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1、第9章过电压保护和绝缘配合 第9章过电压保护和绝缘配合 9.1 电力系统过电压种类和过电压水l9.1.1 系统运行中出现于设备绝缘上的电压l9.1.1.1 系统运行中出现于设备绝缘上的电压有：l(1)正常运行时的工频电压。l(2)暂时过电压(工频过电压,谐振过电压)。l(3)操作过电压。l(4)雷电过电压。l9.1.1.2 设备上的作用电压，按波形的分类。l设备在运行中可能受到的作用电压，按照作用电压的幅值、波形及持续时间，可分为：9.1 电力系统过电压种类和过电压水9.1.1 系统运行中出l(1)持续工频电压(其值不超过设备最高电压Um)，持续时间等于设备设计的运行寿命。l(2)暂时过电压(
2、包括工频电压升高、谐振过电压)。l(3)缓波前(操作)过电压。l(4)快波前(雷电)过电压。l(5)陡波前过电压。l9.1.1.4 相对地暂时过电压和操作过电压的标么值如下：l (1)工频过电压的1.0p.u.=Um1.732；l (2)谐 振 过 电 压 和 操 作 过 电 压 的 1.0p.u.=Um(1.414/1.732),l Um为系统最高电压。(1)持续工频电压(其值不超过设备最高电压Um)，持续时间等l9.1.1.5 系统最高电压的范围。l (1)范围I：3.6kVUm252kV; 1kVUm252kV; l (2)范围II：Um252kV。l9.1.2 电力系统过电压水平l9.
3、1.2.1 工频过电压的允许水平。l 系统的工频过电压水平一般不宜超过下列数值:l 330-500kV 线路断路器的变电所侧 1.3p.u.l 线路断路器的线路侧 1.4p.u.l 110220kV 1.3p.u.l 35-66kV 1.732p.u.l 3-10kV (1.1*1.732)p.u.9.1.1.5 系统最高电压的范围。l9.1.2.2 操作过电压的允许水平。l(1)相对地：500kV(直接接地系统) 2.0p.u.l 330kV(直接接地系统) 2.2p.u.l 110-220kV(直接接地系统) 3.0p.u. l 66kV及以下(非直接接地系统) 4.0p.u.l 35kV
4、及以下(低电阻接地系统) 3.2p.u.l(2)相间:l330500kV(取相对地过电压的倍数)1.31.4l 3220kV(取相对地过电压的倍数)1.59.1.2.2 操作过电压的允许水平。92 雷电过电压的特点及相应的限制和保护设计l9.2.1 雷电过电压特点l9.2.1.1 雷电参数。l(1)雷电流幅值的概率。l 1)除2)所述地区以外的我国一般地区雷电流幅值超过I的概率可按式(921)求得，即l lgP=-(I/88) (9-2-1)l式中 P雷电流幅值概率；l I雷电流幅值，kA。l 2)陕南以外的西北地区、内蒙古自治区的部分地区(这类地区的平均年雷暴日数在20及以下)雷电流幅值较小
5、，可由式(9-2-2)求得，即92 雷电过电压的特点及相应的限制和保护设计9.2.1 l lgP=-(I/44) (9-2-2)l(2)平均年雷暴日数宜根据当地气象台多年资料获得或参照全国平均年雷暴日数分布图确定。l1)少雷区，平均年雷暴日数不超过15的地区；l2)中雷区，平均年雷暴日数超过15但不超过40的地区；l3)多雷区，平均年雷暴日数超过40但不超过90的地区；l4)雷电活动特殊强烈地区，平均年雷暴日数超过90的地区及根据运行经验雷害特殊严重的地区。l(3)在线路防雷设计中，雷电流波头长度一般取26Is，波头形状取斜角形；在设计特殊高塔时，可取半余弦波形，其最大陡度与平均陡度之比为2。
6、l(4)地面落雷密度为每一雷电日每平方公里对地平均落雷次数，一般40雷电日地区为007。 lgP=-(I/44) (9-l9.2.1.2 线路雷电过电压 l(1)当雷击线路杆塔或避雷线时，可能造成绝缘子串、塔头空气间隙和避雷线与导线间空气间隙闪络，形成对导线的反击产生过电压。设计时要求塔头空气间隙和档距中央空气间隙的绝缘水平高于绝缘子串的绝缘水平。l 绝缘子串上承受的雷电过电压与杆塔自身电感、接地电阻、避雷线分流系统以及雷电流幅值有关，通常以耐雷水平(线路能承受该雷电流幅值而绝缘子串不致发生闪络)作为线路的耐雷指标。l(2)雷直击(无避雷线线路)和绕击(有避雷线线路)导线将随着电压等级的增高,
