高电压技术-第6章发电厂和变电所的防雷保护

第一节发电厂和变电所的直击雷保护发电厂和变电所装设避雷针的原则：发电厂和变电所所有被保护设备都应处于避雷针（线）的保护范围之内。避雷针与电气设备之间应保持足够的安全距离。110kV以上的变电所允许将避雷针设在配电装置的构架上；对于35kV(60kV)及以下的变电所，必须装设独立的避雷针，并应与电气设备之间保持足够的距离，以免发生反击。发电厂厂房一般不装设避雷针，以免发生反击事故引起继电保护装置误动作。第六章发电厂和变电所的防雷保护第二节发电厂和变电所对侵入波的防护一．对侵入波防护的要求二．未沿全线架设避雷线的35～110kV变电所的进线段保护接线三．沿全线架设避雷线的变电所的进线段保护接线四．35kV小容量变电所的进线段保护接线五．高土壤电阻率地区变电所的进线段保护接线一、对侵入波防护的要求对于35及以上无避雷线的架空输电线路，对靠近变电所的一段进线必须加强防雷保护。发电厂和变电所对侵入波防护的主要措施是在其进线（或母线上）装设阀型避雷器。进线段保护的作用：一方面进入变电所的雷电过电压波将来自进线段以外的线路，利用进线段导线的波阻抗可限制流过避雷器的雷电流幅值；另一方面侵入波流过进线段时，导线上冲击电晕可使沿导线的侵入波陡度降低。一、未沿全线架设避雷线的35-110kV变电所的进线段保护接线进线段保护的作用:1)限制流过避雷器动作电流小于5kA。2)限制侵入波陡度a5kV/us要求:1)进线段内不能发生绕击。2)绝缘子串不发生闪络。各元件的作用：GB1：对木横担,瓷横担线路用以限制强雷进入变电所；GB2：为保护进线侧DL或G免受雷害的管型避雷器；FZ为变电所侵入波主保护避雷器，冲放电压低于GB2的冲放电压；BLX:限制侵入波的幅值和陡度。无避雷线线路的35～110kV变电所进线段保护接线接线形式及其各个元件的作用二、沿全线架设避雷线的变电所的进线段保护接线对于沿全线已架设避雷线的线路，也将变电所附近的2km长的一段列为进线保护段，接线如图6-12所示。对这一进线应加强防雷保护，如采用减小避雷器的保护角及杆塔接地电阻的方法来提高进线段的耐雷水平，减小在进线段内发生绕击和反击的概率。FZGB图6-12全线有避雷线线路的变电所进线段保护接线二、35KV小容量变电所的进线段保护适用S5000kVA的35kV变电所BLQ距主变压器之间距离小于10m，接线形式与本节图8－10相同,仅BLX长度为500~600m四、高土壤电阻率地区变电所的进线段保护接线35～110kV变电所，如进线段装设避雷线有困难或处在土壤电阻率ρ500Ω·m的地区，进线段难以达到要求的耐雷水平时，可在进线段的终端杆上装设一组电抗线圈L以代替进线段的避雷线。电抗线圈的电感可采用1000μH左右，此电抗器既能限制侵入波的陡度又能限制流过避雷器电流的幅值。FZGBL第四节三绕组变压器、自耦变压器和变压器中性点的防雷保护一、三绕组变压器的防雷保护当三绕组变压器高压侧或中压侧有雷电过电压入侵时，通过绕组间的静电耦合和电磁耦合作用，在低压侧也会出现一定的过电压。三绕组变压器在正常运行时，可能出现只有高、中压绕组工作而低压绕组开路的情况。这时，当高压或中压侧有雷电波作用时，处于开路状态的低压绕组侧对地电容较小，低压绕组上的静电耦合分量可达到很高的数值以致危及低压绕组的绝缘。考虑到静电分量使低压绕组三相电位同时升高，为了限制这种过电压，只要在任意一相低压绕组出线端对地加装一台避雷器就能起到保护作用。