《變電所避雷系統(tǒng)中入侵波的防護(hù)設(shè)計案例》5600字

變電所避雷系統(tǒng)中入侵波的防護(hù)設(shè)計案例綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u14793變電所避雷系統(tǒng)中入侵波的防護(hù)設(shè)計案例綜述 1256481.1進(jìn)線段的設(shè)計 1186461.1.1進(jìn)線段保護(hù)介紹 1116551.1.2進(jìn)線段長度性能的計算 3197071.2避雷器的選擇 5137521.2.1不同避雷器的介紹 5223141.2.2避雷器的選擇與安裝 8作為電力系統(tǒng)的主干道。輸電線路像國家的鐵路網(wǎng)絡(luò)一樣輻射著電荷能量。雷電襲擊時偏愛距離地面高聳的輸電線路。線路上的電力樞紐就可能被巨大的沖擊電壓波攻破?？梢娋€路受雷擊很可能會對電力線路安全造成威脅。因而在輸電“鐵路網(wǎng)”上的保護(hù)極其重要。但是我們也應(yīng)該做好外層保護(hù)被“攻破”的準(zhǔn)備。變電所作為“鐵路網(wǎng)”的“物質(zhì)交換中心”和“火車站”。它在受到安全破壞時會讓社會生活受到停電影響。變電所的核心就是變壓器。變壓器的防護(hù)水平較低。一般采用惰性氣體保護(hù)，比較脆弱且不可逆。變壓器受到影響就會危及整個站的正常運行。對于變電站保護(hù)。不僅要提防直接擊中。還要防止外來入侵。防直擊用避雷針。防入侵用避雷器。避雷器可以讓閃電產(chǎn)生的特別高的電壓得以降低。但是單打獨斗還是無法全面發(fā)揮避雷器的作用。這時就需要避雷線組成的進(jìn)線端提升兩者的作用了。進(jìn)線段的設(shè)計進(jìn)線段保護(hù)介紹俗話說“兵來將擋，水來土掩”，避雷器作為防入侵波主力干將。那進(jìn)線段就是提前削弱雷電能力的“伏兵”。這個“伏兵”設(shè)防在距變電所1.5公里左右的線路上。在中低壓電網(wǎng)一般不是都裝避雷線。這時候在挨著避雷針兩公里以內(nèi)可以裝。但是高壓電網(wǎng)以上。就必須裝個四里長進(jìn)線段。利用進(jìn)線段。可以減小U和I。也可以讓線路發(fā)出電暈放電。在這個過程中，電壓波就會衰弱。而且把波形里尖銳突變的變得圓滑。為了更好的發(fā)揮作用。我們對進(jìn)線段有一定的標(biāo)準(zhǔn)：要使最后進(jìn)電壓波的陡度a小于Uw(i)(2)降低之后設(shè)備的沖擊電流幅值IFV，不會讓后邊的設(shè)備被殘壓影響。直角波通過進(jìn)線段長度lp公里之后?？斓阶冸娝鶗r的進(jìn)波波前時間：τ式中:U——行波的初始最大值，kV。一般用線剛開始的U50%；?c通過電壓換算到陡度就是：a=就可以推算出進(jìn)線段的公里數(shù)：l式中:U——行波的初始最大值，kV。一般用線剛開始的U50%；?c?式中：?tf——導(dǎo)線垂下的弧垂長度。在知道波形上的陡度后?？梢酝扑愕矫繂挝婚L度的空間陡度a′a通過課本了解到電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)絕緣水平:110kv線路中Uw（i）=450kV220kv線路中Uw（i）=850kV進(jìn)線段長度性能的計算通過任務(wù)書介紹可知：對于110kV線路： ?c對于220kV線路： ?c（一）出線等級為110的進(jìn)線段計算。U=450kVhc=8.8mlp=1km時 τf a=4500.91 a'lp=1.5km時 τf a=450 a'lp=2km時 τf a=450 a'=（二）220kV進(jìn)線段計算U=850kVhc=16.07m1.當(dāng)進(jìn)線端為1km時 τf a=850 a'當(dāng)進(jìn)線端為=1.5km時 τf a=850 a'3.當(dāng)進(jìn)線端為=2km時 τf a=8501.85 a'=圖圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s11不同進(jìn)線段對線路影響數(shù)據(jù)進(jìn)線段設(shè)計的結(jié)果：110kV線路使用2公里長的進(jìn)線段。220kV線路使用2公里長的進(jìn)線段。避雷器的選擇不同避雷器的介紹類似于上文中對進(jìn)線段的介紹，面對雷電過電壓入侵波變電站有兩大法寶，一是進(jìn)線段，二是避雷器。它的保護(hù)方式就是用來限制入侵過電壓波的最大值，所以也被稱為“限壓器”。