工厂供配电技术第七章过电压及防护

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1、第七章 过电压及防护1工厂供配电技术第七章 过电压及防护课程基本内容课程基本内容1.1.大气电压大气电压2.2.雷电冲击波沿导线的传播雷电冲击波沿导线的传播3.3.防雷保护装置防雷保护装置4.4.变电所与线路的防雷变电所与线路的防雷5.5.内部过电压内部过电压6.6.变电所保护接地变电所保护接地2工厂供配电技术第七章 过电压及防护7.1大气过电压大气过电压7.1.1雷电放电过程雷电放电过程1.先导阶段先导阶段2.主放电和迎面流注阶段主放电和迎面流注阶段余辉阶段余辉阶段3工厂供配电技术第七章 过电压及防护4工厂供配电技术第七章 过电压及防护7.1.2雷电参数雷电参数1.雷暴日雷暴日(Td)：一年

2、中发生雷电的天数：一年中发生雷电的天数(30-40)。雷暴小时雷暴小时(Th)：一年中发生雷电的小时数：一年中发生雷电的小时数(100)。地面落雷密度地面落雷密度():每平方公里地面在一个雷暴日每平方公里地面在一个雷暴日中受到的平均雷击次数。中受到的平均雷击次数。2.通道波阻抗通道波阻抗5工厂供配电技术第七章 过电压及防护6工厂供配电技术第七章 过电压及防护一般地区：一般地区：少雷地区：少雷地区：I雷电流幅值（雷电流幅值（kA)P幅值大于幅值大于I的雷电流出现的概率的雷电流出现的概率经验公式：经验公式：3.雷电流幅值（雷电流幅值（I）：雷电流指雷击于低接地电阻）：雷电流指雷击于低接地电阻（）的

3、物体时流过雷击点的电流。的物体时流过雷击点的电流。02II W307工厂供配电技术第七章 过电压及防护4.雷电流的波前时间雷电流的波前时间、波长、波长、陡度、陡度我国在防雷设计中取我国在防雷设计中取波前的平均陡度：波前的平均陡度：实测表明：实测表明：8工厂供配电技术第七章 过电压及防护5.雷电流极性及计算波形雷电流极性及计算波形7590%的雷电流是负极性，在防雷设计的雷电流是负极性，在防雷设计中一般按负极性考虑中一般按负极性考虑常用计算波形：常用计算波形：(1).双指数波双指数波00.5II9工厂供配电技术第七章 过电压及防护(2).等值斜角平顶波前等值斜角平顶波前0I10工厂供配电技术第七章

4、 过电压及防护(3).等值半余弦波前等值半余弦波前0I0.5I11工厂供配电技术第七章 过电压及防护7.2雷电冲击波沿导线的传播雷电冲击波沿导线的传播1.波过程的定义波过程的定义在本课程中指电压波（或电流波）在输电线路、电缆、在本课程中指电压波（或电流波）在输电线路、电缆、变压器、电机等电力设备上的传播过程变压器、电机等电力设备上的传播过程2.波过程的特点波过程的特点电压、电流不但是时间电压、电流不但是时间t的函数，而且也是空间位置的函数，而且也是空间位置x的函数，的函数，需要用分布参数电路来分析。需要用分布参数电路来分析。3.分布参数电路的应用范围分布参数电路的应用范围主要有两大类：长线路和

5、高频电压（如雷电冲击电压波）主要有两大类：长线路和高频电压（如雷电冲击电压波）12工厂供配电技术第七章 过电压及防护200km6000km(20ms)1500km(5ms)冲击波冲击波空气中波的传播速度为光速空气中波的传播速度为光速220kV线路的平均线路的平均长度为长度为200250km冲击波波前在线冲击波波前在线路上的分布长度路上的分布长度只有只有360m13工厂供配电技术第七章 过电压及防护波沿均匀无损单导线传播示意图波沿均匀无损单导线传播示意图t=0t=014工厂供配电技术第七章 过电压及防护7.2.1波沿均匀无损单导线的传播波沿均匀无损单导线的传播1均匀无损单导线系统的波阻抗：均匀无

