发电厂变电所防雷技术.ppt

发电厂发电厂/变电所雷电防护变电所雷电防护 发电厂和变电所雷电过电压来源发电厂和变电所雷电过电压来源 雷电直击发电厂和变电所雷电直击发电厂和变电所 雷击输电线路产生的雷电过电压雷击输电线路产生的雷电过电压沿线路侵入发电厂和变电所沿线路侵入发电厂和变电所 变电所雷电过电压的危害 发电机、变压器等主要电器设备的内绝缘大发电机、变压器等主要电器设备的内绝缘大都没有自恢复的能力都没有自恢复的能力 高压输电线路允许每几年跳闸一次，而变电高压输电线路允许每几年跳闸一次，而变电站雷击跳闸只能在站雷击跳闸只能在200800百年以上一次百年以上一次.220kV线路，线路，50%放电电压放电电压1200kV，而，而相应的变压器全波冲击试验电压相应的变压器全波冲击试验电压850kV,全全波多次冲击耐压只有波多次冲击耐压只有850/1.1=773kV。造成大面积停电造成大面积停电 侵入波过电压防护的主要措施侵入波过电压防护的主要措施 减小通过避雷器的电流减小通过避雷器的电流 对对 降低来波陡角降低来波陡角 进行保护段进行保护段 围围 避雷器的保护作用与范避雷器的保护作用与范 侵入波侵入波 防止反击防止反击 保护范围保护范围 线线 针针 直击直击)(,Tr 一、直击雷防护一、直击雷防护 1、避雷针的反击、避雷针的反击 chLdLchLkRiudtdiLRiu A d L SK 1 2 Rch Sd h K 避雷针与配电构架同高处避雷针与配电构架同高处 避雷针的接地装置上避雷针的接地装置上 一般直击雷电流一般直击雷电流iL=100kA;L0=1.55H/m;h高处高处L=1.55h H 空气与土壤的平均击穿场强：空气与土壤的平均击穿场强：E500kV/m 发生反击时发生反击时:500Sk=100Rch+60h 500Sd=100Rch 防止反击防止反击:Sk0.2Rch+0.1h 一般一般5m Sd0.3Rch 一般一般3m s/kA5.38dtdiL 2 2、避雷针的安装方式、避雷针的安装方式 一般一般110kV及以上变电所，允许装配电构架避雷针，及以上变电所，允许装配电构架避雷针，配电构架需装设辅助接地装置，与地网的连接处距配电构架需装设辅助接地装置，与地网的连接处距变压器接地与地网连接处的距离不小于变压器接地与地网连接处的距离不小于15m。土壤。土壤电阻率电阻率500m m 时时,需独立架设避雷针。需独立架设避雷针。变压器门型构架上不的加装避雷针。变压器门型构架上不的加装避雷针。35kV及以下变电所需独立加设避雷器，并达到不反及以下变电所需独立加设避雷器，并达到不反击的要求。击的要求。（1）（2）(1)配电构架辅助接地装置与地网连接点配电构架辅助接地装置与地网连接点(2)变压器接地与地网的连接点变压器接地与地网的连接点 二、变电所内避雷器的保护作用二、变电所内避雷器的保护作用 装设避雷器装设避雷器 正确选择避雷器的形式、参数正确选择避雷器的形式、参数 合理确定保护接线方式，如台数，装设位置合理确定保护接线方式，如台数，装设位置 尽量少的避雷器保护所有设备尽量少的避雷器保护所有设备 1 1、避雷器与被保护设备距离为零时的过电压、避雷器与被保护设备距离为零时的过电压 变压器在冲击电压作用下可等值为一个电容变压器在冲击电压作用下可等值为一个电容（称为入口电容称为入口电容），一般可以不计一般可以不计,可以认为可以认为输电线在此开路输电线在此开路。避雷器动作前：避雷器动作前：变压器变压器（也是避雷器也是避雷器）上电压：上电压：避雷器动作后：避雷器动作后：变压器变压器（也是避雷器也是避雷器）上电压有两个峰值：上电压有两个峰值：Uch：避雷器冲击放电电压：避雷器冲击放电电压 Ubm：避雷器残压的最大值，取：避雷器残压的最大值，取5kA下的数值下的数值 两个峰值两个峰值Uch和和Ubm基本相同基本相同 变压器得到可靠保护条件：变压器得到可靠保护条件：变压器冲击放电电压变压器冲击放电电压大于避雷器的冲击放电电压和大于避雷器的冲击放电电压和5kA下的残压下的残压 110kV220kV变电所雷电流不得超过变电所雷电流不得超过5kA，故，故5kA下的残压用下的残压用Ub.5表示。表示。u2ub tp 为避雷器放电时刻为避雷器放电时刻 2 2、避雷器与被保护设备有、避雷器与被保护设备有 一定距离一定距离L L2 2时的过电压时的过电压 入侵波入侵波 at(到到B点时点时t=0)在变压器入口处在变压器入口处T发生全反射发生全反射:1)、当、当T点的反射波到达点的反射波到达B点之前点之前 UB(t)=at 2)、当、当T点的反射波到达点的反射波到达B后和避雷器动后和避雷器动作之前作之前 3)、避雷器动作时刻、避雷器动作时刻 t=tp vL )-2a(t)vLt(a2 )vL2t(aatUU)t(U222fqB )-(t2 )tt(2)t(2U)t(Upp5.bB KvL2U vL2Ut2U25.b25.bpT 变压器上最大电压变压器上最大电压K为设备电容为设备电容 修正系数修正系数)t(2 Ub.5 避雷器伏秒特性曲线避雷器伏秒特性曲线 at)tt(2p 2ptT B at Uq Uf ptt ptt vlttp22 vlttp24 vlaUattubpT2522)(vlaUattubpT2522)(attuT2)(变压器上电压变压器上电压UT(t)：vlaUvltatvltavltatubppppT252222)2(2 )2(4)2(2)(具有振荡性质具有振荡性质 -截波截波 3 3、变压器与避雷器之间允许的最大电气距离、变压器与避雷器之间允许的最大电气距离 由于入侵波在变压器与避雷器之间多次反射，作用在变由于入侵波在变压器与避雷器之间多次反射，作用在变压器上的电压具有振荡性质，相当于截波的作用。