變電站的防雷接地

1、第七章 發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù) 內(nèi)容提要： 1、發(fā)電廠和變電所的直擊雷防護(hù) 2、避雷器的保護(hù)作用 3、變電所的進(jìn)線保護(hù) 4、配電變壓器的防雷保護(hù) 5、直配電機(jī)的防雷前 言 發(fā)電廠、變電所是電力系統(tǒng)的重要組成部分，如發(fā)生雷擊事故，可能會(huì)使變壓器及其他電器等主要設(shè)備發(fā)生損壞，造成大面積停電，嚴(yán)重影響國民經(jīng)濟(jì)和人民生活，因此，對發(fā)電廠、變電所的防雷保護(hù)，必須十分可靠。 發(fā)電廠和變電所的雷害來源于兩方面：一是雷電直擊，另一是雷擊線路后沿線路向發(fā)電廠、變電所傳來的入侵波。 發(fā)電廠、變電所直擊雷防護(hù)的措施常采用避雷針（線），入侵波的防護(hù)采用閥型避雷器，同時(shí)輔之以相應(yīng)的措施，以限制流過避雷器的雷電流和降低

2、入侵波的陡度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國35kV和110-220kV變電所由于入侵波而引起的事故率分別為0.67次/百所年和0.5次/百所年，直配電機(jī)的雷擊損壞率約為1.25次/百所年。7.1 發(fā)電廠、變電所直擊雷保護(hù)1、所有被保護(hù)設(shè)備均應(yīng)處于避雷針的保護(hù)范圍之內(nèi)。2、為了防止反擊，避雷針距離被保護(hù)設(shè)備空氣中距離不小于5米；避雷針的接地裝置與被保護(hù)物的接地裝置在土壤中距離不小于3米。分析發(fā)電廠、變電所架設(shè)避雷針的原則：分析Ud=iLRch dtdihLiRdtdiLiRUchchk0設(shè)雷電流的幅值為150kA，雷電流陡度 ，避雷針的電感L0=1.7uH/m，則： uskAdtdiL/30hRUchk5115

3、0chdRU150 若取空氣和土壤的沖擊放電電壓均為每米500kV，則避雷針在空氣中與被保護(hù)物之間應(yīng)保持 避雷針的接地裝置與被保護(hù)物的接地裝置之間應(yīng)保持 一般情況下，避雷針接地電阻為10歐，高度要在幾十米，所以空氣中距離取5米，土壤中取3米。hRSchk1 . 03 . 0chdRS3 . 0反擊被認(rèn)為是避雷針的主要缺點(diǎn)之一。在建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50057-1994）中給出了不同類建筑物與避雷針之間為防反擊所需的距離的求解公式。在電力系統(tǒng)，空氣中避雷針與被保護(hù)物之間的距離要求不小于5m，土壤中，避雷針的接地裝置與被保護(hù)物的接地裝置之間的距離要求不小于3m。當(dāng)受現(xiàn)場條件限制滿足不了安全凈距

4、的要求時(shí)，可以將避雷針的接地裝置與被保護(hù)物的接地裝置進(jìn)行等電位聯(lián)結(jié)。 3、對于35kV及以下的變電所，因其絕緣水平較低，故不允許將避雷針裝在配電構(gòu)架上，以免發(fā)生反擊，需架設(shè)獨(dú)立避雷針并滿足不發(fā)生反擊的要求。4、發(fā)電廠廠房上一般不設(shè)避雷針，以免發(fā)生反擊事故和引起繼電保護(hù)誤動(dòng)作。110kV及以上的變電所可以將避雷針裝設(shè)在配電裝置的構(gòu)架上。但避雷針的配電構(gòu)架應(yīng)裝設(shè)輔助接地裝置，此接地裝置與變電所接地網(wǎng)的連接點(diǎn)距主變壓器接地裝置與變電所接地網(wǎng)的連接點(diǎn)之間的距離不小于15米。我的構(gòu)架上不能設(shè)避雷針！ 如圖一陡度為30kV/us的無限長斜角波從一條波阻抗Z=300歐的半無限長架空線路上傳來，A、B兩點(diǎn)間距

