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1、第第7 7章章 发电厂和变电站的防雷保护发电厂和变电站的防雷保护发发电电厂厂、变变电电所所雷雷电电过过电电压压的的来来源源及及危危害害发电厂、变电所的直击雷防护发电厂、变电所的直击雷防护发电厂、变电的侵入波过电压防护发电厂、变电的侵入波过电压防护 发电厂和变电站的防雷保护课件发电厂和变电所雷电过电压来源及危害u雷直击发电厂和变电所雷直击发电厂和变电所u雷击输电线路产生的过电压沿线路侵入雷击输电线路产生的过电压沿线路侵入发电厂和变电所发电厂和变电所u造成大面积停电。造成大面积停电。发电机、变压器等主发电机、变压器等主要电气设备的内绝缘大都没有自恢复的要电气设备的内绝缘大都没有自恢复的能力能力发电
2、厂和变电站的防雷保护课件过电压防护的主要措施防防止止直直击击雷雷过过电电压压的的主主要要措措施施是是装装设设专专门门的的避避雷雷针针或或悬挂避雷线。悬挂避雷线。对对雷雷电电侵侵入入波波过过电电压压防防护护的的主主要要措措施施是是在在发发电电厂厂、变变电电站站内内装装设设避避雷雷器器，同同时时在在线线路路进进线线段段上上采采取取辅辅助助措措施。施。发电厂和变电站的防雷保护课件7.1 7.1 直击雷过电压的防护直击雷过电压的防护 按照安装方式的不同，可将避雷针分为按照安装方式的不同，可将避雷针分为独立避雷针独立避雷针和和装设在配电装置构架上的避雷针装设在配电装置构架上的避雷针两类。两类。 独立避雷
3、针：独立避雷针：用于用于35kV35kV以下系统（因为该电压等级的以下系统（因为该电压等级的设备绝缘水平较低，易反击）设备绝缘水平较低，易反击） 构架避雷针：构架避雷针：用于用于110kV110kV以上系统（因为该电压等级的以上系统（因为该电压等级的设备绝缘水平较高，不易反击），但变压器构架上不设备绝缘水平较高，不易反击），但变压器构架上不允许装设避雷针。允许装设避雷针。发电厂和变电站的防雷保护课件 对于对于35kV35kV及以下的配及以下的配电装置，因绝缘水平低，电装置，因绝缘水平低，为避免反击应架设独立为避免反击应架设独立避雷针，其接地装置与避雷针，其接地装置与主接地网分开埋设。主接地网分
4、开埋设。独立避雷针独立避雷针A Ad dL LS SKK12RchS Sd dhK K独立避雷针离配电构架的距离独立避雷针离配电构架的距离发电厂和变电站的防雷保护课件避雷针支座上高度为避雷针支座上高度为h h处处的对地电压：的对地电压：接地装置上的对地电压：接地装置上的对地电压：独立避雷针离配电构架的距离独立避雷针离配电构架的距离A Ad dL LS SKK12RchS Sd dhK K发电厂和变电站的防雷保护课件A Ad dL LS SKK12RchS Sd dhK Ksk0.3Rch+0.1hsk0.3Rch+0.1hsd 0.3Rchsd 0.3Rch在一般情况下，在一般情况下， sks
5、k不应小于不应小于5m5m， sdsd不应小于不应小于3m3m。要求：要求：为了防止避雷针与被保护的配电构架或设备之间的空气间隙为了防止避雷针与被保护的配电构架或设备之间的空气间隙SkSk被击穿而造成反击事故；为了防止避雷针接地装置和被保被击穿而造成反击事故；为了防止避雷针接地装置和被保护设备接地装置之间在土壤中的间隙护设备接地装置之间在土壤中的间隙SdSd被击穿：被击穿：发电厂和变电站的防雷保护课件7.27.2、变电所内避雷器的保护作用、变电所内避雷器的保护作用发电厂和变电站的防雷保护课件7.27.2、变电所内避雷器的保护作用、变电所内避雷器的保护作用 装装设设避避雷雷器器是是变变电电所所对
