发电厂电气部分7

第七章发电厂的过电压保护和接地保护第一节过电压保护概述一、外部过电压雷电；雷击；雷电流；雷电流峰值符合概率分布曲线)17,........(lg108pIIp雷电流峰值，kA;峰值等于或大于1的雷电流出现的概率。1.直击雷雷云向发电厂的电气设备直接放电，称为直击雷。2.感应雷感应雷由静电感应引起。3.雷电侵入波当输电线路遭到直击雷或感应雷时，泄泻到输电线上的雷电荷将会沿着输电线两侧向发电厂或变电所流动，形成雷电侵入波，产生的高电压叫做侵入波过电压，有时达三四十万伏。二、内部过电压1.工频过电压发电机突然甩负荷、电力系统突发故障，或者由于远距离输电线路的电容效应，都可能引起超过正常工作电压的电压升高。2.操作过电压电力回路中存在着的电阻、电感、电容，当断路器进行线路的投入或设备的投入、切除操作时，过渡过程往往产生振荡过电压。3.谐振过电压线路中的元件组成的自振振荡回路，当操作开关或故障时，某些振荡元件与电源产生振荡，出现谐振过电压。谐振元件的不同：线性谐振（单一频率电源作用下的无铁芯电感元件的谐振，不含谐波）、铁磁谐振（铁磁谐振的本质是有铁芯电感元件出现了饱和，导致等值电感变小，进而导致等效的LC参数上出现谐振，单一频率电源作用下有高次谐波）、参数谐振（由电感参数作周期性变化的电感元件(如凸极发电机的同步电抗在Xd～Xq间周期变化)和系统电容元件(如空载线路)组成回路,当参数配合时,通过电感的周期性变化,不断向谐振系统输送能量,造成参数谐振过电压。）三、防止过电压危害的措施1.对直击雷的防护措施通常采用避雷针、避雷线、进行保护。2.对感应雷的防护措施（1）较低电压等级的电气设备及母线，因其绝缘水平较低，不可太靠近容易引雷的物体，以免发生“反击”。（2）采用避雷器泄放感应过电压。3.对雷电侵入波的防护措施发电厂、变电所对雷电入侵波的防护主要是安装多组避雷器。此外发电厂、变电所的进线段保护（1-2km的架空避雷线有利于减少雷电侵入波的危害）。4.对内部过电压的防护措施采用灭弧性能良好的不重燃的断路器（对于超高压系统采用具有中、低值并联电阻的断路器）、限制工频电压升高的并联电抗器、保护间隙、限制内部过电压的磁吹避雷器、阻尼电阻、电容器以及合理的操作方式避免发生谐振。第二节避雷针和避雷线一、避雷针避雷针由接闪器、接地引下线、接地体构成。避雷针的保护范围与针的高度和数目有关，一般采用简化作图法来确定。单支避雷针的保护范围像一个由它支撑的帐篷。当避雷针的高度为h时，从针顶向下作450的斜线，在距地面h/2处转折，再与地面上距针底1.5h处相连，即构成了保护空间帐篷的外缘。避雷针在高度水平面上的保护半径也可以按下面的公式计算：2/hhx2/hhx)()(mphphhraxx)27(),()25.1(mphhrxx被保护物的高度，m;避雷针的高度，m；避雷针的有效高度，m；高度影响系数，xhhahphpmhpmh/5.5,12030,1,30xhxr二、避雷线1.进线保护段避雷线（又称架空地线）是110KV及以上输电线路的主要防雷措施，一般沿线路全长架设，不仅保护线路本身，也减少了雷电波侵入对发电厂和变电所的危害。发电厂应特别采取措施防止或减少近雷区击闪电，35-110KV出线未沿全线架设避雷线的，应在出线始端1-2km内架设避雷线。（进线保护段）2.发电厂中的避雷线在发电厂中，避雷线主要用来保护主变压器的高压引出线，免遭直接雷击。单根避雷线的保护范围：如图7-3确定。由避雷线向下作于其垂线成250的斜线作为保护空间的上部；在h/2处转折，与地面上水平距离h处相连的斜面构成保护范围的下部。面构成保护范围的下部。在被保护物高度水平面上，避雷线每侧保护宽度由下式计算。2/hhx2/hhx)()53.1(mphhrxx)()(47.0mphhrxx三、避雷针（线）的设置在发电厂中，户外布置的电力变压器、配电装置、发电机电压引出线，以及油处理室、露天油罐、主变压器修理间、易燃易爆仓库等，均应装设直击雷保护装置。