发电厂和变电所的防雷保护(1).ppt

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1、高电压技术高电压技术第七章第七章 发电厂和变电所的发电厂和变电所的 防雷保护防雷保护高电压技术高电压技术概概 述述一、发、变电所雷电过电压来源及危害：一、发、变电所雷电过电压来源及危害：1、雷电直击发电厂和变电所、雷电直击发电厂和变电所 2、雷击线路产生的雷电过电压沿线路侵入发、变电所、雷击线路产生的雷电过电压沿线路侵入发、变电所 发电厂、变电所是电力系统的中心环节，另外变电所是发电厂、变电所是电力系统的中心环节，另外变电所是多条输电线路的交汇点和电力系统的枢纽。多条输电线路的交汇点和电力系统的枢纽。3、雷电直击发电厂和变电所造成大面积停电，影响工、雷电直击发电厂和变电所造成大面积停电，影响工

2、业生产和人民生活。业生产和人民生活。4、雷击线路产生的雷电过电压沿线路侵入发、变电所电、雷击线路产生的雷电过电压沿线路侵入发、变电所电气设备，发电机、变压器等主要电器设备的内绝缘大都没气设备，发电机、变压器等主要电器设备的内绝缘大都没有自恢复的能力，一旦受损，直接经济损失严重；同时修有自恢复的能力，一旦受损，直接经济损失严重；同时修复困难，影响时间较长，间接损失无法估量。复困难，影响时间较长，间接损失无法估量。高电压技术高电压技术二、发电厂、变电所雷害的因素及防护措施：二、发电厂、变电所雷害的因素及防护措施：1、雷电直击变电所、雷电直击变电所，2、雷电线路后，在线路上形成的过电压波沿线路侵入发

3、电、雷电线路后，在线路上形成的过电压波沿线路侵入发电厂、变电所厂、变电所 一般采用避雷针，将被保护物置于保护范围以内。一般采用避雷针，将被保护物置于保护范围以内。避雷针要求有良好的接地。避雷针要求有良好的接地。采用避雷器，在过电压冲击波的作用下动作，限制采用避雷器，在过电压冲击波的作用下动作，限制进入所内的过电压的幅值，使作用在设备上的过电压低于设备进入所内的过电压的幅值，使作用在设备上的过电压低于设备的冲击耐压值，从而保护设备。的冲击耐压值，从而保护设备。高电压技术高电压技术第七章第七章 发电厂和变电所的防雷保护发电厂和变电所的防雷保护第一节第一节 发电厂、变电所的直击雷保护发电厂、变电所的

4、直击雷保护第二节第二节 变电所的侵入波保护变电所的侵入波保护第三节第三节 变电所的进线段保护变电所的进线段保护第四节第四节 变压器防雷保护的几个具体问题变压器防雷保护的几个具体问题第五节第五节 旋转电机的防雷保护旋转电机的防雷保护第六节第六节 气体绝缘变电所的防雷保护气体绝缘变电所的防雷保护高电压技术高电压技术第一节第一节 发电厂、变电所的直击雷保护发电厂、变电所的直击雷保护高电压技术高电压技术按照安装方式的不同，按照安装方式的不同，装设独立避雷针、构架避雷针。装设独立避雷针、构架避雷针。第一节第一节 发电厂、变电所的直击雷保护发电厂、变电所的直击雷保护直击雷防护设计内容：直击雷防护设计内容：

5、选择避雷针的支数、高度、装设位置、验算它们的保护范选择避雷针的支数、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。围、应有的接地电阻、防雷接地装置设计等。发电厂、变电所防雷保护的措施：发电厂、变电所防雷保护的措施：高电压技术高电压技术适用范围：适用范围：35kv及以下变电所及以下变电所一、独立避雷针一、独立避雷针1、避雷针的反击问题：避雷针的反击问题：雷电经引下线入地时，在引下线上产生高电位，会雷电经引下线入地时，在引下线上产生高电位，会对被保护对象或与其有联系的物体（母线、电缆、金属管对被保护对象或与其有联系的物体（母线、电缆、金属管道等）产生反击。道等）产生反击。

