高电压技术第六章讲解

(五)气体绝缘变电所防雷保护的特点
全封闭SF6气体绝缘变电所(GIS)的特点： • 1)GIS绝缘的伏秒特性很平坦，其绝缘水平主要取决 于雷电冲击水平。采用氧化锌避雷器； • 2)GIS结构紧凑，被保护设备与避雷器相距较近，比 常规变电所有利； • 3)GIS的同轴母线筒的波阻抗小，过电压幅值和陡度 都显著变小，对变电所的进行波防护有利； • 4)GIS内绝缘电场结构不均匀，易击穿，要求防雷保 护措施更加可靠、在绝缘配合中留有足够的裕度。
二、阀式避雷器保护作用的分析
装设阀式避雷器是变电所对入侵雷电过电压波进行防 护的主要措施，它的保护作用主要是限制过电压波的 幅值。但是还需要有“进线段保护”与之配合。 阀式避雷器的保护作用基于三个前提： 1)它的伏秒特性与被保护绝缘的伏秒特性有良好的 配合 2)它的伏安特性应保证其残压低于被保护绝缘的冲 击电气强度 3)被保护绝缘必须处于该避雷器的保护距离之内。
(1)在同一电压等级的电气设备中，以旋转电机的冲 击电气强度为最低，这是因为：
1）电机具有高速旋转的转子，因此电机只能采用固体介 质，而不能象变压器那样可以采用固体—液体介质组合 绝缘。电机的额定电压、绝缘水平都不可能太高； 2）在制造过程中，电机绝缘容易受到损伤，绝缘内 易出现空洞或缝隙，在运行过程中容易发生局部放电， 导致绝缘劣化； 3）电机绝缘的运行条件最为残酷，要受到热、机械 振动、空气中的潮气、污秽、电气应力等因素的联合 作用，老化较快； 4）电机绝缘结构的电场比较均匀，其冲击系数接近 于1，因而在雷电过电压下的电气强度是最薄弱的一 环。
• (五)消弧线圈 • 能使雷电过电压所引起来的一相对地冲击闪络不 转变成稳定的工频电弧，即大大减小建弧率和断路 器的跳闸次数。 • (六)管式避雷器 • 仅用作线路上雷电过电压特别大或绝缘薄弱点的 防雷保护。它能免除线路绝缘的冲击闪络，并使建 弧率降为零。 • (七)不平衡绝缘 • 一回路的三相绝缘子片数少于另一路的三相。 • (八)自动重合闸 • 线路绝缘不会发生永久性的损坏或劣化。
绝缘冲击耐压水平应满足： U w(i ) Uis U
阀式避雷器的保护距离：
lmax K
U w( i ) U is 2a '
K为变电所出线修正系数 避雷器具体安装点选择原则：“确保重点、兼顾一 般”。在诸多的变电设备中，需要确保的重点无疑 是主变压器，应尽可能把阀式避雷器装得离主变压 器近一些。
(三)自耦变压器的防雷保护
高压侧进波时，应在中压断路器 QF2的内侧装设一组阀式避雷器 （图8-14中的FV2）进行保护。 中压侧进波时，在高压断路器 QF1的内侧也应装设一组避雷器 （图8-14中的FV1）进行保护。
当中压侧接有出线时，还应 在AA′之间再跨接一组避雷器 （图8-14中的FV3）。
四、变电所防雷的几个具体问题
(一)变电所防雷接线
进线段提高耐雷性能的保护措施： 1)在进线保护段内，避雷线的保护角不宜超过20°。 2)采取措施以保证进线段的耐雷水平。
(二)三相绕组变压器的防雷保护 高压侧有雷电过电压波时，通过绕组间的静电耦合 和电磁耦合，低压侧出现一定过电压。在任一相低 压绕组加装阀式避雷器。
小 结
变电所的直击雷防护设计内容主要是选择避雷针的支数、 高度、装设位置、验算它们的保护范围、防雷接地装置设 计等。对于独立避雷针，则还有一个验算它对相邻配电装 置构架及其接地装置的空气间距及地下距离的问题。 装设阀式避雷器是变电所对入侵雷电过电压波进行防护 的主要措施，但是还需要有“进线段保护”与之配合。 进线段的作用：1）雷电过电压波在流过进线段时因冲 击电晕而发生衰减和变形，降低了波前陡度和幅值；2） 限制流过避雷器的冲击电流幅值
第八章 电力系统防雷保护
• 电力系统的防雷保护包括了线路、变电所、发电厂 等各个环节。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第一节 架空输电线路防雷保护
输电线路耐雷性能的若干指标
线路雷害事故发展过程及防护措施
线路耐雷性能的分析计算
一条100km长的架空输电线路在一年中遭到数十次雷击。 线路的雷击事故在电力系统总的雷害事故中占有很大的 比重。
i it ig
ig 为流经避雷线的电流。 it 为流经杆塔的电流，
线路绝缘子串上所受到的雷电过电压包括四个分量：
1、杆塔电流it在横担以下的塔身电感La和杆塔冲击 接地电阻Ri上造成压降，使横担具有一定的对地电位
ua di ( Ri i La ) dt
线路杆塔分流系数
2、塔顶电压utop沿着避雷线传播而在导线上感应出 来的电压u1。与上一分量ua相似，杆塔电流it造成的 塔顶电位
线路的雷害事故往往只导致电网工况的短时恶化； 变电所的雷害事故就要严重得多，往往导致大面 积停电。变电设备得内绝缘水平往往低于线路绝 缘，而且不具有自恢复功能，一旦发生击穿，后 果十分严重。变电所的防雷保护与输电线路相比， 要求更严格、措施更严密、可靠。
