16雷击跳闸率发电厂变电所防雷保护.

本次课程目的要求1、掌握防雷措施2、能说明发电厂、变电站直击雷保护原则。7.3雷击跳闸率及防雷措施一、引起跳闸的过电压类型击杆顶——反击(1)击避雷线档距中央——(2)直击——绕击(3)感应雷过电压——(4)显然，对110KV及以上线路，只需考虑(1)、(3)两种情况下过电压产生的跳闸率。二、雷击跳闸率计算雷击输电线路导致跳闸需要两个条件，一是雷电流超过线路的耐雷水平，导致绝缘子串发生冲击闪络；其二是冲击电弧转化为稳定的工频短路电弧，才会跳闸。建弧有一定的统计性，在线路冲击闪络的总次数中，可能转为稳定工频电弧的比例称为建弧率η：275.010)145.4(E建弧率η取决于沿绝缘子串或空气间隙的平均工作电压梯度E，也与闪络瞬间工频电压瞬时值和去游离条件有关。1、建弧率n1=N·g·P1·η其中g为击杆率，P1为雷电流幅值超过雷击杆顶耐雷水平I1的概率；Pa为绕击率，P2为雷电流幅值超过绕击耐雷水平I2的概率。n2=N·Pa·P2·η2、雷击跳闸率的计算线路总的雷击跳闸率n为雷击杆塔跳闸率n1和绕击跳闸率n2之和，即n=n1+n2经验公式：影响因素：P1（I1）——耐雷水平降低雷击跳闸率的措施：↑I、加强绝缘法↓E架空输电线路典型杆塔的雷击跳闸率电压等级/kV110220500平原跳闸率/(次/百公里·年）0.830.250.081山区跳闸率/(次/百公里·年）1.18－2.010.43－0.950.17－0.42三、输电线路防雷措施1.架设避雷线架设避雷线是高压和超高压输电线路最基本的防雷措施，主要目的是防止雷直击导线，此外，避雷线对雷电流还有分流作用，可以减小流入杆塔的雷电流，使塔顶电位下降；对导线有耦合作用，可以降低导线上的感应过电压。我国规程规定，330kV及以上应全线架设双避雷线，220kV应全线架设避雷线，110kV线路一般也应全线架设避雷线，但在少雷区或运行经验证明雷电活动轻微的地区可不沿全线架设避雷线，保护角一般取200—300，对330kV及220kV双避雷线线路，一般采用200左右。500kV及以上线路保护角一般小于150。35kV及以下的线路一般不沿全线架设避雷线，绝缘水平低，即使装设避雷线，截住直击雷，往往避免不了发生反击，降低感应雷过电压的效果不明显；此外这些线路均属于中性点非有效接地系统，一相接地的后果，不像中性点有效接地那样严重，主要依靠消耗线圈和自动重合闸进行防雷保护。二、降低杆塔接地电阻对于一般高度的杆塔，降低冲击接地电阻是提高线路耐雷水平、降低雷击跳闸率的有效措施。标准要求的杆塔接地电阻见表6-2.土壤电阻率低的地区，应充分利用铁塔、钢筋混凝土的自然接地电阻。土壤电阻高的地区，用一般的方法很难降低接地电阻时，可采用多根放射形接地体，或连续伸长接地体，或采用降阻剂。三、架设耦合地线在降低杆塔接地电阻有困难时，可以采用在导线下方架设耦合地线的措施，其作用是增大避雷线与导线间的耦合作用，以降低绝缘子串上的电压。此外耦合地线还可以增加对雷电流的分流作用。四、采用不平衡绝缘方式在现代高压及超高压线路中，同杆架设的双线路较多，对此采用不平衡绝缘方式降低双回路雷击同时跳闸率，不平衡绝缘原则是两回路的绝缘子串片数有差异，雷击时绝缘子串片数少的回路先闪络，闪络后的导线相当于地线，增加了与另一回路导线的耦合作用提高了另一回路的耐雷水平，使之不发生闪络。五、采用消耗线圈接地方式对于雷电活动强烈，接地电阻又难以降低的地区，考虑采用经消耗线圈接地的方式，可使大多数雷击单相闪络故障被消耗线圈消除，不至于发展成持续工频电弧。当雷击引起二相或三相闪络故障时，先闪络的导线相当于一根避雷线，增加了分流和对未闪络相的耦合作用，使未闪络相绝缘的电压下降，提高了线路的耐雷水平。我国消耗线圈接地方式下，雷击跳闸率大约可降低1/3左右。六、装设自动重合闸雷击造成的闪络大多能在跳闸后自行恢复绝缘性能，所以重合闸成功率较高。据统计，我国110kV及以上高压线路重合闸成功率为75%-90%；35kV及以下线路约为50%-80%。因此，各级电压线路应尽量装设自动重合闸装置。七、加强绝缘对于输电线路的个别大跨越高杆塔地段，落雷机会增多；塔高等值电感大，塔顶电位高，感应过电压也高；绕击时的最大雷电流幅值大，绕击率高。为了降低跳闸率，可在高杆塔上增加绝缘子串的片数。标准规定，全高超过40m有避雷线的杆塔，每增高10m，应增加一片绝缘子。八、采用排气式避雷器排气式避雷器仅用在雷电过电压特别大或绝缘薄弱点的防雷保护，能免除线路绝缘的冲击闪络，并使建弧率为零。在现代输电线路上，排气式避雷器仅安装在高压线路交叉的地方及高压线路与通信线路之间的交叉跨距档，过江大跨越高杆塔，变电站的进线保护段等处。