7、线路绕击的事故率增加，故电压等级的增高绕击事故率占总事故率的比重增大。9.2.1.2 线路雷电过电压 l9.2.1.3 发电厂、变电所雷电过电压l(1)雷直接击在发电厂、变电所电气设备上产生直击雷过电压，由于过电压幅值很高，会造成设备的损坏，应对直击雷采取防护措施。l 当雷击发电厂避雷针、线或其他建、构筑物，将引起接地网冲击电位增高，会造成对电气设备的反击，产生反击过电压。反击过电压的幅值取决于雷电流幅值、地网冲击电阻、引流点位置和设备充电回路的时间常数。l (2)雷击附近物体或地面，由于空间电磁场发生剧烈变化，在线路的导线上或其他金属导体上产生感应过电压。一般感应过电压仅对35kV及以下线路
8、和电气设备绝缘有危害。l 当雷击点与导线的距离大于65m时，导线上感应过电压可按式(923)计算。l (3)输电线路受到雷击，雷电波沿导线侵入到发电厂电气设备上，产生侵入雷电波过电压。过电压幅值与发电厂进线保护段耐雷水平，雷击点距发电厂的距离，导线电晕衰减与发电厂接线、运行方式有关。9.2.1.3 发电厂、变电所雷电过电压l9.2.2 雷电过电压的限制和保护设计l9.2.2.1 设计和运行中应考虑直接雷击、雷电反击和感应雷电过电压对电气装置的危害。l9.2.2.2 架空线路上的雷电过电压。l (1)距架空线路S65m处，雷云对地放电时，线路上产生的感应过电压最大值可按式(923)计算，即l U
9、i(25*I*hc/S) (9-2-3)l式中 Ui雷击大地时感应过电压最大值，kV；l I雷电流幅值(一般不超过100)，kA；l hc导线平均高度，m；l S雷击点与线路的距离，m。l线路上的感应过电压为随机变量，其最大值可达300400kV,一般仅对35kV及以下线路的绝缘有一定威胁。9.2.2 雷电过电压的限制和保护设计l(2)雷击架空线路导线产生的直击雷过电压，可按式(924)确定，即l UslOOI (9-2-4)l式中 Us雷击点过电压最大值，kV。l 雷直击导线形成的过电压易导致线路绝缘闪络。架设避雷线可有效地减少雷直击导线的概率。l(3)因雷击架空线路避雷线、杆顶形成作用于线
10、路绝缘的雷电反击过电压，与雷电参数、杆塔型式、高度和接地电阻等有关。l 宜适当选取杆塔接地电阻，以减少雷电反击过电压的危害。(2)雷击架空线路导线产生的直击雷过电压，可按式(924l9.2.2.3 发电厂和变电所内的雷电过电压来自雷电对配电装置的直接雷击、反击和架空进线上出现的雷电侵入波。l (1)应该采用避雷针或避雷线对高压配电装置进行直击雷保护并采取措施防止反击。l (2)应该采取措施防止或减少发电厂和变电所近区线路的雷击闪络，并在发电厂、变电所内适当配置阀式避雷器，以减少雷电侵入波过电压的危害。l (3)按标准要求对采用的雷电侵入波过电压保护方案校验时，校验条件为保护接线一般应该保证2k
11、m外线路导线上出现雷电侵入波过电压时，不引起发电厂和变电所电气设备绝缘损坏。l9.2.2.4 雷电过电压的保护设计l (1)高压架空线路的雷电过电压保护见9.5.1。l (2)发电厂和变电所的雷电过电压保护见9.5.2。l (3)配电系统的雷电过电压保护见9.5.3。l (4)旋转电机的雷电过电压保护见9.5.4。9.2.2.3 发电厂和变电所内的雷电过电压来自雷电对配电l9.2.3 雷电过电压保护装置的选择l9.2.3.1 避雷针和避雷线。l(1)单支避雷针的保护范围(见图921)。l 1)避雷针在地面上的保护半径，应按式(921)计算，保护半径r为l r=1.5hP (9-2-5)l式中
12、r保护半径，m；l h避雷针的高度，m；l P高 度 影 响 系 数 ， h30m， P=1; 30mh120m，P=5.5/(h)0.5;当h120m时，取其等于120m。l9.2.3 雷电过电压保护装置的选择l（2）在被保护物高度hx水平面上的保护半径rx应按下列方法确定：l a)当hx0.5h时l rx=(h-hx)P (9-2-6)l式中 rx避雷针在hx水平面上的保护半径,m;l hx被保护物的高度，m；l ha避雷针的有效高度，m。l b)当hx0.5h时l rx=(1.5h-2hx)P (9-2-7)l （2）在被保护物高度hx水平面上的保护半径rx应按下列方法确l(2)两支等高