5、300米，B點(diǎn)開路，A點(diǎn)管型避雷器的放電電壓為120KV，求FT動(dòng)作時(shí)B點(diǎn)電壓及A、B兩點(diǎn)最大電壓。 TAB=1us，2 us后有反行波從B點(diǎn)返回。反行波與前行波極性和波形相同。所以有：230+2t30=120得到t=1us,即3us時(shí)避雷器動(dòng)作，此時(shí)B點(diǎn)電壓為60kV， B點(diǎn)最大電壓為2 90=180kV，A點(diǎn)最大電壓為120kV。7.2 變電所母線閥型避雷器的保護(hù)作用 對避雷器的基本要求是：先于被保護(hù)物放電，并能可靠滅弧。避雷器與被保護(hù)物之間最好零距離，但從成本上考慮，變電所中是在母線上加裝一組避雷器，此時(shí)避雷器是有保護(hù)范圍的。 t=l/v時(shí)刻 uA=a,uB=0；前行波到達(dá)B點(diǎn)發(fā)生全反射

6、； t=2時(shí)刻 uA=2a,uB=2a；反行波回到A點(diǎn),A點(diǎn)電壓按UA=at+a(t-2)=2a(t-)變化；設(shè)變壓器入口電容很小，相當(dāng)于開路 所以、變壓器上承擔(dān)的最大電壓2at0等于避雷器的殘壓2a(t0-)與2a的和，即：vlauubB25 t=t0 時(shí)刻避雷器放電，A點(diǎn)電壓為2a(t0-),令它等于5kA下避雷器的殘壓Ub5。前行波在A點(diǎn)電壓是at0,此電壓到達(dá)B點(diǎn)后發(fā)生全反射，是變壓器上出現(xiàn)的最大電壓，等于2at0。實(shí)際上由于變電所具體接線的復(fù)雜性以及各設(shè)備具有對地電容存在，避雷器與變壓器之間的連線也有電感，使避雷器動(dòng)作后在避雷器與變壓器之間的波過程復(fù)雜化。這是由于避雷器放電時(shí)產(chǎn)生的的

7、負(fù)電壓波在避雷器與變壓器之間多次反射所引起的。此時(shí)，變壓器上的波形與全波相差很大，對變壓器絕緣的作用接近于截?cái)嗖?。因此常以變壓器絕緣承受截?cái)嗖ǖ哪芰碚f明變壓器承受雷電的能力，變壓器承受截?cái)嗖ǖ哪芰ΨQ為多次截波耐受電壓uj。變壓器要得到保護(hù)，其多次截波耐受電壓應(yīng)該高于此電壓，即：jbuvlau25額定電壓變壓器三次波耐受電壓變壓器多次波耐受電壓FZ型避雷器ub5FCZ型避雷器ub535110220330225550109013001964789491130134332664108260515820jbuvlau25分析為了保證設(shè)備安全，必須限制避雷器的殘壓，也就是限制流過避雷器的雷電流不超過5

8、kA，同時(shí)也必須限制入侵波的陡度和設(shè)備離開避雷器的距離。在入侵波陡度一定時(shí)，避雷器與變壓器之間的距離有一極限值，超過此值，變壓器上受到的沖擊電壓將超過其沖擊耐壓，避雷器對變壓器起不到保護(hù)作用，此值稱為避雷器的最大保護(hù)距離或稱保護(hù)范圍。7.3 變電所進(jìn)線的保護(hù) 為了限制流經(jīng)避雷器的雷電流和限制入侵波的陡度，變電所需采用進(jìn)線保護(hù)接線。一、35及以上變電所的進(jìn)線段保護(hù)對于35110kV無避雷線的線路，當(dāng)雷擊于變電所附近線路的導(dǎo)線上時(shí)，沿線入侵流經(jīng)避雷器的雷電流可能超過5kA，而且陡度也可能超過允許值，因此對對于35110kV無避雷線的線路，在靠近變電所的一段進(jìn)線上，必須架設(shè)避雷線，在進(jìn)線段內(nèi)出現(xiàn)雷電

