高电压课件 第十章 发电厂和变电所的防雷保护

第十章 发电厂和变电所的防雷保护

概述

电厂：无害周期应在百年以上。

雷害来源：

1．直击雷：采用避雷针和避雷线

2．雷电侵入波：由线路入侵的雷电波受线路绝缘限制，其峰值不可能超过线路绝缘的闪络电压。线路绝缘>设备绝缘水平。

例 110KV 线路绝缘子串的U 50%为700KV ；

110KV 变压器的全波冲击试验电压为425KV 。

措施（整体防雷方案）

a. 装设阀型避雷器：限制电气设备上的过电压峰值。

b. 设置进线保护段：限制流过避雷器的雷电流和降低侵入波的陡度。

c. 装设电容器：对直接与架空线相连的旋转电机，在电机母线上装设电容

器，限制入侵波陡度，以保护电机匝间绝缘和中性点绝缘。

10.1 变电所、发电厂的直击雷保护

一、避雷针的安装方式

1、独立避雷针：其接地装置与主地网分开埋设，并在空气中及地下保持足

够的距离。

空气间隙 h R ch 1.02.0S k +>（m ） (10-1-3)

一般大于5m 。其中：ch R 为冲击接地电阻，h 为配电构架的高度。

土壤间隙 ch d 3.0S R >（m ） (10-1-4)

一般大于m 3。

2、构架避雷针：110KV 及以上配电装置，（在土壤电阻率不高的地区不易

发生反击）不能用在m ⋅Ω>±10009。

装避雷针的构架应就地埋设辅助集中接地装置。

辅助接地装置与主地网的连接点距离主变接地线与接地网的连接点之间电气距离不应小于15m 。

主变门型架上不允许装避雷针（线）。

发电厂厂房不装设避雷针，以免发生反击事故和引起继电保护误动作。

二、避雷线（按是否发生反击的原则来考虑）

110KV 及以上：可将线路避雷器引至出线门阀架上，但在p>1000Ωm ，再

加集中接地装置

35～60KV ：在p ≤500Ωm

在p >500Ωm 避雷线终止于终端杆，最后一档线路靠避雷针保护。

10.2 变电所内阀型避雷器的保护作用

一、距离效应

当侵入波使避雷器动作时，由于波在避雷器和电气设备之间折、反射。使设

备绝缘上出现高于避雷器端点的电压。

1、避雷器直接装在变压器旁

避雷器上电压波形及理想化的斜角平顶波

二、避雷器与变压器分开一定电气距离时 ττ

△u=2a τ

)(22τ-=t a u

0～τ at u =

τ～2τ )(22τ-=t a u 全反射

2τ～t 0 )(2)2(1ττ-=-+=t a t a at u ，此时u u 21,曲线重合。

t=t 0时避雷器放电，∴u 1从t 0开始保持u c 的电压不变。

但这时变压器安装地点2的电压扔上升，再经τ时间，避雷器的放电才影响

到2的电压。（相当于避雷器放电时产生的负斜角波传到该点）使它不再上升而

是由于负反射而下降。v

l a a u u c 222==-∴τ 实际上，由于变电所接线比较复杂，出线不只一路；设备本身又有对地电容，

综合其影响变压器实际上电压的典型波形如图（相当于在u c 上叠加一个衰减的

振荡波）

图10-2-6 雷电波入侵时变压器上电压的典型波形

振荡周期与距离l ，变压器的入口电容有关，波形接近于截波，通常拿它的

最大值和多次截波耐压值（约等于三次截波耐压值的1/1.15）相比较，来判断

是否发生损坏。

保证设备安全必须满足 u s ≤u j

即 u u K v l a j 5.b 2≤+ （10-2-6）

其中u s 为设备上所受冲击电压的最大值；

u j 为设备多次截波耐压值；u 5.b 避雷器上5kA 下的残压；a 为雷电波的陡度； l 为设备与避雷器间的距离；v 是波

速；K 是考虑设备电容而引入的修正系数。

表10-2-4 变压器多次截波耐压值u j 与避雷器残压u 5.b 的比较 P286

二、变电所中避雷器与变压器的最大电气距离

v a u u l j m 2 b.5-=

实际的最大允许距离值是按典型变电所的接线，进行模拟实验决定的。在模

拟实验中还考虑到变电所各种电器或分支线的对地电容。

图10-2-7、10-2-8 分别为一路进线，二路进线的变电所避雷器与主变PT

间的最大电气距离与侵入波陡度的关系，变电所内其他设备的冲击耐压值比变压

器高避雷器与它们的距离可相应增加35%。

最大允许电流电气距离：多路进线>单路进线

规程建议：三路进线变电所的m l 按图10-2-8增大20%

四路及以上进线时可增大按图10-2-8增大35%

雷电侵入波的防护设计 l

1、避雷器安装在母线上，若一组不满足要求，则应考虑增设。

2、超高压大型变电所，可利用计算机或暂态网络分析仪（TNA ），比较不同避雷

器配量方式下变电所各点上的电位，确定最佳方案。

变电所的防雷性能通常用危险波曲线来说明，如图10-2-9所示。若入侵波

幅值和陡度位于区域I ，则将出现雷害事故；位于区域Ⅱ则无雷害事故；若危险

波曲线越偏上和偏右，说明防雷性能越好。

10.3 变电所的进线段保护

进线端保护：对雷电侵入被保护的重要的辅助手段。

概念：接近变电所1-2km 的一段进线上架设避雷线，在进线段内应使避雷线

的保护角适当减小，并使线路有较高的耐雷水平，以减小进线端内由于绕击和反

击所形成的侵入波概率。

作用：限制了通过避雷器的雷电流；

限制雷电侵入波的陡度。

为配合阀避完成正常的保护作用，必须在靠近变电所的一段进线上采取可靠

的防直击雷保护措施。

一、35KV 及以上变电所的进线段保护

1． 进线段首端（图10-3-1中A 点）落雷时流经避雷器雷电流的计算

最不利的情况是进线段首端落雷，由于受线路绝缘放电电压的限制，入侵雷

电波的幅值为线路绝缘的50%冲击闪络电压U 50%。流经避雷器雷电流最大值I b

bm b U z I U +=%502

其中 bm U 为避雷器的残压最大值；z 为进线端导线波阻 例：对220kv 线路，侵入电压波的最大值等于线路绝缘强度

u50%=1200～1400kv

线路波阻抗z=400Ω .采用FZ-220J 取避雷器端电压等于5KA 下的残压 u f =664kv

器端点，这时避雷器电流一般已经过了峰值。

∴可不考虑多次反射过程对避雷器电流的影响，也说明了为什么进线段必须

有一定的长度，才能依靠其波阻抗来限制避雷器的电流的原因。

2．进入变电所的雷电波陡度a 的计算

可以认为：

ⅰ所有从进线段的外来到变电所的电压波峰值进线段上线路绝缘的U50%

ⅱ波前陡度（电压）：直击或绕击时同雷电流