13、避雷针的保护范围l 1)两针外侧的保护范围应按单支避雷针的计算方法确定。l 2)两针间的保护范围应按通过两针顶点及保护范围上部边缘最低点O的圆弧确定，圆弧的半径为只。O点为假想避雷针的顶点，其高度应按式(928)计算，为l h0=h-(D/7P) (9-2-8)l式中 ho两针间保护范围上部边缘最低点高度，m；l D两避雷针间的距离，m。l两针间hx水平面上保护范围的一侧最小宽度应按图9-2-3确定。当bxrx时，取bx=rx。l求得bx后，可按图922绘出两针间的保护范围。l两针间距离与针高之比Dh不宜大于5。 (2)两支等高避雷针的保护范围l(3)多支等高避雷针的保护范围见图924(a)及
14、图9 24(b)。l1) 三支等高避雷针所形成的三角形的外侧保护范围应分别按两支等高避雷针的方法计算确定。如在三角形内被保护物最大高度hx水平面上，各相邻避雷针间保护范围一侧最小宽度bx0，则全部面积即受到保护。l2)四支及以上等高避雷针所形成的四角形或多角形，可先将其分成两个或数个三角形，然后分别按三支等高避雷针的方法计算。如各边的保护范围一侧最小宽度bx0，则全部面积即受到保护。l(4)单根避雷线在hx水平面上每侧保护范围的宽度(见图925)。(3)多支等高避雷针的保护范围见图924(a)及图9 l 1)当hx(h/2)时l rx=0.47(h-hx)P (9-2-9) l式中 rx每侧保
15、护范围的宽度，m。l 2)当hx(h/2)时l rx=(h-1.53hx)P (9-2-10) l(5)两根等高平行避雷线的保护范围(见图926)。l 1)两避雷线外侧的保护范围应按单根避雷线的计算方法确定。l 2)两避雷线间各横截面的保护范围应由通过两避雷线1、2点及保护范围边缘最低点O的圆弧确定。O点的高度应按式(9211)计算，即l h0=h-(D/4P) (9-2-11)l式中 h0两避雷线间保护范围上部边缘最低点的高度,m;l D两避雷线间的距离，m；l h避雷线的高度，m。 1)当hx(h/2)时l3)两避雷线端部的两侧保护范围仍按单根避雷线保护范围计算。两线间保护最小宽度(参见图
16、922)按下列方法确定：l a)当hx(h/2)时l rx=0.47(h0-hx)P (9-2-12) l式中 rx每侧保护范围的宽度，m。l b)当hx(h/2)时l rx=(h0-1.53hx)P (9-2-13) l(6)不等高避雷针、避雷线的保护范围(见图927)。l 1)两 支 不 等 高 避 雷 针 外 侧 的 保 护 范围应分别按单支避雷针的计算方法确定。 3)两避雷线端部的两侧保护范围仍按单根避雷线保护范围计算。两l 2)两支不等高避雷针间的保护范围应按单支避雷针的计算方法，先确定较高避雷针1的保护范围，然后由较低避雷针2的顶点，作水平线与避雷针1的保护范围相交于点3，取点3为
17、等效避雷针的顶点，再按两支等高避雷针的计算方法确定避雷针2和3间的保护范围。通过避雷针2、3顶点及保护范围上部边缘最低点的圆弧，其弓高应按式(9214)计算，为l f=D/7P (9-2-11)l式中 f圆弧的弓高，m；l D/避雷针2和等效避雷针3间的距离，m。 2)两支不等高避雷针间的保护范围应按单支避雷针的计算l 3)对多支不等高避雷针所形成的多角形，各相邻两避雷针的外侧保护范围按两支不等高避雷针的计算方法确定；三支不等高避雷针，如在三角形内被保护物最大高度hx水平面上，各相邻避雷针间保护范围一侧最小宽度bx0，则全部面积即受到保护；四支及以上不等高避雷针所形成的多角形，其内侧保护范围可
18、仿照等高避雷针的方法确定。l 4)两 根 不 等 高 避 雷 线 各 横 截 面 的 保 护 范围，应仿照两支不等高避雷针的方法，按式(9211)计算。l(7)山地和坡地上的避雷针，由于地形、地质、气象及雷电活动的复杂性，避雷针的保护范围应有所减小。避雷针的保护范围可按式(925)式(927)的计算结果和依图923确定的bx等乘以系数0.75求得；式(928)可修改为h0=h-(D/5P);式(9214)可修改为f=D/5P。 3)对多支不等高避雷针所形成的多角形，各相邻两避雷针的l利用山势设立的远离被保护物的避雷针不得作为主要保护装置。l (8)相互靠近的避雷针和避雷线的联合保护范围可近似按
