防雷及过电压保护.pptx
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1、过电压的类型及产生原因过电压的类型及产生原因 直击雷过电压 雷电过电压 感应雷过电压 侵入雷电波过电压 长线电容效应 工频过电压 不对称接地故障 过电压 甩负荷 暂时过电压 线性谐振 消弧线圈补偿网络的线性谐振 传递过电压 谐振过电压 铁磁谐振 线路断线 电磁式电压互感器饱和 内部 参数谐振 发电机同步或异步自励磁 开断电容器组过电压 操作电容负荷过电压 开断空载长线过电压 关合(重合)空载长线过电压 开断空载变压器过电压 操作过电压 操作电感负荷过电压 开断并联电抗器过电压 开断高压电动机过电压 解列过电压 间歇电弧过电压第1页/共42页电力系统过电压水平电力系统过电压水平 1113.1 工
2、频过电压的允许水平 110kV及以下电力系统的工频过电压一般不超过下列数值:110kV系统 1.3 p.u.35kV66 kV系统 3 p.u.3kV10 kV系统 1.13 p.u.1113.2 操作过电压的允许水平 目前,在选择配电装置及电气设备绝缘水平时,计算用最大操作过电压水平为:相对地:110kV(有效接地系统)3.0 p.u.66 kV及以下(除低电阻接地系统外)4.0 p.u.35 kV及以下(低电阻接地系统)3.2 p.u.相间:3kV110 kV系统相间操作过电压宜取相对地过电压的1.31.4倍。当采用金属氧化物避雷器限制操作过电压时,相对地及相间计算用最大操作过电压的标幺值
3、需经研究确定。第2页/共42页绝缘配合绝缘配合1114.1 绝缘配合原则(1)绝缘配合:是按系统中出现的各种电压和保护装置的特性来确定设备的绝缘水平。原则要求:把各种过电压所引起的设备损害和影响连续运行的概率,降低到经济上和技术上能接受的水平。(工程造价、维修费用、故障损失)(2)工频运行电压和暂时过电压下的绝缘配合 *工频运行电压下电气装置外绝缘的爬电距离应符合相应环境污秽分级条件下的爬电比距要求。*变电所电气设备应能承受一定幅值和时间的工频过电压和谐振过电压。(3)操作过电压下的绝缘配合 *架空线路和变电所绝缘子串、空气间隙的操作过电压要求的绝缘水平,以计算用最大操作过电压为基础进行绝缘配
4、合。将绝缘强度作为随机变量处理。*当需用避雷器限制某些操作过电压的场合,则以避雷器的相应保护水平为基础进行绝缘配合,(对操作冲击的配合系数一般取1.15)。110kV及以下电气装置承受暂时过电压及操作过电压的作用,以电气设备的短时(1min)工频耐受电压来表征。第3页/共42页 绝缘配合绝缘配合(续)(续)(4)雷电过电压下的绝缘配合 变电所中电气设备、绝缘子串和空气间隙的雷电冲击强度,以避雷器雷电保护水平为基础进行配合,雷电过电压的配合系数取1.4。雷电过电压下电气设备的绝缘强度,以电气设备的额定雷电冲击耐受电压来表征。(5)绝缘配合的波形 *操作冲击电压波:至最大值时间250s,波尾250
5、0 s。*雷电冲击电压波:波头1.2s,波尾50s。*雷电流幅值一般不超过100kA,我国一般地区雷电流幅值超过I 的概率P为lgP I/88,年雷暴日数 20的地区,分母可取44。(5)110kV及以下电气装置一般由雷电过电压决定绝缘水平。(7)高海拔地区(1000m)的电气装置外绝缘爬电距离和空气间隙,应按海拔进行校正。可采取加强绝缘或选用高原型电器。1114.2 绝缘配合要求 海拔不超过1000m地区的绝缘配合计算结果见表11-1-1、11-1-3、11-1-4和11-1-5。第4页/共42页11.2 过电压保护设计要求及限制措施暂时过电压保护暂时过电压保护1122.1 工频过电压:11
6、0kV110kV及以下电力网不需要采取专门措施。对可能偶然形成局部不接地系统、低压侧有电源的110kV110kV变压器不接地的中心点,应装设间隙。1122.2 谐振过电压:基本原则是避免出现谐振的条件。*110kV110kV系统采用带均压电容的断路器开断连接有电磁式电压互感器的空载母线,经验算有可能产生铁磁谐振时,宜选用电容式电压互感器。*经验算如断路器操作中因操动机构故障出现非全相或严重不同期所产生的铁磁谐振过电压,可能危及中性点为标准分级绝缘、运行时中性点不接地的110kV变压器的中性点绝缘时,宜在中性点装设间隙。*366kV366kV电磁式电压互感器:应选用饱和点较高者;其高压绕组中性点
