发电厂防雷与过电压保护

第十二章发电厂防雷与过电压保护

第一节避雷针与避雷线

为了防止设备受到直接雷击，最常用的措施是装设避雷针或避雷线。它由金属制成，高于被保护物，具有良好的接地装置，其作用是将雷电引向自身并安全地将雷电流导入地中，从而保护其附近比它低的设备免受直接雷击。

避雷针包括接闪器（针头）、引下线和接地体三部分，一般用于保护发电厂和变电所，可装设在配电装置构架上也可独立闭市。避雷线是悬挂在空中的水平的接地导线，又称架空地线，主要用于保护架空输电线路，也可用于发电厂升压站作直击雷保护。

避雷针的保护范围近似一个从针头往下的圆锥形的罩，避雷线的保护范围近似沿着线路无数圆锥形罩的叠加延伸。避雷针可以多根联合布置，避雷线也可以两根并列布置。

第二节避雷器

避雷器的作用是限制过电压以保护电气设备。避雷器的类型主要有保护间隙、阀型避雷器和氧化锌避雷器。保护间隙主要用于限制大气过电压，一般用于配电系统、线路和变电所进线段保护。阀型与氧化锌避雷器用于变电所和发电厂的保护，在220KV及以下系统主要用于限制大气过电压，在超高压系统中还用来限制内过电压或作内过电压的后备保护。一、保护间隙

保护间隙一般由两个相距一定距离的、敞露于大气的电极构成，将它与被保护设备并联，适当调整电极间的距离（间隙），使其击穿放电电压低于被保护设备绝缘的冲击放电电压，并留一定的安全裕度，设备就可得到可靠的保护。

当雷电波入侵时，间隙先击穿，形成电弧接地。过电压消失后，间隙中仍有正常工作电压作用下的工频电弧电流（称为工频续流）。对中性点接地系统而言，就是间隙处的接地短路电流。由于间隙的熄弧能力较差，间隙电弧往往不能自行熄灭，将引起断路器跳闸，这是保护间隙的主要缺点，也是其应用受限的原因。此外其放电特性也受气象和外界条件的影响。

二、阀型避雷器

阀型避雷器由装在密封瓷套中的间隙（又称火花间隙）和非线性电阻（又称阀片）串联构成。阀片的电阻与流过的电流有关，具有非线性特性，电流愈大电阻愈小。在雷电压通过时电阻值很小、残压不高（不会危及设备绝缘）。在工频电压作用下，电阻值变得很大，因而大大地限制了工频续流，以利于火花间隙灭弧。

在正常情况下，火花间隙将带电部分与阀片隔开。当雷电波的幅值超过避雷器的冲击放电电压时，火花间隙被击穿，冲击电流经阀片流入大地，阀片上出现电压降（残压）。只要使避雷器的冲击放电电压和残压低于被保护设备的冲击耐压值，设备就可得到保护，而且残压愈低设备愈安全。

避雷器保护性能的主要指标是保护比，它等于冲击电流下的残压与工频续流Ixl下灭弧电压（幅值）之比，即=Uc/Umh。保护比愈小，说明残压愈低或灭弧电压愈高，则避雷器的保护性能越好。Kb值都大于1，目前一般为1.7~2.5。显然避雷器的灭弧电压必须高于所在系统的最高工作电压，这样才能保证雷电波过后顺利熄灭工频续流电弧。

阀型避雷器分普通型和磁吹型两类。普通型避雷器的火花间隙由许多单个间隙串联而成。避雷器动作后，工频续流电弧被许多个间隙分割成许多段短弧，利于熄灭。磁吹型避雷器的火花间隙也是由许多单个间隙串联而成，但每个间隙又串联了一个线圈及其并联辅助间隙，利用磁场使每个间隙中的电弧产生运动（旋转或拉长）来加强去游离，以提高间隙的灭弧能力。

普通型避雷器的阀片是在低温下烧结而成，非线性系数较低，但通流容量小，不能承受

持续时间较长的内过电压冲击电流；磁吹型避雷器的阀片是在高温下烧结而成，非线性系数较高，但通流容量大，能用于限制内部过电压。

目前我国生产的普通型避雷器有FS型和FZ型两种型号。FS型避雷器，其通流容量小，主要用于保护小容量的3~10KV配电装置中的电气设备。FZ型避雷器，其特性较好、通流容量大，主要用于保护大中型变电所的变压器和电容器等设备。磁吹型避雷器主要有FCZ电站型和保护旋转电机用的FCD型。

三、氧化锌避雷器

氧化锌避雷器实际上也是一种阀型避雷器，，其阀片以氧化锌（ZnO）为主要原料，加入少量金属氧化物，在高温下烧结而成。ZnO避雷器采用了非线性优良的ZnO阀片，其具有以下优点：

(1)无间隙、无续流。在工作电压下，ZnO阀片呈现极大的电阻，续流近似为零，相当于绝缘体，因而工作电压长期作用也不会使阀片烧坏，所以一般不用串联间隙来隔离工作电压。

(2)通流容量大。由于续流能量极少，仅吸收冲击电流能量，故ZnO避雷器的通流容量较大，更有利于用来限制作用时间较长（与大气过电压相比）的内部过电压。

(3)可使电气设备所受过电压降低。在相同雷电流和相同残压下，普通SiC阀片避雷器只有在串联间隙击穿放电后才泄放电流，而ZnO避雷器在波头上升过程中就有电流通过，这就可降低作用在设备上的过电压。

(4)在绝缘配合方面可以做到陡波、雷电波和操作波的保护裕度接近一致。

(5)ZnO避雷器体积小、质量轻、结构简单、运行维护方便。

ZnO避雷器的主要特性常用起始动作电压及压比表示。起始运用电压又称转折电压，从这一点开始，电流将随电压升高而迅速增加，通常以1mA电流时的电压作为起始动作电压，其值约为最大允许工作电压峰值的105%~115%。压比是指ZnO避雷器通过大电流是的残压与通过1mA直流电流时的电压之比，压比越小，意味着通过大电流时的残压越低，则ZnO避雷器的保护性能越好。目前此值约为1.6~2.0。

目前生产的ZnO避雷器，大部分为无间隙的，对于超高压避雷器或需大幅降低压比时，也采用并联或串联间隙的方法；为了降低大电流时的残压而又不加大阀片在正常运行时的电压负担，以减轻阀片的老化，往往也采用并联或串联间隙的方法。ZnO避雷器是一种新型避雷器，它正在逐渐取代有串联间隙的普通型和磁吹型避雷器。

氧化锌避雷器型号的含义如下：

避雷器额定电压（KV）

使用场合或设计序号：

S-配电型 Z-电站型 D-电机

X-线路型 R-电容器型 L-直

型式：W-无间隙 B-并联间隙

C-串联间隙

(KA)