第7章电力系统防雷保护课件.ppt
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- 电力系统 防雷 保护 课件
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1、第七章第七章 电力系统防雷保护电力系统防雷保护 电力系统的防雷保护包括了线路、变电所、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。发电厂等各个环节。雷击输电线路的方式 u发生短路接地故障发生短路接地故障u雷电波侵入变电所,破坏设雷电波侵入变电所,破坏设备绝缘,造成停电事故备绝缘,造成停电事故线路遭受雷击线路遭受雷击所能耐受不至于引起闪络所能耐受不至于引起闪络的最大雷电流(的最大雷电流(kA)每每100km线路每年因雷击引起的跳线路每年因雷击引起的跳闸次数闸次数一、输电线路的感应过电压 1 1、雷击线路附近大地时、雷击线路附近大地时v静电感应静电感应v电磁感应电磁感应感应过电压-静电
2、感应分量v在雷电放电的先导阶段(假设为负先导),线路处于雷在雷电放电的先导阶段(假设为负先导),线路处于雷云及先导通道与大地构成的电场之中。由于静电感应,云及先导通道与大地构成的电场之中。由于静电感应,最靠近先导通道的一段导线上感应形成束缚电荷最靠近先导通道的一段导线上感应形成束缚电荷v主放电开始以后,先导通道中的负电荷自下而上被迅速主放电开始以后,先导通道中的负电荷自下而上被迅速中和。相应电场迅速减弱,使导线上的正束缚电荷迅速中和。相应电场迅速减弱,使导线上的正束缚电荷迅速释放,形成电压波向两侧传播释放,形成电压波向两侧传播v由于主放电的平均速度很快,导线上的束缚电荷的释放由于主放电的平均速
3、度很快,导线上的束缚电荷的释放过程也很快,所以形成的电压波过程也很快,所以形成的电压波uiZ幅值可能很高。这幅值可能很高。这种过电压就是感应过电压的静电分量种过电压就是感应过电压的静电分量感应过电压-电磁感应分量 在主放电过程中,伴随在主放电过程中,伴随着雷电流冲击波,在放着雷电流冲击波,在放电通道周围空间出现甚电通道周围空间出现甚强的脉冲磁场,其中一强的脉冲磁场,其中一部分磁力线穿过导线部分磁力线穿过导线大地回路,产生感应电大地回路,产生感应电势,这种过电压为感应势,这种过电压为感应过电压的电磁分量过电压的电磁分量ShI25UdLg ShI25UbLgb bdgbdLgdhhUShI25U
4、2)避雷线接地时:)避雷线接地时:u实际上,避雷线与大地连接保持地电位,电位为实际上,避雷线与大地连接保持地电位,电位为0,可,可以假设为避雷线上再叠加了以假设为避雷线上再叠加了-Ugb的感应电压的感应电压u-Ugb在导线上耦合电压为在导线上耦合电压为-KUgbu导线上的实际感应电压导线上的实际感应电压gdgddbgbgdgdU)k1(U)hhk1(kUUU 1)避雷线不接地时:)避雷线不接地时:即避雷线的屏蔽效应使导线上即避雷线的屏蔽效应使导线上的感应电荷减少,感应电压降的感应电荷减少,感应电压降低了(低了(1K)倍)倍n雷击塔顶时迅速向上发展的主放电引起周围空雷击塔顶时迅速向上发展的主放电
5、引起周围空间电磁场的突然变化,会在导线上感应出与雷间电磁场的突然变化,会在导线上感应出与雷电流极性相反的电压,以静电感应分量为主电流极性相反的电压,以静电感应分量为主n无避雷线时无避雷线时:n有避雷线时,导线上的感应过电压有避雷线时,导线上的感应过电压dgdahU dgdgdh)k1(U)k1(U 数数值值为为雷雷电电流流的的平平均均值值感感应应过过电电压压系系数数其其中中 s/kA6.2IdtdI LL 由于屏蔽效应,感应电压降低了(由于屏蔽效应,感应电压降低了(1K)倍)倍u避雷线避雷线u杆杆 塔塔u闪络后相导线也闪络后相导线也可可分流分流u波头部分波头部分u塔顶电位塔顶电位u塔顶电位幅值
