發(fā)電廠電氣運行檢修培訓-項目7-過電壓及防雷保護

1、2022/8/251一、雷電過電壓二、防雷保護裝置三、內(nèi)部過電壓項目七 過電壓及防雷保護1.雷云放電2.雷電種類及危害3.雷電參數(shù)及活動規(guī)律一、雷電過電壓1.雷云放電帶負電雷云的階梯下行先導向地面移動。隨著地面場強增大，迎面先導出現(xiàn)。階梯下行先導向地面發(fā)展。迎面先導向下行先導發(fā)展。雷電的主放電階段：當迎面先導與下行先導的一支相遇時，就產(chǎn)生了強烈的“中和”過程，出現(xiàn)極大的電流，達數(shù)十到數(shù)百千安，伴隨著雷鳴和閃光。余光階段：云中的殘余電荷經(jīng)過主放電通道流下來，稱為。由于云中的電阻較大，余光階段對應的電流不大，但持續(xù)的時間卻較長1.雷云放電（1）直擊雷帶電積云與地面目標之間的強烈放電稱為直擊雷。 2

2、.雷電種類及危害反擊雷擊桿頂、架空地線桿塔對導線放電導線對桿塔放電繞擊直擊雷過電壓2.雷電種類及危害反擊耐雷水平反擊耐雷水平與導線地線間的耦合系數(shù)k，桿塔分流系數(shù)，桿塔沖擊接地電阻Ri，桿塔等值電感Lt以及絕緣子串的50放電電壓U50等因素有關(guān)。繞擊耐雷水平直擊雷過電壓2.雷電種類及危害靜電感應雷：由于雷云的作用，使附近導體上感應出與雷云符號相反的電荷，雷云主放電時， 先導通道中的電荷迅速中和，在導體上的感應電荷得到釋放，如不就近泄入地就會產(chǎn)生很高的電位。 電磁感應雷：雷電流迅速變化，在其周圍產(chǎn)生瞬變的強電磁場，使附近導體上感應出很高的電 動勢。包括靜電感應和電磁感應，它可使金屬部件之間產(chǎn)生火

3、花。 （2）感應雷2.雷電種類及危害感應雷過電壓2.雷電種類及危害（3）雷電侵入波 由于雷電對架空線路或金屬管道的作用，雷電波可能沿著這些管線侵入屋內(nèi)，危及人身或損壞設備。 發(fā)電機、變壓器等主要電器設備的內(nèi)絕緣大都沒有自恢復的能力220kV線路，50%放電電壓為1200kV 而相應的變壓器全波沖擊試驗電壓為850kV, 全波多次沖擊耐壓只有850/1.1=773kV設備損壞后將造成大面積停電發(fā)電廠變電所雷電過電壓危害2.雷電種類及危害降低來波陡度進線保護段避雷器的保護范圍與作用侵入波防止反擊直擊雷避雷針、避雷線的保護范圍減小通過避雷器的電流發(fā)電廠變電所防雷保護措施2.雷電種類及危害12對于雷暴

4、日數(shù)20的地區(qū)(除陜南以外的西邊地區(qū)、內(nèi)蒙古部分地區(qū)），我國現(xiàn)行推薦雷電流幅值概率為：（1）雷電流幅值和波形3.雷電參數(shù)及雷電活動規(guī)律對于雷暴日數(shù)20的地區(qū)，我國現(xiàn)行推薦雷電流幅值概率為：3.雷電參數(shù)及雷電活動規(guī)律雷電流的波頭在15us的范圍內(nèi)，多為2.52.6us；波尾多在20100us的范圍內(nèi)，平均約為50us；按DL/T6201997標準，取為2.6/50。極性：75%-90%的雷為負極性雷，因此一般按照負極性雷進行研究。（1）雷電流幅值和波形雷電沖擊試驗和防雷設計中常用的雷電流等值波形有雙指數(shù)波、斜角波和半余弦波三種。雷暴日：一年中有雷電的日數(shù)。一般把年平均雷暴日不超過15日的地區(qū)叫少

5、雷區(qū)，超過40日的叫多雷區(qū)，超過90日的叫強雷區(qū)。地面落雷密度：表示每一雷暴日、每平方公里地面落雷次數(shù)。在40雷暴日情況下，可取 = 0.07。年落雷密度：(地閃密度):用Ng表示統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)每年每平方公里地面落雷次數(shù)。（2）雷電活動規(guī)律3.雷電參數(shù)及雷電活動規(guī)律地閃密度等級劃分 A 級 0.00 Ng次/（km2a） 0.78 ；灰色B1 級 0.78 Ng次/（km2a） 2.00 ；藍色B2 級 2.00 Ng次/（km2a） 2.78 ；青色C1 級 2.78 Ng次/（km2a） 5.00 ；黃色C2 級 5.00 Ng次/（km2a） 7.98 ；橙色D1 級 7.98 Ng次/（k