19、下列方法确定(见图928):l避雷针、线外侧保护范围分别按单针、线的保护范围l确定。内侧首先将不等高针、线划为等高针、线，然后将等高针、线视为等高避雷线计算其保护范围。 l9.2.3.2 阀式避雷器l (1)采用阀式避雷器进行雷电过电压保护时，除旋转电机外，对不同电压范围、不同系统接地方式的避雷器选型如下：l 1)有效接地系统，范围应该选用金属氧化物避雷器；范围I宜采用金属氧化物避雷器；l 2)气体绝缘全封闭组合电器(GIS)和低电阻接地系统应该选用金属氧化物避雷器； l利用山势设立的远离被保护物的避雷针不得作为主要保护装置。l 3)不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统，根据系统中谐振过电压和
20、间歇性电弧接地过电压等发生的可能性及其严重程度，可任选金属氧化物避雷器或碳化硅普通阀式避雷器。l(2)旋转电机的雷电侵入波过电压保护，宜采用旋转电机金属氧化物避雷器或旋转电机磁吹阀式避雷器。l(3)有串联间隙金属氧化物避雷器和碳化硅阀式避雷器的额定电压,一般情况下应符合下列要求：l 1)110kV及220kV有效接地系统不低于0.8Um；l 2)310kV和35kV、66kV系统分别不低于1.1Um和Um；l3kV及以上具有发电机的系统不低于1.1Um(Um为发电机最高运行电压)；l 3)中性点避雷器的额定电压，对320kV和35、66kV系统，分别不低于0.64Um和0.58Um；对3-20
21、kV发电机，不低于0.64Um.g。 3)不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统，根据系统中谐振l(4)采用无间隙金属氧化物避雷器作为雷电过电压保护装置时，应符合下列要求：l 1)避雷器的持续运行电压和额定电压应不低于表921所列数值；l 2)避雷器能承受所在系统作用的暂时过电压和操作过电压能量。l(5)阀式避雷器标称放电电流下的残压，不应大于被保护电气设备(旋转电机除外)准雷电冲击全波耐受电压的71。l(6)发电厂和变电所内35kV及以上避雷器应装设简单可靠的多次动作记录器或磁钢记录器。l(4)采用无间隙金属氧化物避雷器作为雷电过电压保护装置时，应l9233 排气式避雷器。l (1)在选择排气
22、式避雷器时，开断续流的上限，考虑非周期分量，不得小于安装处短路电流的最大有效值；开断续流的下限，不考虑非周期分量，不得大于安装处短路电流的可能最小值。l (2)如按开断续流的范围选择排气式避雷器，最大短路电流应按雷季电力系统最大运行方式计算，并包括非周期分量的第一个半周短路电流有效值。如计算困难，对发电厂附近，可将周期分量第一个半周的有效值乘以1.5；距发电厂较远的地点，乘以1.3。最小短路电流应按雷季电力系统最小运行方式计算，且不包括非周期分量。l (3)排气式避雷器外间隙的距离，在符合保护要求的条件下，应采用较大的数值。表921。9233 排气式避雷器。9.3 9.3 暂时过电压的特点及相
23、应的限制和保护设计暂时过电压的特点及相应的限制和保护设计 l9.3.1 暂时过电压的特点l9.3.1.1 工频过电压的性质。l 工频过电压的频率为工频或接近工频，幅值不高，在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统，约为工频电压的3倍；在中性点直接接地系统中，一般不允许超过15倍。l 工频过电压常发生在故障引起的长线切合过程中。在发电机暂态电势Ed为常数时，工频过电压处于暂态状态，持续时间不超过1s。由于在0.11s以内，工频过电压仅变化23，一般多取0.1s左右的暂态数值作为参考值。此后，发电机自动电压调整器发生作用，Ed变化，在2-3s以后，系统进入稳定状态。此时的工频过电压称为工频稳态过电压。
24、l工频过电压对220kV及以下电力网的电气设备没有危险，但对330kV及以上的超高压电网影响很大，需要采取措施予以限制。9.3 暂时过电压的特点及相应的限制和保护设计 9.3.1 l9.3.1.2 谐振过电压的性质l电网中的电感、电容元件，在定电源的作用下，并受到操作或故障的激发，使得某一自由振荡频率与外加强迫频率相等，形成周期性或准周期性的剧烈振荡,电压振幅急剧上升，出现严重谐振过电压。l各种谐振过电压可以归纳为三种类型，即线形谐振、铁磁谐振和参数谐振。l 限制谐振过电压的基本方法，一是尽量防止它发生，这就要在设计中做出必要的预测，适当调整电网参数，避免谐振发生；二是缩短谐振存在的时间，降低
