第20讲电力系统防雷保护三.ppt
高电压技术,2,三、最大电气距离,被保护设备离避雷器越远，设备上电压高出避雷器电压就越多。规定一个最大电气距离。超过最大电气距离后，设备上的承受的冲击电压Us将超过冲击耐压值（多次截波耐压值）Uj。,最大电气距离,3,最大电气距离与侵入波陡度的关系,图中显示了变电站避雷器与主变压器、电压互感器之间的最大电气距离与侵入波陡度的关系。,一路进线,两路进线,横坐标：空间梯度,采用保护性能更好的氧化锌避雷器，保护距离可增大,4,普通阀型避雷器至主变之间的最大电气距离(m),5,金属氧化物避雷器至主变之间的最大电气距离(m),6,一般变电站对于雷电波的侵入波保护设计主要是采用避雷器，重点在于选择避雷器的安装位置。原则就是在任何运行方式下，均不能超过最大电气 距离。避雷器一般装设在母线上，一组或者多组。,7,10.2.3 变电站的进线段保护,大部分变电站发生的雷电侵入波事故都是由于雷击到变电站附近3km以内的线路引起的。进线段保护：在临近变电站12km以内的一段线路上加强雷电防护。对于35110kV全线无避雷器的线路，进线段须架设避雷器，保护角取20；对全线架设避雷线的线路，在进线段内应使保护角减小，并使线路有比其他段更高的耐雷水平。这样，可认为雷电波都是从进线段以外传过来。前面的最大电气距离就是按照进线段以外落雷求得的。,8,35kV及以上变电站的进线段保护典型接线图,9,进线段首端的GB1为管型避雷器用以限制入侵雷电波的幅值 管型避雷器GB2防止在隔离开关或者断路器在热备用状态时，发生侵入波的全反射，使得隔离开关或者断路器闪络并烧毁。GB2必须在FZ的保护范围之内，否则可能发生截波，危及变压器的纵绝缘与相间绝缘。如果找不到合适参数的GB2，可用阀型避雷器或者保护间隙代替。,10,一、进线段保护的作用,1）雷电波流过进线段时，将因冲击电晕而发生 衰减和变形，降低波的幅值与陡度。2）进线段可限制流过避雷器的冲击电流幅值,假设最严重的情况：进线段首端落雷，线路上只接有一个避雷器，求此时流过避雷器的电流,11,(1)进线段首端落雷，流经避雷器的电流,雷电侵入波的最大幅值为线路绝缘的冲击闪络U50%。雷电波在12km内往返一次的时间为：,因此避雷器动作产生的负波到首端，发生反射后又回到避雷器处时，已经过了雷电波的峰值，因此可不考虑它的影响。,回路方程：,避雷器伏安特性：,用图解法，可求出流经避雷器的最大电流,12,由回路方程可得：,例子：220kV线路的冲击绝缘强度U50%=1200kV，线路波阻=400，变电站中FZ220J型避雷器的Ub-5664kV，由上式可得单进线运行时避雷器上最大电流：,可见，避雷器中的雷电流不超过5kA，这也是避雷器残压按照5kA考虑的原因。,13,变电站外落雷，流经单路进线的变电站避雷器雷电流幅值计算的结果,14,(2)进入变电站的雷电波的陡度,从最严重情况出发，设侵入波为直角波，幅值为U50%，则侵入波会发生电晕，导致波形变形与衰减。,按照第八章内容，电晕对波形的衰减与变形中的内容，波形的延迟时间为：,因此，进入变电站的雷电波时间陡度为：,kV/s,空间陡度为：,kV/m,15,二、35kV小容量变电站的简化进线保护,由于变电站尺寸小，电气距离一般在10m以内，所以允许侵入波陡度增加，进线段长度缩短到500600m,16,简化接线：用电抗器代替进线段保护,在进线段装设避雷器有困难，或者进线段杆塔接地电阻难以降到耐雷水平的要求时，可用一组1mH左右的电抗器代替进线段保护，以限制流过避雷器的雷电流幅值和陡度,17,10.2.4 变电站防雷的几个具体问题,（一）三绕组变压器的保护 当变压器高压侧有雷电波侵入时，通过绕组间的静电耦合和电磁耦合，会使得低压侧上出现过电压。1）双绕组变压器：在正常运行时，一般两个绕组上的断路器都是闭合的，两侧都有避雷器保护，因此可不考虑。2）三绕组变压器：在正常运行时，可能有高压、中压绕组工作而低压绕组开路的情况。由于低压绕组对地电容很小，因此它可能感应很高的过电压，危及纵绝缘。避免危险的方法：在任意一相上加装一个避雷器。