6、2、安全距离的确定：、安全距离的确定：为避免反击发生，就要求避雷针的引下线与被保护物体之为避免反击发生，就要求避雷针的引下线与被保护物体之间有一定的安全距离。间有一定的安全距离。高电压技术高电压技术避雷针支座上高度为避雷针支座上高度为 h 处的对地电压处的对地电压接地装置接地装置出现的电位：出现的电位：i L雷电流，取雷电流，取150kA（P=0.04)取：取：LO 1.3 （uh/m）引下线的分布电感引下线的分布电感波头长波头长2.6us 高电压技术高电压技术于是于是的幅值的幅值 对于构架，对于构架，如果空气间隙的平均冲击如果空气间隙的平均冲击击穿场强为击穿场强为Ea，为了防止避雷针对构架，

7、为了防止避雷针对构架发生反击，其空气间距发生反击，其空气间距Sk应满足：应满足：而：对应电阻分量的而：对应电阻分量的 对应电感分量的对应电感分量的高电压技术高电压技术 对于接地体，对于接地体，如果地中的冲击击穿如果地中的冲击击穿场强为场强为Eb，为了防止反击，为了防止反击最低要求最低要求最低要求最低要求高电压技术高电压技术二、构架避雷针二、构架避雷针1、适用范围：、适用范围：110kv及以上变电所及以上变电所2、设计注意事项：具体按规程、设计注意事项：具体按规程 为确保变电站中最重要而绝缘较弱的主变压器的为确保变电站中最重要而绝缘较弱的主变压器的绝缘免受反击的威胁，要求在装置避雷针的构架附近埋

8、绝缘免受反击的威胁，要求在装置避雷针的构架附近埋设辅助集中接地装置，且避雷针与主接地网的地下连接设辅助集中接地装置，且避雷针与主接地网的地下连接点到变压器接地线到主接地网的地下连接点，沿接地体点到变压器接地线到主接地网的地下连接点，沿接地体的距离不得小于的距离不得小于15米；米；在变压器的门型构架上，不允许装避雷针在变压器的门型构架上，不允许装避雷针高电压技术高电压技术 线路终端杆塔上的避雷线能否与变电所构架相连的问题：线路终端杆塔上的避雷线能否与变电所构架相连的问题：A、110kV及以上，一般及以上，一般可以可以将避雷针架设在配电装将避雷针架设在配电装置的构架上。但置的构架上。但若若1000

9、m，应应加集中接地装置。加集中接地装置。B、3560kv，当当500m 不允不允许许相相连连。高电压技术高电压技术第二节第二节 变电所的侵入波保护变电所的侵入波保护高电压技术高电压技术 发、变电所的过电压防护的主要措施发、变电所的过电压防护的主要措施:侵入波防护的措施侵入波防护的措施 装设避雷器装设避雷器装设避雷器和设置进线段。装设避雷器和设置进线段。高电压技术高电压技术一、阀式避雷器的保护作用分析一、阀式避雷器的保护作用分析1、变压器与避雷器之间的距离为零时、变压器与避雷器之间的距离为零时 接线图：接线图：高电压技术高电压技术 等值电路：等值电路：方程式：方程式：避雷器动作前避雷器动作前避雷

10、器动作后避雷器动作后高电压技术高电压技术 图解分析图解分析分析前提（假定条件）：分析前提（假定条件）：不考虑远处传来的反射波（线路无限长）不考虑远处传来的反射波（线路无限长）避雷器已经选定，其伏安特性和伏秒特性已经确定。避雷器已经选定，其伏安特性和伏秒特性已经确定。A、图解过程：、图解过程：按假定的条件，画按假定的条件，画出伏安特性出伏安特性ub=f(ib)和伏和伏秒特性秒特性Uf、以及、以及2u(t)；并将并将u、t、i坐标组合在一坐标组合在一起。起。高电压技术高电压技术A、图解过程：、图解过程：画出画出 自自2u的最大点，画一的最大点，画一水平线与曲线水平线与曲线相交，交点所对应的横坐标相