压器上的电压具有振荡性质，相当于截波的作用。变压器承受截波的能力为多次变压器承受截波的能力为多次(一般指一般指3次次)截波耐压值截波耐压值:因此变压器承受的最大耐压值因此变压器承受的最大耐压值 变压器与避雷器间允许的最大电气距离变压器与避雷器间允许的最大电气距离 15.1UU3.jj j5.bUKvL2U v/2UUL5.bjm 确保变压器安全的主要措施确保变压器安全的主要措施 限制避雷器残压限制避雷器残压 限制入侵波陡度限制入侵波陡度 减小变压器距避雷器的电气距离减小变压器距避雷器的电气距离 由变电站进线段保护完成由变电站进线段保护完成 vL2UU 25.bT 变压器上最大电压变压器上最大电压1、35kV及以上变电所进线段保护及以上变电所进线段保护 一定长度的导线可以起到下列作用：一定长度的导线可以起到下列作用：其自身阻抗作用可限制雷电流的幅值其自身阻抗作用可限制雷电流的幅值 导线上冲击电晕作用可以降低入侵波陡度导线上冲击电晕作用可以降低入侵波陡度 三、变电所的侵入波过电压防护三、变电所的侵入波过电压防护 F3 的作用：限制入侵雷电波幅值的作用：限制入侵雷电波幅值 F2的作用：隔离开关或断路器断的作用：隔离开关或断路器断开时防止入侵波在此发生全反射开时防止入侵波在此发生全反射造成对地闪络。断路器壁和运行造成对地闪络。断路器壁和运行时，管型避雷器在避雷器的保护时，管型避雷器在避雷器的保护范围内，不动作，避免截断波的范围内，不动作，避免截断波的产生。产生。35kV及以上电缆进线段的保护及以上电缆进线段的保护 在进线段内雷绕击或反击而产生入侵波的机会在进线段内雷绕击或反击而产生入侵波的机会很小很小 但变电所的雷害事故但变电所的雷害事故 50%是由雷击是由雷击1km以内的线路引起的以内的线路引起的 71%是由雷击是由雷击3km以内的线路引起的以内的线路引起的 进线段耐雷水平进线段耐雷水平 额定电压额定电压 kV 35 66 110 220 330 500 耐雷水平耐雷水平 kA 30 60 75 110 150 175 计算不同电压等级的计算不同电压等级的 后，可求出变电站电气设备离避后，可求出变电站电气设备离避雷器的最大允许电气距离雷器的最大允许电气距离lm 流经避雷器电流的计算流经避雷器电流的计算 进线段可以限制避雷器中电流如表进线段可以限制避雷器中电流如表10-3-2显示，显示，110kV及及220kV为为5kA,330kV及以上为及以上为10kA bmb%50UzIU2 s3.137.6vl 2 进入变电所的雷电流陡度的计算进入变电所的雷电流陡度的计算 进线段首端落雷且最大幅值为进线段首端落雷且最大幅值为j绝缘子绝缘子50冲击冲击闪络电压闪络电压U50%，行波在进线段来回一次的时间行波在进线段来回一次的时间为为 最不利的情况是首端落雷且幅值为最不利的情况是首端落雷且幅值为U50%的直角波，的直角波，冲击电晕将使直角波波头变缓：冲击电晕将使直角波波头变缓：起晕起晕UU%50)skV/(l)hu008.005.0(uuad )kV/m(300avaa a 2、35kV小容量变电所进线段的保护小容量变电所进线段的保护 10m 避雷器距变压器距离小于避雷器距变压器距离小于10m，a允许大一些允许大一些 进线段可缩短到进线段可缩短到500600m 为了达到限流的目的，为了达到限流的目的，FE1、FE2的接地电阻的接地电阻R 5变电所侵入波的保护接线变电所侵入波的保护接线 220kV变电所保护接线变电所保护接线 500kV变电所保护接线变电所保护接线 变电所侵入波的保护接线变电所侵入波的保护接线 四、旋转电机的防雷保护四、旋转电机的防雷保护 发电机、电动机、调相机发电机、电动机、调相机 直配电机大气过电压包括直配电机大气过电压包括 与电机相连的架空线上的感应过电压与电机相连的架空线上的感应过电压 雷直击与电机相连的架空线上雷直击与电机相连的架空线上 旋转电机的防雷保护特点：旋转电机的防雷保护特点：冲击绝缘强度在相同电压等级的电器设备中最低冲击绝缘强度在相同电压等级的电器设备中最低（固体绝缘、容易老化）（固体绝缘、容易老化）保护旋转电机的磁吹避雷器的保护水平与电机的绝保护旋转电机的磁吹避雷器的保护水平与电机的绝缘水平之间的绝缘配合裕度很小缘水平之间的绝缘配合裕度很小 匝间绝缘要求将侵入波陡度限制到很低匝间绝缘要求将侵入波陡度限制到很低(5kV/s)直配发电机的防雷保护措施直配发电机的防雷保护措施 i1 1 在母线上加装避雷器在母线上加装避雷器 采用进线段将雷电流限制为采用进线段将雷电流限制为 3kA 在母线上装设电容器限制入侵波陡度和降低感应过电压在母线上装设电容器限制入侵波陡度和降低感应过电压 外移外移FE