中压绕组因为其绝缘水平较高，因此不需要考虑这种感应过电压。,18,（二）自耦变压器的保护,自耦变压器有一个三角形接线的低压绕组，以减小零序阻抗和改善电压波形。此低压绕组也应加装避雷器。此外，自耦变压器由于波过程有自己的特点，因此其保护方式也与其他变压器不同。,19,雷电波侵入自耦变压器时的过电压,侵入高压绕组时，开路的中压绕组上最高电压约为2U0/k，因此，应在中压绕组出线段加装避雷器侵入中压绕组时，开路的高压绕组上最高电压约为2kU0，因此，应在高压绕组出线段加装避雷器,20,自耦变压器防雷保护,C）当A有接线时，相当于A经过线路波阻抗接地。当A有过电压时，大部分电压落在在AA上，危险；同理，当A有接线时，A的过电压大部分会降落在AA上，危险。因此，在k1.25时，在中压和高压绕组间，还要加装避雷器。,自耦避雷器,21,（三）变压器中性点的保护,当三相同时来波时，绕组波过程按照末端开路考虑，中性点电压为首端电压的2倍。对于35kV及以下中性点非有效接地系统，中性点绝缘水平与相线端相同。由于三相来波概率很小，而且波头缓，我国规程规定，一般不用避雷器保护。对于110kV及以上中性点有效接地系统，中性点绝缘110kV为35kV，220kV为110kV，故虚要在中性点上加装阀型避雷器或者保护间隙。避雷器的灭弧电压要低于一相接地时引起的中性点电位升高的有效值，以免发生爆炸。在中性点直接接地的地网中，上述故障可引起中性点电位升高至线电压的35%。因此，这种避雷器的灭弧电压可选线电压的0.4倍。,22,（四）配电变压器的保护,共同接地：高压侧避雷器接地线与变压器金属外壳、低压侧中性点连在一起接地，会在高压侧避雷器动作时，引起地线电位升高，威胁到低压用户的安全。为避免正、反变换过电压，高、低压侧都要加装避雷器。,23,（五）GIS防雷保护的特点,全封闭SF6气体绝缘变电站(GIS)其绝缘水平主要取决于雷电冲击水平，应采用保护性能优异的氧化锌避雷器 GIS结构紧凑，被保护设备与避雷器相距较近，比常规变电站有利；GIS的同轴母线的波阻抗小，从架空线入侵的过电压波经过折射，其幅值和陡度都显著变小，这对变电站的侵入波防护也是有利的GIS内一旦出现电晕，很容易发展成击穿，而且不能恢复原有的电气强度，甚至导致整个GIS系统的损坏，而GIS价格昂贵，因而要求它的防雷保护措施更加可靠。,例如，对于500kV级GIS，2km进线段，只要最靠近变电站的一基杆塔的工频接地电阻保持在15以下，其余为20，就行。,24,10.3 旋转电机的防雷保护,防雷保护的特点：1）在同一电压等级的电气设备中，旋转电机的冲击绝缘强度最低。原因在于：电机只能采用固体介质。固体介质容易受到损伤。电机运行条件最为严酷。电机绝缘结构的电场比较均匀、其冲击系数接近于1。2）保护旋转电机用的FCD磁吹避雷器、ZnO避雷器的残压和电机的冲击耐压值很接近，裕度很小。因此必须加装其他器件。3）匝间绝缘要求侵入波陡度受到严格限制。,25,电机与变压器冲击耐压值、避雷器特性的比较,26,10.3.2 直配电机的防雷保护,2560MW直配发电机防雷保护接线,27,1）FCD2：在发电机出线母线上装设一组保护旋转电机 专用的ZnO避雷器或FCD型磁吹避雷器2）并联电容器C：母线上装设，以限制进波陡度和降低 感应雷击过电压的作用 3）FCD1：保护电抗器和电缆头的绝缘。4）电抗器：限制工频短路电流，降低冲击电流陡度5）插接一段电缆段，限制流入避雷器FCD2的冲击电流。6）FCD3：中性点保护7）GB1专门的耦合连线：使电缆发挥作用8）GB2：GB1的后备，并为A处的电缆头提供保护,28,10.3.3 非直配电机的防雷保护,经由变压器绕组传递的过电压分为静电感应分量和电磁感应分量。如变压器低压绕组到电机绕组的连线是电缆或封闭式母线，则静电感应分量可不考虑。如发电机与变压器间有较长架空母线或软连接线时，除应有直击雷保护外，还应防止雷击附近避雷针时产生感应过电压。为此，应在电机出线上装设电容器（每相不小于0.15F）或避雷器，它们也可限制静电感应分量。对于电磁分量，一般危害较小。对于特别重要的发电机，可在出线上装设避雷器。,
