发电厂和变电所的防雷保护.ppt

1、第十章第十章 发电厂和变电所的防雷保护发电厂和变电所的防雷保护10-1 10-1 发电厂、变电所的直击雷保护发电厂、变电所的直击雷保护10-2 10-2 变电所内阀型避雷器的保护作用变电所内阀型避雷器的保护作用10-3 10-3 变电所的进线段保护变电所的进线段保护10-4 10-4 三相绕组变压器和自耦变压器的防雷保护三相绕组变压器和自耦变压器的防雷保护10-5 10-5 变压器中性点保护变压器中性点保护10-6 10-6 旋转电机的防雷保护旋转电机的防雷保护发电厂、变电所雷害来源：发电厂、变电所雷害来源：引言引言1.1.雷直击发电厂和变电站的避雷针后，强大的雷雷直击发电厂和变电站的避雷针后

2、，强大的雷电流电流1 1）在设备上产生感应过电压）在设备上产生感应过电压2 2）避雷针电位升高对设备反击）避雷针电位升高对设备反击3 3）产生跨步电压和接触电压）产生跨步电压和接触电压2.2.雷击线路后导线上形成雷电波侵入发电厂和变雷击线路后导线上形成雷电波侵入发电厂和变电站电站发电厂、变电所过电压防护的主要措施：发电厂、变电所过电压防护的主要措施：直击雷直击雷侵入波侵入波避雷针、避雷线保护范围避雷针、避雷线保护范围防止反击防止反击避雷器的保护作用与范围避雷器的保护作用与范围进线端保护进线端保护降低来波陡度降低来波陡度减小通过避雷减小通过避雷器的电流幅值器的电流幅值10-1 10-1 发电厂、

3、变电所的直击雷保护发电厂、变电所的直击雷保护 为了防止雷直击发电厂、变电所，可以装设避为了防止雷直击发电厂、变电所，可以装设避雷针，应使所有设备都处于避雷针保护范围之内，雷针，应使所有设备都处于避雷针保护范围之内，且要防止雷击避雷针时的反击事故。且要防止雷击避雷针时的反击事故。一、对避雷针安装位置的要求一、对避雷针安装位置的要求1.1.独立避雷针：具有独立于变电站地网的接地装独立避雷针：具有独立于变电站地网的接地装置。置。2.2.构架避雷针：安装于配电构架上，并与变电站构架避雷针：安装于配电构架上，并与变电站的地网相连。的地网相连。1.1.独立避雷针独立避雷针 对于对于35KV35KV及以下的

4、配电装置，及以下的配电装置，由于绝缘水平较低，为了避免由于绝缘水平较低，为了避免反击的危险，应架设独立避雷反击的危险，应架设独立避雷针，其接地装置与主接地网分针，其接地装置与主接地网分开埋设。开埋设。在避雷针在避雷针h h高度处和避雷针高度处和避雷针的接地装置上，将出现高电位的接地装置上，将出现高电位u uk k和和u ud d。此时有：。此时有：避雷针等避雷针等值电感值电感流经避雷针的雷电流经避雷针的雷电流平均上升速度流平均上升速度流经避雷针流经避雷针的雷电流的雷电流避雷针的冲避雷针的冲击接地电阻击接地电阻 取雷电流的幅值为取雷电流的幅值为100KA100KA，雷电流的平均上升，雷电流的平均

5、上升速度为速度为38.5KA/s38.5KA/s，避雷针电感为，避雷针电感为1.55H/m1.55H/m，则可得：则可得：上两式表明，避雷针和接地装置上的电位上两式表明，避雷针和接地装置上的电位u uk k和和u ud d与冲击接地电阻与冲击接地电阻R Rchch有关，有关，R Rchch越小，则越小，则u uk k和和u ud d越低。越低。为了防止避雷针与被保护设备或构架之间的空为了防止避雷针与被保护设备或构架之间的空气间隙气间隙S Sk k被击穿而造成反击事故，必须要求被击穿而造成反击事故，必须要求S Sk k大大于一定距离，若取空气的平均抗电强度为于一定距离，若取空气的平均抗电强度为5

6、00KV/m500KV/m，则，则S Sk k应满足：应满足：同样，为了防止避雷针接地装置与被保护设备同样，为了防止避雷针接地装置与被保护设备接地装置之间在土壤中的间隙接地装置之间在土壤中的间隙S Sd d被击穿，必须要被击穿，必须要求求S Sd d大于一定距离，若取土壤的平均抗电强度为大于一定距离，若取土壤的平均抗电强度为300KV/m300KV/m，则，则S Sd d应满足：应满足：在一般情况下，在一般情况下，S Sk k不应小于不应小于5m5m，S Sd d不应小不应小于于3m3m。2.2.构架避雷针构架避雷针对于对于110KV110KV及以上的配电装置，因为绝缘水平及以上的配电装置，因