6、损单导线系统的波阻抗：线路各点电气参数完全一样；线路各点电气参数完全一样；线路无能量损耗（线路无能量损耗（R0=0，G0=0）单元等值电路：单元等值电路：15工厂供配电技术第七章 过电压及防护设设dtdt时间内，行波前进了时间内，行波前进了dxdx距离，则长度为距离，则长度为dxdx的线路的线路被充电，充电电容为被充电，充电电容为CodxCodx，使其电位为，使其电位为U U，在这段时，在这段时间内，导线获得的电荷为：间内，导线获得的电荷为：(1)充电电流充电电流16工厂供配电技术第七章 过电压及防护行波前进了dx距离，磁通的增加量：(2)（1） (2)（2） (1)波速波速波阻抗波阻抗(1)

7、充电电流充电电流17工厂供配电技术第七章 过电压及防护由电磁场理论可知：由电磁场理论可知：对架空线：对架空线：对油纸绝缘电缆：对油纸绝缘电缆：18工厂供配电技术第七章 过电压及防护l波阻抗：l是表征分布参数电路特点的最重要的参数，它是储能元件，表示导线周围介质获得电磁能的大小，具有阻抗的量纲，其值决定于单位长度导线的电感和电容，与线路长度无关。l对单导线架空线，Z=500 左右，考虑电晕影响取400 左右，电缆的波阻抗约为十几欧姆至几十不等。W19工厂供配电技术第七章 过电压及防护比较波阻抗比较波阻抗Z和和R：波阻抗是一个比例常数，其数值只与导线单位长度的电感波阻抗是一个比例常数，其数值只与导

8、线单位长度的电感和电容有关，与线路长度无关；而线路的电阻与线路长度和电容有关，与线路长度无关；而线路的电阻与线路长度成正比；成正比；波阻抗是储能元件，它从电源吸收能量，以电磁波的形式波阻抗是储能元件，它从电源吸收能量，以电磁波的形式沿导线向前传播，能量以电磁能的形式储存在导线周围的沿导线向前传播，能量以电磁能的形式储存在导线周围的介质中；电阻是耗能元件，它从电源吸收的能量转换成热介质中；电阻是耗能元件，它从电源吸收的能量转换成热能而散失。能而散失。二者量纲相同，并且都和电源频率或二者量纲相同，并且都和电源频率或波形无关，可见波波形无关，可见波阻抗是阻性的；阻抗是阻性的；20工厂供配电技术第七章

9、 过电压及防护2均匀无损单导线的波动方程：均匀无损单导线的波动方程：v电压沿电压沿x x方向的变化是由于电流在方向的变化是由于电流在L L0 0上的电感压降；上的电感压降；v电流沿电流沿x x方向的变化是由于在方向的变化是由于在C C0 0上分去了电容电流；上分去了电容电流；v负号表示在负号表示在x x正方向上电压和电流都将减少。正方向上电压和电流都将减少。21工厂供配电技术第七章 过电压及防护前行电压波（入射波）前行电压波（入射波）反行电压波（反射波）反行电压波（反射波）前行电流波前行电流波反行电流波反行电流波注意：注意：前行电压波和前行电流波表示电压和电流在导线上的前行电压波和前行电流波表

10、示电压和电流在导线上的坐标是以速度坐标是以速度v沿沿x的正方向移动。的正方向移动。反行电压波和反行电流波表示电压和电流在导线上的反行电压波和反行电流波表示电压和电流在导线上的坐标是以速度坐标是以速度v沿沿x的负方向移动。的负方向移动。22工厂供配电技术第七章 过电压及防护l电压波的符号只取决于导线对地电容所充电荷的符号，与电荷的运动方向无关l电流波的符号不仅与相应电荷符号有关，而且也与电荷运动方向有关l一般取正电荷沿x正方向运动形成的波为正电流波23工厂供配电技术第七章 过电压及防护行波计算的基本方程：行波计算的基本方程：24工厂供配电技术第七章 过电压及防护例题1 1：沿高度10m10m，半

11、径为10mm10mm的单根架空线有一个幅值700kV700kV的过电压波运动，求电流波的幅值。解题：导线的波阻抗为：电流波幅值为：例题2 2：如还有一个幅值为500kV500kV的过电压波反向运动，求两波叠加范围内导线上的电压和电流25工厂供配电技术第七章 过电压及防护反行波电流导线电压：导线电流：I=1.561.11=0.45kA26工厂供配电技术第七章 过电压及防护7.2.2行波的折射和反射行波的折射和反射1折射波和反射波的计算折射波和反射波的计算A波未到达节点波未到达节点A时，线路时，线路1上有：上有：波到达节点波到达节点A后，线路后，线路1上有：上有：线路线路2上有：上有：节点节点A上