6、塔顶电位幅值雷线分流分流系数,雷电流经避Lgtii()gtLtdch gtgtLchgtdidiuR iLi RLdtdtI(/2.6)LchgtRL:u避雷线耦合到导线上的电位:避雷线耦合到导线上的电位:u1=kutd (避雷线与塔顶电位相同避雷线与塔顶电位相同)(k-几何耦合系数几何耦合系数)u 雷击塔顶时雷电先导在导线上的的感应电位:雷击塔顶时雷电先导在导线上的的感应电位:U U2 2=-=-hd(1-k)u导线电位导线电位)k1(hkuUUudtd21d u绝缘子串的作用电压绝缘子串的作用电压:Uj=塔顶电位塔顶电位Utd 导线电位导线电位Ud =Utd KUtd +hd(1-k)=(
7、Utd +hd)(1-K)=IL(Rch+Lgt/2.6)+IL hd/2.6(1-K)=IL(Rch+Lgt/2.6)+hd/2.6(1-K)6.2h)6.2LR()k1(UIdgtch%50j1 u反击耐雷水平与导线地线间的耦合系数反击耐雷水平与导线地线间的耦合系数k,杆塔分流系杆塔分流系数数,杆塔冲击接地电阻杆塔冲击接地电阻Rch,杆塔等值电感杆塔等值电感Lgt以及绝缘以及绝缘子串的子串的50放电电压放电电压Uj50等因素有关等因素有关u还必须考虑工频电压的作用以及触发相位还必须考虑工频电压的作用以及触发相位u距离远,耦合系数小,一般以外侧或下方导线计算距离远,耦合系数小,一般以外侧或下
8、方导线计算u通常以降低通常以降低Rch,提高提高k为提高反击耐雷水平的主要手段为提高反击耐雷水平的主要手段6.2h)6.2LR()k1(UIdgtch%50j1 v35kV:20-30kAv110kV:40-75kAv220kV:75-110kAv330kV:100-150kAv500kV:125-175kA2.雷击避雷线档距中央b0b0LbgAZZ2ZZi2ZiU Z0Zb/2A0LZ2i2ig 电力系统多年的运行经验表明,间距只要满足上式要求,雷击档距中央避雷线时,导线与避雷线间一般不会发生闪络。所以,在计算雷击跳闸率时,不计及这种情况。(0.0121)slm规程规定:对于一般档距的线路,
9、如果档距中央处导线、避雷线之间的空气距离满足下述经验公式,则一般不会出现击穿事故:假设雷击A点开始(t=0)1114()44bAbbAZltttuatvZZllttuata tavv当时,当时,高电压技术3.雷绕过避雷线击于导线的过电压及耐雷水平雷绕过避雷线击于导线的过电压及耐雷水平 此时,避雷线只起到降低绕击率的作用:平原线路:alg3.9086hp山区线路:alg3.3586hp 装设避雷线的线路仍然有雷绕过避雷线而击于导线的可能性,虽然绕击的概率很小,但一旦出现此情况,则往往会引起线路绝缘子的闪络。NN N 3 UVLE 2 jjjmmUELULll中性点直接接地系统为线路额定电压k,为
10、绝缘子的放电距离中性点非直接接地系统为木横担线路的线间距离275.010)145.4(E防止雷直击于导线;防止雷直击于导线;对雷电流有分流作用,使塔顶电位下降;对雷电流有分流作用,使塔顶电位下降;对导线有耦合作用,降低雷击杆塔时绝缘子串上电压;对导线有耦合作用,降低雷击杆塔时绝缘子串上电压;对导线有屏蔽作用,可降低导线上感应电压对导线有屏蔽作用,可降低导线上感应电压n(二)降低杆塔接地电阻(二)降低杆塔接地电阻 提高线路耐雷水平和减少反击概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率的主要措施。杆塔的工频接地电阻一般为1030。n(三)(三)线路越长、接地电流就越大,以
11、致完全有可能线路越长、接地电流就越大,以致完全有可能使接地电弧不能自行熄灭而引起线路跳闸。为降低接地电流,使接地电弧不能自行熄灭而引起线路跳闸。为降低接地电流,可在中性点加装消弧线圈,以使接地相电流中增加一个感性可在中性点加装消弧线圈,以使接地相电流中增加一个感性分量,它和装设消弧线圈前的电容性分量相抵消,减少了接分量,它和装设消弧线圈前的电容性分量相抵消,减少了接地相电流地相电流 n和降低雷击跳闸率。和降低雷击跳闸率。n(五)加强绝缘(五)加强绝缘n由于输电线路个别地段需采用大档距跨越杆塔,也就增加了由于输电线路个别地段需采用大档距跨越杆塔,也就增加了杆的落雷机会。高塔落雷时塔顶电位高,感应
