8 电力系统防雷保护.pptx
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1、第第8 8章章 电力系统防雷保护电力系统防雷保护主要内容:主要内容:输电线路的防雷保护输电线路的防雷保护发电厂和变电所的防雷保护发电厂和变电所的防雷保护旋转电机的防雷保护旋转电机的防雷保护1第第1 1节节 输电线路的防雷保护输电线路的防雷保护主要内容:主要内容:概述概述输电线路的防雷措施输电线路的防雷措施输电线路的感应雷过电压输电线路的感应雷过电压输电线路直击雷过电压输电线路直击雷过电压输电线路雷击跳闸率输电线路雷击跳闸率2一、概述一、概述1.1.线路防雷的重要性线路防雷的重要性(1 1)雷击是线路跳闸的主要原因)雷击是线路跳闸的主要原因(2 2)雷电波进入变电所,会给电力设备带来危害)雷电波
2、进入变电所,会给电力设备带来危害2.2.雷击过电压的分类雷击过电压的分类(1 1)感应过电压)感应过电压:雷击线路附近地面,由于电磁感应所引起:雷击线路附近地面,由于电磁感应所引起的。的。(2 2)直击过电压)直击过电压:雷击于线路所引起的过电压。:雷击于线路所引起的过电压。3.3.防雷性能防雷性能 耐雷水平耐雷水平:雷击线路时线路绝缘不发生闪络的最大雷电:雷击线路时线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值。(耐雷水平流幅值。(耐雷水平防雷性能防雷性能)雷击跳闸率雷击跳闸率:折算为统一的条件下,因雷击而引起的线路跳:折算为统一的条件下,因雷击而引起的线路跳闸的次数(每年闸的次数(每年4040个雷暴日
3、、个雷暴日、100km100km线路长度)。线路长度)。3二、线路雷击事故发展四个阶段的防护措施(二、线路雷击事故发展四个阶段的防护措施(四道防线四道防线)1.1.防止雷直击导线防止雷直击导线 避雷线避雷线+避雷针或者采用电缆线路避雷针或者采用电缆线路2.2.防止雷击塔顶或输电线路后引起绝缘闪络防止雷击塔顶或输电线路后引起绝缘闪络 降低杆塔接地电阻降低杆塔接地电阻+增大耦合系数增大耦合系数+加强线路绝缘加强线路绝缘+采用采用线路型避雷器线路型避雷器3.3.防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧 增加绝缘子片数增加绝缘子片数+电网采用不接地或者经消弧线圈接地电网采用
4、不接地或者经消弧线圈接地 目的:防止建立稳定的工频电弧,以引起跳闸目的:防止建立稳定的工频电弧,以引起跳闸4.4.防止线路中断供电防止线路中断供电 自动重合闸自动重合闸+双回路、环网供电双回路、环网供电 目的:防止线路中断供电目的:防止线路中断供电4三、输电线路的感应雷过电压三、输电线路的感应雷过电压1.1.感应雷过电压的产生感应雷过电压的产生(a a)先导放电阶段)先导放电阶段 特点特点:电荷移动慢:电荷移动慢 、电流较小、电压波忽略不计、线路电、电流较小、电压波忽略不计、线路电位不变位不变(b b)主放电阶段)主放电阶段 特点特点:静电场突然消失,电压波迅速向两侧传播,导致过:静电场突然消
5、失,电压波迅速向两侧传播,导致过电压(静电分量)和电磁感应产生的高电压(电磁分量)。电压(静电分量)和电磁感应产生的高电压(电磁分量)。先导放电阶段先导放电阶段 主放电阶段主放电阶段52.无避雷线时的感应雷过电压无避雷线时的感应雷过电压(1)d65m时时 可用可用I100kA进行估算。一般认为进行估算。一般认为Ui300400kV。(2)d500m的地区宜采用独立避雷针。的地区宜采用独立避雷针。110kV及以上的配电装置,在土壤电阻率及以上的配电装置,在土壤电阻率1000m 时,不时,不易反击,容许装设构架避雷针。易反击,容许装设构架避雷针。安装避雷针的构架的接地装置与主变接地点之间电气距离应