9、波的概率大大減小，保證雷電波只能在進(jìn)線段以外出現(xiàn)。架設(shè)避雷線的這段進(jìn)線稱為變電所進(jìn)線保護(hù)段1）閥型避雷器的作用：保護(hù)全所設(shè)備2）避雷線作用：避雷線保護(hù)角很小，在進(jìn)線段內(nèi)不發(fā)生繞擊，雷擊于進(jìn)線段以外的導(dǎo)線上時(shí)，導(dǎo)線自身電阻將消耗入侵波能量，來限制入侵波幅值。3）管型避雷器1：限流。4）管型避雷器2：保護(hù)開關(guān)。1、未沿全線架設(shè)避雷線的進(jìn)線段保護(hù)二、全線架設(shè)避雷線的變電所進(jìn)線段保護(hù)三、35kV小容量變電所的簡化進(jìn)線保護(hù)四、用電抗線圈代替進(jìn)線段的保護(hù)接線7.4 三繞組變壓器和自耦變壓器的防雷保護(hù) 一、三繞組變壓器的防雷保護(hù) 三繞組變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，有時(shí)存在只有高、中壓繞組工作低壓繞組開路的運(yùn)行情況。

10、此時(shí)若高壓繞組或中壓繞組有雷電波入侵時(shí)，由于低壓繞組對地電容較小，開路的低壓繞組上靜電感應(yīng)分量可達(dá)到很高的數(shù)值，將危及低壓繞組絕緣?？紤]到靜電感應(yīng)分量將使低壓繞組三相電位同時(shí)升高，故為了限制這種過電壓，只要在低壓繞組任一相的直接出口處加裝一只避雷器即可。 中壓繞組也有開路的可能，但其絕緣水平較高，一般不加設(shè)避雷器。二、自耦變壓器的防雷保護(hù) 1、高低壓運(yùn)行、中壓開路可能引起中壓側(cè)套管閃絡(luò)！ 2、中低壓繞組運(yùn)行、高壓開路可能使高壓側(cè)套管閃絡(luò)！ 3、高中壓繞組之間繞組的防雷保護(hù)當(dāng)高壓側(cè)帶有出線，中壓側(cè)有行波入侵時(shí)，AA之間絕緣上有很高的電壓。當(dāng)中壓側(cè)帶有出線，高壓側(cè)有行波入侵時(shí)，AA之間絕緣上也有很

11、高的電壓。變比越小越危險(xiǎn)！當(dāng)K小于1.25時(shí),AA之間也需要加避雷器!三、變壓器中性點(diǎn)的防雷保護(hù) 變壓器中性點(diǎn)是否需要保護(hù),應(yīng)視其對地絕緣而定。中性點(diǎn)對地絕緣水平分中性點(diǎn)的絕緣水平等于繞組首端的絕緣水平的全絕緣和中性點(diǎn)的絕緣水平小于繞組首端的絕緣水平的分級絕緣兩種。 中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，變壓器是全絕緣的，中性點(diǎn)一般不需保護(hù)。其原因是三相進(jìn)波的概率很小，且大多數(shù)波來自線路遠(yuǎn)處，其陡度很小，對繞組的威脅較弱。同時(shí)由于變電所進(jìn)線不止一條，非雷擊的進(jìn)線起了分流作用，變壓器絕緣也有一定裕度等原因，“規(guī)程”規(guī)定35-60kV變壓器中性點(diǎn)不需保護(hù)。對于中性點(diǎn)接地系統(tǒng)，為了減少單相接地短路電流

12、，其中部分的變壓器的中性點(diǎn)是不接地的。在這樣的系統(tǒng)中，變壓器的中性點(diǎn)往往是分級絕緣的，例如：110kV、220kV、330kV變壓器中性點(diǎn)絕緣分別是35kV、110kV和154kV，這時(shí)，中性點(diǎn)需要保護(hù)。1、避雷器的沖擊放電電壓要低于中性點(diǎn)的沖擊耐壓。2、避雷器的滅弧電壓要高于電網(wǎng)單相接地時(shí)中性點(diǎn)的電壓升高。7.4 配電變壓器的防雷保護(hù) 一、三位一體接線100kVA及以上的變壓器工頻接地電阻不大于4歐，小于100kVA的變壓器工頻接地電阻不大于10歐 二、逆變換過電壓 對于Y、yn0接線的配變，如果在低壓側(cè)未裝避雷器保護(hù)，當(dāng)高壓側(cè)受到雷擊時(shí)，高壓側(cè)避雷器動(dòng)作，經(jīng)過避雷器會(huì)有雷電流流入大地，在接

