发电厂和变电所的防雷保护(课堂PPT)

未沿全线架设避雷线的 35~110KV线路的变电所
的进线保护接线
全线架设避雷线的 35~110KV线路的变电所的
进来自百度文库保护接线
1.进线段首端（A点）落雷时流经避雷器电流的 计算
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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，
入侵雷电波的最大幅值
为线路绝缘的50%冲击闪
络电压U50%。
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若入侵波为斜角波，即 u=αt，则避雷器的作用相 当于在避雷器放电时刻tp在 避雷器安装处产生一负电压 波-α（t-tp）。
由于避雷器直接接在变压器旁，故变压器上的
过电压波形与避雷器上电压相同，若变压器的冲
击耐压大于避雷器的冲击放电电压和5KA下的残
压，则变压器将得到可靠的保护。
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二、避雷器与设备的距离对过电压的影响
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●管型避雷器F2装设原则：雷雨季节常有断路器
断开，而线路侧又在带电的情况下，防止来波在
开路的线路末端全反射造成闪络，工频短路电流
烧坏断路器或隔离开关的绝缘支座，所以必须在
靠近隔离开关或断路器处装设一组管型避雷器F2；
在断路器闭合运行时，入侵雷电波不应使F2动作，
也即此时F2应在变电所阀型避雷器F1保护范围内，
不可能在每台被保护设备上并联一台避雷器， 也就是说避雷器与被保护设备存在一定距离，一 般只在变电所母线上装设避雷器，由于变压器是 最重要的设备，因此避雷器尽量靠近变压器。
进线隔离开关处电压的最大值UL为：
l 2 1
U U L
b•5
波速
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变压器上电压的最大值UT为：
UT
l 2 2
Ub•5
上两式表明，不论设备位于避雷器前或避雷器
如F2在断路器闭合运行时入侵波使之放电则将造
成截波，可能危及变压器纵绝缘。若缺乏合适参
数的管型避雷器，则F2也可用阀型避雷器或保护
间隙来代替。
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二、35KV小容量变电所的简化进线端保护
变电所面积小， 避雷器与变压器距 离一般在10m以内。
3150~5000KVA、35KV变电所的简化保护接线
对35~110KV变电所，如进 线段装设避雷线有困难或进 线段杆塔接地电阻难于下降， 不能达到要求的耐雷水平时， 可在进线的终端杆上安装一 组1000μH左右的电抗器来 代替进线段。此电抗器既能 限制流过避雷器的雷电流又 能限制入侵波陡度。
S
b•5
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从左图可以看出，变压 器上的电压具有振荡性质， 其轴为避雷器残压。对变 压器绝缘的作用与截波的 作用较为接近，因此常以 变压器绝缘承受截波的能 力来说明在运行中该变压 器承受雷电波的能力。
变压器承受截波的能力称为多次截波耐压值Uj， 根据实践经验，该值为变压器三次截波冲击试验
U U 电压的1/1.15倍，即：
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侵入波经过在进线段上传播时，由于冲击电晕 陡度会降低，进线段的波阻抗也起着限制流过避 雷器的雷电流的作用。
进线段作用：
1）限制雷电流；
2）降低侵入波陡度。
变电所内设备距避雷器的最大允许电气距离lm 就是根据进线段以外落雷的条件下求得的，这样
就可以保证进线段以外落雷时变电所不会发生事
故。
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一、35KV及以上变电所的进线端保护
k
ch
6
同样，为了防止避雷针接地装置与被保护设备
接地装置之间在土壤中的间隙Sd被击穿，必须要
求Sd大于一定距离，若取土壤的平均抗电强度为
S R 300KV/m，则Sd应满足： 0.3 m
d
ch
◆在一般情况下，Sk不应小于5m， Sd不应小 于3m。
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2.构架避雷针
◆对于110KV及以上的配电装置，因为绝缘水平 较高，雷击避雷针时在配电构架上出现的高电位 不会造成反击事故，故可以将避雷针架设在配电 装置的构架上，可以节约投资，便于布置。
§10-3 变电所的进线段保护
进线段：输电线靠近变电站1~2Km的线段。
统计表明：变电站侵入波事故50%是1Km线路落 雷造成的，71%是3Km线路落雷造成的。