7、尽可能不接地,或经电阻接地(10kV10kV及以下者);在三角形开口绕组装设电阻;装设消谐器。*366kV366kV非有效接地系统,应采用性能良好的设备并提高运行维护水平。*适当选择消弧线圈的脱谐度,无消弧线圈时增大系统对地电容,以防传递过电压。第5页/共42页操作过电压保护操作过电压保护 (1)线路合闸和重合闸过电压 110kV及以下系统的线路合闸和重合闸过电压一般不超过,通常无需采取限制措施。(2)空载线路分闸过电压 *110kV开断架空线路,该过电压不超过;开断电缆线路,可能超过。开断空载架空线路宜采用不重击穿的断路器;开断电缆线路应该采用不重击穿的断路器。*66kV及以下系统中,开断空
8、载线路断路器发生重击穿的过电压一般不超过;开断前系统已有单相接地故障,使用一般断路器操作时产生的过电压可能大于。为此,选用操作断路器时,应使其开断空载线路过电压不超过。(3)366kV系统开断并联电容补偿装置如断路器发生单相重击穿时,电容器高压端对地过电压可能超过。开断前电源侧有单相接地故障时,该过电压将更高。开断时如发生两相重击穿,电容器极间过电压可能超过电容器的额定电压的3.54倍。操作并联电容补偿装置,应采用开断时不重击穿的断路器。对于需频繁投切的补偿装置,宜装设并联电容补偿装置金属氧化物避雷器。第6页/共42页操作过电压保护操作过电压保护(续)(续)(4)操作空载变压器和并联电抗器等的
9、过电压 1)开断空载变压器由于断路器强制熄弧(截流)产生的过电压,与断路器型式、变压器铁芯材料、绕组型式、回路元件参数和系统接地方式等有关。当开断具有冷轧硅钢片铁芯的空载变压器时,过电压一般不超过,可不采取保护措施。开断具有热轧硅钢片铁芯的110kV变压器的过电压一般不超过;66kV及以下变压器一般不超过。采用熄弧性能较强的断路器开断激磁电流较大的变压器以及并联电抗补偿装置产生的高幅值过电压,可在断路器的非电源侧装设阀式避雷器加以限制。保护变压器的避雷器可装在其高压侧或低压侧。但高、低压侧系统接地方式不同时,低压侧宜装设操作过电压保护水平较低的避雷器。2)在可能只带一条线路运行的变压器中性点消
10、弧线圈上,宜用阀式避雷器限制切除最后一条线路两相接地故障时,强制开断消弧线圈电流在其上产生的过电压。3)空载变压器和并联电抗补偿装置合闸产生的操作过电压一般不超过,可不采取保护措施。第7页/共42页操作过电压保护操作过电压保护(续)(续)(5)在开断高压感应电动机时,因断路器的截流、三相同时开断和高频重复重击穿等会产生过电压(后两种仅出现于真空断路器开断时)。过电压幅值与断路器熄弧性能、电动机和回路元件参数等相关。开断空载电动机的过电压一般不超过。开断起动过程中的电动机时,截流过电压和三相同时开断过电压可能超过,高频重复重击穿过电压可能超过。采用真空断路器或采用截流值较高的少油断路器时,宜在断
11、路器与电动机之间装设旋转电机金属氧化物避雷器或RC阻容吸收装置。高压感应电动机合闸的操作过电压一般不超过,可不采取保护措施。(6)66k及以下系统发生单相间歇性电弧接地故障时,可产生的过电压与接地方式有关。一般情况下最大过电压不超过下列数值:不接地,消弧线圈接地-3.2 p.u.,电阻接地-2.5 p.u.。具有限流电抗器、电动机负荷,且参数配合不利的3kV10kV某些不接地系统,发生间歇性电弧接地故障时,可能产生危及设备绝缘的过电压;宜根据工程的重要程度进行必要的预测,以确定保护方案。如采用自动跟踪的消弧线圈接地方式使接地点残余电流不超过10A;对中压电缆电网及接有旋转电机的电网,改用中性点
12、电阻接地方式等。(7)采用无间隙金属氧化物避雷器限制各类操作过电压时,其持续运行电压和额定电压不应低于表11-2-9所列数值。避雷器应能承受操作过电压作用的能量。第8页/共42页雷电过电压保护雷电过电压保护 雷电过电压(1)设计及运行中应考虑直接雷击、雷电反击和感应雷电过电压对电气装置的危害。(2)架空线路上的雷电过电压。1)距架空线路S65m处,雷云对地放电时,线路上产生的感应过电压最大值可按式(11-2-1)计算。2)雷击架空线路导线产生的直击雷过电压,可按式(11-2-2)确定。3)因雷击架空线路避雷线、杆顶形成作用于线路绝缘的雷电反击过电压,与雷电参数、杆塔型式、高度和接地电阻等有关。