12、电压、电流上电压、电流的连续性的连续性27工厂供配电技术第七章 过电压及防护又又电压折射系数电压折射系数电压反射系数电压反射系数28工厂供配电技术第七章 过电压及防护线路末端开路线路末端开路此时有：此时有：线路末端电压：线路末端电压：电压反射波：电压反射波：末端电流：末端电流：电流反射波：电流反射波：几种特殊情况：几种特殊情况：AA 末端开路时，末端电压波发生正的全反射，电流波发生末端开路时，末端电压波发生正的全反射，电流波发生负的全反射，电压反射波所到之处，线路电压加倍；电负的全反射，电压反射波所到之处，线路电压加倍；电流反射波流反射波所到之处，线路电流变零。所到之处，线路电流变零。29工厂

13、供配电技术第七章 过电压及防护线路末端短路（接地）线路末端短路（接地）此时有：此时有：线路末端电压：线路末端电压：电压反射波：电压反射波：反射波所到之处：反射波所到之处：电流反射波电流反射波：AA 末端接地时，末端电压波发生负的全反射，电流波发生末端接地时，末端电压波发生负的全反射，电流波发生正的全反射，电压反射波所到之处，线路电压变零；电正的全反射，电压反射波所到之处，线路电压变零；电流反射波流反射波所到之处，线路电流加倍。所到之处，线路电流加倍。30工厂供配电技术第七章 过电压及防护 线路末端既没有电压反射波，又没有电流反射波，线路末端既没有电压反射波，又没有电流反射波，线路上电压电流波形

14、保持不变。线路上电压电流波形保持不变。线路末端接负载（线路末端接负载（）此时有：此时有：AA31工厂供配电技术第七章 过电压及防护2集中参数等值电路集中参数等值电路AA32工厂供配电技术第七章 过电压及防护母线母线AR、L、CAR、L、C电压源等值电路电压源等值电路AR、L、C电流源等值电路电流源等值电路33工厂供配电技术第七章 过电压及防护建立集中参数等值电路（彼德逊法则）：建立集中参数等值电路（彼德逊法则）：入射波线路入射波线路1用数值等于电压入射波两倍的等值电压源用数值等于电压入射波两倍的等值电压源2和数值等于线路波阻抗和数值等于线路波阻抗的电阻串联来等效；的电阻串联来等效；R、L、C等

15、其他集中参数组件均保持不变；等其他集中参数组件均保持不变；折射波线路折射波线路2、3分别可以用数值等于该线路波阻分别可以用数值等于该线路波阻抗路抗路、的电阻来等效；的电阻来等效；彼德逊法则使用条件：彼德逊法则使用条件：入射波必须是沿分布参数线路传来的；入射波必须是沿分布参数线路传来的；节点节点A后面的线路中没有反行波，或节点后面的线路中没有反行波，或节点A后面的线路后面的线路中反射波尚未到达节点中反射波尚未到达节点A时；时；34工厂供配电技术第七章 过电压及防护7.2.3行波通过串联电感和并联电容行波通过串联电感和并联电容1.波穿过电感波穿过电感AA35工厂供配电技术第七章 过电压及防护其中：

16、其中：A36工厂供配电技术第七章 过电压及防护电压折射波的波前陡度：电压折射波的波前陡度： 37工厂供配电技术第七章 过电压及防护电压反射波：电压反射波：电感相当于开路电感相当于开路电感的作用完全消失电感的作用完全消失38工厂供配电技术第七章 过电压及防护2.波旁过电容波旁过电容AA39工厂供配电技术第七章 过电压及防护其中：其中：A40工厂供配电技术第七章 过电压及防护电压折射波的波前陡度：电压折射波的波前陡度：电压反射波电压反射波：41工厂供配电技术第七章 过电压及防护电容相当于短路电容相当于短路电容的作用完全消失电容的作用完全消失42工厂供配电技术第七章 过电压及防护3.串联电感、并联电

