《高电压工程基础 教学课件 ppt 作者 施围 邱毓昌 第11章 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《高电压工程基础 教学课件 ppt 作者 施围 邱毓昌 第11章 发电厂和变电所的防雷保护（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高电压工程基础 施围 邱毓昌 张乔根（西安交通大学）编著 刘青（西安科技大学）制作,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,高电压工程基础,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
2、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。,高电压工程基础,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。,高电压工程基础,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。,
3、高电压工程基础,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,高电压工程基础,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。
4、 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，进变电所一档线路可装设避雷针保护。,高电压工程基础,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,高电压工程基础,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：,高电压工程基础,变电所的进线保护,线路的冲击耐压
5、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。,高电压工程基础,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，以减少反击；同时保护角不超过20，以减少这段线路的绕击。
6、,高电压工程基础,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：,高电压工程基础,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。,高电压工程基础,b. 限制侵入波陡度,高电压工程基础,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,31500 5000
7、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,高电压工程基础,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. 三绕组变压器的防雷
8、保护,高电压工程基础,2. 自耦变压器的防雷保护,高电压工程基础,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，但要注意校验避雷器的灭弧电压，它始终大于中性点可
9、能出现的最高工频电压。,高电压工程基础,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,高电压工程基础,11.4 气体绝缘变电所的防雷保护,全封闭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。,高电压工程基础,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6
10、0 100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；而且没有自恢复能力。,高电压工程基础,GIS变电所常用的雷电保护接线,高电压工程基础,高电压工程基础,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，
11、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,高电压工程基础,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
12、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。,高电压工程基础,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：,高电压工程基础,典型接线：,在进线处装设电感线圈L
13、，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。,高电压工程基础,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
14、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。,高电压工程基础,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。,高电压工程基础,