变电所中出现的雷电过电压的两个来源： • 1)雷电直击变电所； • 2)沿输电线入侵的雷电过电压波。
• （二）降低杆塔接地电阻 • 提高线路耐雷水平和减少反击概率的主要措施。 杆塔的工频接地电阻一般为10～30Ω。 • （三）加强线路绝缘 • 增加绝缘子串中的片数、改用大爬距悬式绝缘子、 增大塔头空气间距等等，但有相当大的局限性。一 般优先采用降低杆塔接地电阻的办法来提高线路耐 雷水平。 • （四）耦合地线 • 作为一种补救措施，具有一定的分流作用和增大 导地线之间的耦合系数，因而能提高线路的耐雷水 平和降低雷击跳闸率。
一、输电线路耐雷性能的若干指标
每100km线路的年落雷次数N
b 4h N Td 10
[次/(100km.年)]
为地面落雷密度 b为两根避雷线之间的距离；h为避雷线的平均对地高度 Td为雷暴日数
1、耐雷水平（ I ）
耐雷水平是指雷击线路时，其绝缘尚不至于发生闪络 的最大雷电流幅值或能引起绝缘闪络的最小雷电流幅 值，单位为kA。 我国标准规定的各级电压线路应有的耐雷水平值见 表8-1
一、变电所的直击雷保护
必须装设避雷针或避雷线对直击雷进行保护。按安 装方式的不同，避雷针分为独立避雷针和构架避雷 针两类。注意对绝缘水平不高的35kV以下的配电装 置，构架避雷针容易导致绝缘闪络(反击)。 变电所的直击雷防护设计内容主要是选择避雷针 的支数、高度、装设位置、验算它们的保护范围、 应有的接地电阻、防雷接地装置设计等。对于独 立避雷针，则还有一个验算它对相邻配电装置构 架及其接地装置的空气间距及地下距离的问题。
2、雷击跳闸率（ n ）
雷击跳闸率是指在雷暴日数Td＝40的情况下、100km的 线路每年因雷击而引起的跳闸次数，其单位为“次 /(100km· 40雷暴日)”．实际线路长度L不是100km，雷 暴日数也不正好是40时必须换算到某一相同的条件下 (100km，40雷暴日)，才能进行比较。 但是雷电流超过了线路耐雷水平，只会引起冲击闪络， 只有在冲击闪络之后还建立工频电弧，才会引起线路 跳闸。 由冲击闪络转变成稳定工频电弧的概率为建弧率 ( ),它与沿绝缘子串或空气间隙的平均运动电压 梯度有关。可由下式求得 (4.5E 0.75 14) 102
(一)从限制进波陡度的要求来确定应有的进线段长度
所需的进线段长度
lp U 0.008 U a ( 0 .5 ) hc
U－行波的初始幅值，kV hc－进线段导线的平均对地高度，m （二）计算流过避雷器的冲击电流幅值 I
I FV 2U 50% nU R Z
FV
UR－阀式避雷器的残压，kV n－变电所母线上接的线路总条数
(四)变压器中性点的保护
110kV及以上的中性点有效接地系统 1、中性点为全绝缘时，一般不需采用专门的保护。 但在变电所只有一台变压器且为单路进线的情况下， 仍需在中性点加装一台与绕组首端同样电压等级的避 雷器。 2、当中性点为降级绝缘时，则必须选用与中性点绝 缘等级相当的避雷器加以保护，同时注意校核避雷器 的灭弧电压 35kV及一下的中性点非有效接地系统 变压器的中性点都采用全绝缘，一般不设保护装置。
为了防止避雷针对构架发生 反击，其空气间距S1应满足 下式要求 S U
1 A
E1
为了防止避雷针接地装置与 变电所接地网之间因土壤击 穿而连在一起，地下距离S2 亦应满足下式要求 S U
2 B
E2
E1、E2 分别为空气间隙平均冲击击穿场强和土壤平均冲
击击穿场强。
用下面两个公式校核独立避雷针的空气间距和地中 距离 s2 0.3Ri s1 0.2Ri 0.1h
小 结
通常采用耐雷水平和雷击跳闸率来表示一条线路的耐 雷性能和所采用防雷措施的效果。 输电线路常采用避雷线、降低杆塔接地电阻、加强线 路绝缘等措施来进行防雷。 可按雷击点的不同把线路的落雷分为三种情况：绕击 导线、雷击档距中央的避雷线和雷击杆塔。
第二节 变电所的防雷保护
变电所的直击雷保护 阀式避雷器保护作用的分析 变电所的进线段保护 变电所防雷的几个具体问题
utop ( Ri i Lt di ) dt
u1 kutop
3、雷击塔顶而在导线上产生的感应雷击过电压
u
' i (c)
ui ( c ) (1
hg hc
k0 )
ui ( c ) - 无避雷线时的感应雷击过电压 k0 - 导、地线间的几何耦合系数
4、线路本身的工频电压u2
作用在绝缘子串上的合成电压 uli ua u1 ui' (c) u2
• 被保护绝缘与避雷器 之间的电压差 U ， 可以利用图8-7中的 接线图来确定。
被保护绝缘与避雷器间的电气距离 l 越大、进波陡度 a或a′越大，电压差值 U 也就越大。
阀式避雷器动作以后有一个不大的电压降，然后保持 残压水平，由于被保护设备与避雷器间有距离，致使 电压波产生振荡，接近冲击截波，因此对于变压器类 电力设备来说，往往采用2us截波冲击耐压值作为他们 的绝缘冲击耐压水平。