6、对入入侵侵雷雷电电过过电电压压波波进进行行防防护护的的主主要要措措施施，它它的的保保护护作作用用主主要要是是限限制制过过电电压压波波的的幅幅值值。但但是还需要有是还需要有“进线段保护进线段保护”与之配合。与之配合。避雷器的保护作用基于三个前提：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秒特性与被保护绝缘的伏秒特性有良好的配合; 它它的的伏伏安安特特性性应应保保证证其其残残压压低低于于被被保保护护绝绝缘缘的的冲冲击击电电气气强度强度; 被保护绝缘必须处于该避雷器的保护距离之内。被保护绝缘必须处于该避雷器的保护距离之内。发电厂和变电站的防雷保护课件变压器在
7、冲击电压作用下可等值为一个电容（称为入口电容）变压器在冲击电压作用下可等值为一个电容（称为入口电容），一般可以不计，认为输电线路在此开路。，一般可以不计，认为输电线路在此开路。避雷器动作前：避雷器动作前：变压器（也是避雷器）上电压：变压器（也是避雷器）上电压：避雷器动作后：避雷器动作后：一、避雷器与被保护设备连接一点的情况一、避雷器与被保护设备连接一点的情况发电厂和变电站的防雷保护课件变压器（也是避雷器）上电压有两个峰值：变压器（也是避雷器）上电压有两个峰值：Uch Uch ：避雷器冲击放电电压：避雷器冲击放电电压; Ubm; Ubm：避雷器残压的最大值：避雷器残压的最大值两个峰值两个峰值Uc
8、hUch和和UbmUbm基本相同基本相同避雷器的伏安特性避雷器的伏安特性ub = f(ib)ub = f(ib)和伏秒特性和伏秒特性u uf = f = f f( (t t) )为已知，则用作图法求取变压器上的电压。为已知，则用作图法求取变压器上的电压。发电厂和变电站的防雷保护课件 一般情况下，避雷器的一般情况下，避雷器的冲击放电电压与避雷器冲击放电电压与避雷器的残压基本相同，所以的残压基本相同，所以在防雷保护分析中可将在防雷保护分析中可将避雷器上的电压避雷器上的电压u ub b看作看作是一幅值为是一幅值为避雷器残压避雷器残压的斜角平顶波。的斜角平顶波。幅值为幅值为5KA5KA时的残压时的残压
9、U Ub.5b.5. .若入侵雷电波为斜角波，若入侵雷电波为斜角波，即即u=atu=at，则避雷器的作用，则避雷器的作用相当于在避雷器放电时刻相当于在避雷器放电时刻tptp在避雷器安装处产生一在避雷器安装处产生一负电压波负电压波-a(t-tp)-a(t-tp)发电厂和变电站的防雷保护课件2.2.避雷器和保护物之间有一定的距离时的情况避雷器和保护物之间有一定的距离时的情况发电厂和变电站的防雷保护课件 避雷器动作后，由于波在避雷器动作后，由于波在1 1、2 2间间发生折、反射，使得设备绝缘上发生折、反射，使得设备绝缘上出现高于避雷器端点的电压。出现高于避雷器端点的电压。2.2.避雷器和保护物之间有
10、一定的距离时的情况避雷器和保护物之间有一定的距离时的情况多次折反射问题，网格法分析多次折反射问题，网格法分析斜角平顶波斜角平顶波发电厂和变电站的防雷保护课件 被保护绝缘与避雷器间的电被保护绝缘与避雷器间的电气距离越大、进波陡度气距离越大、进波陡度a a越越大，电压差值大，电压差值 也就越大。也就越大。发电厂和变电站的防雷保护课件 避雷器的保护距离避雷器的保护距离 若被保护设备上受到的最大冲击电压值若被保护设备上受到的最大冲击电压值U Uimim小于设备本小于设备本身的冲击耐压值身的冲击耐压值U Uj j，则设备不会发生雷害事故，即，则设备不会发生雷害事故，即 UjUim = Ub.5+ 2al