25、谐振的幅值，削弱谐振的影响。一般采用电阻阻尼进行抑制。9.3.1.2 谐振过电压的性质l9.3.2 暂时过电压的限制和保护设计l9.3.2.1 工频过电压、谐振过电压与系统结构、容量、参数、运行方式以及各种安全自动装置的特性有关。工频过电压、谐振过电压除增大绝缘承受电压外，还对选择过电压保护装置有重要影响。l (1)系统中的工频过电压一般由线路空载、接地故障和甩负荷等引起。对范围的工频过电压，在设计时应结合实际条件加以预测。根据这类系统的特点，有时需综合考虑这几种因素的影响。l 通常可取正常送电状态下甩负荷和在线路受端有单相接地故障情况下甩负荷作为确定系统工频过电压的条件。l 对工频过电压应采
26、取措施加以降低。一般主要采用在线路上安装并联电抗器的措施限制工频过电压。在线路上架设良导体降低工频过电压时，宜通过技术经济比较加以避雷线确定。系统的工频过电压水平一般不宜超过下列数值：线路断路器的变电所侧 1.3p.ul线路断路器的线路侧 1.4p.ul9.3.2 暂时过电压的限制和保护设计l (2)对范围I中的1lOkV及220kV系统，工频过电压一般不超过1.3p.u.；3lOkV和3566kV系统，一般分别不超过1.13p.u.和3p.u.。l应避免在1lOkV及220kV有效接地系统中偶然形成局部不接地系统，并产生较高的工频过电压。对可能形成这种局部系统、低压侧有电源的1lOkV及22
27、0kV变压器不接地的中性点应装设间隙。因接地故障形成局部不接地系统时该间隙应动作；系统以有效接地方式运行发生单相接地故障时间隙不应动作。间隙距离的选择除应满足这两项要求外，还应兼顾雷电过电压下保护变压器中性点标准分级绝缘的要求参见9523(5)。l9.3.2.2 谐振过电压包括线性谐振和非线性(铁磁)谐振过电压，一般因操作或故障引起系统元件参数出现不利组合而产生。应采取防止措施，避免出现谐振过电压的条件；或用保护装置限制其幅值和持续时间。 (2)对范围I中的1lOkV及220kV系统，工频过电压一l(1)为防止发电机电感参数周期性变化引起的发电机自励磁(参数谐振)过电压，可采取下列防止措施：l
28、 1)使发电机的容量大于被投入空载线路的充电功率；l 2)避免发电机带空载线路启动或避免以全电压向空载线路合闸；l 3)快速励磁自动调节器可限制发电机同步自励过电压。发电机异步自励过电压，用速动过电压继电保护切机以限制其作用时间。l(2)应该采用转子上装设阻尼绕组的水轮发电机，以限制水轮发电机不对称短路或负荷l严重不平衡时产生的谐振过电压。(1)为防止发电机电感参数周期性变化引起的发电机自励磁(参数l9.3.2.3 范围的系统当空载线路上接有并联电抗器，且其零序电抗小于线路零序容抗时，如发生非全相运行状态(分相操动的断路器故障或采用单相重合闸时)，由于线间电容的影响，断开相上可能发生谐振过电压
29、。l上述条件下由于并联电抗器铁芯的磁饱和特性，有时在断路器操作产生的过渡过程激发下，可能发生以工频基波为主的铁磁谐振过电压。l 在并联电抗器的中性点与大地之间串接一接地电抗器，一般可有效地防止这种过电压。l该接地电抗器的电抗值宜按补偿并联电抗器所接线路的相间电容选择，同时应考虑以下因素： l(1)并联电抗器、接地电抗器的电抗及线路容抗的实际值与设计值的变异范围。l(2)限制潜供电流的要求。l(3)连接接地电抗器的并联电抗器中性点绝缘水平。9.3.2.3 范围的系统当空载线路上接有并联电抗器，且其l9.3.2.4 范围的系统中，当空载线路(或其上接有空载变压器时)由电源变压器断路器合闸、重合闸或
30、由只带有空载线路的变压器低压侧合闸、带电线路末端的空载变压器合闸以及系统解列等情况下，如由这些操作引起的过渡过程的激发使变压器铁芯磁饱和、电感作周期性变化，回路等值电感在2倍工频下的电抗与2倍工频下线路入口容抗接近相等时，可能产生以2次谐波为主的高次谐波谐振过电压。l 应尽量避免产生2次谐波谐振的运行方式、操作方式以及防止在故障时出现该种谐振的接线；确实无法避免时，可在变电所线路继电保护装置内增设过电压速断保护，以缩短该过电压的持续时间。9.3.2.4 范围的系统中，当空载线路(或其上接有空载变l9.3.2.5 范围工的系统中有可能出现下列谐振过电压：l (1)1lOkV及220kV系统采用带