但如低压绕组连有25m以上金属外皮电缆段，则因对地电容增加，足以限制静电耦合分量，可不必再加装避雷器。三绕组变压器的中压绕组虽然也有开路运行的可能性，但其绝缘水平较高，一般不必加装限制静电耦合电压的避雷器。由于电磁分量的数值比静电耦合分量要小得多，可以忽略不计。二、自耦变压器的防雷保护由于自耦变压器的许多优点，故在电力系统中应用较为广泛。（一）非自耦绕组的防雷保护为了减小零序阻抗和改善电压波形，自耦变压器除有高、中压自耦绕组外，还采用三角形连接的低压非自耦绕组。在低压非自耦绕组上，如前所述，为限止静电感应电压需加装一台避雷器。（二）自耦绕组的防雷保护当雷电波从高、中压绕组的一侧侵入而另一侧开路时，由于自耦绕组中振荡过程的特点，将在开路侧出现过电压。当无穷长直角波加在高压端A点时，而由于中压端开路，电位的起始分布、稳态分布以及最大电位包络线都和中性点接地的绕组相同，如图6-15（a）曲线1、2、3所示。在开路的中压端上出现的最高电位（即对地电压）约为高压侧电压的2/k倍（k是高压侧与中压侧的变比），这可能使处于开路状态的中压端套管闪络。因此，在中压端与断路器之间应装设一组避雷器进行保护。123xu0UkU00AA'123xu0AA'3210U0Uk（a）（b）自耦变压器的防雷保护接线FZ1FZ2FZ3QF1AA'•图6-16自耦变压器的防雷保护接线三、变压器中性点的防雷保护当变压器的中性不接地时，如果三相同时有雷电波入侵，则在理论上会达到绕组首端电压的2倍，因此需要考虑变压器中性点的保护问题。对于110kV及以上中性点直接接地系统，为了减小单相接地时的短路电流，有部分变压器中性点是不接地的。如果系统中的变压器是全绝缘的，即变压器中性点的绝缘水平与首端是一样的，一般不需采取专门保护。但如果变电所单进线且只有一台变压器，需在变压器的中性点加装与绕组首端电压等级相同的避雷器。如果系统中的变压器是分级绝缘的，即变压器的中性点绝缘水平要比首端低得多，如110kV变压器中性点的绝缘为35kV，则必须采取保护措施。中性点保护的方法是在中性点与地之间加装阀型避雷器，避雷器的冲击电压应低于中性点冲击绝缘水平；而其灭弧电压应高于电网一相接地而引起的中性点电位升高的稳态值，以免避雷器爆炸。对35kV及以下中性点不接地或经消弧线圈接地的系统，由于其中性点都采用全绝缘，一般不需增设保护装置。第五节配电变压器的防雷保护一、保护特点：保护配电变压器的避雷器应尽量靠近变压器，以防止从线路入侵的雷电波损坏绝缘。因为3～10kV配电线路绝缘低，直击雷常使线路绝缘闪络，大部分雷电流被导入大地，从而限制了侵入波以及通过避雷器的雷电流幅值；又由于避雷器就装设在变压器近旁，两者之间的电压差很小，所以配电变压器可以不用加装进线保护。避雷器应尽量靠近变压器装设，并应尽量减小连接线的长度，以减小雷电流在连接线上的电压降。避雷器的接地线应与变压器的金属外壳以及低压侧中性点连在一起接地（三点联合接地），这样在入侵波使避雷器动作时，作用在高压侧主绝缘上的电压就只是避雷器的残压，而不包括接地电阻上的电压降。3~10kV380/220V4~10Ω二、保护接线第六节旋转电机的防雷保护一．旋转电机的特点及防雷保护二．直配电机的防雷保护接线三．经变压器连接到架空线路的电机防雷保护接线一、旋转电机的特点及防雷保护1.