11、交，交点所对应的横坐标 i 既是流过避雷器的最大雷电流既是流过避雷器的最大雷电流iam，iam在在ub=f(ib)对应的对应的u就是避雷器上的残压就是避雷器上的残压Uca出出现在最大的现在最大的2u(t)。对应对应2u(t)的其余各点，分别画点，则可求出避雷器的其余各点，分别画点，则可求出避雷器上的电压值上的电压值ub。高电压技术高电压技术B、图解结果分析：、图解结果分析：避雷器放电前避雷器放电前ub=2u(t)。ub有两个峰值：有两个峰值：Uch 避雷器的冲击放电电压，避雷器的冲击放电电压，Uca 避雷器的最大残压，与流过的雷电流有关，避雷器的最大残压，与流过的雷电流有关，由由于流经避雷器的

12、雷电流一般不超过于流经避雷器的雷电流一般不超过5kA，因此其值取为，因此其值取为5kA下的残压下的残压。Uch 和和Uca 是不同的，只是很接近。是不同的，只是很接近。一般情况下：对于一般情况下：对于110220kv变电所，变电所，I05KA和对和对于于330kv变电所，变电所，I010KA 时，可认为两者几乎相同。时，可认为两者几乎相同。取决于避雷器伏秒特性，取决于避雷器伏秒特性，由于阀式避雷器的伏的特性较平，由于阀式避雷器的伏的特性较平，可认为它是一个可认为它是一个不随入侵波变化的不随入侵波变化的定值定值。高电压技术高电压技术 简化分析简化分析波理论：波理论：入侵波入侵波ut ，避雷器动作

13、后，避雷器动作后，是一负的电压波，使是一负的电压波，使ub u+uB t (t tp )从地面反射波从地面反射波uB (t tp )高电压技术高电压技术2、变压器和避雷器之间有一定的电器距离时、变压器和避雷器之间有一定的电器距离时接线图 在实际变电所中，为希望用尽量少的避雷器保护较多的变在实际变电所中，为希望用尽量少的避雷器保护较多的变电设备，所以避雷器与被保护设备之间就有一定的距离。电设备，所以避雷器与被保护设备之间就有一定的距离。冲击波自经冲击波自经B到到T，将产生多次折射和反射。，将产生多次折射和反射。高电压技术高电压技术 B点点(避雷器上）避雷器上）电压电压：点点T的反射波到达的反射波

14、到达B点后和避雷器动点后和避雷器动作前：作前：点点T 的反射波到达的反射波到达B点之前：点之前：避雷器动作时避雷器动作时 避雷器动作后，避雷器动作后，B点叠加点叠加 高电压技术高电压技术 T点点(变压变压器上）的器上）的电压电压：高电压技术高电压技术变压器上最大电压变压器上最大电压Um：不论电气设备处于避雷器的前面还不论电气设备处于避雷器的前面还是后面，只有距离避雷器有一定的距是后面，只有距离避雷器有一定的距离，则设备上的过电压都将大于避雷离，则设备上的过电压都将大于避雷器的残压。器的残压。距离效应。距离效应。高电压技术高电压技术二、变压器承受雷电波能力二、变压器承受雷电波能力用多次截波耐用多

15、次截波耐压值压值需需满满足：足：即即高电压技术高电压技术三、变电所中变压器距避雷器的最大允许电气距离三、变电所中变压器距避雷器的最大允许电气距离FZ与与FZC的（的（UjUc.5）不同，表）不同，表73。入侵波陡度为某一值时，变压器与避雷器之间的距离入侵波陡度为某一值时，变压器与避雷器之间的距离有一极限值。有一极限值。高电压技术高电压技术阀式避雷器保护作用小结：阀式避雷器保护作用小结：阀式避雷器是变电所对入侵雷电过电压波进行防护的阀式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。主要措施，它的保护作用主要是限制过电压波的幅值。3、被保护绝缘必须处于该