17、容对波过程的影响串联电感、并联电容对波过程的影响波前被拉平，波前陡度减小，波前被拉平，波前陡度减小，L或或C越大，陡度越小；越大，陡度越小；在无限长直角波作用下，在无限长直角波作用下，L、C对电压的稳态值没有影响；对电压的稳态值没有影响；各自的适用场合各自的适用场合43工厂供配电技术第七章 过电压及防护7.3防雷保护装置防雷保护装置7.3.1避雷针、避雷线避雷针、避雷线1.保护原理：保护原理：当雷云放电时使地面电场畸变，在避雷当雷云放电时使地面电场畸变，在避雷针的顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放针的顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放电的发展方向，使雷电对避雷针放电，再经过接地

18、装电的发展方向，使雷电对避雷针放电，再经过接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。防雷保护装置：防雷保护装置：指能使被保护物体避免雷击，指能使被保护物体避免雷击，而引雷于本身，并顺利地泄入大地的装置。而引雷于本身，并顺利地泄入大地的装置。44工厂供配电技术第七章 过电压及防护2.保护范围、绕击率保护范围、绕击率雷击定向高度：雷击定向高度：雷电先导放电朝地面发展到某一高度雷电先导放电朝地面发展到某一高度H后，后，才会在一定范围内受到避雷针的影响而对避雷针放电，才会在一定范围内受到避雷针的影响而对避雷针放电，H称称为定向高度。为定向高度。当

19、当h30m时，时，H=20h;当当h30m时，时，H600m绕击率：绕击率：指雷电绕过避雷装置而击中被保护物体的概率。指雷电绕过避雷装置而击中被保护物体的概率。我国有关规程推荐的保护范围对应于我国有关规程推荐的保护范围对应于0.1%的绕击率。的绕击率。45工厂供配电技术第七章 过电压及防护3.适用范围适用范围避雷针适宜于象变电所、发电厂那样相对集避雷针适宜于象变电所、发电厂那样相对集中的保护对象；避雷线主要用于架空线路那样伸中的保护对象；避雷线主要用于架空线路那样伸展很广的保护对象。展很广的保护对象。(消雷器消雷器)46工厂供配电技术第七章 过电压及防护4.单支避雷针的保护范围单支避雷针的保护

20、范围水平面上水平面上的保护范围的保护范围47工厂供配电技术第七章 过电压及防护在某一被保护物高度在某一被保护物高度水平面上，其保护半径水平面上，其保护半径为：为：高度修正系数高度修正系数30m120m30避雷针高度，避雷针高度，m48工厂供配电技术第七章 过电压及防护5.等高双避雷针的保护范围等高双避雷针的保护范围12水平面上水平面上的保护范围的保护范围49工厂供配电技术第七章 过电压及防护两针联合保护范围上部边缘的最低点高度两针联合保护范围上部边缘的最低点高度在高度在高度的水平面上，保护范围的最小宽度的水平面上，保护范围的最小宽度一般情况下取一般情况下取两针外侧的保护范围按单支避雷针的计算方

21、法确定，两针外侧的保护范围按单支避雷针的计算方法确定，两针中间的保护范围用下式求得：两针中间的保护范围用下式求得：50工厂供配电技术第七章 过电压及防护6.单根避雷线的保护范围单根避雷线的保护范围51工厂供配电技术第七章 过电压及防护单根避雷线的保护范围一侧宽度为：单根避雷线的保护范围一侧宽度为：52工厂供配电技术第七章 过电压及防护保护角：保护角：避雷线的铅垂线与避雷线和边导线连线的夹角避雷线的铅垂线与避雷线和边导线连线的夹角53工厂供配电技术第七章 过电压及防护7.3.2避雷器避雷器基本分类：基本分类：避雷器是一种过电压限制器，它与被保护设备并联避雷器是一种过电压限制器，它与被保护设备并联

