146水力发电厂过电压保护和绝缘配合设计技术导则.doc
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1、案号中华人民共和国电力行业标准DLT 5090一1999P水力发电厂过电压保护和绝缘配合 设 计 技 术 导 则Overvoltage protection and insulation eoordinationdesign guide for hydro一power station主编部门:长江水利委员会长江勘测规划设计研究院批准部门:中华人民共和国国家经济贸易委员会批准文号:国经贸电力1999 740号中国电力出版社1999北京DLT 5090一1999前 言本标准是根据原能源部、水利部批复的水利水电勘测设计技术标准体系编写的。为了适应水利水电工程的特点和实际需要,使水力发电厂过电压保护和
2、绝缘配合的设计有章可循,原电力工业部、水利部水利水电规划设计总院组织长江水利委员会长江勘测规划设计研究院编写了本标准,并与电力行业有关标准协调一致。实施本标准,有利于推广应用科学技术新成果,提高工程设计质量,提高工程建设效益。本标准由国家电力公司水电水利规划设计总院提出。本标准由国家电力公司水电水利规划设计总院归口。本标准起草单位:长江水利委员会长江勘测规划设计研究院本标准主要起草人:舒廉甫、覃利明本标准由国家电力公司水电水利规划设计总院负责解释。1 范 围 101 本标准规定了水力发电厂各种过电压的限制措施和保护方法,以及绝缘配合的原则和方法。102 本标准适用于新建水力发电厂3800kV交
3、流电气设备过电压保护和绝缘配合。12 引 用 标 准下列标准所包含的条文,通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。在本标准出版时,所示版本均为有效。所有标准都会被修订,使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB31LI一1997高压输变电设备的绝缘配合GBT14285一93继电保护和安全自动装置技术规程GBT16434一1996高压架空线路和发电厂、变电所设备外绝缘污秽分级标准DLT613一1997进口交流无间隙金属氧化物避雷器技术规范23 定 义本标准采用下列定义:301 少雷区:平均年雷暴日数不超过15的地区。302 中雷区:平均年雷暴日数超过15但不超过40的地区。303
4、多雷区:平均年雷暴日数超过40但不超过90的地区。304 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。305 架空线路段:发电厂内主变压器至开关站的高压架空线路段。306 集中接地装置:为加强对雷电流的散流作用、降低对地电压而敷设的附加接地装置。一般敷设35根垂直接地体;在土壤电阻率较高的地区,敷设35根放射形水平接地体。34 系统电压与中性点接地方式4.1 系 统 电 压411 系统标称电压和最高工作电压列于表411中。412 发电机额定电压有:315,63,105,138,1575,18,20kV。413 运行中出现于设备绝缘上的各种电压有:正常运行
5、时的工频电压;暂时过电压(工频过电压、谐振过电压);操作过电压;雷电过电压。42 系统中性点接地方式421 366kV系统中性点采用不接地方式,当架空线路单相接地故障电流大于10A或电缆线路单相接地故障电流大于30A时,中性点应采用经消弧线圈接地方式。422 300一500kV系统中性点采用有效接地方式,系统任一110一220kv变压器(除自祸变压器外)中性点采用经隔离开关接地或经小电抗接地。经隔离开关接地时,根据系统运行需要变压器中性点可以接地,也可以不接地。330500kV变压器中性点应采用直接接地或经小电抗接地。442.3 发电机内部发生单相接地故障不要求快速切机时,中性点宜采用不接地方
6、式;当单相接地故障电流超过表423规定值时,应采用经消弧线圈接地方式,补偿方式宜采用过补偿,当发电机系统电容电流变化不大时,也可以采用欠补偿。补偿后的残余电流不应超过表4 23中规定值。消弧线圈可装在发电机中性点也可装在厂用变压器中性点。424 发电机内部发生单相接地故障要求快速切机时,中性点宜采用高电阻接地方式,电阻器宜接在发电机中性点所接单相变压器的二次绕组上。43 消 弧 线 圈431 发电厂主变压器中性点经消弧线圈接地的系统,在正常运行情况下,中性点长时间电压位移不应超过额定相电压的15写。432 装有消弧线圈的系统,故障点的残余电流不宜超过IOA。必要时可将电网分区运行,以减少故障点
7、的残余电流。433 消弧线圈应采用过补偿运行方式。如消弧线圈容量不足,允许短时间以欠补偿方式运行,但脱谐度不宜超过10。434 消弧线圈的容量应根据电力网5年左右的发展规划确定,并应按式(4 34)计算435 消弧线圈接地的发电机,在正常运行情况下,其中性点长5时间电压位移不应超过发电机额定电压的10。非直配发电机脱谐度不超过士30,直配发电机脱谐度不超过10。644 小 电 抗441 变压器中性点经小电抗接地方式的接线如图441所示。 5 暂时过电压、操作过电压及其保护51 暂时过电压及其保护511 暂时过电压的幅值和持续时间与系统结构、容量、参数、运行方式以及各种安全自动装置的特性有关。暂