13、宜适当选取杆塔接地电阻,以减少雷电反击过电压的危害。(3)变电所内的雷电过电压来自雷电对配电装置的直接雷击、反击和架空进线上出现的雷电侵入波。(措施见后面。)按标准要求对采用的雷电侵入波过电压保护方案校验时,校验条件为保护接线一般应该保证2km外线路导线上出现雷电侵入波过电压时,不引起变电所电气设备绝缘损坏。第9页/共42页雷电过电压保护雷电过电压保护(续)(续)变配电所的直击雷过电压保护(1)变电所的直击雷过电压保护可采用避雷针、避雷线、避雷带及钢筋焊接成网接地。下列设施应装设直击雷保护装置:1)屋外配电装置,包括母线廊道;2)油处理室、燃油泵房、露天油罐及其架空管道、装卸油台、易燃材料仓库
14、等建筑物;3)乙炔发生站、制氢站、露天氢气罐、氢气罐储存室、天然气调压站、天然气架空管道及其露天贮罐。(2)发电厂的主厂房、主控制室和和配电装置室一般不装设直击雷保护装置。为保护其他设备而装设的避雷针,不宜装在独立的主控制室和35kV及以下变电所的屋顶上,但采用钢结构或钢筋混凝土结构等有屏蔽作用的建筑物的车间变电所可不受此限制。雷电活动特殊强烈地区的主控制室和配电装置室宜设直击雷保护装置。(金属屋顶、钢筋混凝土屋顶、810m网格的避雷带,其引下线间距1020m。引下线接主接地网,加集中接地装置。)已在相邻高建筑物保护范围内的建筑物或设备,可不装设直击雷保护装置。(3)露天布置的GIS的外壳不需
15、装设直击雷保护装置,但应接地。第10页/共42页雷电过电压保护雷电过电压保护(续)(续)(4)110kV及以上的配电装置,一般将避雷针装在架构或屋顶上,但土壤电阻率大于1000m地区宜装设独立避雷针。66kV的配电装置,允许将避雷针装在架构或屋顶,但土壤电阻率大于500m地区宜装设独立避雷针。35kV及以下高压配电装置架构或屋顶不宜装避雷针。架构上的避雷针与主接地网的地下连接点至变压器与主接地网的地下连接点之间,沿接地体的长度不得小于15m。(5)变电所有爆炸危险的建构筑物,应用独立避雷针保护,并应采取防止雷电感应的措施。(具体要求见p390。)(6)(1)?中所述设施上的直击雷保护装置包括兼
16、作接闪器的设备金属外壳、电缆金属外皮、建筑物金属构件等,其接地可利用变电所的主接地网,但应在直击雷保护装置附近装设集中接地装置。(7)独立避雷针(线)宜设独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区,其接地电阻不宜超过10。(8)独立避雷针、避雷线与配电装置带电部分间的空气中距离以及独立避雷针、避雷线的接地装置与接地网间的地中距离。见p392。第11页/共42页雷电过电压保护雷电过电压保护(续)(续)(9)在变压器门型架构上和离变压器主接地线小于15m的配电装置的架构上,当土壤电阻率大于350.m时,不允许装设避雷针、避雷线;如不大于350.m,至少遵守下列规定,方可在变压器门型架构上装设避雷针、避雷
17、线:1)装在变压器门型架上的避雷针应与接地网连接,并应沿不同方向引出34根放射形水平接地体,每根水平接地体离避雷针架构35m处装设一根垂直接地体;2)直接在335kV变压器的所有绕组出线上或在离变压器电气距离不大于5m条件下装设阀式避雷器。在35kV变电所的变压器门型架构上装设避雷针时,变电所接地电阻不应超过4(不包括架构基础的接地电阻)。(10)110kV配电装置,可将线路的避雷线引接到出线门型架构上,土壤电阻率大于1000m的地区,应装设集中接地装置。35kV、66kV配电装置,在土壤电阻率不大于500m的地区,允许将线路的避雷线引接到出线门型架构上,但应装设集中接地装置。在土壤电阻率大于