过电压的来源:感应过电压:作用于变压器高压侧经变压器耦合到旋转电机上侵入波:直配电机引线上引来的雷电波.2.特点：1.绝缘裕度小2.下线时易损伤绝缘3.电场不均匀4.纵电容小,绝缘冲击系数小5.电机工作条件差.6.避雷器不配合.二、直配电机防雷保护的任务与措施（一）主绝缘的保护在电机母线上装设FCD型避雷器，以限制侵入波幅值；同时配合保护进线，以限制通过避雷器的电流，使之小于3kA。（二）纵绝缘的保护在每相母线上装设与避雷器并联的电容器可以保护电机匝间绝缘，还可降低侵入波的陡度。GC(a)(b)Z1Z2U0CZ1Z22U0FCD（三）电机中性点的防雷保护如果直配电机的中性点能引出且未接地，应在中性点上装设避雷器，且避雷器的额定电压不应低于电机最高运行相电压；对于中性点不能引出的电机，则应把母线上的电容加大到1.5～2μF，以进一步降低侵入波的陡度来限制中性点绝缘上的电压。1.有电缆段的防雷保护接线GCGLCFSFCD(a)(b)(c)FCDGB2GB1GCFCDGB2GB11R2RRL2L3i2iA三、直配电机的防雷接线2、无电缆段的电机防雷保护接线GCGLCFSFCD(a)(b)(c)FCDGB2GB1GCFCDGB2GB11R2RRL2L3i2iA第七节气体绝缘（GIS）变电所的防雷保护气体绝缘变电所（GIS）是将除变压器以外的整个变电站的高压电气设备以及母线全封闭在一个接地的金属壳内，并壳内冲以3-4个大气压的SF6气体作为相间和相对地的绝缘变电所。GIS变电所的优点很多，如结构紧凑、占地面积小、运行可靠，维护工作量小，不受自然环境的影响，对周围环境没有电磁干扰等等，因此，具有较好的经济效益和社会效益，在许多国家获得推广应用。我国现在在110kV、220kV级的GIS变电所已有一定的经验；在500kV输电系统中，特别是占地面积受到限制的大型水电工程和城市高压电网的建设中，GIS变电所越来越受到欢迎。一、GIS变电所防雷保护的特点（1）GIS变电所结构紧凑。（2）GIS变电所具有封闭性。（3）GIS绝缘完全不允许发生电晕二、与架空线路直接相连的GIS变电所的防雷保护接线进线无电缆的GIS变电所的防雷保护接线如图6-20所示。在GIS管道与架空线连接处，应装设一组ZnO避雷器（FMO1），其接地端应与管道金属外壳相连。FMO1有两种安装位置，一种是装在GIS入口处外侧；另一种是装在GIS入口处内侧，两种情况都可以，但后者效果较好。如变压器或GIS一次回路的任何电气部分至FMO1间的最大电气距离在60kV时不大于50m，在110～220kV时不大于130m，只需装FMO1，如图6-20（a）、(b)所示。对于母线较长的GIS变电所，上述保护方式不能满足要求时，可以考虑在变压器出口处加装FMO2，如图6-20（c）、(d)所示。这样还能降低变压器和GIS的绝缘水平。GISFMO1GISFMO1GISFMO1GISFMO1(a)(b)(c)(d)FMO2FMO2三、经电力电缆与架空线路相连的GIS变电所的防雷保护接线对经电缆进线与架空线路相连的GIS变电所，雷电波从架空线传到变压器，首先要经过架空线到电缆的折射（折射系数小于1），然后从电缆到GIS的折射（由于电缆的波阻抗比GIS低，折射系数大于1），作用在变压器和GIS上的过电压波，要经过多次折、返射，具体条件不同，折返射情况比较复杂。图6-21经电力电缆与架空线路相连的GIS变电所的防雷保护接线GISFMO1lGISFMO1l(a)(b)