防雷及过电压保护.ppt
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1、11 防雷及过电压保护防雷及过电压保护11.1 电力系统电力系统 过电压的种类和过电压水平过电压的种类和过电压水平11.1.1 系统运行中出现于设备绝缘上的电压系统运行中出现于设备绝缘上的电压1111.1 系统运行中出现于设备绝缘上的电压系统运行中出现于设备绝缘上的电压 (1)正常运行时的工频电压正常运行时的工频电压 (2)暂时过电压(工频过电压、谐振过电压)暂时过电压(工频过电压、谐振过电压)(3)操作过电压;操作过电压;(4)雷电过电压。雷电过电压。1111.2 相对地暂时过电压和操作过电压的标幺值如下:相对地暂时过电压和操作过电压的标幺值如下:(1)工频过电压的)工频过电压的1.0p.u
2、.=Um/3;(2)谐振过电压和操作过电压的)谐振过电压和操作过电压的1.0p.u.=2 Um/3。注:注:Um为系统最高电压;参见表为系统最高电压;参见表11-2-81111.3 系统最高电压的范围:系统最高电压的范围:(1)范围)范围,3.6kVUm252kV;(2)范围)范围,Um252kV。11.1.2 过电压的类型及产生原因过电压的类型及产生原因 直击雷过电压直击雷过电压 雷电过电压雷电过电压 感应雷过电压感应雷过电压 侵入雷电波过电压侵入雷电波过电压 长线电容效应长线电容效应 工频过电压工频过电压 不对称接地故障不对称接地故障 过电压过电压 甩负荷甩负荷 暂时过电压暂时过电压 线性
3、谐振线性谐振 消弧线圈补偿网络的线性谐振消弧线圈补偿网络的线性谐振 传递过电压传递过电压 谐振过电压谐振过电压 铁磁谐振铁磁谐振 线路断线线路断线 电磁式电压互感器饱和电磁式电压互感器饱和 内部内部 参数谐振参数谐振 发电机同步或异步自励磁发电机同步或异步自励磁 开断电容器组过电压开断电容器组过电压 操作电容负荷过电压操作电容负荷过电压 开断空载长线过电压开断空载长线过电压 关合(重合)空载长线过电压关合(重合)空载长线过电压 开断空载变压器过电压开断空载变压器过电压 操作过电压操作过电压 操作电感负荷过电压操作电感负荷过电压 开断并联电抗器过电压开断并联电抗器过电压 开断高压电动机过电压开断
4、高压电动机过电压 解列过电压解列过电压 间歇电弧过电压间歇电弧过电压11.1.3 电力系统过电压水平电力系统过电压水平 11.1.3.1 工频过电压的允许水平工频过电压的允许水平 110kV及以下电力系统的工频过电压一般不超过下列数值:及以下电力系统的工频过电压一般不超过下列数值:110kV系统系统 1.3 p.u.35kV66 kV系统系统 3 p.u.3kV10 kV系统系统 1.13 p.u.11.1.3.2 操作过电压的允许水平操作过电压的允许水平 目前,在选择配电装置及电气设备绝缘水平时,计算用最大操作过目前,在选择配电装置及电气设备绝缘水平时,计算用最大操作过电压水平为:电压水平为
5、:相对地:相对地:110kV(有效接地系统)(有效接地系统)3.0 p.u.66 kV及以下(除低电阻接地系统外)及以下(除低电阻接地系统外)4.0 p.u.35 kV及以下(低电阻接地系统)及以下(低电阻接地系统)3.2 p.u.相间:相间:3kV110 kV系统相间操作过电压宜取相对地过电压的系统相间操作过电压宜取相对地过电压的1.31.4倍。倍。当采用金属氧化物避雷器限制操作过电压时,相对地及相间计算用当采用金属氧化物避雷器限制操作过电压时,相对地及相间计算用最大操作过电压的标幺值需经研究确定。最大操作过电压的标幺值需经研究确定。11.1.4 绝缘配合绝缘配合11.1.4.1 绝缘配合原
6、则绝缘配合原则(1)绝缘配合:是按系统中出现的各种电压和保护装置的特性来确定设)绝缘配合:是按系统中出现的各种电压和保护装置的特性来确定设备的绝缘水平。备的绝缘水平。原则要求:把各种过电压所引起的设备损害和影响连续运行的概率,原则要求:把各种过电压所引起的设备损害和影响连续运行的概率,降低到经济上和技术上能接受的水平。(工程造价、维修费用、故障损降低到经济上和技术上能接受的水平。(工程造价、维修费用、故障损失)失)(2)工频运行电压和暂时过电压下的绝缘配合)工频运行电压和暂时过电压下的绝缘配合 *工频运行电压下电气装置外绝缘的爬电距离应符合相应环境污秽分工频运行电压下电气装置外绝缘的爬电距离应