22、运行，当作用电压超过一定幅值以后避雷器总是先运行，当作用电压超过一定幅值以后避雷器总是先动作，泄放大量能量，限制过电压，保护电气设备。动作，泄放大量能量，限制过电压，保护电气设备。避雷器避雷器保护间隙保护间隙管式避雷器管式避雷器阀式避雷器阀式避雷器普通阀式避雷器（普通阀式避雷器（FS/FZ)磁吹阀式避雷器磁吹阀式避雷器(FCZ/FCD)金属氧化物避雷器金属氧化物避雷器(MOA)54工厂供配电技术第七章 过电压及防护对避雷器的基本技术要求：对避雷器的基本技术要求：过电压作用时，避雷器要先于被保护设备放电，这需要由过电压作用时，避雷器要先于被保护设备放电，这需要由两者的全伏秒特性的配合来保证；两者

23、的全伏秒特性的配合来保证；避雷器应具有一定的熄弧能力，以便可靠地切断在第一次避雷器应具有一定的熄弧能力，以便可靠地切断在第一次过零时的工频续流，使系统恢复正常；过零时的工频续流，使系统恢复正常；0123P1被保护绝缘被保护绝缘2保护间隙或管式避雷器保护间隙或管式避雷器3阀式避雷器阀式避雷器55工厂供配电技术第七章 过电压及防护1保护间隙和管式避雷器保护间隙和管式避雷器结构简单、价格低廉；熄弧能力弱、伏秒特性陡峭、难以与结构简单、价格低廉；熄弧能力弱、伏秒特性陡峭、难以与被保护设备配合，动作产生截波、不能保护带绕组的设备，被保护设备配合，动作产生截波、不能保护带绕组的设备，主要用于主要用于10k

24、V以下配电网线路的保护，往往与自动重合闸装以下配电网线路的保护，往往与自动重合闸装置配合使用。置配合使用。保护间隙：保护间隙：角形保护间隙角形保护间隙1主间隙主间隙;2辅助间隙辅助间隙3绝缘瓷瓶绝缘瓷瓶0过电压波过电压波绝缘上受到的实际电压波形绝缘上受到的实际电压波形保护间隙的伏秒特性保护间隙的伏秒特性56工厂供配电技术第七章 过电压及防护实质上是一只具有较强灭弧能力的保护间隙。伏秒特性陡峭、实质上是一只具有较强灭弧能力的保护间隙。伏秒特性陡峭、动作产生截波、放电分散性大，主要用于输电线路上绝缘比动作产生截波、放电分散性大，主要用于输电线路上绝缘比较薄弱的地方和变电站、发电厂的进线段保护。较薄

25、弱的地方和变电站、发电厂的进线段保护。管式避雷器：管式避雷器：1产气管；产气管；2棒电极棒电极3环电极环电极4导线导线S1灭弧间隙灭弧间隙S2外间隙外间隙57工厂供配电技术第七章 过电压及防护2阀式避雷器阀式避雷器阀式避雷器阀式避雷器普通阀式避雷器（普通阀式避雷器（FS/FZ)磁吹阀式避雷器磁吹阀式避雷器(FCZ/FCD)FS：配电型，适用：配电型，适用10kV及以下配电网中电气设备的保护及以下配电网中电气设备的保护FZ：变电所型，适用：变电所型，适用220kV及以下变电所电气设备的保护及以下变电所电气设备的保护FCZ：变电所型，适用：变电所型，适用330500kV变电所电气设备的保护变电所电

26、气设备的保护FCD：旋转电机型，适用旋转电机的保护：旋转电机型，适用旋转电机的保护58工厂供配电技术第七章 过电压及防护59工厂供配电技术第七章 过电压及防护原理结构图原理结构图瓷套瓷套F火花间隙火花间隙R非线性阀片电阻非线性阀片电阻60工厂供配电技术第七章 过电压及防护主要特性参数主要特性参数额定电压额定电压工频放电电压工频放电电压灭弧电压灭弧电压冲击系数冲击系数切断比切断比冲击放电电压冲击放电电压动作过程动作过程61工厂供配电技术第七章 过电压及防护保护比保护比残压残压保护水平保护水平通流容量通流容量62工厂供配电技术第七章 过电压及防护结构特征结构特征火花间隙：平板间隙和磁吹式间隙火花间