13、地電阻上產(chǎn)生壓降I2R。這個(gè)電壓降也同時(shí)作用在低壓側(cè)的中性點(diǎn)上，但此時(shí)低壓側(cè)出線相當(dāng)于經(jīng)過線路波阻抗接地，因此這個(gè)壓降I2R大部分加在變壓器低壓繞組上。由于電磁感應(yīng)，在高壓繞組上將出現(xiàn)I2R乘變比的過電壓。由于高壓繞組出線端的電位受避雷器固定，因此這個(gè)電壓沿高壓繞組分布，且在中性點(diǎn)上達(dá)到最大值，所以在中性點(diǎn)附近絕緣可能發(fā)生擊穿，這種現(xiàn)象稱為逆變換過電壓。 三、正變換過電壓 對于郊區(qū)農(nóng)村的配電，由于低壓出線較長，且多沒有建筑物的屏蔽，故低壓線路易受雷擊。若配變低壓側(cè)未加裝避雷器保護(hù)，當(dāng)雷電流由低壓側(cè)入侵時(shí)，由于低壓側(cè)中性點(diǎn)是接地的，低壓繞組將有雷電流通過并產(chǎn)生磁通，通過電磁感應(yīng)，按變比在高壓側(cè)感

14、應(yīng)電勢，高壓繞組出現(xiàn)高電壓，稱為正變換過電壓。由于低壓側(cè)絕緣裕度比高壓側(cè)大，一般低壓側(cè)不易損壞，而使高壓側(cè)絕緣擊穿。7.5 旋轉(zhuǎn)電機(jī)的防雷保護(hù) 一、旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷保護(hù)的特點(diǎn)1、由于結(jié)構(gòu)和工藝上的特點(diǎn)，在相同電壓等級的電氣設(shè)備中，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的絕緣水平是最低的，它的主絕緣沖擊系數(shù)近于1。旋轉(zhuǎn)電機(jī)和變壓器的沖擊耐壓值（有效值kV）電機(jī)額定電壓電機(jī)出廠工頻耐壓電機(jī)出廠沖擊耐壓同級變壓器出廠沖擊耐壓FCD避雷器3kA下殘壓10.513.815.752ue+32ue+32ue+33443.348.880108108314045 2、保護(hù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)用的磁吹避雷器的保護(hù)性能與電機(jī)絕緣水平的配合裕度很小，電機(jī)出廠沖擊

15、耐壓值只比避雷器的殘壓高8%10%左右。二、旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷保護(hù)的基本思路1、對于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的防雷保護(hù)，應(yīng)根據(jù)發(fā)電機(jī)的容量、重要性、以及當(dāng)?shù)乩纂娀顒?dòng)情況，因地制宜采取一定的防范措施?？紤]到對直配電機(jī)的防雷保護(hù)還不能達(dá)到十分完善的地步，有關(guān)“規(guī)程”規(guī)定60000kW以上的發(fā)電機(jī)不允許與架空線路直接相連。2、為保護(hù)匝間絕緣，必須將入侵波的陡度限制在5kV/us以下。3、一般來說發(fā)電機(jī)繞組的中性點(diǎn)是不接地的，入侵波陡度降至2kV/us以下時(shí)，中性點(diǎn)的過電壓將不會(huì)超過相端的過電壓。 4、直配電機(jī)的大氣過電壓有兩種：一種是與電機(jī)相連的架空線路上感應(yīng)雷過電壓；另一種是雷直擊于與電機(jī)相連的架空線路而引起的過電壓，其中感應(yīng)雷出現(xiàn)的幾率比較多。三、直配電機(jī)的防雷措施1、每臺發(fā)電機(jī)出線的母線處加裝一組FCD型磁吹避雷器，以限制入侵波的幅值，同時(shí)采取進(jìn)線保護(hù)措施以限制流過避雷器的雷電流不超過3kA。2、在發(fā)電機(jī)電壓母線上加裝電容器，以限制入侵波的陡度，從而保護(hù)電極匝間絕緣和中性點(diǎn)絕緣，同時(shí)也降低了感應(yīng)過電壓。3、采用進(jìn)線段保護(hù)。電機(jī)保護(hù)原理接線圖： 1、FCD避雷器：旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷主保護(hù)； 2、并聯(lián)電容：計(jì)算表明，每相電容為0.250.5uF時(shí)，即能滿足限制入侵波陡度在2kV/us的要求，也能