7、符合相应环境污秽分级条件下的爬电比距要求。级条件下的爬电比距要求。*变电所电气设备应能承受一定幅值和时间的工频过电压和谐振过电变电所电气设备应能承受一定幅值和时间的工频过电压和谐振过电压。压。(3)操作过电压下的绝缘配合)操作过电压下的绝缘配合 *架空线路和变电所绝缘子串、空气间隙的操作过电压要求的绝缘水架空线路和变电所绝缘子串、空气间隙的操作过电压要求的绝缘水平,以计算用最大操作过电压为基础进行绝缘配合。将绝缘强度作为随平,以计算用最大操作过电压为基础进行绝缘配合。将绝缘强度作为随机变量处理。机变量处理。*当需用避雷器限制某些操作过电压的场合,则以避雷器的相应保护当需用避雷器限制某些操作过电
8、压的场合,则以避雷器的相应保护水平为基础进行绝缘配合,(对操作冲击的配合系数一般取水平为基础进行绝缘配合,(对操作冲击的配合系数一般取1.15)。)。110kV及以下电气装置承受暂时过电压及操作过电压的作用,以电气及以下电气装置承受暂时过电压及操作过电压的作用,以电气设备的短时(设备的短时(1min)工频耐受电压来表征。)工频耐受电压来表征。绝缘配合绝缘配合(续)(续)(4)雷电过电压下的绝缘配合)雷电过电压下的绝缘配合 变电所中电气设备、绝缘子串和空气间隙的雷电冲击强度,以避变电所中电气设备、绝缘子串和空气间隙的雷电冲击强度,以避雷器雷电保护水平为基础进行配合,雷电过电压的配合系数取雷器雷电
9、保护水平为基础进行配合,雷电过电压的配合系数取1.4。雷电过电压下的绝缘强度,以电气设备的额定雷电冲击耐受电压雷电过电压下的绝缘强度,以电气设备的额定雷电冲击耐受电压来表征。来表征。(5)绝缘配合的波形)绝缘配合的波形 *操作冲击电压波:至最大值时间操作冲击电压波:至最大值时间250s,波尾波尾2500 s。*雷雷电冲击电压波:波头冲击电压波:波头1.2s,波尾,波尾 s。*雷雷电流幅流幅值一般不超一般不超过100kA,我国一般地区雷我国一般地区雷电流幅流幅值超超过I 的的概率概率P为lgP-I/88,年雷暴日数,年雷暴日数 20的地区,分母可取的地区,分母可取44。(5)110kV及以下电气
10、装置一般由雷电过电压决定绝缘水平。及以下电气装置一般由雷电过电压决定绝缘水平。(7)高海拔地区()高海拔地区(1000m)的电气装置外绝缘爬电距离和空气间)的电气装置外绝缘爬电距离和空气间隙,应按海拔进行校正。可采取加强绝缘或选用高原型电器。隙,应按海拔进行校正。可采取加强绝缘或选用高原型电器。1114.2 绝缘配合要求绝缘配合要求 海拔不超过海拔不超过1000m地区的绝缘配合计算结果见表地区的绝缘配合计算结果见表11-1-1、11-1-3、11-1-4和和11-1-5。11.2 过电压保护设计要求及限制措施过电压保护设计要求及限制措施11.2.2 暂时过电压保护暂时过电压保护 -1-1 工频
11、过电压:工频过电压:110kV110kV及以下电力网不需要采取专门措施。及以下电力网不需要采取专门措施。对可能偶然形成局部不接地系统、低压侧有电源的对可能偶然形成局部不接地系统、低压侧有电源的110kV110kV变压器不接地的变压器不接地的中心点,应装设间隙。中心点,应装设间隙。-2-2 谐振过电压:基本原则是避免出现谐振的条件。谐振过电压:基本原则是避免出现谐振的条件。*110kV110kV系统采用带均压电容的断路器开系统采用带均压电容的断路器开断连接有电磁式电压互感器的空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载母线,经验算有可能产生铁磁谐振时,宜选用电容式电压互感器。
12、时,宜选用电容式电压互感器。*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不同期所产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不同期所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不接地的110kV变压器的中性点绝缘时,变压器的中性点绝缘时,宜在中性点装设间隙。宜在中性点装设间隙。*366kV366kV电磁式电压互感器:应选用饱和点较高者;其高压绕组中性点电磁式电压互感器:应选用饱和点较高者;其高压绕组中性点尽可能不接地,或经电阻接地(尽可能不接地,或经电阻接地(10kV10kV及以下者);在
13、三角形开口绕组装及以下者);在三角形开口绕组装设电阻;装设消谐器。设电阻;装设消谐器。*366kV366kV非有效接地系统,应采用性能良好的设备并提高运行维护水平。非有效接地系统,应采用性能良好的设备并提高运行维护水平。*适当选择消弧线圈的脱谐度,无消弧线圈时增大系统对地电容,以防适当选择消弧线圈的脱谐度,无消弧线圈时增大系统对地电容,以防传递过电压。传递过电压。11.2.3 操作过电压保护操作过电压保护 (1)线路合闸和重合闸过电压线路合闸和重合闸过电压 110kV及以下系统的线路合闸和重合闸过电压一般不超过及以下系统的线路合闸和重合闸过电压一般不超过3.0p.u.,通,通常无需采取限制措施
