高电压第11章课件 发电厂和变电所的防雷保护

《高电压第11章课件 发电厂和变电所的防雷保护》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高电压第11章课件 发电厂和变电所的防雷保护（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第11章 发电厂和变电所的防雷保护11.1 发电厂和变电所的直击雷防护11.2发电厂和变电所的行波保护11.3 变电所防雷的几个具体问题11.4 气体绝缘变电所的防雷保护11.5 旋转电机的防雷11.1 发电厂和变电所的直击雷保护发电厂、变电所防止直击雷的措施：采用避雷针、避雷线 及良好的接地网。 装设避雷针（线）的原则装设的避雷针（线）应该使所有设备均处于避雷针及避 雷线的保护范围之内。另外，要注意防止反击。即雷击于避雷针及避雷线后， 它们的地电位可能提高，如果它们与被保护设备的距离不够 大，则有可能在避雷针、避雷线与被保护设备之间发生放电 ，或叫做逆闪络。此类放电现象不但会在空气中发生，而

2、且 还会在地下接地装置间发生，一旦出现，高电位就将加到电 力设备上，有可能导致电力设备的绝缘损坏。 避雷针（线）的设计计算1. 独立避雷针 I = 140 150 kA，L = 1.7 hH/m，空气击穿场强500 kV/m，土壤击穿场强300kV/m，di / dt按斜角波头= 2.6 s。2. 架空避雷线 一端绝缘另一端接地的避雷线 两端接地的避雷线 避雷针、避雷线的Sk一般不宜小于5m，Sd一般不宜小于 3m，在可能的情况下，应适当地加大。 几个具体问题（1）对于110kV及以上的配电装置，由于绝缘较强，不 易反击，一般可将避雷针装设在构架上。构架避雷针有造价 低廉，便于布置的优点。但因

3、构架离电气设备较近，必须保 证不发生反击的要求。（2）35kV 及以下配电装置的绝缘较弱，所以其构架或房 顶上不宜装设避雷针，而需要装设独立避雷针。（3）发电厂厂房一般不装设避雷针，以免发生感应或反 击使继电保护误动作，甚至造成绝缘损坏。1. 构架避雷针2. 避雷线我国有关规程规定： 110kV 及以上的配电装置 可将线路的避雷线引接到 出线门型构架上，但土壤电阻率大于 1000m 的地区，应加 装 3 5 根接地极。 35 60kV 配电装置 在 不大于 500m 的地区， 允许将线路的避雷线引接到出线门型构架上，但应装设 3 5 根接地极；当 500m 时，避雷线应终止于线路终端杆塔 ，进

4、变电所一档线路可装设避雷针保护。 11.2 发电厂和变电所的行波保护a. 阀型避雷器（限制来波的幅值）b. 进线保护（冲击电晕降低入侵波的陡度和幅值；导线波阻抗限制流过避雷器的冲击电流幅值） 避雷器的保护作用1. 避雷器保护的动作过程避雷器上的电压可以 看作斜角平顶波2. 被保护设备上的过电压变压器与避雷器之间允许的最大电气距离： 变电所的进线保护不同额定电压的线路与变压器的冲击强度 额定电压(kV)35110154220330500 线路绝缘的冲击 放电电压 1.2/50s、负极 性(kV)350700100012001400 164520602300运行中变压器可 耐受的冲击电压 1.2/

5、50s(kV)18042558583511751540线路的冲击耐压比变电所设备的冲击耐压要高得多， 若无避雷线，靠近变电所线路上受到雷击时，不但流过避 雷器的雷电流幅值可能超过规定值，而且陡度也会高于允 许值。1. 进线保护概念（1）对 35110kV 线路，并不要求全线架设避雷线进行保护 ，但在靠近变电所的 1 2km 范围内应装设避雷线、避雷针 或其它防雷装置，通常称此线段为进线段。（2）对全线有避雷线的线路来说，把靠近变电站附近 2km 长的一段线路也叫进线段。它除了线路防雷外，还担负着避 免或减少变电所雷电行波事故的作用。（3）在上述两种情况下，进线段的耐雷水平要达到有关规 程规定值