进线段保护：加强进线段防雷保护措施（无避 雷线的架设避雷线，有避雷线的减小保护角，增 加绝缘子片数，加强检查巡视）使进线段耐雷水 平高于线路其它部分，减小进线段发生绕击和反 击形成侵入波的概率，这样侵入变电站的雷电波 主要来自进线段之外。
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在具有正常防雷接线的110~220KV变电所中， 流经避雷器的雷电流一般不超过5KA（对330KV为 10KA），故残压的最大值取为5KA下的数值；
在一般情况下，避雷器的冲击放电电压与5KA 的残压基本相同，则在分析中可以将避雷器上 的电压ub近似地视为一斜角平顶波，其幅值为 5KA时的残压Ub.5，波头时间（即避雷器放电时 间）则取决于入侵波的陡度。
避雷器的最大保护距离：入侵波陡度α为一定 值时，变压器与避雷器之间的距离有一极限值， 超过此值，变压器上受到的冲击电压将超过其冲 击耐压，避雷器对变压器将无法保护，此值称为 避雷器的最大保护距离或保护范围。
一路进线的变电所
二路进线的变电所
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说明：
1）因变电所中其他设备的冲击耐压值比变压器 高，所以其他设备的最大允许电气安全距离可以 比上两图中的值相应增加35%。
1.独立避雷针：具有独立于变电站地网的接地装 置。 2.构架避雷针：安装于配电构架上，并与变电站 的地网相连。
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1.独立避雷针
对于35KV及以下的配电装置， 由于绝缘水平较低，为了避免 反击的危险，应架设独立避雷 针，其接地装置与主接地网分 开埋设。
在避雷针h高度处和避雷针
的接地装置上，将出现高电位
避雷器动作前： ubut
动作后：
2u(t) ub ib z1
ub f ib
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Ubm为避雷器残压的最大值，虽然 残压与雷电流的大小有关，但因阀
片的非线性特性，当流过的雷电流
在很大范围内变动时，其残压近乎
不变。
由图可知： 避雷器电压有 两个峰值Uch和 Ubm， Uch是避 雷器冲击放电 电压，由于阀 型避雷器的伏 秒特性uf很平， 故此值基本上 不随侵入波陡 度而变；
KVs
进线段长度（m）
进线段导线悬挂平均高度（m） 32
则计算用陡度值为：
' 30K 0 V m 见P289表10-3-3
根据计算陡度值，就可由P287图10-2-7和图 10-2-8查出变压器或其他设备到FZ型避雷器的 最大允许电气距离lm。
●管型避雷器F3装设原则：冲击绝缘水平特别 高的线路，如瓷木横担或降压运行的线路，限 制侵入波幅值用。
第十章 发电厂和变电所的防雷保护
§10-1 发电厂、变电所的直击雷保护 §10-2 变电所内阀型避雷器的保护作用 §10-3 变电所的进线段保护 §10-4 三相绕组变压器和自耦变压器的防雷保护 §10-5 变压器中性点保护 §10-6 旋转电机的防雷保护
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引言 发电厂、变电所雷害来源：
1.雷直击发电厂和变电站的避雷针后，强大的 雷电流 1）在设备上产生感应过电压 2）避雷针电位升高对设备反击 3）产生跨步电压和接触电压 2.雷击线路后导线上形成雷电波侵入发电厂和 变电站
上两式表明，避雷针和接地装置上的电位uk和 ud与冲击接地电阻Rch有关， Rch越小，则uk和ud 越低。
为了防止避雷针与被保护设备或构架之间的空
气间隙Sk被击穿而造成反击事故，必须要求Sk大 于一定距离，若取空气的平均抗电强度为
S R 500KV/m，则Sk应满足： 0 .2 0 .1 h m
◆在装设避雷针的构建附近埋设辅助集中接地装 置，此接地装置与变电所接地网的地下连接点离 主变压器接地装置与变电所接地网的地下连接点 之间，沿接地体的长度不应小于15m。
目的：使雷击避雷针时在避雷针接地装置上产生的高电 位，在沿接地网向变压器接地点传播的过程中逐渐衰减， 以便达到变压器接地点时不会造成变压器的反击事故。
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§10-4 三绕组变压器和自耦变压器的防雷保护
则流经避雷器雷电流的
最大值Ib满足：
U I U 2 z
5% 0 b
bm 避雷器的残压
进线段导线波阻
最大值 31
从P288表10-3-2可知，1~2Km的进线端已能够 满足限制避雷器中雷电流不超过5KA或10KA的要 求。
2.进入变电所的雷电流波陡度α的计算
行波电压（KV）
h
u
0.50.00d u8l
uk和ud。此时有：
d
i L L
；
u iRu iR k
dt L ch d L ch
避雷针的冲 击接地电阻
避雷针等
流经避雷针的雷电
流经避雷针
值电感
流平均上升速度
的雷电流
5