8.1发电厂、变电站的雷过电压及其防护(1)输电线路雷害影响相对较小，且一般有备用电源，只导致工况短时恶化；发电厂、变电站有许多重要设备，如变压器、发电机等，且是多条线路交汇点和电力系统的中枢，雷害往往导致大面积停电。1、发电厂、变电站防雷保护的重要性(2)变电设备内绝缘水平往往低于线路绝缘，且不具有自恢复功能，一旦雷过电压导致绝缘击穿，后果十分严重。所以其保护要求更严格、措施更严密、可靠。概述2、发电厂、变电站雷害来源：直击雷；侵入波；感应过电压3、发电厂、变电站防雷保护内容：直击雷防护（Directlightningstrikeshielding）侵入波防护（Intrudingwaveshielding）重要设备的保护。一、发电厂、变电站的直击雷保护1、直击雷保护原则：（1）装设避雷针或BLX，使被保护物处于其保护范围内；（2）雷击避雷针或BLX时不对被保护物发生反击。2、措施：装设避雷针（线）按照安装方式可分独立避雷针和装在配电装置构架上的架构避雷针。（1）独立针安装原则：空中、地中均不发生反击独立避雷针有专用的支座和接地装置，其接地电阻一般不超过10Ω。对绝缘水平不高的35kV及以下变电站宜装设独立针，因为雷击构架避雷针时很容易导致绝缘逆闪络（反击）。雷击独立避雷针时，雷电流i在避雷针电感L及其接地电阻R上产生很高的电位。避雷针离配电构架最近一点A处对地电压及接地装置上对地电压分别为：0AchdiUIRhLdtiRUchG为防止避雷针与被保护设备或构架间空气间隙Sk被击穿发生反击，要求Sk必须大于一定距离。同样，避雷针接地电阻上也会产生较高的电位Ud，若该值超过土壤耐电强度，土壤也会击穿。因此，地中距离Sd也要求必须大于一定值，以防在地中出现反击。取空气的平均耐压水平及土壤耐电强度均为500kV/m，则可计算出：空气间隙距离≮5m；地中距离≮3m（2）架构避雷针安装原则：不对架构下的设备、线路和架构本身发生反击110KV及以上配电装置可装；m500土壤电阻率不高地区（）可装；为保护主变绝缘免遭反击威胁，在避雷针架构附近应加装辅助集中接地装置，且避雷针与地网连接点与主变和地网连接地点间电气距离≮15m。8.2变电站的侵入波保护1、侵入波特点：侵入波最大电压Umax≤U线50％2、保护构成：主措施：采用BLQ以限制侵入波过电压的幅值；辅助措施：采用进线段保护以降低冲击电流（在5kA或10kA以下）和侵入波的陡度。3、阀式BLQ的保护作用分析（1）变压器和BLQ间距离为零时：避雷器动作时，其上的电压uA有两个峰值：冲击放电电压和残压最高值。在具有正常防雷接线的110~220kV变电站中，流经BLQ的雷电流一般不超过5kA，故残压最大值取为5kA下的数值。一般情况下，BLQ的冲击放电电压与5kA下的残压基本相同。因此在分析中可将避雷器上的电压近似视为斜角平顶波，其幅值等于BLQ的残压最高值，波头等于避雷器的放电时间td，td取决于入侵波陡度。若入侵波为斜角波u＝at，则BLQ的动作相当于在t=td时，在BLQ安装处产生一个负电压波，因此BLQ相当于一个负波发生器。负波所到之处降低该处过电压。变压器在BLQ旁，其上的电压波形与之相同，若变压器的冲击耐压大于BLQ的冲击放电电压和5kA下的残压，就可使变压器得到可靠保护。（2）BLQ与被保护物间电气距离l≠0：变压器是变电站防雷保护的重点，安装BLQ时应尽量靠近变压器安装，但BLQ要兼顾其他设备，与变压器总有一定的距离。变电站中不可能每个设备都装一组BLQ，每组BLQ一般要保护几个设备。由于BLQ动作后产生的负电压波在它与变压器间多次发生反射，使变压器上的电压高于BLQ的残压值，故BLQ的保护距离是有一定范围的。在多次反射中，变压器所承受冲击电压最大值为：vlaUaUUtcantcanT22max故BLQ的最大保护距离为：maxlxcansnytcansnyaUUvaUUl22max②↑→↓；tamaxlxcansnytcansnyaUUvaUUl22max③变电站进出线数↑→等效↑→折、反射引起的电压升高↓→↑Cmaxl变电站中其它设备的冲击耐压值都比变压器高，它们距BLQ的最大距离可以比变压器的lmax大35%。4、BLQ的安装：BLQ一般安装在母线上，应尽可能减少BLQ的组数，若一组不能满足要求，可考虑增设。影响的因素：maxl①i越大→Ucan↑→↓；maxl所以，对于220kv及以下变电站，无论主接线如何，只要在每一段可能单独运行的母线上都有一组BLQ即可使变电站得到保护。对于500kv超高压敞开式变电站，其电气距离长，加之操作过电压保护的需要，应在每回线路入口的出线断路器的线路侧装设一组线路型BLQ，在每台变压器出口装设一组电站型BLQ。思考题：8-1