11、 / v 所以避雷器的最大保护距离为所以避雷器的最大保护距离为 Ub.5：幅值为：幅值为5KA时的残压时的残压发电厂和变电站的防雷保护课件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。发电厂和变电站的防雷保护课件7.3 7.3 变电所的进线段保护变电所的进线段保护进进线线段段保保护护是是指指临临近近变变电电所所l2km的的一一段段线线路路上上加加强强防防雷雷保护措施保护措施。对对于于那那些些未未沿沿全全线线架架设设避避雷雷线线的的35kV及及以以下下的的线线路路来来说说，首先在靠近变电所首先在靠近变
12、电所(l2km)的线段上加装避雷线；的线段上加装避雷线；对对于于全全线线有有避避雷雷线线的的110kV及及以以上上的的线线路路，将将靠靠近近变变电电所所的的一段长一段长l 2km的线路加强防雷措施、提高耐雷水平。的线路加强防雷措施、提高耐雷水平。目目的的是是减减小小进进线线段段内内绕绕击击和和反反击击形形成成侵侵入入波波的的概概率率，使使侵侵入变电所的雷电波主要来自进线段以外。入变电所的雷电波主要来自进线段以外。发电厂和变电站的防雷保护课件进线段保护的作用进线段保护的作用：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，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
13、和幅值；降低了波前陡度和幅值；由于进线段波阻抗的作用，减小了流过避雷器的雷电流。由于进线段波阻抗的作用，减小了流过避雷器的雷电流。 发电厂和变电站的防雷保护课件流过避雷器的冲击电流流过避雷器的冲击电流Ub阀式避雷器的残压，阀式避雷器的残压，kV发电厂和变电站的防雷保护课件3 、35KV小容量变电所的简化进线保护小容量变电所的简化进线保护 对于对于35KV35KV小容量变电所，可小容量变电所，可根据变电所的重要性和雷电根据变电所的重要性和雷电活动强度等情况来采取简化活动强度等情况来采取简化的进线保护。的进线保护。 35KV35KV小容量变小容量变电所范围小，避雷器距变压电所范围小，避雷器距变压器
14、的距离一般在器的距离一般在10m10m以内，侵以内，侵入波陡度允许增加，故入波陡度允许增加，故进线进线长度可以缩短到长度可以缩短到500500600m600m，为了限制流入变电所阀型避为了限制流入变电所阀型避雷器的雷电流，在进线首端雷器的雷电流，在进线首端可装设一组管型避雷器或保可装设一组管型避雷器或保护间隙。护间隙。发电厂和变电站的防雷保护课件3535110KV110KV变电所，若进线装设避雷线有困难或进线段变电所，若进线装设避雷线有困难或进线段杆塔接地电阻难于下降，不能达到要求的耐雷水平，杆塔接地电阻难于下降，不能达到要求的耐雷水平，可在可在进线的终端杆上安装一组进线的终端杆上安装一组 左
15、右的电抗线左右的电抗线圈来代替进线段圈来代替进线段，此电抗线圈既能限制流过避雷器的，此电抗线圈既能限制流过避雷器的雷电流又能限制入侵波陡度。雷电流又能限制入侵波陡度。发电厂和变电站的防雷保护课件变压器的防雷保护一、三绕组变压器的防雷保护高压侧有雷电过电压波时，通过绕组间高压侧有雷电过电压波时，通过绕组间的静电耦合和电磁耦合，低压侧出现一的静电耦合和电磁耦合，低压侧出现一定过电压。在任一相低压绕组加装阀式定过电压。在任一相低压绕组加装阀式避雷器。避雷器。 发电厂和变电站的防雷保护课件二、自耦变压器的防雷保护高压侧进波时，应在中压断路高压侧进波时，应在中压断路器器QF2QF2的内侧装设一组阀式避雷