12、过电高,而且杆的落雷机会。高塔落雷时塔顶电位高,感应过电高,而且受绕击的概率也较大。为降低线路跳闸率,可以增加绝缘子受绕击的概率也较大。为降低线路跳闸率,可以增加绝缘子串片数,加大大档距跨越避雷线与导线之间的距离,以加强串片数,加大大档距跨越避雷线与导线之间的距离,以加强线路绝缘。在线路绝缘。在35kV以下线路可采用磁横担等冲击闪络电压较以下线路可采用磁横担等冲击闪络电压较高的绝缘子串来降低雷击跳闸。高的绝缘子串来降低雷击跳闸。n(六六)自动重合闸自动重合闸n由于雷击造成的闪络大多数能在跳闸后自动恢复绝缘性能,由于雷击造成的闪络大多数能在跳闸后自动恢复绝缘性能,因此重合闸成功率较高。据统计,我
13、国因此重合闸成功率较高。据统计,我国110kV及以上高压线及以上高压线路重合成功率为路重合成功率为75%95%,35kV及以下线路约为及以下线路约为50%80%。因此各电压等级线路应尽量装设自动重合闸。因此各电压等级线路应尽量装设自动重合闸。基本要求:基本要求:8.2 变电所的防雷保护变电所的防雷保护发电厂、变电所遭受雷害可能来自两方面:l雷直击于发电厂、变电所;l雷击线路,沿线路向发电厂、变电所入侵的雷电波。8.1发电厂、变电所的直击雷保护发电厂、变电所的直击雷保护 为了防止雷直击于发电厂、变电所,可以装设避雷针,应该使所有设备处于避雷针保护范围之内,此外,还应采取措施,防止雷击避雷针时的反
14、击事故。K变电构架变电构架变电构架变电构架变压器构架变压器构架0LKLchdiuL hi RdtchLdRiu 避雷针和其他接地装置上的避雷针和其他接地装置上的电位电位 和和 与冲击接地电阻与冲击接地电阻 有关,有关,越小则越小则 和和 越低。越低。kukududuchRKmkV/500 为了防止避雷针与被保护设备或构架之间的空气间隙为了防止避雷针与被保护设备或构架之间的空气间隙 被被击穿而造成反击事故,必须要求击穿而造成反击事故,必须要求 大于一定距离,若取空气大于一定距离,若取空气的平均抗电强度的平均抗电强度 ,则,则 应满足:应满足:KSKSKS0.30.1()KchSRh m1kKUS
15、EK 同样,为了防止避雷针接地装置和被保护设备接地装置之同样,为了防止避雷针接地装置和被保护设备接地装置之间在土壤中的间隙间在土壤中的间隙 被击穿,必须要求被击穿,必须要求 大于一定距离,大于一定距离,应满足下式(假设土壤的抗电强度为应满足下式(假设土壤的抗电强度为500kV/m):):)(3.0mRSchddSdS在一般情况下,在一般情况下,不小于不小于5m,不应小于不应小于3m。kSdSK2ddUSE 按照安装方式的不同,将避雷针分为:按照安装方式的不同,将避雷针分为:l独立避雷针独立避雷针l装在配电装置构架上的避雷针装在配电装置构架上的避雷针 (简称构架避雷针)(简称构架避雷针)从经济观
16、点出发希望采用构架避雷针,因为它既能节省支座的钢材,又能省去专用的接地装置,由于变压器的绝缘较弱又是变电所中最重要的设备,故在变压器门型构架上不应装设避雷针;对35KV及以下变电所宜装设独立避雷针,独立避雷针有自己专用的支座和接地装置,其接地电阻一般不超过10 。我国规程规定:我国规程规定:110KV及以上的配电装置,一般将避雷针装在构架上。及以上的配电装置,一般将避雷针装在构架上。但在土壤电阻率但在土壤电阻率 的地区,仍宜装设独立避的地区,仍宜装设独立避雷针,以免发生反击。雷针,以免发生反击。35KV及以下的配电装置应采用独立避雷针来保护;及以下的配电装置应采用独立避雷针来保护;60KV的配
17、电装置,在的配电装置,在 的地区宜采用独立避的地区宜采用独立避雷针,在雷针,在 的地区容许采用构架避雷针。的地区容许采用构架避雷针。发电厂厂房一般不装设避雷针,以免发生反发电厂厂房一般不装设避雷针,以免发生反击事故和引起继电保护误动作。击事故和引起继电保护误动作。m1000m 500m 500n8.2 阀式避雷器保护作用的分析阀式避雷器保护作用的分析n装设阀式避雷器是变电所对入侵雷电过电压波进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。但是还需要有电压波的幅值。但是还需要有“进线段保护进线段保护”与