主厂房、主控制室和35KV以下的户内配电装置，一般不需设置直击雷保护装置，仅将其屋顶金属结构接地即可。避雷针设置注意点：（1）独立避雷针与电气设备的带电部分、电气设备的外壳、架构和建筑物的接地部分之间在空中距离Sk应不小于5m,其接地装置与被保护物体的接地体之间的地中距离Sd应不小于3m。这时因为避雷针落雷时其引下线泄放雷电电流瞬间具有很高电位，可能会对较近的被保护物放电或者对被保护物接地体放电（反击）。（2）独立避雷针的接地装置一般是独立的，不与被保护对象的接地体相连，其工频接地电阻应不大于10Ω。当不能满足要求时，其接地装置可与主接地网相连接，但应保证其与主接地网的连接点远离35KV及以下设备与主接地网的连接点（两者之间沿接地体的长度不小于15m）。否则，避雷针上落雷时主接地网电位升高会造成反击。（3）对于土壤电阻率小于1000Ωm的地区的110KV及以上配电装置，为降低造价并简化布置，也可将避雷针装设在配电装置构架上，称为架构避雷针。其接地除了利用主接地网外，还应在其附近装设集中接地装置。35KV及以下配电装置绝缘水平较低，不宜设架构避雷针，以免发生反击。（4）110KV及以上的配电装置，可将保护线路的避雷线直接引到出线门型架构上，但土壤电阻率大于1000Ωm的地区应装设集中接地装置。（5）35KV配电装置在土壤电阻率不大于500Ωm的地区，线路避雷线应架设到线路终端杆为止，终端杆到配电装置的一档线路，则采用独立避雷针保护（也可在终端杆上装设避雷针）。（6）在变压器的门型构架上不得装设避雷针（线），而且任何避雷针（线）与主接地网的地下连接点到变压器接地线与主接地网的地下连接点，沿接地体的长度不小于15m，以防止变压器低压绕组的绝缘遭到反击破坏。（7）如果需要在主厂房上装避雷针来保护发电机到变压器的连线时，为了防止反击，除应装设集中接地装置外，还应该加强分流、避雷针的引下线远离电气设备及其接地点等措施，并应在靠近避雷针的发电机出口，装设一组磁吹式避雷器。（8）独立避雷针不应设在人员经常通行的地方，并应距通道不小于3m。否则应采取均压措施或铺设烁石或沥青路面。第三节避雷器一、避雷器的基本原理放电器。避雷器与其所保护对象必须用伏秒特性来配合，才能达到预期效果。图7-5（Page174)(a)配合最好，（b）、（c）都不好。发电产、变电所的电气设备承受的电压；(1)最高工作电压；（2）内部过电压；（3）雷电过电压。图7-6（Page174)示220KV电力设备绝缘配合图。220KV及以下系统，一般认为雷电过电压最危险，主要限压措施是选用残压合适的避雷器，而不必采取专门限制内部过电压的措施。对330KV及以上系统，认为操作过电压幅值很大，构成了主要危险，因此要有专门限制内部过电压的措施，如并联电抗器、断口有并联电阻的断路器等。对电气设备最危险的是谐振过电压，在绝缘配合中不考虑谐振过电压，应在系统设计和运行中避免和消除谐振的条件。避雷器的冲击系数：冲击放电电压和工频放电电压之比。冲击系数越小，伏秒特性越平缓，就容易与被保护设备配合好。二、阀型避雷器主要元件：火花间隙，非线性（阀性）电阻。火花间隙放电伏秒特性平坦，分散性小。阀性电阻：ECIUreU残压：保护比：残压与灭弧电压之比冲击放电电压和残压是避雷器性能的两个重要指标。普通阀式：间隙靠自然灭弧，允许的工频续流小，约80A；FS型:3-10KV配电装置，通流容量小；FZ型：3-220KV，主要用于发电厂、变电所。磁吹阀式：磁力吹灭弧，工频续流大，450A左右。frepUUKFCZ:电站用；FCD:旋转电机用。三、氧化锌避雷器无串联放电间隙，主要由氧化锌非线性电阻片组装而成。动作迅速、残压低、通流容量大、实际上无续流、结构简单、可靠性高、维护简便，零部件减少、40-50%、性能稳定、重量减轻50-60%保护性能改善10-15%、放电容量增大30-40%，有防爆装置，可防止瓷套损坏。四、避雷器的设置1.