16、的内侧装设一组阀式避雷器（图中的器（图中的FV2FV2）进行保护，）进行保护，中压侧进波时，在高压断路器中压侧进波时，在高压断路器 QF1QF1的内侧也应装设一组避雷器的内侧也应装设一组避雷器 （图中的（图中的F1F1）进行保护。）进行保护。 当中压侧接有出线时，还应在当中压侧接有出线时，还应在AAAA之间再跨接一组避雷器（图之间再跨接一组避雷器（图中的中的FV3FV3）。）。 自耦变压器典型的保护接线发电厂和变电站的防雷保护课件三、变压器中性点的保护110kV110kV及以上的中性点有效接地系统及以上的中性点有效接地系统 1 1、中性点为全绝缘时，一般不需采用专门的保护。但在变电中性点为全绝
17、缘时，一般不需采用专门的保护。但在变电所只有一台变压器且为单路进线的情况下，仍需在中性点加装所只有一台变压器且为单路进线的情况下，仍需在中性点加装一台与绕组首端同样电压等级的避雷器。一台与绕组首端同样电压等级的避雷器。 2 2、当中性点为降级绝缘时，则必须选用与中性点绝缘等级相当中性点为降级绝缘时，则必须选用与中性点绝缘等级相当的避雷器加以保护，同时注意校核避雷器的灭弧电压当的避雷器加以保护，同时注意校核避雷器的灭弧电压 35kV35kV及以下的中性点非有效接地系统及以下的中性点非有效接地系统 变压器的中性点都采用全绝缘，一般不设保护装置。发电厂和变电站的防雷保护课件7.5 直配电机的防雷保护
18、直配电机的防雷保护从防雷的观点来看，发电机可分为从防雷的观点来看，发电机可分为两大类两大类经过变压器再接到架空线上去的电机，简称经过变压器再接到架空线上去的电机，简称非直配电机非直配电机直直接接与与架架空空线线相相连连(包包括括经经过过电电缆缆段段、电电抗抗器器等等元元件件与与架架空空线线相连相连)的电机，简称的电机，简称直配电机直配电机发电厂和变电站的防雷保护课件n直直接接与与架架空空线线相相连连的的旋旋转转电电机机（包包括括发发电电机机、同同期期调调相相机机、大大型型电电动动机机等等）称称为为直直配配电电机机，因因线线路路上上的的雷雷电电波波可可以以直直接接传传入入电电机机，故故其其防防雷
19、雷保保护护显得特别突出。显得特别突出。n直直配配电电机机的的防防雷雷保保护护包包括括电电机机主主绝绝缘缘、匝匝间间绝绝缘缘和和中性点绝缘中性点绝缘的保护。的保护。n直配电机防雷保护的特点：直配电机防雷保护的特点：l电机主绝缘的冲击耐压数值低；电机主绝缘的冲击耐压数值低；l保保护护旋旋转转电电机机用用的的磁磁吹吹避避雷雷器器的的保保护护性性能能与与电电机机绝绝缘缘水平的配合裕度很小水平的配合裕度很小发电厂和变电站的防雷保护课件直配电机的防雷措施：直配电机的防雷措施：避雷器保护：限制侵入波幅值避雷器保护：限制侵入波幅值电容器保护：限制侵入波幅值电容器保护：限制侵入波幅值a和降低感应过电压和降低感应
20、过电压电缆段保护（进线段保护）：限制流经避雷器中电缆段保护（进线段保护）：限制流经避雷器中的雷电流小于的雷电流小于3kA（对直配电机以对直配电机以3kA下的残压作下的残压作为设计标准）为设计标准）电抗器保护：使电抗器保护：使F2可靠动作可靠动作电机母线上装设电容电机母线上装设电容C以限制来波陡度以限制来波陡度 （a）原理接线图）原理接线图 （b）等值电路）等值电路 Zg电机波阻抗电机波阻抗发电厂和变电站的防雷保护课件有电缆段的电机进线段保护接线有电缆段的电机进线段保护接线 L1-电缆芯线的自感；电缆芯线的自感；L2- 电缆外皮的自感；电缆外皮的自感； L3- 电缆末端外皮接地线的自感电缆末端外皮接地线的自感 ；L4- 电缆末电缆末端至发电机之间连接线的自感端至发电机之间连接线的自感 ；M- 电缆外皮电缆外皮与芯线间的互感；与芯线间的互感；发电厂和变电站的防雷保护课件