27、隙：平板间隙和磁吹式间隙单个平板火花间隙：单个平板火花间隙：1黄铜电极；黄铜电极；2云母垫圈；云母垫圈；3间隙放电区间隙放电区普通阀式避雷器的火花间隙由多个这种间隙串联而成普通阀式避雷器的火花间隙由多个这种间隙串联而成63工厂供配电技术第七章 过电压及防护旋弧型磁吹间隙：旋弧型磁吹间隙：主要用于主要用于FCD系列中系列中1永磁铁永磁铁2内电极内电极3外电极外电极4电弧电弧灭弧栅型磁吹间隙：主要用于灭弧栅型磁吹间隙：主要用于FCZ系列中系列中1磁吹线圈磁吹线圈2辅助间隙辅助间隙3主间隙主间隙4主电极主电极5灭弧栅灭弧栅6分路电阻分路电阻7阀片电阻阀片电阻64工厂供配电技术第七章 过电压及防护阀片

28、电阻：阀片电阻：SiC阀片和阀片和MOV阀阀片片阀片的非线性伏安特性：阀片的非线性伏安特性：00特点：特点：流过小电流时（如工频续流），流过小电流时（如工频续流），电阻大电阻大;流过大电流时流过大电流时（如雷电流），电阻小（如雷电流），电阻小线性电阻线性电阻阀片电阻阀片电阻理想情况理想情况65工厂供配电技术第七章 过电压及防护SiCMOVUI系统相电压系统相电压必须用必须用火花间隙火花间隙66工厂供配电技术第七章 过电压及防护金属氧化物避雷器金属氧化物避雷器67工厂供配电技术第七章 过电压及防护7.4 7.4 变电所与线路的防雷变电所与线路的防雷7.4.1 发电厂、变电所的直击雷保护发电厂、变

29、电所必须装设避雷针或避雷线对直击雷进行保护。按安装方式的不同，避雷针分为独立避雷针和构架避雷针两类。注意对绝缘水平不高的35kV以下的配电装置，构架避雷针容易导致绝缘闪络(反击)。 68工厂供配电技术第七章 过电压及防护l 变电所的直击雷防护设计内容主要是选择避雷针的支数、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。对于独立避雷针，则还有一个验算它对相邻配电装置构架及其接地装置的空气间距及地下距离的问题。69工厂供配电技术第七章 过电压及防护l 为了防止避雷针对构架发生反击，其空气间距S1应满足下式要求：为了防止避雷针接地装置与变电所接地网之间因土壤击穿而连在一起，

30、地下距离S2亦应满足下式要求独立避雷针应有的空气间隙70工厂供配电技术第七章 过电压及防护发电厂和变电所的防雷保护l E1、E2为空气间隙平均冲击击穿场强和土壤平均冲击击穿场强。l用下面两个公式校核独立避雷针的空气间距和地中距离：71工厂供配电技术第七章 过电压及防护7.4.2 发电厂、变电所的雷电侵入波保护装设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。但是还需要有“进线段保护”与之配合。避雷器的保护作用基于三个前提： 它的伏秒特性与被保护绝缘的伏秒特性有良好的配合 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 被保护绝缘必须处于该避雷器

31、的保护距离之内。72工厂供配电技术第七章 过电压及防护1 避雷器与被保护设备连接一点73工厂供配电技术第七章 过电压及防护2 避雷器与被保护设备不在一点 但是在变电所中不可能也没有必要在每个设备旁都装一组避雷器，一般只在变电所母线上安装避雷器，它除保护变压器外，还要对其他设备提供保护。 这样，避雷器与各个电气设备之间就不可避免地要有一定距离的电气引线。在这种情况下，当阀式避雷器动作时，由于波的折射与反射，会使作用于被保护设备上的电压高于避雷器的冲击放电电压或残压，影响了避雷器的保护效果。74工厂供配电技术第七章 过电压及防护l被保护绝缘与避雷器间的电气距离越大、进波陡度a越大，电压差值 也就越

32、大。75工厂供配电技术第七章 过电压及防护l绝缘冲击耐压水平应满足：l 阀式避雷器的保护距离： 避雷器具体安装点选择原则：“确保重点、兼顾一般”。在诸多的变电设备中，需要确保的重点无疑是主变压器，应尽可能把阀式避雷器装得离主变压器近一些。76工厂供配电技术第七章 过电压及防护3 变电所的进线段保护保证在靠近变电所的一段不长(一般为l2km)的线路上不出现绕击或反击。对于那些未沿全线架设避雷线的35kV及以下的线路来说，首先在靠近变电所(l 2km)的线段上加装避雷线，使之成为进线段；对于全线有避雷线的110kV及以上的线路，将靠近变电所的一段长2km的线路划为进线段。在进线段上, 加强防雷措施