6、安装避雷针的构架的接地装置与主变接地点之间电气距离应大于大于15m(防止发生反击),不允许在变压器门型架上装设(防止发生反击),不允许在变压器门型架上装设避雷针。避雷针。发电厂厂房一般不装设避雷针,以免发生感应或反击使继电保护发电厂厂房一般不装设避雷针,以免发生感应或反击使继电保护误动作造成绝缘损坏。误动作造成绝缘损坏。283.3.避雷线的设置避雷线的设置 避雷线保护也应该考虑空气、地下间隙不发生反击的距避雷线保护也应该考虑空气、地下间隙不发生反击的距离离d d1 1、d d2 2。(1 1)两端接地的避雷线)两端接地的避雷线l:避雷线两支柱间距离:避雷线两支柱间距离l:避雷线上校验的雷击点与
7、最近支柱间的距离:避雷线上校验的雷击点与最近支柱间的距离l2:避雷线上校验的雷击点与另一支柱间的距离:避雷线上校验的雷击点与另一支柱间的距离29(2 2)一端接地的避雷线)一端接地的避雷线 对于一端经配电装置架构接地,另一端绝缘的避雷线,对于一端经配电装置架构接地,另一端绝缘的避雷线,。l:避雷线上校验的雷击点与接地支柱间的距离:避雷线上校验的雷击点与接地支柱间的距离4.国家规定国家规定 无论对于避雷针还是避雷线,无论对于避雷针还是避雷线,d1不宜小于不宜小于5m,d2不宜小不宜小于于3m,应根据情况适当增大。,应根据情况适当增大。30三、发电厂、变电所的雷电侵入波防护三、发电厂、变电所的雷电
8、侵入波防护1.1.主要措施主要措施 限制雷电侵入波的主要措施是装设限制雷电侵入波的主要措施是装设避雷器避雷器。对避雷器的两点要求:对避雷器的两点要求:(1 1)在一切电压波形下,它的伏秒特性均在被保护绝缘)在一切电压波形下,它的伏秒特性均在被保护绝缘的伏秒特性之下;的伏秒特性之下;(2 2)其伏安特性应保证其残压均低于被保护绝缘的冲击绝)其伏安特性应保证其残压均低于被保护绝缘的冲击绝缘强度。缘强度。2.2.变压器和避雷器之间的距离为零变压器和避雷器之间的距离为零 避雷器直接接在变压器旁,故变压器上的过电压波形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的电压波性相同,若变压器的冲击
9、耐压大于避与避雷器上的电压波性相同,若变压器的冲击耐压大于避雷器的冲击放电电压和残压,变压器将得到可靠保护。雷器的冲击放电电压和残压,变压器将得到可靠保护。313.3.变压器和避雷器之间有一定的电气距离变压器和避雷器之间有一定的电气距离 在在t=0t=0时,斜角波达到避雷器的安装地点时,斜角波达到避雷器的安装地点1 1,节点,节点1 1和和节点节点2 2的电压的电压u u1 1和和u u2 2将按照下列规律变化:将按照下列规律变化:(1 1)0t0tT T u u1 1(t)=at u(t)=at u2 2(t)=0(t)=0(2 2)TtTt2T2T u u1 1(t)=at u(t)=at
10、 u2 2(t)=2a(t-T)(t)=2a(t-T)32(3 3)2Tt2Ttt tb b u u1 1(t)=at+a(t-2T)=2a(t-T)(t)=at+a(t-2T)=2a(t-T)u u2 2(t)=2a(t-T)(t)=2a(t-T)(4 4)t tb bttt tb b+T+T u u1 1(t)(t)开始下降开始下降 u u2 2(t)=2a(t-T)(t)=2a(t-T)(5 5)ttttb b+T+T u u2 2(t)(t)达到最大值,开始下降。达到最大值,开始下降。因此可知变压器上的最大电压将比避雷器上的残压高。因此可知变压器上的最大电压将比避雷器上的残压高。变压器
11、上的最高电压与变压器上的最高电压与l和和a有关,最大值为:有关,最大值为:33阀式避雷器动作后,变压器上的过电压阀式避雷器动作后,变压器上的过电压Uw(i):绝缘的雷电冲击耐压值:绝缘的雷电冲击耐压值UR:阀式避雷器的残压:阀式避雷器的残压a:时间陡度(:时间陡度(kV/us)a:空间陡度(:空间陡度(kV/m),),a=a/v变压器与避雷器之间允许的最变压器与避雷器之间允许的最大电气距离为:大电气距离为:34其他设备与避雷器之间允许的最大电气距离为:其他设备与避雷器之间允许的最大电气距离为:中间变电所或多出线变电所主变压器与避雷器之间允许的最大中间变电所或多出线变电所主变压器与避雷器之间允许