它的原理是：將并聯(lián)其與被保護(hù)裝置。為了保護(hù)這個設(shè)備。避雷器擊穿電壓較小。當(dāng)有入侵雷電波襲來避雷器被擊穿。將入侵大氣過電壓波幅值被降低到避雷器的擊穿電壓之下。此時電氣設(shè)備絕緣得到防護(hù)。從上述原理可以看出避雷器有良好工作性能的前提是有一定的工作條件的，首先就是上文提到，伏秒特性方面，兩者相輔相成。避雷器的擊穿電壓隨時間變化的比較小。同樣時間里擊穿電壓會比被保護(hù)的小。避雷器伏安特性要求其殘壓要比電氣設(shè)備絕緣沖擊電氣強(qiáng)度小。避雷器的保護(hù)區(qū)域中有其所保護(hù)的所有設(shè)備。避雷器可根據(jù)設(shè)計類型分為保護(hù)間隙，最簡單的避雷器。加滅弧裝置后為管式避雷器?，F(xiàn)在比較成熟的閥式FV。下面將對這幾種的區(qū)別進(jìn)行介紹。保護(hù)間隙保護(hù)間隙是最基本狀態(tài)的避雷器。利用間隙的優(yōu)先擊穿的原理。作為最早的限壓設(shè)備，它的組裝方便；造價也相對便宜。但是由于保護(hù)間隙伏秒特性陡，面對電弧手足無措的缺點，無法和被保護(hù)絕緣配合，會在動作之后產(chǎn)生很大的截波進(jìn)而容易使斷路器跳閘。所以保護(hù)間隙一般用于電力系統(tǒng)中不是太重要的場合當(dāng)中。管式避雷器管式避雷器類似于將保護(hù)間隙安裝于消弧管當(dāng)中，所以當(dāng)它被擊穿時火花間隙被擊穿，在起到降低過電壓波的同時工頻續(xù)流會讓消弧管產(chǎn)生滅弧氣，將電弧迅速吹滅。但是由于管式避雷器除了可以滅弧這一優(yōu)點之外仍存在保護(hù)間隙伏秒特性陡的缺點，所以一般用于保護(hù)較薄弱環(huán)節(jié)處，并逐漸被ZnO避雷器替代閥式避雷器.這種是在現(xiàn)今使用特別多的防雷保護(hù)的重要設(shè)備。因為它相比前兩者具有放電電壓穩(wěn)定，不受環(huán)境控制；動作后產(chǎn)生截波較小；伏秒特性十分平坦；磁吹式閥式避雷器可以防護(hù)內(nèi)部過電壓的優(yōu)點，因而多在變電站中使用。但是它也有一個缺點就是流通容量較小，多使用于110kV以下系統(tǒng)中。氧化鋅避雷器圖STYLEREF1\s圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s12閥式避雷器示意圖那么這些避雷器在變電站中起到什么作用？可用下圖進(jìn)行解釋。在變電所入侵波保護(hù)中可以將被保護(hù)的設(shè)備假設(shè)為一個電容，它與避雷器相并聯(lián)，兩者的電壓相同。當(dāng)避雷器滿足上文提到的正常工作條件（伏安，伏秒特性）時可對電氣設(shè)備提供保護(hù)，由于電氣設(shè)備處于保護(hù)范圍時會與避雷器有一定的距離，所以兩者之間會存在一個電位差，這個電位差ΔU等效于避雷器動作時的擊穿電壓Ub和雷電波到達(dá)電氣設(shè)備時，設(shè)備絕緣所受電壓U2之間。圖圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s13避雷器與被保護(hù)設(shè)備的電壓差示意圖通過一系列推導(dǎo)可知電壓差為：ΔU=將進(jìn)波空間陡度a′（kV/m）代入式中，可將上式改寫為ΔU=2由此可推算出他可以覆蓋的最大允許范圍。l式中：K—變電站出線修正系數(shù)除了避雷器保護(hù)范圍的計算之外，還需要對流過避雷器的電流IFV進(jìn)行校驗計算，一般在本設(shè)計中35～220kV線路中避雷器它不會超過5kA，IFV與殘壓UR和50%沖擊閃絡(luò)電壓UI式中：Z——線路的波阻抗。避雷器的選擇與安裝MOA避雷器主要特性：額定電壓類同閥式FV中的滅弧電壓，是短時正常工作狀態(tài)下最大工頻電壓有效值，與普通閥式的額定電壓有所不同。容許最大持續(xù)運行電壓（MCOV）不同于ZnO避雷器額壓的是，他是持續(xù)工作的工頻電壓。要比系統(tǒng)工作電壓的最大值高。起始動作電壓達(dá)到這個電壓時。避雷器開始工作限壓。一般可以使用1毫安電流流過時產(chǎn)生的電壓。殘壓和普通閥式變壓器中一致，是雷電流沖擊過避雷器時兩段子之間出現(xiàn)的電壓峰值。由于ZnO避雷器沒有火花間隙，所以不會發(fā)生間隙被擊穿從而導(dǎo)致?lián)p壞。所以沒有沖擊或工頻放電電壓。由于在本設(shè)計中無需對壓比及荷電率較精細(xì)部分計算，所以不提及。一、110kv線路（一）選擇1.