7、为绝缘水平较高，雷击避雷针时在配电构架上出现的高电位较高，雷击避雷针时在配电构架上出现的高电位不会造成反击事故，故可以将避雷针架设在配电不会造成反击事故，故可以将避雷针架设在配电装置的构架上，可以节约投资，便于布置。装置的构架上，可以节约投资，便于布置。在装设避雷针的构建附近埋设在装设避雷针的构建附近埋设辅助集中接地装辅助集中接地装置置，此接地装置与变电所接地网的地下连接点离，此接地装置与变电所接地网的地下连接点离主变压器接地装置与变电所接地网的地下连接点主变压器接地装置与变电所接地网的地下连接点之间，之间，沿接地体的长度沿接地体的长度不应小于不应小于15m15m。目的目的：使雷击避雷针时在避

8、雷针接地装置上产生的高电：使雷击避雷针时在避雷针接地装置上产生的高电位，在沿接地网向变压器接地点传播的过程中逐渐衰减，位，在沿接地网向变压器接地点传播的过程中逐渐衰减，以便达到变压器接地点时不会造成变压器的反击事故。以便达到变压器接地点时不会造成变压器的反击事故。土壤电阻率大于土壤电阻率大于500m500m时，需独立架设避雷针。时，需独立架设避雷针。在变压器的门型构架上，一般也不允许架设避在变压器的门型构架上，一般也不允许架设避雷针（线）。雷针（线）。二、对避雷线安装位置的要求二、对避雷线安装位置的要求1.1.为了防止反击，避雷线与配电装置带电部分、为了防止反击，避雷线与配电装置带电部分、发电

9、厂和变电所电气设备接地部分以及构架接地发电厂和变电所电气设备接地部分以及构架接地部分间的空气距离，应符合下列要求：部分间的空气距离，应符合下列要求：对一端绝缘另一端接地的避雷线对一端绝缘另一端接地的避雷线对两端接地的避雷线对两端接地的避雷线通常通常不宜不宜小于小于5m5m。2.2.避雷线的接地装置与发电厂变电站接地网间的避雷线的接地装置与发电厂变电站接地网间的地中距离，应符合：地中距离，应符合：通常不宜小于通常不宜小于3m3m。10-2 10-2 变电所内阀型避雷器的保护作用变电所内阀型避雷器的保护作用 沿导线传播的侵入波幅值远远高于变电站内设沿导线传播的侵入波幅值远远高于变电站内设备绝缘水平

10、备绝缘水平，故需采用避雷器作为变电站内侵入，故需采用避雷器作为变电站内侵入波的防护。波的防护。一、避雷器的保护动作过程一、避雷器的保护动作过程避雷器动作前：避雷器动作前：动作后：动作后：由图可知：由图可知：避雷器电压有避雷器电压有两个峰值两个峰值U Uchch和和U Ubmbm，U Uchch是避是避雷器冲击放电雷器冲击放电电压，由于阀电压，由于阀型避雷器的伏型避雷器的伏秒特性秒特性u uf f很平，很平，故此值基本上故此值基本上不随侵入波陡不随侵入波陡度而变；度而变；U Ubmbm为避雷器残压的最大值，虽然为避雷器残压的最大值，虽然残压与雷电流的大小有关，但因阀残压与雷电流的大小有关，但因阀

11、片的非线性特性，当流过的雷电流片的非线性特性，当流过的雷电流在很大范围内变动时，其残压近乎在很大范围内变动时，其残压近乎不变。不变。在具有正常防雷接线的在具有正常防雷接线的110220KV110220KV变电所中，变电所中，流经避雷器的雷电流一般不超过流经避雷器的雷电流一般不超过5KA5KA（对（对330KV330KV为为10KA10KA），故残压的最大值取为），故残压的最大值取为5KA5KA下的数值；下的数值；在一般情况下，避雷器的冲击放电电压与在一般情况下，避雷器的冲击放电电压与5KA5KA的残压基本相同，则在分析中可以将避雷器上的的残压基本相同，则在分析中可以将避雷器上的电压电压u ub