8、时过电压除增大绝缘承受的电压外,还对选择过电压保护装置有重要影响。330kv及以上系统中,当工频过电压超过规定值时,需采取措施限制工频过电压。各级电压系统,需采取措施防止产生谐振过电压或用特殊保护装置限制其幅值和持续时间。5 12 系统中工频过电压一般由线路空载、突然失去负荷和单相接地故障等引起。9空载线路末端工频过电压可按式(5 12一1)计算济比较确定限制措施和相应的工频过电压数值,但需校核设备承受工频过电压能力。514 220kv及以下系统中,一般不采取特殊措施限制工频过电压。330kv及以上系统中,正常送电状态下突然失去负荷和在线路受端有接地故障情况下突然失去负荷时,可能产生幅值较高的
9、工频过电压。一般采用在线路上安装并联电抗器的措施限制工频过电压。当线路上装设一组电抗器时,应安装在线路的受电端。在线路上架设良导体避雷线降低工频过电压时,宜通过技术经济比较加以确定。51.5 各级电压系统均应采取措施,防止在电力系统操作和故障1011情况下,由于电感电容参数的不利组合引起的谐振过电压。谐振过电压一般具有工频性质,持续时间长,不能用避雷器限制。谐振过电压一般有自励磁过电压、水轮发电机不对称短路过电压和铁磁谐振过电压。516 水轮发电机在不同的运行情况下,其感抗值呈周期性地变化,当发电机经升压变压器与空载线路相连,发电机外电路容抗值在发电机感抗变化范围内,只要电感或电容上存在微小的
10、能量就可导致电磁能量的集聚,使电流、电压幅值急剧上升,产生自励磁过电压。由于受发电机和变压器的磁饱和限制,自励磁过电压一般不超过(1 520)Uxg当外电路容抗值在XdXq和XqXd范围内,就会产生同步自励磁和异步自励磁过电压。同步自励磁电压上升速度较缓慢,异步自励磁电压上升速度较快。由于自励磁过电压时间长,危害性大,必须采取措施加以限制。1、使发电机的容量大于被投人空载线路的充电功率。2、采用快速励磁自动调节器限制同步自励磁过电压;采用速动过电压继电保护断开发电机,消除可能产生的异步自励磁过电压。3、对330kV及以上系统,由于输电线路较长,容抗值较小,易发生自励磁过电压,常采用并联电抗器加
11、以限制,并联电抗器限制自励磁过电压的最小容量可按式(5 16)计算517 水轮发电机发生不对称短路时,在发电机定子绕组和转子绕组上分别产生脉动磁场和直流磁场,会在健全相上产生幅值较高的谐振过电压。在水轮发电机的转子上加装阻尼绕组,可以限制过电压幅值不超过3Uxg.加装阻尼绕组的水轮发电机发生不对称短路过电压可按式(517)计算518 具有铁心的电感设备,因系统操作和故障引起设备上电压增高或产生励磁涌流,都会导致铁心饱和。在谐振频率下,当感抗与容抗值相等时,就会引起铁磁谐振过电压。铁磁谐振过电压的幅值一般不超过(1 525)Uxg,个别可达到38Ux:以上。一般引起的铁磁谐振过电压有:电磁式电压
12、互感器引起的铁磁谐振;非全相运行引起的铁磁谐振;合带空载线路的变压器引起的二次谐波的铁磁谐振。1、在直接接地系统中,采用带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。在不接地系统中,带绝缘监视用的电磁式电压互感器与空载母线或空载短线引起的铁磁谐振过电压,电源中性点发生对地位移,引起虚幻接地信号。谐振频率可能是基频谐振,也可能是高频(2次、3次)谐振和分频(12次、13次)谐振。防止和限制电磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压措施12有:l)选用励磁特性饱和点较高的电磁式电压互感器;2)增大母线对地电容,减小对地容抗,使对地容抗
13、与互感器励磁感抗之比(XcoXm)001;3)在互感器开口三角绕组中装设Ro(04XmK),(K13为互感器一次绕组与开口三角绕组的变比)的电阻阻尼谐振或采用消谐装置消除谐振;4) 10kV及以下互感器高压绕组中性点经R)006Xm(容量大于600W)的电阻接地。2、中性点不接地系统中和中性点直接接地有不接地变压器的单端电源系统中,发生线路断线或断路器(熔断器)非全相分合闸,由于空载或轻载变压器励磁电感与线路对地电容构成串联铁磁谐振,在各级电压的系统中都会发生。谐振频率可能是基频,也可能是高频和分频。在双端电源线路中,发生线路断线或断路器(熔断器)非全相分合闸,由于两端电源的不同步,在各级电压
14、的系统中都会引起中性点位移过电压。不接地变压器中性点位移电压可接近2倍工频相电压。非直接接地有补偿的系统中,过电压使不接地变压器中性点位移电压更高。在有并联电抗器补偿的系统中,线路处于非全相空载运行状态,且并联电抗器零序电抗小于线路零序容抗时,由于线间电容的影响,断开相上可能激发基频铁磁谐振过电压。防止和限制非全相运行引起铁磁谐振的措施有:l)采用同期性能较好的断路器。2)对中性点直接接地的系统,操作时应将不接地变压器中性点临时接地,必要时可在不接地变压器中性点加装棒间隙。3)在并联电抗器中性点装设小电抗器,以消除并联电抗器非全相运行引起的铁磁谐振。3)在自振频率接近100Hz的中性点直接接地