18、500m的地区,避雷线应架设到线路终端杆塔为止。从线路终端杆塔到配电装置的一档线路的保护,可采用独立避雷针,也可在线路终端杆塔上装设避雷针。(11)装有避雷针、避雷线的架构上的照明灯电源线的敷设要求。第12页/共42页雷电过电压保护雷电过电压保护(续)(续)范围变电所高压配电装置的雷电侵入波过电压保护(1)变电所应采取措施防止或减少近区雷击闪络。(2)未沿全线架设避雷线的35kV架空线路,其变电所的进线段应采用图11-2-1所示的保护接线。(3)具有35kV及以上电缆段的变电所进线保护接线,见图12-2-2。(建议补画1km避雷线,其余类推。)(4)具有架空进线的35kV变电所敞开式高压配电装
19、置中阀式避雷器的配置。见p394,重点是避雷器至主变压器的距离。(5)变压器中性点装设雷电过电压保护装置 的要求。见P395。(6)自耦变压器的典型保护接线,见图11-2-3。(7)35kV110kV开关站,应根据其重要性和进线路数等条件,在母线上或进线上装设阀式避雷器。(8)与架空线路连接的三绕组自耦变压器,其低压绕组如有开路运行的可能时,应在变压器低压绕组三相出线上装设阀式避雷器,但如该绕组连有25m及以上埋地金属外皮电缆段,则可不必装设。(9)变电所的310kV配电装置(包括电力变压器)的保护,见p395及图12-2-4、表12-2-3。第13页/共42页雷电过电压保护雷电过电压保护(续
20、)(续)气体绝缘全封闭组合电器(GIS)变电所的雷电侵入波过电压保护(1)66kV及以上进线无电缆段的GIS变电所的保护接线,见图12-2-5。(2)66kV及以上进线有电缆段的GIS变电所的保护接线,见图12-2-6。(3)进线全长为电缆的GIS变电所内是否需装设金属氧化物避雷器,应视电缆另一端有无雷电过电压波侵入的可能,经校验确定。及以下小容量变电所雷电侵入波过电压的简易保护(1)容量为31505000kVA的变电所的35kV侧,可根据负荷的重要性及雷电活动的强弱等条件适当简化保护接线,见图12-2-7。(2)容量为3150kVA以下供非重要负荷的变电所35kV侧,根据雷电活动的强弱,可采
21、用图11-2-8(a)的保护接线。(3)小于3150kVA供非重要负荷的35kV分支变电所,根据雷电活动的强弱,可采用图11-2-9的保护接线。(4)简易保护接线的变电所35kV侧,阀式避雷器与主变压器或电压互感器的最大电气距离不宜超过10m。第14页/共42页雷电过电压保护雷电过电压保护(续)(续)配电系统的雷电过电压保护(1)310kV配电系统中的配电变压器应装设阀式避雷器保护。阀式避雷器应尽量靠近变压器装设,其接地线应与变压器低压侧中性点(低压侧中性点接地并与保护接地相连时,或中性点不接地时则为中性点的击穿保险器的接地端)以及金属外壳等连在一起接地。(2)310kV的Y,yn、D,yn和
22、Y,y(低压侧中性点接地和不接地)接线的配电变压器,除在高压侧装设避雷器外,尚宜在低压侧装设一组阀式避雷器或击穿保险器,以防止反变换波和低压侧雷电侵入波击穿高压侧绝缘;但厂区内的配电变压器可根据运行经验确定,原理接线如图11-2-10所示。低压侧中性点不接地的配电变压器,应在中性点装设击穿保险器,接线如图11-2-11所示。(3)350.4kV配电变压器,其高、低压侧均应装设阀式避雷器保护。(4)310kV柱上断路器和负荷开关应装设阀式避雷器保护。经常断路运行而又带电的柱上断路器、负荷开关或隔离开关,应在带电侧装设阀式避雷器,其接地线应与柱上断路器等的金属外壳连接,且接地电阻不应超过10。装在
23、架空线路上的电容器,宜装设阀式避雷器保护。第15页/共42页雷电过电压保护雷电过电压保护(续)(续)旋转电机的雷电过电压保护(1)与架空线路直接连接的旋转电机(发电机、变频机和电动机等,简称直配电机)的雷电过电压保护方式,应根据电机容量、雷电活动的强弱和对运行可靠性的要求确定。(2)单机容量为1500kW及以下的直配电机,宜采用图11-2-12所示的保护接线;有困难时,也可采用图11-2-13所示的保护接线。(3)在多雷区,经变压器与架空线路连接的非直配电机,如变压器高压侧的系统标称电压为66kV及以下时,为防止雷电过电压经变压器绕组的电磁传递而危及电机的绝缘,宜在电机出线上装设一组旋转电机阀
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- 防雷 过电压 保护
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