12、 b近似地视为一斜角平顶波，其幅值为近似地视为一斜角平顶波，其幅值为5KA5KA时的残压时的残压U Ub.5b.5，波头时间（即避雷器放电时间），波头时间（即避雷器放电时间）则取决于入侵波的陡度。则取决于入侵波的陡度。若入侵波为斜角波，即若入侵波为斜角波，即u=tu=t，则避雷器的作用相，则避雷器的作用相当于在避雷器放电时刻当于在避雷器放电时刻t tp p在在避雷器安装处产生一负电压避雷器安装处产生一负电压波波-（t-tt-tp p）。）。由于避雷器直接接在变压器旁，故变压器上的由于避雷器直接接在变压器旁，故变压器上的过电压波形与避雷器上电压相同，过电压波形与避雷器上电压相同，若变压器的冲若变

13、压器的冲击耐压大于避雷器的冲击放电电压和击耐压大于避雷器的冲击放电电压和5KA5KA下的残下的残压，则变压器将得到可靠的保护压，则变压器将得到可靠的保护。二、避雷器与设备的距离对过电压的影响二、避雷器与设备的距离对过电压的影响 不可能在每台被保护设备上并联一台避雷器，不可能在每台被保护设备上并联一台避雷器，也就是说也就是说避雷器与被保护设备存在一定距离避雷器与被保护设备存在一定距离，一，一般只在变电所母线上装设避雷器，由于变压器是般只在变电所母线上装设避雷器，由于变压器是最重要的设备，因此避雷器尽量靠近变压器。最重要的设备，因此避雷器尽量靠近变压器。进线隔离开关处电压的最大值进线隔离开关处电压

14、的最大值UL为：为：波速波速变压器上电压的最大值变压器上电压的最大值UT为：为：上两式表明，不论设备位于避雷器前或避雷器上两式表明，不论设备位于避雷器前或避雷器后，只要设备离避雷器有一段距离，则设备上所后，只要设备离避雷器有一段距离，则设备上所受冲击电压的最大值必然要受冲击电压的最大值必然要高于高于避雷器残压避雷器残压U Ub.5b.5。所以，当雷电波入侵变电所时，变电所设备上所以，当雷电波入侵变电所时，变电所设备上所受冲击电压的最大值所受冲击电压的最大值U US S可表示为：可表示为：设备与避雷器之设备与避雷器之间的距离间的距离 若考虑各设备对地电容的存在以及若考虑各设备对地电容的存在以及变

15、电所具体接线的复杂性，变电所具体接线的复杂性，可引入对可引入对地电容影响系数，则：地电容影响系数，则：从左图可以看出，变压从左图可以看出，变压器上的电压具有振荡性质，器上的电压具有振荡性质，其轴为避雷器残压。对变其轴为避雷器残压。对变压器绝缘的作用与截波的压器绝缘的作用与截波的作用较为接近，因此作用较为接近，因此常以常以变压器绝缘承受截波的能变压器绝缘承受截波的能力来说明在运行中该变压力来说明在运行中该变压器承受雷电波的能力器承受雷电波的能力。变压器承受截波的能力称为变压器承受截波的能力称为多次截波耐压值多次截波耐压值U Uj j，根据实践经验，该值为，根据实践经验，该值为变压器三次截波冲击试

16、变压器三次截波冲击试验电压验电压的的1/1.151/1.15倍，即：倍，即：为了保证设备安全运行，必须满足：为了保证设备安全运行，必须满足：1 1）必须限制避雷器的残压，也就是说对流过）必须限制避雷器的残压，也就是说对流过避雷器的雷电流必须加以限制使之不大于避雷器的雷电流必须加以限制使之不大于5KA5KA或或10KA10KA；2 2）限制入侵波的陡度）限制入侵波的陡度；3 3）尽量缩短避雷器与被保护设备间的电气距离。）尽量缩短避雷器与被保护设备间的电气距离。由上式可见，为了保证变压器和其他设备的由上式可见，为了保证变压器和其他设备的安全，需采取如下措施：安全，需采取如下措施：避雷器的最大保护距离避雷器的最大保护距离：入侵波陡度：入侵波陡度为一定值为一定值时，变压器与避雷器之间的距离有一极限值，超时，变压器与避雷器之间的距离有一极限值，超过此值，变压器上受到的冲击电压将超过其冲击过此值，变压器上受到的冲击电压将超过其冲击耐压，避雷器对变压器将无法保护，此值称为耐压，避雷器对变压器将无法保护，此值称为避避雷器的最大保护距离或保护范围雷器的最大保护距离或保护范围。一路进线的变电所一路进线的变