14、。常无需采取限制措施。(2)空载线路分闸过电压空载线路分闸过电压 *110kV开断架空线路该过电压不超过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;开断电缆线路可能超过过3.0p.u.。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。不重击穿的断路器。*66kV及以下系统中,开断空载线路断路器发生重击穿的过电压一般及以下系统中,开断空载线路断路器发生重击穿的过电压一般不超过不超过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;开断前系统已有单相接地故障,使用一般断路器操作
15、时产生的过电压可能大于时产生的过电压可能大于4.0p.u.。为此,选用操作断路器时,应使其。为此,选用操作断路器时,应使其开断空载线路过电压不超过开断空载线路过电压不超过4.0p.u.。(3)366kV系统开断并联电容补偿装置如断路器发生单相重击穿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。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电容器的额定电压的间过电压可能超过电容器的额定电
16、压的3.54倍。倍。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,宜装设并联电容补偿装置金属氧化物避雷器。需频繁投切的补偿装置,宜装设并联电容补偿装置金属氧化物避雷器。操作过电压保护操作过电压保护(续)(续)(4)操作空载变压器和并联电抗器等的过电压)操作空载变压器和并联电抗器等的过电压 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器型式、变压器铁芯材料、绕组型式、回路
17、元件参数和系统接地方式等有关。等有关。当开断具有冷轧硅钢片铁芯的空载变压器时,过电压一般不超过当开断具有冷轧硅钢片铁芯的空载变压器时,过电压一般不超过2.0p.u.,可不采取保护措施。,可不采取保护措施。开断具有热轧硅钢片铁芯的开断具有热轧硅钢片铁芯的110kV变压器的过电压一般不超过变压器的过电压一般不超过3.0p.u.;66kV及以下变压器一般不超过及以下变压器一般不超过4.0p.u.。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抗补偿装置产生的高幅值过电压,
18、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、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。的避雷器。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)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。其上产生的过电压。3)空载变压器和并联电抗
19、补偿装置合闸产生的操作过电压一般不超过)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。,可不采取保护措施。操作过电压保护操作过电压保护(续)(续)(5)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)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)。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相关。开断过电压幅值与断路器熄弧性能、电动机和回路元件参数等相关。开断空载电动机的过电压一般不超过空载电动机的过电