各种避雷器的应用范围表7-12.避雷器的配置原则避雷器按以下规定设置：（1）配电装置的每组母线上均应装设避雷器，就近接入主接地网，并加装集中接地装置。（2）旁路母线上是否需要装设避雷器，应视当旁路母线投入运行时，避雷器到被保护设备的电气距离是否满足要求而定。（3）330KV及以上变压器和并联电抗器处必须装置避雷器，并应尽可能靠近设备本体。（4）220KV及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，变压器附近应增设一组避雷器。（5）三绕组变压器中压侧或低压侧可能会开路运行时，应在其出线处设置一组避雷器。（6）自耦变压器必须在其两个自耦合的绕组出线上装设避雷器，位置在变压器与断路器之间。（7）单元连接的发电机与变压器之间的母线桥（或组合母线）无屏蔽部分长度大于50m，应在发电机侧每相装设0.15uf的电容器或磁吹避雷器。保护高压旋转电机用的避雷器，应具有较低的冲击放电电压和残压，通常采用FCD型磁吹阀型避雷器。（8）容量为25MW及以上有直配线的发电机，应在每台发电机出线处装一组避雷器。25MW以下有直配线的发电机应尽量将母线上的避雷器靠近发电机装设或装在电机出线上。如果发电机出口处靠近避雷线引下线，则也应装一组避雷器一防止反击。（9）发电厂、变电所35KV及以下电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器。（10）SF6全封闭电器的架空线路侧必须装设避雷器。（11）在不接地的直配线发电机中性点上应装设一台避雷器。避雷器型号可参考表7-2.（12）下列情况的变压器中性点应装设避雷器1)直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时。2）直接接地系统中，变压器中性点为全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行时（因多路进线可以分流雷电流）。3）不接地和经消弧线圈接地系统中性点一般不必装设，但多雷区且单进线变压器中性点需装设。保护变压器中性点的避雷器可参照表7-3选取。3.阀型避雷器与保护设备的最大允许距离（1）阀型避雷器与保护设备的距离越近越好。（2）允许距离与发电厂、变电所的进线有关，进线越多，允许距离就可适当放大。（3）变压器是最重要也是最容易受雷电侵入波危害绝缘的设备，阀型避雷器与被保护变压器的距离不可远，而断路器、隔离开关耦合电容器等电器的绝缘水平比变压器要高，避雷器与这些设备的距离可增大。（4）避雷器与10KV主变压器的最大电器距离，可参考表7-4.（5）35KV变压器与避雷器的最大距离可查曲线确定，见图7-13.（6）侵入波陡度可查表7-5。(Page180)第四节发电厂的接地装置一、概述电气设备的接地，按其作用可分为工作接地、保护接地和防雷接地。（1）工作接地。为了保证电力系统正常运行，将电力系统中某些点加以接地。例如，在中性点直接接地系统中将变压器星形绕组的中性点接地；电压互感器一次侧线圈的中性点接地等。（2）保护接地。将电气设备的外壳或装设电气设备的架构等金属部件加以接地，称为保护接地或安全接地。这时为了避免设备绝缘损坏工作人员接触而发生触电事故。对高压设备，保护接地电阻不宜超过10Ω，对低压设备则不宜超过4Ω。（3）防雷接地。为了泄掉雷电流，避雷针等防雷设备必须有可靠的接地。按接地体可分为自然接地体和人工接地体：1.自然接地体。埋设在水下和地下的构筑物金属部件（可燃气体或液体除外）作为接地体。2.人工接地体。有垂直和水平两种敷设方式。一般情况，应该首先利用自然接地体，在接地电阻达不到要求时，可加设一些人工接地体。对于大短路电流系统的发电厂和变电所，必须装设人工接地体构成全厂统一接地网。独立避雷针应单独设置自己的接地体。垂直接地体一般用长约2.5~3m的角钢、圆钢或钢管垂直打入地下，上端埋入地下