16、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。阀式避雷器的保护作用基于三个前提：阀式避雷器的保护作用基于三个前提：1、它的伏秒特性与被保护绝缘的伏秒特性有良好的配、它的伏秒特性与被保护绝缘的伏秒特性有良好的配合，在一切电压波形下，前者均处于后者之下。合，在一切电压波形下，前者均处于后者之下。2、它的伏安特性应保证其残压低于被保护绝缘的冲击、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。电气强度。高电压技术高电压技术第三节第三节 变电所的进线段保护变电所的进线段保护高电压技术高电压技术一、变电所的进线段保护作用一、变电所的进线段保护作用1、保护目的：、保护目的：为使变

17、电所内避雷器能可靠地保护电气设备，为使变电所内避雷器能可靠地保护电气设备，利用进利用进线段线段限制流经避雷器的电流幅值不超过限制流经避雷器的电流幅值不超过5kA以降低残压以降低残压;限制侵入波陡度限制侵入波陡度不超不超过过一定的允一定的允许值许值。2、措施：采用、措施：采用12km的进线段加强雷电防护的进线段加强雷电防护3、保护的作用原理：、保护的作用原理：在进线段内雷绕击或反击而产生入侵波的机会很小；在进线段内雷绕击或反击而产生入侵波的机会很小；进线段内导线上冲击电晕的影响使入侵波陡度和幅进线段内导线上冲击电晕的影响使入侵波陡度和幅值下降。值下降。进线段外落雷，因进线段导线的波阻抗使流经避进

18、线段外落雷，因进线段导线的波阻抗使流经避雷器的雷电流受到限制雷器的雷电流受到限制。高电压技术高电压技术4、保护方法：、保护方法：1、当线路无避雷线时，这段线路架设避雷线。、当线路无避雷线时，这段线路架设避雷线。2、线路有避雷线时，应提高耐雷水平。、线路有避雷线时，应提高耐雷水平。I1取上限设计。取上限设计。高电压技术高电压技术1 1、进线段首端落雷，流经避雷器电流的计算、进线段首端落雷，流经避雷器电流的计算 计算条件：计算条件：进进线段线段1-21-2公里公里 雷电侵入波最大幅值为线路绝缘雷电侵入波最大幅值为线路绝缘50%50%冲击闪络电压。冲击闪络电压。二、雷电波经进线段后电流的幅值和陡度的

19、计算二、雷电波经进线段后电流的幅值和陡度的计算这是论证保护原理这是论证保护原理高电压技术高电压技术 原理接线和等值电路图原理接线和等值电路图计算方程：计算方程：验算结果：表验算结果：表7 4。证明证明12km的进线段的进线段进线段可以限制避雷器中电流不进线段可以限制避雷器中电流不超过超过5kA（或（或10kA）。）。高电压技术高电压技术2、进入变电所的雷电波陡度、进入变电所的雷电波陡度的的计计算算陡度化为陡度化为kv/m单位单位首端落雷且幅值为首端落雷且幅值为U50%的的直角波。直角波。工程中用表工程中用表7 5中中 的值，可的值，可求出求出变电变电站站电电气气设备设备离避离避雷器的最大允雷器

20、的最大允许电许电气距离气距离lm m。高电压技术高电压技术3、35kv及以上变电所的进线段保护措施及以上变电所的进线段保护措施 1、架设、架设12km长的避雷线，保护角取长的避雷线，保护角取200左右。左右。2、提高耐雷水平。、提高耐雷水平。I1 取表取表76，对应表，对应表63中取高值。中取高值。3、在进线段末端装避雷器。、在进线段末端装避雷器。FZ 的作用的作用?左边的左边的FE的的作用：作用：保护断路器；保护断路器；右边的右边的FE的的作用：作用：断路器断路器合闸时合闸时保护左边保护左边的的FE，以免发生截波。，以免发生截波。高电压技术高电压技术4、35kv小容量变电所的简化进线：小容量