20、压一般不超过2.5p.u.。开断起动过程中的电动机时,。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,高频重复重击穿过电压可能超过过电压可能超过5.0p.u.。采用真空断路器或采用截流值较高的少油断。采用真空断路器或采用截流值较高的少油断路器时,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路器时,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。阻容吸收装置。高压感应电动机合闸的操作过电压一般不超过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,可不采取保护措
21、施。护措施。(6)66k及以下系统发生单相间歇性电弧接地故障时,可产生的过电压及以下系统发生单相间歇性电弧接地故障时,可产生的过电压与接地方式有关。一般情况下最大过电压不超过下列数值:不接地与接地方式有关。一般情况下最大过电压不超过下列数值:不接地-3.5p.u.,消弧线圈接地,消弧线圈接地-3.2 p.u.,电阻接地,电阻接地-2.5 p.u.。具有限流电抗器、电动机负荷,且参数配合不利的具有限流电抗器、电动机负荷,且参数配合不利的3kV10kV某些某些不接地系统,发生间歇性电弧接地故障时,可能产生危及设备绝缘的不接地系统,发生间歇性电弧接地故障时,可能产生危及设备绝缘的过电压;宜根据工程的
22、重要程度进行必要的预测,以确定保护方案。过电压;宜根据工程的重要程度进行必要的预测,以确定保护方案。如采用自动跟踪的消弧线圈接地方式使接地点残余电流不超过如采用自动跟踪的消弧线圈接地方式使接地点残余电流不超过10A;对中压电缆电网及接有旋转电机的电网,改用中性点电阻接地方式等。对中压电缆电网及接有旋转电机的电网,改用中性点电阻接地方式等。(7)采用无间隙金属氧化物避雷器限制各类操作过电压时,其持续运采用无间隙金属氧化物避雷器限制各类操作过电压时,其持续运行电压和额定电压不应低于表行电压和额定电压不应低于表11-2-9所列数值。避雷器应能承受操作所列数值。避雷器应能承受操作过电压作用的能量。过电
23、压作用的能量。11.2.1 雷电过电压保护雷电过电压保护 11.2.1.1 雷电过电压雷电过电压(1)设计及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)设计及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。装置的危害。(2)架空线路上的雷电过电压。)架空线路上的雷电过电压。1)距架空线路)距架空线路S65m处,雷云对地放电时,线路上产生的感应过电处,雷云对地放电时,线路上产生的感应过电压最大值可按式(压最大值可按式(11-2-1)计算。)计算。2)雷击架空线路导线产生的直击雷过电压,可按式()雷击架空线路导线产生的直击雷过电压,可按式(11-2-2)确定。)确定。3)
24、因雷击架空线路避雷线、杆顶形成作用于线路绝缘的雷电反击过电)因雷击架空线路避雷线、杆顶形成作用于线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。压,与雷电参数、杆塔型式、高度和接地电阻等有关。宜适当选取杆塔接地电阻,以减少雷电反击过电压的危害。宜适当选取杆塔接地电阻,以减少雷电反击过电压的危害。(3)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)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。(措施见后面。)空进线上出现的雷电侵入波。(措施见后面。)按标准要求对采用的雷电侵入波过电压保护方案校验时,校验条按标准要求对采用的
25、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件为保护接线一般应该保证2km外线路导线上出现雷电侵入波过电压外线路导线上出现雷电侵入波过电压时,不引起变电所电气设备绝缘损坏。时,不引起变电所电气设备绝缘损坏。雷电过电压保护雷电过电压保护(续)(续)11.2.1.2 变配电所的直击雷过电压保护变配电所的直击雷过电压保护(1)变电所的直击雷过电压保护可采用避雷针、避雷线、避雷带及钢筋)变电所的直击雷过电压保护可采用避雷针、避雷线、避雷带及钢筋焊接成网接地。下列设施应装设直击雷保护装置:焊接成网接地。下列设施应装设直击雷保护装置:1)屋外配电装置,包括母线廊道;)屋外配电装置,包括母
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- 防雷 过电压 保护
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