕组的长度又远较变压器绕组为大。,发电机绕组的匝间电压um：大小与入侵波的陡度成正比,lm绕组一匝的长度。,v绕沿电机运动的平均速度。,入侵波的陡度。,发电机绕组的匝间电压的大小与入侵波的陡度成正比,5、电机绕组中性点一般不接地，当侵入波入侵时，会引起中性点电压升高。,1、为保护匝间绝缘，要求把入侵波的陡度限制在5kv/s以下。,二、 旋转电机防雷保护的要求：,2、发电机的中性点：, 入侵波的陡度在2kv/s以下时，中性点可不加保护。 入侵波的陡度大于2kv/s时，则需在中性点上加装避雷器。 装于户内的发电机，中性点可不加
15、保护。,主绝缘、匝间绝缘和中性点绝缘的保护,三、旋转电机防雷保护措施及接线,从防雷保护的观点来看，发电机可分为两大类： 通过变压器再接到架空线路上去的电机，简称非直配电机； 直接与架空线相连的电机，简称直配电机。,非直配电机所受到的过电压均须经过变压器绕组之间的静电和电磁传递。只要低压绕组不是空载，那么传递过来的电压就不会太大。 直配电机的防雷保护是电力系统中的一大难题，因为这时的过电压波直接从线路入侵，幅值大、陡度也大。,1、直配电机的防雷措施, 避雷器保护,功能：降低侵入波幅值；, 电容器保护,功能：限制侵入波陡度和降低感应雷过电压；, 电缆段保护（进线段保护）,功能：限制流经FCD型避雷器中的雷电流使之小于3kA, 电缆段保护（进线段保护）, 电抗器保护,功能：在雷电波侵入时抬高首端冲击电压，使安装在电缆首端的避雷器放电。,2、 2560MW直配电机的保护接线保护接线图, 使用排气式避雷器FE, 使用FS型避雷器,第六节 气体绝缘变电所的防雷保护,1、GIS变电所防雷保护的特点：,2、GIS变电所保护接线：,