21、变电所的简化进线：图图714 进线段缩短进线段缩短首端加首端加FE1高电压技术高电压技术第四节第四节 变压器防雷保护的几个具体问题变压器防雷保护的几个具体问题高电压技术高电压技术 二、自耦变压器：二、自耦变压器：1、高压进波，中压开路时。中压端的最大过电压将达、高压进波，中压开路时。中压端的最大过电压将达2/K倍倍。所以中压端与地之间要装避雷器。所以中压端与地之间要装避雷器。2、高压进波，中压接负载时。中压端相当于经过线路波阻、高压进波，中压接负载时。中压端相当于经过线路波阻抗接地，过电压全部加在高、中压绕组之间，其变比越小越危抗接地，过电压全部加在高、中压绕组之间，其变比越小越危险。所以中压

22、端与高压端之间要装避雷器险。所以中压端与高压端之间要装避雷器 3、高压开路，中压进波时。高压端的最大过电压将达、高压开路，中压进波时。高压端的最大过电压将达2KU0。所以高压端与地之间要装避雷器。所以高压端与地之间要装避雷器。考虑过电压在绕组间的静电传递，在低压绕组中的任考虑过电压在绕组间的静电传递，在低压绕组中的任一相直接出口处装一支避雷器。一相直接出口处装一支避雷器。一、三绕组变压器：一、三绕组变压器：高电压技术高电压技术 二、自耦变压器：二、自耦变压器：高电压技术高电压技术 1、3560kv变压器的中性点，一般不设保护。变压器的中性点，一般不设保护。2、110kv中性点不接地，采用分级绝

23、缘的变压器，中性点不接地，采用分级绝缘的变压器，在中性点上加装避雷器。在中性点上加装避雷器。3、110kv及以上单进线的变压器，在中性点上加装避及以上单进线的变压器，在中性点上加装避雷器。雷器。三、变压器中性点的保护：三、变压器中性点的保护：高电压技术高电压技术第五节第五节 旋转电机的防雷保护旋转电机的防雷保护高电压技术高电压技术 旋转电机的防雷保护要比变压器困难得多，其雷害事故旋转电机的防雷保护要比变压器困难得多，其雷害事故也往往大于变压器，这是由它的绝缘结构、运行条件等方面也往往大于变压器，这是由它的绝缘结构、运行条件等方面的特殊性造成的。的特殊性造成的。一、一、旋转电机防雷保护的特点：旋

24、转电机防雷保护的特点：1、旋转电机主绝缘的冲击耐压值远低于同级变压器的冲旋转电机主绝缘的冲击耐压值远低于同级变压器的冲击耐压值。击耐压值。在同一电压等级的电气设备中，以旋转电机的冲在同一电压等级的电气设备中，以旋转电机的冲击电气强度为最低。击电气强度为最低。运行中的旋转电机主绝缘更低于出厂时运行中的旋转电机主绝缘更低于出厂时的核定值。的核定值。高电压技术高电压技术 2、电机使用运行的条件恶劣：、电机使用运行的条件恶劣：电机的绝缘是固体材料，其抗电强度低、制电机的绝缘是固体材料，其抗电强度低、制造中可能有气隙和损伤、质量不均匀。造中可能有气隙和损伤、质量不均匀。运行条件恶劣。运行条件恶劣。3、电

25、机绝缘的冲击耐压水平与保护它的避雷器的保护水、电机绝缘的冲击耐压水平与保护它的避雷器的保护水平相差不多、裕度很小。（电机出厂耐压值仅比避雷器的残平相差不多、裕度很小。（电机出厂耐压值仅比避雷器的残压高压高810），保护配合相对困难。），保护配合相对困难。高电压技术高电压技术4、发电机绕组的匝间电容很小和不连续，迫使过电压进入电、发电机绕组的匝间电容很小和不连续，迫使过电压进入电机绕组后只能沿着绕组导体传播，而它的每匝绕组的长度又机绕组后只能沿着绕组导体传播，而它的每匝绕组的长度又远较变压器绕组为大。远较变压器绕组为大。发电机绕组的匝间电压发电机绕组的匝间电压um：大小与入侵波的陡度成正比：大小