6、，以减少反击；同时保护角不超过20，以减少这 段线路的绕击。 2. 进线保护的作用a. 限制流过避雷器的雷电流幅值例如，对于220kV 线路，取U50% = 1200kV，Z = 400 ，uR= 664kV，则：计算流经避雷器的冲击电流最大值 额定电压 (kV)避雷器型号线路绝缘 的U50% (kV)ib (kA)35FZ-353501.41110FZ-110J7002.67220FZ-220J120014004.355.38330FCZ-330J16457.06500FCZ-500J206023108.6310当选用避雷器保护变电所时，一般在电压为 220kV 级及 以下时用 5kA 下的

7、残压为准，而在 330kV 以上时，以 l0kA 下残压为准，或者更大的雷电流，由于金属氧化物避雷器非 线性特性非常好，因此雷电流要取更高的值。 b. 限制侵入波陡度变电所侵入波计算陡度 额定电 压(kV)侵入波计算陡度(kV/m)额定电 压(kV)侵入波计算陡度(kV/m) 1km进线 段2km进线 段 或全线有避 雷线1km进线 段2km进线 段 或全线有避 雷线 351.00.52201.5 601.10.553302.2 1101.60.755002.5未沿全线架设避雷线的35 110 kV 线路进线保护 3. 进线保护的典型接线限制侵入波 的幅值 保护断路器 全线有避雷线的变电所进线

8、保护 31500 5000 kVA，35kV变电所的简化保护接线 用电抗线圈代替进线段避雷线的保护接线 11.3 变电所防雷的几个具体问题 三绕组变压器和自耦变压器的防雷保护（1）低压绕组开路时，若线路有入侵波传来雷电波作用在 高压侧或中压侧时，由于低压绕组的对地电容很小，开路的低 压绕组上的静电耦合分量可能达到很高的数值，需要在任一相 低压绕组出线端对地加装一台避雷器。（2）如果低压绕组连接有25m及以上的金属铠装电缆段， 低压侧可不装避雷器。（3）三绕组变压器中压绕组，相对来说，绝缘水平比低压 绕组要高，当其开路运行时，一般静电耦合分量不会损坏中压 绕组，不必加装上述要求的避雷器。1. 三

9、绕组变压器的防雷保护2. 自耦变压器的防雷保护高压端A进波 中压端A 进波 一般避雷器配置 自耦避雷器配置 变压器的中性点保护在中性点直接接地的系统中，为减少单相接地的短路电 流，有部分变压器的中性点改为不接地运行。这时，变压器 的中性点需要保护。全绝缘：中性点处的绝缘水平与相线端的绝缘水平相等。此时，中性点一般不需保护。若变电所为单台变压器且 为单路进线运行时，在三相同时进波的情况下，中性点的对 地电位会超过首端的对地电位。这种情况虽属少见，但需在 中性点加装一个与首端有同等电压等级的避雷器。分级绝缘：中性点处的绝缘水平低于相线端的绝缘水平。应选用与中性点绝缘等级相同的避雷器进行保护，但要

10、注意校验避雷器的灭弧电压，它始终大于中性点可能出现的 最高工频电压。 配电变压器的防雷保护避雷器的接地线 与变压器金属外 壳、低压侧中性 点连在一起接地避雷器尽量靠 近变压器，尽 量减小连接线 的长度如低压侧线路落雷，作 用在低压侧的冲击电压 按变比感应到高压侧， 由于低压侧绝缘裕度比 高压侧大，故有可能在 高压侧引起先击穿，这 个过程叫做“正变换”。为了防止正反变换出现 的过电压，可在低压侧 每相上装一只避雷器， 使配电变压器的防雷保 护得以改善。高压侧遭雷击， 避雷器动作，作 用于低压绕组的 电流通过电磁耦 合又变换到高压 侧的过程叫做“ 反变换”。11.4 气体绝缘变电所的防雷保护全封闭

11、SF6气体绝缘变电所（GIS）是除变压器以外整个 变电所的高压电力设备及母线，封闭在一个接地的金属壳内 ，壳内充以 (3 4)1.01325105 Pa大气压的SF6气体作为相间 和对地的绝缘。 GIS变电所雷电过电压保护的特点GIS绝缘的全伏秒特性比较平坦，其冲击系数很小，约为 1.2 1.3。因此它的绝缘水平主要决定于雷电冲击电压。GIS变电所的波阻抗一般在60 100之间，远比架空线路 低，这对变电所的侵入波保护有利。GIS变电所结构紧凑，设备之间的电气距离小，避雷器离 被保护设备较近，防雷保护措施比敞开式变电所容易。 GIS绝缘完全不允许电晕，一旦发生电晕，将立即击穿； 而且没有自恢复