31、有均压电容的断路器开断连接有电磁式电压互感器的空载母线，经验算有可能产生铁磁谐振过电压时，宜选用电容式电压互感器。已装有电磁式电压互感器时，运行中应避免可能引起谐振的操作方式，必要时可装设专门消除此类铁磁谐振的装置。l (2)由单一电源侧用断路器操作中性点不接地的变压器出现非全相或熔断器非全相熔断时，如变压器的励磁电感与对地电容产生铁磁谐振，能产生2.0-3.0Pu的过电压；有双侧电源的变压器在非全相分合闸时，由于两侧电源的不同步在变压器中性点上可出现接近于2.0p.u.的过电压，如产生铁磁谐振，则会出现更高的过电压。9.3.2.5 范围工的系统中有可能出现下列谐振过电压：l (3)经验算，如
32、断路器操作中因操动机构故障出现非全相或严重不同期时，产生的铁磁谐振过电压可能危及中性点为标准分级绝缘、运行时中性点不接地的1lOkV及220kV变压器的中性点绝缘，这时宜在中性点装设间隙，对该间隙的要求与9321(2)同。在操作过程中，应先将变压器中性点临时接地。l 有单侧电源的变压器，如另一侧带有同期调相机或较大的同步电动机，也类似有双侧电源的情况。l (4)366kV不接地系统或消弧线圈接地系统偶然脱离消弧线圈的部分，当连接有中性点接地的电磁式电压互感器的空载母线(其上带或不带空载短线路)，因合闸充电或在运行时接地故障消除等原因的激发，使电压互感器过饱和则可能产生铁磁谐振过电压。为限制这类
33、过电压，可选取下列措施： (3)经验算，如断路器操作中因操动机构故障出现非全相或严重l 1)选用励磁特性饱和点较高的电磁式电压互感器；l 2)减少同一系统中电压互感器中性点接地的数量，除电源侧电压互感器高压绕组中性点接地外，其他电压互感器中性点尽可能不接地；l 3)个别情况下，在lOkV及以下的母线上装设中性点接地的星形接线电容器组或用一段电缆代替架空线路以减少Xco(Xco是系统每相的对地分布容抗)，使Xco0.01Xm。(Xm为电压互感器在线电压作用下单相绕组的励磁电抗)；l 4)在互感器的开口三角形绕组装设R0.4(XmK213)的电阻(K13为互感器一次绕组与开口三角形绕组的变比)或装
34、设其他专门消除此类铁磁谐振的装置；l 5)lOkV及 以 下 互 感 器 高 压 绕 组 中 性 点 经 Rp.n 0.06Xm(容量大于600W)的电阻接地。 1)选用励磁特性饱和点较高的电磁式电压互感器；l9.3.2.6 3-66kV不接地及消弧线圈接地系统，应采用性能良好的设备并提高运行维护水平，以避免在下述条件下产生铁磁谐振过电压：l (1)配电变压器高压绕组对地短路。l (2)送电线路一相断线且一端接地或不接地。l9.3.2.7 有消弧线圈的较低电压系统，应适当选择消弧线圈的脱谐度，以便避开谐振点；无消弧线圈的较低电压系统，应采取增大其对地电容等措施(如安装电力电容器等)，以防止零序
35、电压通过电容，如变压器绕组间或两条架空线路间的电容耦合，由较高电压系统传递到中性点不接地的较低电压系统，或由较低电压系统传递到较高电压系统，或回路参数形成串联谐振条件，产生高幅值的转移过电压。9.3.2.6 3-66kV不接地及消弧线圈接地系统，应采9.4 操作过电压的特点及相应的限制和保护设计l941 操作过电压的特点l 电网中的电容、电感等储能元件，在发生故障或操作时，由于其工作状态发生突变，将产生充电再充电或能量转换的过渡过程，电压的强制分量叠加以暂态分量形成操作过电压。其作用时间约在几毫秒到数十毫秒之间。倍数一般不超过4倍。l 操作过电压的幅值和波形与电网的运行方式、故障类型、操作对象
36、有关，再加上操作过程中其他多种随机因素的影响，使得对操作过电压的定量分析，大多依靠实测统计和模拟研究。l 故障形成不同或操作对象不同，产生过电压的机理也不同。因而所采取的针对性限制措施也各异。 9.4 操作过电压的特点及相应的限制和保护设计941 l9.4.2 操作过电压的限制及保护设计l9.4.2.1 线路合闸和重合闸过电压l空载线路合闸时，由于线路电感一电容的振荡将产生合闸过电压。线路重合时，由于电源电势较高以及线路上残余电荷的存在，加剧了这一电磁振荡过程，使过电压进一步提高。l(1)范围中，线路合闸和重合闸过电压对系统中设备绝缘配合有重要影响，应该结合系统条件预测空载线路合闸、单相重合闸
37、和成功、非成功的三相重合闸(如运行中使用时)的相对地和相间过电压。l 预测这类操作过电压的条件如下：9.4.2 操作过电压的限制及保护设计l 1)对于发电机一变压器一线路单元接线的空载线路合闸，线路合闸后,电源母线电压为系统最高电压；对于变电所出线，则为相应运行方式下的实际母线电压。 l 2)成功的三相重合闸前，线路受端曾发生单相接地故障；非成功的三相重合闸时，线路受端有单相接地故障。l(2)空载线路合闸、单相重合闸和成功的三相重合闸(如运行中使用时)，在线路上产生的相对地统计过电压，对330kV和500kV系统分别不宜大于2.2p.u.和2.0p.u.。l(3)限制这类过电压的最有效措施是在