15、的系统中,带13空载变压器的线路分合闸操作时,由于变压器电感周期性变化,在高压空载或轻载线路中引起幅值较高的二次谐波为主的铁磁谐振过电压。应避免在只带空载线路的变压器低压侧合闸,在故障中确实无法避免时,可在线路继电保护装置内增设过电压速断保护,以缩短过电压持续时间。52 操作过电压及其保护521 系统中的操作过电压一般由下列原因引起:间歇性电弧接地;空载线路分、合(重合)闸;空载变压器和并联电抗器分闸;线路非对称故障分闸和振荡解列等。220kV及以下系统中、由于绝缘水平较高,能承受可能出现的操作过电压,一般不采取限制措施。330kV及以上系统中,应采用限制操作过电压的措施。522 系统操作过电
16、压计算倍数的确定,应考虑系统结构、系统容量、电气参数、中性点接地方式、断路器性能、母线上的出线回路数以及系统运行接线、操作方式等因素。操作过电压计算倍数宜取下列数值。对地绝缘,以设备的最高运行相电压ux。的倍数表示:366kV 计算用最大过电压 40110220kV 计算用最大过电压 3.0330kV 2统计过电压 2.0500kV 2统计过电压 20相间绝缘,以相地操作过电压的倍数表示:3220kV 1314330500kV 15确定相间绝缘时,两相的电位宜分别取相间操作过电压的60和一40。14523 在中性点不接地的系统中,当单相接地故障电流超过一定数值时,将产生不稳定电弧,形成熄灭和重
17、燃交替的间歇性电弧,导致电磁能的强烈振荡,并在健全相以致故障相中产生较高的过电压。过电压数值随接地方式不同而异,一般情况下过电压不超过下列数值:不接地 35Uxg消弧线圈接地 32Uxg电阻接地 28Uxg524 空载线路在分闸过程中,当断路器触头间的绝缘恢复强度低于电压恢复强度时,断路器发生重击穿,使线路上电压发生振荡,产生分闸过电压。对366kV系统空载线路分闸过电压一般不超过4.0Uxg,110220kV系统一般不超过3.0Uxg。空载线路分闸过电压是控制220kV及以下系统操作过电压绝缘水平的主要依据。采用不重击穿断路器是限制分闸过电压的有效措施。线路侧采用电磁式电压互感器,可泄放线路
18、残余电荷,以降低触头间恢复电压,可避免断路器重击穿或降低重击穿过电压330kV及以上系统应采用不重击穿断路器。525 空载线路合闸时,由于线路电感电容的振荡将产生合闸过电压。线路重合闸时,由于电源电动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。线路合闸和重合闸过电压是控制330kV及以上系统操作过电压绝缘水平的主要依据,必须将此种过电压限制在系统允许的操作过电压范围内,限制合闸和重合闸过电压的措施有:1、采用无间隙金属氧化物避雷器保护,避雷器应能承受安装点的各种过电压的幅值和持续时间(除谐振过电压)。安装在出线断路器线路侧的避雷器称为线路避雷器,安装在电厂侧的避
19、雷器称为电站避雷器。避雷器的通流容量和允许吸收能量应满足系统的要求。2、计算采用无间隙金属氧化物避雷器限制合闸过电压达不到要求时,还应采用具有合闸电阻的断路器,使合闸分两阶段进15行,以降低合闸时触头间的电位差,使振荡过电压得到降低。526 空载变压器和电抗器分闸时,由于断路器强制熄弧引起电磁能转换振荡而产生的过电压。它与断路器结构、回路参数、变压器(并联电杭器)的接线和特性等因素有关。采用灭弧性能较强又无分闸电阻的断路器(除SF0断路器)断开励磁电流标么值较大的空载变压器时,所产生高幅值过电压,可在断路器与变压器(并联电抗器)间装设避雷器予以限制。对变压器而言,避雷器可安装在低压侧或高压侧,
20、但如高低压系统中性点接地方式不同时,低压侧宜采用保护水平较低的避雷器。527 系统送受端联系薄弱,如线路因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。预测线路非对称故障分闸过电压,可选择线路受端存在单相接地故障的条件,分闸时线路送受端电动势功角差应按实际情况选取。当过电压幅值较高时,应采用线路避雷器加以限制。166雷电过电压和保护装置61雷电过电压6.l雷电参数1、雷电流幅值概率曲线见图611。雷电流幅值超过I的概率也可按式(611)求得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(见附录G)确定。3、在线路防雷设计中,
21、雷电流波头长度一般取26 s,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2.17 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。线路受雷密度以线路受雷宽度为4倍避雷线或导线平均悬挂高度进行计算。612 线路雷电过电压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。绝缘子串上承受的雷电过电压与杆塔自身电感、接地电阻、避雷线分流系数以及雷电流幅值有关,通常以耐雷水平(线路能承受该雷电
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- 国家行业标准规范 水利工程、行业标准、国家标准、工程建设、规程规范、施工规范、设计规范。
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