18、与之配合。之配合。n阀式避雷器的保护作用基于三个前提:阀式避雷器的保护作用基于三个前提:n(1)它的伏秒特性与被保护绝缘的伏秒特性有良好它的伏秒特性与被保护绝缘的伏秒特性有良好的配合的配合 n(2)它的伏安特性应保证其残压低于被保护绝缘的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冲击电气强度 n(3)被保护绝缘必须处于该避雷器的保护距离之内被保护绝缘必须处于该避雷器的保护距离之内避雷器避雷器变压器变压器u1zbu1Zu2动作前的等值电路biu2bu动作后的等值电路bu1Z 变电所中有很多设备,不可能在每个设备旁都装设一组变电所中有很多设备,不可能在每个设备旁都装设一组避雷器,一般只在
19、变电所母线上装设避雷器,由于变压器避雷器,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,因此避雷器应尽可能靠近变压器。这样,是最重要的设备,因此避雷器应尽可能靠近变压器。这样,避雷器离开变压器和各电气设备都有一段长度不等的距离,避雷器离开变压器和各电气设备都有一段长度不等的距离,当雷电波入侵时,变压器和各电气设备上的电压将与避雷当雷电波入侵时,变压器和各电气设备上的电压将与避雷器上电压不相同器上电压不相同。被保护绝缘与避雷器间的电气距离(沿母线和连接线计被保护绝缘与避雷器间的电气距离(沿母线和连接线计算的距离)越大,来波陡度越大,电压差值也就越大。算的距离)越大,来波陡度越大,电压
20、差值也就越大。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(流经避雷器的雷电流一般不超过5KA,故残压的最大值取5KA下的数值),则变压器将得到可靠的保护。由于避雷器与变压器之间有一段距离,绝缘上实际受到由于避雷器与变压器之间有一段距离,绝缘上实际受到的电压波形与残压波形不一样,这是因为母线、连接线等的电压波形与残压波形不一样,这是因为母线、连接线等都有某些杂散电感与电容,它们与绝缘的电容都有某些杂散电感与电容,它们与绝缘的电容C将构成某将构成某种振荡回路。其结果是使得绝缘上出现的电压波形由一非种振荡回路。其结
21、果是使得绝缘上出现的电压波形由一非周期分量(避雷器工作电阻上的电压)与一衰减性振荡分周期分量(避雷器工作电阻上的电压)与一衰减性振荡分量组成。这种波形更接近于冲击截波。因此我们常以变压量组成。这种波形更接近于冲击截波。因此我们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流的能力。变压器承受截波的能力称为多次截波耐压值。流的能力。变压器承受截波的能力称为多次截波耐压值。)(tucuut 对于一般变电所的入侵雷电波防护设计主要是选择避雷器的安装位置,其原则是在任何可能的运行方式下,变电所的变压器和各设备距避雷器的电气距离皆应小于最大允
22、许电气距离maxl()max2w iisUUla()w iU绝缘的雷电冲击耐压值绝缘的雷电冲击耐压值isU阀式避雷器的冲击放电电压阀式避雷器的冲击放电电压()w iisUUU8.3变电所进线段保护变电所进线段保护8.3.1变电所的进线段保护作用变电所的进线段保护作用进线段保护的必要性 如果当雷击于变电所附近的导线时,流过导线的电流将超过一定值,而且陡度也会超过允许值。因此,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,进线段保护是对雷电侵入波保护的一个重要辅助手段。进线段保护 进线段保护是指在临近变电所12km的一段线路上加强防雷保护措施。例如:例如:当线路全线无避雷线时,在当线路全
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