38、断路器上安装合闸电阻。对范围，当系统的工频过电压符合9321要求且符合以下参考条件时，可仅用安装于线路两端(线路断路器的线路侧)上的金属氧化物避雷器(MOA)将这类操作引起的线路的相对地统计过电压限制到要求值以下。 1)对于发电机一变压器一线路单元接线的空载线路合闸，线路l这些参考条件是：l 1)发电机一变压器一线路单元接线时的参考条件见表941。l 2)系统中变电所出线时的参考条件：l 330kV 200kml 500kV 200kml在其他条件下，可否仅用金属氧化物避雷器限制合闸和重合闸过电压，需经校验确定.l(4)范围I的线路合闸和重合闸过电压一般不超过3.0p.u.，通常无需采取限制措
39、施。l这些参考条件是：l9.4.2.2 空载线路分闸过电压l空载线路开断时，如断路器发生重击穿，将产生操作过电压。l(1)对范围的线路断路器，应要求在电源对地电压为1.3p.u.条件下开断空载线路不发生重击穿。l(2)对范围I，110kV及220kV开断架空线路该过电压不超过3.0p.u.；开断电缆线路可能超过3.0p.u.为此，开断空载架空线路宜采用不重击穿的断路器；开断电缆线路应该采用不重击穿的断路器。l (3)对范围I，66kV及以下系统中，开断空载线路断路器发生重击穿时的过电压一般不超过3.5p.u.开断前系统已有单相接地故障，使用一般断路器操作时产生的过电压可能超过4.0p.u.。此
40、，选用操作断路器时，应该使其开断空载线路过电压不超过4.0p.u.。 9.4.2.2 空载线路分闸过电压l9.4.2.3 线路非对称故障分闸和振荡解列过电压。l 系统送受端联系薄弱，如线路非对称故障导致分闸，或在系统振荡状态下解列，将产生线路非对称故障分闸或振荡解列过电压。l 对范围的线路，宜对这类过电压进行预测。预测前一过电压的条件，可选线路受端存在单相接地故障，分闸时线路送受端电势功角差应按实际情况选取。l 当过电压超过9.4.2.1(2)所列数值时，可用安装在线路两端的金属氧化物避雷器加以限制。l9.4.2.4 隔离开关操作空载母线的过电压。l 隔离开关操作空载母线时，由于重击穿将会产生
41、幅值可能超过2.0p.u.、频率为数百千赫至兆赫的高频振荡过电压。这对范围的电气装置有一定危险。为此，宜符合以下要求：9.4.2.3 线路非对称故障分闸和振荡解列过电压。l(1)隔离开关操作由敞开式配电装置构成的变电所空载母线时的过电压，可能使电流互感器一次绕组进出线之间的套管闪络放电，宜采用金属氧化物避雷器对其加以保护。l(2)隔离开关操作气体绝缘全封闭组合电器(GIS)变电所的空载母线时，会产生频率更高的过电压，它可能对匝间绝缘裕度不高的变压器构成威胁。为此，宜对采用的操作方式加以校核，尽量避免可能引起危险的操作方式。(1)隔离开关操作由敞开式配电装置构成的变电所空载母线时的过l9.4.2
42、.5 366kV系统开断并联电容补偿装置如断路器发生单相重击穿时，电容器高压端对地过电压可能超过4.0p.u.。开断前电源侧有单相接地故障时，该过电压将更高。开断时如发生两相重击穿，电容器极间过电压可能超过252Unc(Unc为电容器的额定电压)。l 操作并联电容补偿装置，应采用开断时不重击穿的断路器。对于需频繁投切的补偿装置，宜按图941(a)装设并联电容补偿装置金属氧化物避雷器(F1或F2)，作为限制单相重击穿过电压的后备保护装置。在电源侧有单相接地故障不要求进行补偿装置开断操作的条件下，宜采用F1。断路器操作频繁且开断时可能发生重击穿或者合闸过程中触头有弹跳现象时，宜按图941(b)装设
43、并联电容补偿装置金属氧化物避雷器(F1及F3或F4)。F3或P4用以限制两相重击穿时在电容器极间出现的过电压。当并联电容补偿装置电抗器的电抗率不低于12时，宜采用F4。9.4.2.5 366kV系统开断并联电容补偿装置如断路l9.4.2.6 操作空载变压器和并联电抗器等的过电压。l(1)开断空载变压器由于断路器强制熄弧(截流)产生的过电压,与断路器型式、变压器铁芯材料、绕组型式、回路元件参数和系统接地方式等有关。l 当开断具有冷轧硅钢片的变压器时，过电压一般不超过2.0p.u.，可不采取保护措施。l 开断具有热轧硅钢片铁芯的110kV及220kV变压器的过电压一般不超过3.0p.u.；66kV