26、与入侵波的陡度成正比lm绕组一匝的长度。绕组一匝的长度。v绕沿电机运动的平均速度。绕沿电机运动的平均速度。入侵波的陡度。入侵波的陡度。发电机绕组的匝间电压发电机绕组的匝间电压的的大小与入侵波的陡度成正比大小与入侵波的陡度成正比 5、电机绕组中性点一般不接地，当侵入波入侵时，会引、电机绕组中性点一般不接地，当侵入波入侵时，会引起中性点电压升高。起中性点电压升高。高电压技术高电压技术 1、为保护匝间绝缘，要求把入侵波的陡度限制在、为保护匝间绝缘，要求把入侵波的陡度限制在5kv/s以下。以下。二、二、旋转电机防雷保护的要求：旋转电机防雷保护的要求：2、发电机的中性点：、发电机的中性点：入侵波的陡度在

27、入侵波的陡度在2kv/s以下时，中性点可不加保以下时，中性点可不加保护。护。入侵波的陡度大于入侵波的陡度大于2kv/s时，则需在中性点上加时，则需在中性点上加装避雷器。装避雷器。装于户内的发电机，中性点可不加保护。装于户内的发电机，中性点可不加保护。主绝缘、匝间绝缘和中性点绝缘的保护主绝缘、匝间绝缘和中性点绝缘的保护高电压技术高电压技术三、旋转电机防雷保护措施及接线三、旋转电机防雷保护措施及接线 从防雷保护的观点来看，发电机可分为两大类：从防雷保护的观点来看，发电机可分为两大类：通过变压器再接到架空线路上去的电机，简称通过变压器再接到架空线路上去的电机，简称非直配电机；非直配电机；直接与架空线

28、相连的电机，简称直配电机。直接与架空线相连的电机，简称直配电机。非直配电机所受到的过电压均须经过变压器绕组之非直配电机所受到的过电压均须经过变压器绕组之间的静电和电磁传递。只要低压绕组不是空载，那么传间的静电和电磁传递。只要低压绕组不是空载，那么传递过来的电压就不会太大。递过来的电压就不会太大。直配电机的防雷保护是电力系统中的一大难题，因直配电机的防雷保护是电力系统中的一大难题，因为这时的过电压波直接从线路入侵，幅值大、陡度也大。为这时的过电压波直接从线路入侵，幅值大、陡度也大。高电压技术高电压技术1、直配电机的防雷措施、直配电机的防雷措施 避雷器保护避雷器保护功能：降低侵入波幅值；功能：降低

29、侵入波幅值；电容器保护电容器保护功能：限制侵入波陡度功能：限制侵入波陡度和降低感和降低感应应雷雷过电压过电压；高电压技术高电压技术 电缆段保护（进线段保护）电缆段保护（进线段保护）功能：限制流经功能：限制流经FCD型避雷器中的雷电流使之小于型避雷器中的雷电流使之小于3kA高电压技术高电压技术 电缆段保护（进线段保护）电缆段保护（进线段保护）高电压技术高电压技术 电抗器保护电抗器保护 功能：在雷电波侵入时抬高首端冲击电压，使安装功能：在雷电波侵入时抬高首端冲击电压，使安装在电缆首端的避雷器放电。在电缆首端的避雷器放电。高电压技术高电压技术2、2560MW直配电机的保护接线直配电机的保护接线保护接线图保护接线图 使用排气式避雷器使用排气式避雷器FE高电压技术高电压技术 使用使用FS型避雷器型避雷器高电压技术高电压技术第六节第六节 气体绝缘变电所的防雷保护气体绝缘变电所的防雷保护高电压技术高电压技术1、GIS变电所防雷保护的特点：变电所防雷保护的特点：2、GIS变电所保护接线：变电所保护接线：