12、的最大电气距为:电气距为:K K:变电所出线修正系数:变电所出线修正系数 根据规程,建议两路进线时最大允许电气距离可以比单路增根据规程,建议两路进线时最大允许电气距离可以比单路增大大35%35%,三路进线时增大,三路进线时增大65%65%,四路及以上增大,四路及以上增大85%85%。不同类型避雷器对最大允许电气距离的影响不同类型避雷器对最大允许电气距离的影响 110kV 110kV级级FZFZ型避雷器型避雷器5kA5kA下的残压为下的残压为332kV332kV,FCZFCZ和和MOAMOA的残的残压为压为260kV260kV,因此变电所中若使用后两种避雷器可以增大安全,因此变电所中若使用后两种
13、避雷器可以增大安全距离。距离。354.4.变电所的进线段保护变电所的进线段保护进线段进线段:在变电所的进线长度约为:在变电所的进线长度约为1 12km2km的范围,其重的范围,其重要性远超过其余线路。要性远超过其余线路。进线段保护的目的进线段保护的目的限制侵入波陡度,使之小于限制侵入波陡度,使之小于 ()限制流过避雷器的冲击电流幅值限制流过避雷器的冲击电流幅值I IFVFV,以防止残压过高,以防止残压过高,同时防止烧坏避雷器。同时防止烧坏避雷器。进线段保护的措施进线段保护的措施 在进线段装设在进线段装设避雷线、避雷针或其他防雷装置避雷线、避雷针或其他防雷装置,以降低,以降低侵入波的幅值和陡度,
14、使避雷器可靠动作,减小反击和绕击侵入波的幅值和陡度,使避雷器可靠动作,减小反击和绕击的概率。的概率。3635kV35kV110kV110kV全线无避雷线的线路全线无避雷线的线路 该段线路必须装设避雷线,且线路保护角一般不宜超过该段线路必须装设避雷线,且线路保护角一般不宜超过2020。220kV220kV及以上的全线有避雷线的线路及以上的全线有避雷线的线路 通过减小该段电路的保护角(不宜超过通过减小该段电路的保护角(不宜超过2020)和杆塔冲击)和杆塔冲击接地电阻,提高该段线路的耐雷水平,以尽量避免在该段线路接地电阻,提高该段线路的耐雷水平,以尽量避免在该段线路出现反击和绕击,使进线段内雷电通过
15、绕击和反击侵入变电站出现反击和绕击,使进线段内雷电通过绕击和反击侵入变电站的概率变得很小。的概率变得很小。37避雷器的作用避雷器的作用FT1FT1管式避雷器管式避雷器:当线路的绝缘水平很高时,由于其雷电:当线路的绝缘水平很高时,由于其雷电入侵波的幅值可能很高,有可能使流过避雷器的电流超过入侵波的幅值可能很高,有可能使流过避雷器的电流超过规定值,因此需要规定值,因此需要FT1FT1限制雷电入侵波的幅值。限制雷电入侵波的幅值。FT2FT2管式避雷器管式避雷器:在雷电季节,:在雷电季节,QFQF会经常处于断开状态,沿线会经常处于断开状态,沿线路的侵入波会在此处发生全反射加倍,此时路的侵入波会在此处发
16、生全反射加倍,此时FT2FT2应该先动作,应该先动作,以防以防QFQF外侧对地绝缘闪络;当外侧对地绝缘闪络;当QFQF合闸时,合闸时,FT2FT2不应当动作,以不应当动作,以防产生截波。防产生截波。38进线段降低陡度的作用进线段降低陡度的作用当进线段保护的长度为当进线段保护的长度为l lp p时,相应的波前陡度为:时,相应的波前陡度为:当当a a是波前陡度允许值时,所需要的进线段长度为:是波前陡度允许值时,所需要的进线段长度为:两种典型计算两种典型计算 (1)给出避雷器到变压器的电气距离)给出避雷器到变压器的电气距离lmax,计算应有,计算应有的进线保护段长度的进线保护段长度lp;(2)给出线
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