6、m2a） 11.0 ；紫紅D2 級 11.0 Ng次/（km2a） 無窮.；深紅（2）雷電活動規(guī)律3.雷電參數(shù)及雷電活動規(guī)律1.避雷針及避雷線2.避雷器二、防雷保護裝置保護原理：在避雷針（線）的頂端形成局部場強集中的空間，以影響雷電先導放電的發(fā)展方向，使雷電對避雷針（線）放電，避免被保護物體遭受雷擊。避雷針（線）必須高于被保護物，避雷針的頂部為尖狀。避雷針（線）與被保護設備電氣上是絕緣的避雷針的保護范圍：雷電繞擊率低于0.1%的范圍。繞擊：雷電繞開避雷裝置而擊中被保護物體。保護范圍具有相對意義，統(tǒng)計意義。不能保證保護范圍內(nèi)物體完全不受雷擊，保護范圍外物體也受保護。1.避雷針及避雷線19被保護物

7、高度低時，保護半徑擴大；避雷針高度增加時，保護范圍擴大有限；工程上多采用兩支或多只避雷針以擴大保護范圍。 當h30m時，p=1；30mh120m時，；當h120m時，按h=120m計算 避雷針的保護范圍1.避雷針及避雷線單根避雷線的保護范圍兩根避雷線的保護范圍保護角是指避雷線與所保護的外側(cè)導線之間的連線與經(jīng)過避雷線的鉛垂線之間的夾角 。保護角越小，避雷線對導線的屏蔽保護作用就越好。避雷線的保護范圍1.避雷針及避雷線2.避雷器避雷器作用當發(fā)生繞擊或者感應時，過電壓波將沿線路傳播入侵發(fā)電廠、變電站等。避雷器的要求：良好的伏秒特性：沖擊系數(shù)：沖擊放電電壓與工頻放電電壓之比。沖擊系數(shù)越小，伏秒特性越平

8、緩，保護性能越好。具有良好的非線性電阻特性保護間隙的滅弧能力很差（適用于短路電流?。婚g隙間的電場為極不均勻電場，又裸露在大氣環(huán)境中，受氣象條件的影響很大，因此伏秒特性很陡且分散性很大，將直接影響到它的保護效果；保護間隙擊穿后是直接接地，將會有截波產(chǎn)生，不能用來保護有繞組的設備 保護間隙2.避雷器23ZnO避雷器又叫金屬氧化物避雷器（MOA）。 ZnO避雷器由ZnO電阻片組成，具有優(yōu)異的非線性伏安特性，因此可以取消火花間隙，實現(xiàn)無間隙無續(xù)流，且造價低廉。氧化鋅（ZnO）避雷器2.避雷器硅橡膠復合外套避雷器ZnO避雷器外形結(jié)構(gòu)2.避雷器無間隙結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、無電壓分布不均、放電電壓不穩(wěn)定等，保

9、護可靠性高無續(xù)流不需吸收續(xù)流能量，動作負載輕；可承受多次重復雷擊或者重復操作過電壓電氣設備所受過電壓可減低在整個過電壓階段都有電流流過，因此降低了過電壓幅值通流容量大不受串聯(lián)間隙被灼傷的制約，閥片的通流能力僅與本身通流能力有關(guān)?？刹⒙?lián)進一步提高通流能力。易于制成直流避雷器ZnO避雷器的主要優(yōu)點：2.避雷器額定電壓：能短期耐受的最大工頻電壓有效值最大持續(xù)運行電壓：能長期持續(xù)運行的最大工頻電壓有效值起始動作電壓（參考電壓、轉(zhuǎn)折電壓）：開始進入動作狀態(tài)的電壓，通常為U1mA壓比：在8/20us的沖擊電流規(guī)定值下，殘壓與起始動作電壓之比。越小，非線性越好。荷電率：持續(xù)運行電壓與起始動作電壓之比，老化工

10、頻耐受電壓特性對工頻過電壓的耐受能力（1.2 1000s；1.3 100s；1.4 1s）保護比：額定殘壓與最大長期工作電壓峰值之比。越小，保護性能越好ZnO避雷器的參數(shù)2.避雷器27壓比：荷電率：壓比反映了避雷器伏安特性的非線性程度，壓比越小非線性程度越大、保護性能越好。荷電率反映了長期工作條件下避雷器承擔電壓負荷的輕重，荷電率較高時避雷器老化速度加快。ZnO避雷器的參數(shù)2.避雷器28三、電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓1.內(nèi)部過電壓種類2.工頻過電壓3.諧振過電壓4.操作過電壓內(nèi)部過電壓暫時過電壓操作過電壓工頻電壓升高諧振過電壓電力系統(tǒng)中由于斷路器操作、故障發(fā)生及消失或其他原因，使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，引起