12、能力。 GIS变电所常用的雷电保护接线发电机经升压变压器与架空线相 连接的情况，线路上雷电波经变 压器绕组过渡到发电机绕组。发电机和升压变压器低压侧连线 过长，为使这段连线不受雷击， 需用避雷针进行保护。当雷击避 雷针时，将有感应过电压作用于 电机绝缘。 发电机与负荷相距较近，将电机 与架空线直接相连，称之谓直配 电机的情况。此时，若雷击于导 线或附近地面，将会有大气过电 压作用于电机绝缘。 11.5 旋转电机的防雷 旋转电机防雷保护的特点（1）旋转电机在结构和工艺上的特点，它们的冲击绝缘 水平要比同电压等级的变压器低得多。（2）电机绝缘特别在导线出槽处，电场极不均匀，故在 过电压作用后，会有

13、局部的轻微损伤，使绝缘老化，可能引 起击穿。（3）电机绝缘在运行中受机械振动、发热以及局部放电 所产生的臭氧的侵蚀，相对变压器的工作条件更为严峻。（4）保护旋转电机用的磁吹避雷器（FCD）的保护性能 与电机绝缘水平的配合裕度很小。（5）由于电机绕组的结构布置特点，特别是大容量电机 ，其匝间电容很小，起不了改善冲击电压分布的作用。为了 保证发电机匝间绝缘的安全运行，必须要将入进波陡度限制 得很小。 直配电机的防雷保护 每组发电机母线上都装一组FCD型磁吹避雷器，以 限制入侵波过电压的幅值。 在发电机电压母线上装设一组并联电容器（电容量 为 0.25 0.5F），以限制侵入波陡度。这不但是保护电机

14、 匝间绝缘及中性点绝缘的需要，同时也是为了降低感应过 电压。 在直配线进线处加装电缆段和管形避雷器等，以限 制流过避雷器的雷电流不超过3kA。 发电机中性点有引出线，在中性点加装一只避雷器 保护，或者将母线并联电容加大到1.5 2.0F，以进一步降 低入侵波陡度。 措施：典型接线：在进线处装设电感线圈L，L可以是 限流电抗器，也可以是专门为防雷所 设置的线圈。L不但和母线上的电容 器 C 构成一个串联振荡电路，而且 对波在L进端的正反射提高了线路侧 的电压，从而加速了FS的动作，限 制了进波的幅值。 架空进线段（450 600 m）的电感 来代替集中电感，此段线路用独立 避雷针来保护。GB1作

15、用：当进线 段首端外侧附近发生雷击时，GB1 先放电，从而将雷电流大部分由此 引入地中，以防止磁吹避雷器FCD 电流超过了3kA 。 GB2作用：加在 线路首端的电压，除了避雷器 GB1 上的电压降外，主要是接地电阻上 的电压降，降低此电压。发电机经过一段大于l00m的电缆与架空 线相连接，可以利用 电缆外皮高频电流的集肤效应或电缆外皮的分流及耦合作用。当侵入波使电缆首端管形避雷器GB2动作时，电缆芯线与外皮 短接，相当于把电缆芯和外皮连在一起并具有同样的对地电压。电 缆发挥集肤效应，从而减小了流过避雷器的电流，使残压降低。GB2 与电缆之间串入一组 100 300 H 的电感，利用电感对 侵

16、入波的正反射波使 GB2 动作也可以将避雷器 GB2 前移 70m 或增加 GB1，以发挥电缆段的 作用。此连接线应悬挂在杆塔导线下 2 3m 处，以使二线之间有一 定的耦合作用。增设 GB1 的同时，电缆首端仍保留 GB2 ，使强雷时，后者放 电，便可发挥电缆段的限流作用。 非直配电机的防雷保护国内外的运行经验表明：经变压器送电的电机在防雷 上比直配电机较可靠，但也有被雷击坏的事例。研究及运行经验表明：在多雷区，经升压变压器送电 的特别重要的发电机，在其出线上，宜装设一组磁吹避雷 器或金属氧化物避雷器。如与该避雷器并联一组保护电容 （C= 0.25 0.5F），再装上中性点避雷器，则可以认为 发电机已得到了可靠的保护。