44、及以下变压器一般不超过4.0p.u.。 l 采用熄弧性能较强的断路器开断激磁电流较大的变压器以及并联电抗补偿装置产生的高幅值过电压，可在断路器的非电源侧装设阀式避雷器加以限制。保护变压器的避雷器可装在其高压侧或低压侧。但高低压侧系统接地方式不同时，低压侧宜装设操作过电压保护水平较低的避雷器。 9.4.2.6 操作空载变压器和并联电抗器等的过电压。l(2)在可能只带一条线路运行的变压器中性点消弧线圈上，宜用阀式避雷器限制切除最后一条线路两相接地故障时，强制开断消弧线圈电流在其上产生的过电压。l (3)空载变压器和并联电抗补偿装置合闸产生的操作过电压一般不超过2.0p.u.，可不采取保护措施。l9
45、.4.2.7 在开断高压感应电动机时，因断路器的截流、三相同时开断和高频重复重击穿等会产生过电压(后两种仅出现于真空断路器开断时)。过电压幅值与断路器熄弧性能、电动机和回路元件参数等有关。开断空载电动机的过电压一般不超过2.5p.u.。开断起动过程中的电动机时，截流过电压和三相同时开断过电压可能超过4.0p.u.，高频重复重击穿过电压可能超过5 .0p.u.。采用真空断路器或采用的少油断路器截流值较高时，宜在断路器与电动机之间装设旋转电机金属氧化物避雷器或RC阻容吸收装置。l 高压感应电动机合闸的操作过电压一般不超过2.0p.u.，可不采取保护措施。(2)在可能只带一条线路运行的变压器中性点消
46、弧线圈上，宜用阀l9.4.2.8 66kV及以下系统发生单相间歇性电弧接地故障时，可产生过电压，过电压的高低随接地方式不同而异。一般情况下最大过电压不超过下列数值：l 不接地 3.5p.u. l 消弧线圈接地 3.2p.u.l 电阻接地 2.5p.u. l具有限流电抗器、电动机负荷，且设备参数配合不利的3lOkV某些不接地系统，发生单相间歇性电弧接地故障时，可能产生危及设备相间或相对地绝缘的过电压。对这种系统根据负荷性质和工程的重要程度，可进行必要的过电压预测，以确定保护方案。9.4.2.8 66kV及以下系统发生单相间歇性电弧接地故l9.4.2.9 采用无间隙金属氧化物避雷器限制各类操作过电
47、压时，其持续运行电压和额定电压不应低于表92-1所列数值。避雷器应能承受操作过电压作用的能量。l9.4.2.10 为监测范围系统运行中出现的工频过电压、谐振过电压和操作过电压，宜在变电所安装过电压波形或幅值的自动记录装置，并妥为收集实测结果。9.4.2.9 采用无间隙金属氧化物避雷器限制各类操作过电95 防直击雷保护设计l9.5.1 高压架空线路的雷电过电压保护l9.5.1.1 一般线路的保护l9.5.1.2 线路交叉部分的保护l9.5.1.3 大跨越档的雷电过电压保护l9.5.2 发电厂和变电所的雷电过电压保护l9.5.2.1 发电厂和变电所的直击雷过电压保护l9.5.2.2 范围发电厂和变
48、电所高压配电装置的雷电侵入波过电压保护l9.5.2.3 范围工发电厂和变电所高压配电装置的雷电侵入波过电压保护95 防直击雷保护设计9.5.1 高压架空线路的雷电过l9.5.2.4 气体绝缘全封闭组合电器(GIS)变电所的雷电侵入波过电压保护l9.5.2.5 小容量变电所雷电侵入波过电压的简易保护 l9.5.3 配电系统的雷电过电压保护l9.5.4 旋转电机的雷电过电压保护9.5.2.4 气体绝缘全封闭组合电器(GIS)变电所的雷电9.6 送电线路、配电装置及电气设 备的绝缘配合方法及绝缘水平的确定l9.6.1 绝缘配合方法l9.6.1.1 绝缘配合方法的选择l9.6.1.2 统计法 l9.6
49、.1.3 简化统计法l9.6.1.4 确定性法(惯用法)l9.6.2 绝缘配合原则l9.6.3 架空送电线路的绝缘配合l9.6 送电线路、配电装置及电气设 备的绝缘配合方法及绝缘l9.6.4 变电所绝缘子串及空气间隙的绝缘配合l9.6.4.1 变电所绝缘予串l9.6.4.2 变电所导线对构架的空气间隙l9.6.4.3 变电所相间空气间隙l9.6.5 电气设备的绝缘配合l9.6.5.1 持续工频电压和暂时过电压的绝缘配合l9.6.5.2 操作过电压下的绝缘配合 l9.6.5.3 雷电过电压下的绝缘配合 l9.6.5.4 电气设备耐受电压的选择 l9.6.5.5 绝缘水平9.6.4 变电所绝缘子串及空气间隙的绝缘配合