11、電網(wǎng)內(nèi)部電磁能量轉(zhuǎn)化或傳遞所造成的電壓升高。1.內(nèi)部過電壓種類內(nèi)部過電壓暫態(tài)過電壓操作過電壓工頻電壓升高諧振過電壓切空線過電壓合空線過電壓切空變過電壓間歇電弧接地過電壓線性諧振過電壓鐵磁諧振過電壓參數(shù)諧振過電壓空載長線的電容效應不對稱短路引起的工頻過電壓甩負荷引起的工頻電壓升高在一定位置上的的相對地或相間的過電壓，具有一定的振蕩頻率，由于無阻尼或弱阻尼，因此持續(xù)時間較長。操作過電壓是電磁過渡過程的過電壓。(0.1s以內(nèi))對正常絕緣一般沒有威脅。但常伴隨操作過電壓，其大小直接影響操作過電壓的幅值。系統(tǒng)中電感和電容可能形成不同的振蕩回路，在一定條件下，產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象。其持續(xù)時間較長。1.內(nèi)部過電壓種

12、類電力系統(tǒng)中在正常或故障時可能出現(xiàn)幅值超過最大工作相電壓、頻率為工頻或接近工頻的電壓升高，統(tǒng)稱工頻電壓升高，或稱工頻過電壓。直接影響操作過電壓的幅值決定避雷器額定電壓的重要依據(jù)持續(xù)時間長，對設備絕緣及運行性能有重大影響（絕緣內(nèi)部游離、過熱、電暈等）2.工頻過電壓電力系統(tǒng)中存在大量電感和電容元件電感元件：電力變壓器、互感器、發(fā)電機、消弧線圈、電抗器、線路導線電感等電容元件：線路導線對地和相間電容、補償用的并聯(lián)和串聯(lián)電容器組、高壓設備的雜散電容當系統(tǒng)進行操作或發(fā)生故障時，電感、電容元件可形成各種振蕩回路，如某一自由振蕩頻率等于外加強迫頻率，發(fā)生諧振。諧振是一種周期性或準周期性的運行狀態(tài)。2.諧振過

13、電壓諧振過電壓發(fā)生諧振的那個諧波的振幅會急劇上升，且持續(xù)時間長，甚至穩(wěn)定存在，性質(zhì)上屬于暫時過電壓諧振過電壓的嚴重性既取決于它的幅值，也取決于它的持續(xù)時間 諧振過電壓危及電氣設備的絕緣持續(xù)的過電流燒毀小容量的電感元件，還影響保護裝置的工作條件，如避雷器的滅弧條件系統(tǒng)中的有功負荷是阻尼振蕩和限制諧振過電壓得有利因素。但對于零序回路的諧振，則正序的有功負荷不起作用諧振過電壓特點2.諧振過電壓對應三種電感參數(shù)，在一定的電容參數(shù)和其他條件的配合下，可能產(chǎn)生三種不同性質(zhì)的諧振現(xiàn)象. 線性諧振 鐵磁諧振 參數(shù)諧振2.諧振過電壓諧振回路由不帶鐵芯的電感元件（如輸電線路的電感、變壓器的漏感）或勵磁特性接近線性

14、的帶鐵芯的電感元件（如消弧線圈，其鐵芯中有氣隙）和系統(tǒng)中的電容元件所組成。在正弦電源作用下，系統(tǒng)自振頻率與電源頻率相等或接近時，可能產(chǎn)生線性諧振線性諧振2.諧振過電壓電力系統(tǒng)中可能發(fā)生線性諧振的情況當空載線路到達一定長度時，會發(fā)生工頻線性諧振。不對稱接地故障或非全相操作則使諧振時的導線長度更加縮短。消弧線圈補償電網(wǎng)中的線性諧振超高壓補償線路（并聯(lián)電抗器）中不對稱切合引起的工頻諧振 兩種補償電網(wǎng)中的線性諧振2.諧振過電壓參數(shù)諧振由電感參數(shù)作周期性變化的電感元件（如凸極發(fā)電機的同步電抗的周期性變化）和系統(tǒng)的電容元件（如空載長線）組成回路，當參數(shù)配合時，通過電感的周期變化，不斷向諧振系統(tǒng)輸送能量，將會造成參數(shù)諧振過電壓2.諧振過電壓電機旋轉(zhuǎn)時的電感參數(shù)發(fā)生周期性變化，同步發(fā)電機接有容性負載時（如空載線路）即使激磁電流很小，也會使發(fā)電機的端電壓和電流急劇上升，最終產(chǎn)生很高的過電壓。又稱為自勵磁，過電壓為自勵磁過電壓參數(shù)諧振的原因2.諧振過電壓諧振回路由帶鐵芯的電感元件（如空載變壓器、電壓互感器）和系統(tǒng)的電容元件組成。因為鐵芯電感元件的飽和現(xiàn)象，使回路的電感參數(shù)是非線性的，在滿