取雷电流的幅值为100KA，雷电流的平均上升 速度为38.5KA/μs，避雷针电感为1.55μH/m，
则可得：u k 6 h 1 0 R c 0 K h ； 0 u d V 1 R c 0 K h 0
2
发电厂、变电所过电压防护的主要措施：
直击雷
避雷针、避雷线保护范围 防止反击
侵入波
避雷器的保护作用与范围
进线端保护
降低来波陡度
减小通过避雷 器的电流幅值3
§10-1 发电厂、变电所的直击雷保护 为了防止雷直击发电厂、变电所，可以装设避
雷针，应使所有设备都处于避雷针保护范围之内， 且要防止雷击避雷针时的反击事故。 一、对避雷针安装位置的要求
3.330KV及以上变压器和并联电抗器处必须装设 避雷器，避雷器应尽可能靠近设备本体。
4.220KV及以下变压器到避雷器之间的电气距离 超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。
5.三绕组变压器到低压侧的一相上宜装设一台避
雷器。
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6.自耦变压器必须在两个自耦合的绕组出线上装 设避雷器，避雷器装设于变压器与断路器之间。
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◆土壤电阻率大于500Ωm时，需独立架设避雷针。
◆在变压器的门型构架上，一般也不允许架设避 雷针（线）。
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二、对避雷线安装位置的要求
1.为了防止反击，避雷线与配电装置带电部分、 发电厂和变电所电气设备接地部分以及构架接地 部分间的空气距离，应符合下列要求：
对一端绝缘另一端接地的避雷线
S R 0 .2 0 .1 h l
k
ch
通常
对两端接地的避雷线
不宜
SR k [ 0 .2c h 0 .1 h l]小5m于。
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2.避雷线的接地装置与发电厂变电站接地网间 的地中距离，应符合：
S R 0.3 d
ch 通常不宜小于3m。
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§10-2 变电所内阀型避雷器的保护作用
沿导线传播的侵入波幅值远远高于变电站内设 备绝缘水平，故需采用避雷器作为变电站内侵入 波的防护。 一、避雷器的保护动作过程
后，只要设备离避雷器有一段距离，则设备上所
受冲击电压的最大值必然要高于避雷器残压Ub.5。
所以，当雷电波入侵变电所时，变电所设备上
所受冲击电压的最大值US可表示为：
U U 2l
S
b•5
设备与避雷器之 间的距离
若考虑各设备对地电容的存在以及
U U 变电所具体接线的复杂性，可引入对 2l K
地电容影响系数，则：
2）二路进线的变电所，其最大允许电气距离比 一路进线时大。原因是一路来波时，另一路将分 流部分雷电流。
3）规程建议，三路进线变电所的最大电气允许 距离比二路时增大20%；四路及以上进线可增大 35%。
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变电所的防雷性能通常用危险波曲线来说明。 危险波曲线取得的方法为：
1）在某一运行方式下，固定 入侵波幅值，改变入侵波陡 度直至变电所内某一设备上 的过电压达到其冲击耐压值 为止，记录该入侵波幅值及 其相应的陡度作为危险曲线 上的一点。
7.下列情况变压器中性点应装设避雷器：
1）中性点直接接地系统，变压器中性点为分级 绝缘且装有隔离开关时；
2）中性点直接接地系统，变压器中性点为全绝 缘，但是变电站为单进线且为单台变压器运行时；
3）中性点不接地或经消弧线圈接地系统，多雷 区单进线变压器中性点。
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变电所母线上的避雷器 27
入侵波幅值和陡度位于区域Ⅰ， 2）改变入侵波幅值，重复上
述过程。 则变电所出现雷害事故；位于
Ⅱ区，则无雷害事故。危险波
形越偏上或偏右，则运行方式
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下的防雷性能越好。
三、变电所避雷器保护配置
1.配电装置的每组母线上应装设避雷器，但进出 线都装有避雷器的除外。
2.旁路母线是否装设避雷器视其运行时避雷器到 被保护设备的电气距离是否满足要求而定。
j•3
j 1.15
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为了保证设备安全运行，必须满足：
USUj
U U 即： 2 l K
b•5
j
由上式可见，为了保证变压器和其他设备的
安全，需采取如下措施：
1）必须限制避雷器的残压，也就是说对流过 避雷器的雷电流必须加以限制使之不大于5KA或 10KA；
2）限制入侵波的陡度α；
3）尽量缩短避雷器与被保护设备间的电气距离19 。