33、、提高耐雷水平。77工厂供配电技术第七章 过电压及防护发电厂和变电所的防雷保护进线段的作用： 雷电过电压波在流过进线段时因冲击电晕而发生衰减和变形，降低了波前陡度和幅值； 限制流过避雷器的冲击电流幅值 78工厂供配电技术第七章 过电压及防护内部过电压通常以标幺值内部过电压通常以标幺值pu(perunit)表示表示基准取：基准取：系统额定电压有效值系统额定电压有效值容许电压偏离系数容许电压偏离系数对对220kV及以下系统：及以下系统：对对330500kV系统：系统：7.5电力系统内部过电压电力系统内部过电压即系统的最大工作即系统的最大工作相电压幅值相电压幅值79工厂供配电技术第七章 过电压及防护

34、7.5.1截流过电压截流过电压截流现象：截流现象：断路器在电流自然过零点断路器在电流自然过零点之前强行切断电弧之前强行切断电弧80工厂供配电技术第七章 过电压及防护1产生过电压的基本过程产生过电压的基本过程QF闭合时：闭合时：工频电压下，工频电压下，iCiL AQF81工厂供配电技术第七章 过电压及防护设截流瞬间激磁电流为设截流瞬间激磁电流为I0，电容上电压为，电容上电压为U0，则：，则：当全部磁场能量转化为电场能量时：当全部磁场能量转化为电场能量时：82工厂供配电技术第七章 过电压及防护忽略截流时电容上储存的能量，则：忽略截流时电容上储存的能量，则：变压器的特性阻抗变压器的特性阻抗在一般变压

35、器中，在一般变压器中，ZT很大，因而很大，因而所以在近似计算中，完全可以忽略所以在近似计算中，完全可以忽略83工厂供配电技术第七章 过电压及防护切空变时过电压：切空变时过电压：84工厂供配电技术第七章 过电压及防护2影响过电压的因素影响过电压的因素断路器的性能断路器的性能变压器特性变压器特性85工厂供配电技术第七章 过电压及防护3限制过电压的措施限制过电压的措施断路器的主触头上并电阻断路器的主触头上并电阻减小变压器的特性阻抗减小变压器的特性阻抗采采 用用 纠纠 结结 式式 绕绕 组组 增增 大大CT、采采用用优优质质铁铁芯芯减减小小IL或或LT采用避雷器保护采用避雷器保护高值电阻，数万欧；高值

36、电阻，数万欧； ZnO避雷器效果很好避雷器效果很好86工厂供配电技术第七章 过电压及防护7.5.2电弧重燃过电压电弧重燃过电压1产生过电压的过程产生过电压的过程（以切空载长线为例）（以切空载长线为例）QF87工厂供配电技术第七章 过电压及防护等值电路：等值电路：线路电感线路电感发电机和变压器的漏感之和发电机和变压器的漏感之和线路对地电容线路对地电容QFAQFB88工厂供配电技术第七章 过电压及防护QF开断时：开断时：电流电流为容性，为容性，89工厂供配电技术第七章 过电压及防护第一次重燃：第一次重燃：第二次重燃：第二次重燃：90工厂供配电技术第七章 过电压及防护2影响过电压的因素影响过电压的因

37、素断路器的性能断路器的性能电网中性点接地方式电网中性点接地方式91工厂供配电技术第七章 过电压及防护3限制过电压的措施限制过电压的措施采用不重燃断路器采用不重燃断路器触头加装并联分闸电阻触头加装并联分闸电阻分闸过程：分闸过程：主主Q1先断开先断开R R抑制回路振荡抑制回路振荡1.52周期后，辅周期后，辅Q2分闸分闸Q1Q2Q1Q292工厂供配电技术第七章 过电压及防护7.5.3弧光接地接地过电压弧光接地接地过电压1.发展过程发展过程SNABC93工厂供配电技术第七章 过电压及防护 故障点接地电流：故障点接地电流：电弧自熄过程：电弧自熄过程： 很大很大弧道电离程度高、介质恢复慢弧道电离程度高、介

38、质恢复慢 过零时电弧经暂时熄灭后很快重燃，可以认为过零时电弧经暂时熄灭后很快重燃，可以认为 电弧稳定燃烧，不致引起强烈振荡电弧稳定燃烧，不致引起强烈振荡 很小很小弧道电离程度低、介质恢复快弧道电离程度低、介质恢复快 过零时电弧熄灭后不重燃，永久熄弧过零时电弧熄灭后不重燃，永久熄弧 中等（数安数百安）中等（数安数百安）电弧暂时熄灭（工频半个周期），短时后再度击穿电弧暂时熄灭（工频半个周期），短时后再度击穿产生强烈振荡，故障相和健全相都产生过电压产生强烈振荡，故障相和健全相都产生过电压94工厂供配电技术第七章 过电压及防护35kV，总长大于，总长大于100km时，时，10kV，总长大于，总长大于1

39、000km时，时，难自熄，难自熄，形成间形成间歇电弧歇电弧熄弧：三相电容上电荷重新分配熄弧：三相电容上电荷重新分配中性点电压位移中性点电压位移健全相：通过电源充电到线电压，有振荡，储能健全相：通过电源充电到线电压，有振荡，储能燃弧燃弧故障相：通过弧道泄放电荷，无振荡，泄能故障相：通过弧道泄放电荷，无振荡，泄能工频熄弧工频熄弧健全相健全相 3.5pu3.5pu高频熄弧高频熄弧健全相健全相 7.5pu7.5pu实际电网中过实际电网中过电压受多种因电压受多种因素影响，一般素影响，一般在在3.0pu以下以下95工厂供配电技术第七章 过电压及防护危害：危害：持续时间长，遍布全网；配电系统绝缘弱点多，持续

40、时间长，遍布全网；配电系统绝缘弱点多，可能发展为相间短路可能发展为相间短路2.防护措施防护措施.在在66kV及以下电网中，根据情况采用及以下电网中，根据情况采用中性点经消弧线圈的接地方式运行、或中性点经消弧线圈的接地方式运行、或采用中性点绝缘方式运行；采用中性点绝缘方式运行；.在在110kV及以上电网中采用中性点及以上电网中采用中性点有效接地方式运行；有效接地方式运行；96工厂供配电技术第七章 过电压及防护消弧线圈：消弧线圈：是在电网中性点与地之间接入的带气隙是在电网中性点与地之间接入的带气隙铁心、电感可调的电抗器。铁心、电感可调的电抗器。作用：补偿接地点容性电流作用：补偿接地点容性电流降低接

41、地点恢复电压速度降低接地点恢复电压速度促进电弧自熄促进电弧自熄接消弧线圈后：接消弧线圈后：补偿度：补偿度：脱谐度：脱谐度：1过补偿过补偿97工厂供配电技术第七章 过电压及防护7.5.4铁磁谐振过电压铁磁谐振过电压基波谐振：基波谐振：98工厂供配电技术第七章 过电压及防护为稳定点为稳定点99工厂供配电技术第七章 过电压及防护当当，当当，回路平衡方程：回路平衡方程：三个平衡点三个平衡点：，非谐振稳定点非谐振稳定点非稳定点非稳定点谐振稳定点谐振稳定点100工厂供配电技术第七章 过电压及防护从从的方式（谐振的产生）：的方式（谐振的产生）：他激：他激：电路只能工作在电路只能工作在只有电感受到巨大冲只有电感受到巨大冲击扰动，如合闸的巨大涌流和巨大的短击扰动，如合闸的巨大涌流和巨大的短路电流，工作点转到路电流，工作点转到自激：自激：工作点在工作点在101工厂供配电技术第七章 过电压及防护线性与非线性谐振比较：线性与非线性谐振比较：条件条件产生产生谐振谐振频率频率限制限制线线性性与电源大小与电源大小无关，由参无关，由参数配合产生数配合产生基波基波回路电阻回路电阻非非线线性性 时时要有激发，要有激发，激发后能自激发后能自保持；保持；自激自激基波、高基波、高次、分次次、分次谐波谐波电感饱和可电感饱和可以限制过电以限制过电压幅值压幅值初态电感初态电感102工厂供配电技术第七章 过电压及防护