由電網(wǎng)額壓選擇：對于110kV:選擇Y10W1-100/260型ZnO避雷器；2.閃電在經(jīng)歷避雷器會有電荷通過數(shù)幅值Y10W1-100/260型ZnO避雷器殘壓UR為260kV本設(shè)計中110kV線路進(jìn)線數(shù)量為4一般線路上的波阻抗為400Ω.110kV線路上：U50%則雷電流幅值為： I3.避雷器可以保護(hù)的最遠(yuǎn)距離n片絕緣子雷電流沖擊耐壓值uwu設(shè)計中提到的（X-4.5）型絕緣子或XP—70絕緣子而言，他的工頻在潮濕環(huán)境下閃絡(luò)電壓幅值為：uw設(shè)計中110kV側(cè)有8片X-4.5絕緣子。 110kV側(cè)：uw根據(jù)電氣手冊NOTEREF_Ref101437681\h[1]表8-3-1可得在閃電影響到ZnO閥式避雷器時的釋放雷電的電壓： uis最大保護(hù)長度：在進(jìn)線段中已計算在進(jìn)線段為2公里時，進(jìn)波在單位距離里程下的陡度為110kV中a'在此變電站的出線數(shù)≥2。不同于之前，用此公式計算： l式中：UwUis根據(jù)教材表8-6推算得，110kV線路和220kv線路在進(jìn)線段長兩公里時。出線修正系數(shù)均為：k=1.8。 110kV：lmax在本設(shè)計中，母線上下側(cè)變電站范圍長70m。所以可以選用Y10W1-100/260型。（二）驗證根據(jù)電工手冊表15-24?？芍?10kV系統(tǒng)126kV，220kV為252kV是會出現(xiàn)電壓的最大值。變壓器設(shè)備內(nèi)絕緣電壓最大值：110kV中為530kV，220kV為935kV。圖圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s14Y10W1-100/260避雷器數(shù)據(jù)1按額定電壓選擇根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB50064-2014可知在此系統(tǒng)。正常頻率時的最大電壓不大于1.3倍相電壓。也就是（1.3/3）=0.75倍系統(tǒng)最高電壓。所以我們要選擇額壓比這個數(shù)大的FV。所在系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最大的電壓為126kV。Y10W1-100/260避雷器的額定電壓100kV。 126?0.75=94.5<100kv2按持續(xù)運行電壓選擇根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T50064-2014可知在相對地情況下MOA避雷器持續(xù)運行電壓要比系統(tǒng)的最高相電壓高一些住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部，交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計規(guī)范.住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部，交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計規(guī)范.[J].GB/T50064-2014,2014110kV系統(tǒng)中相對地最高電壓UY10W1-100/260避雷器長期工作電壓73kV。 73>72.73雷電沖擊殘壓校驗根據(jù)電氣一次手冊公式（15-35）Ubc≤BIL1.4。避雷器殘壓與設(shè)備絕緣全波雷電沖擊可接受電壓的大小水平和系數(shù)ke有關(guān)。在電氣手冊表（15-22）中沖擊絕緣配合系數(shù)為1.4。變壓器110kV線路的沖擊外絕緣在額定雷電流下不被損壞的最大電壓是450kV。Y10W1-此時避雷器放電所引起的雷電流沖擊殘壓： BIL4操作沖擊殘壓校驗根據(jù)電氣一次手冊公式15-53可知，避雷器的操作波放電電壓Uef不應(yīng)大于被保護(hù)設(shè)備的操作產(chǎn)生的大電壓襲擊時這個設(shè)備的絕緣水平。根據(jù)手冊（15-38）得1.15為這個設(shè)備的外部絕緣配合的相關(guān)系數(shù)；Ug為內(nèi)絕緣一分鐘試驗電壓，根據(jù)手冊表15-25得為200kv。在此系統(tǒng)中為此避雷器的殘壓為221kV 1.35?5陡波時耐受檢驗根據(jù)手冊公式15-52可得下式。系數(shù)利用雷電沖擊殘壓校驗中的相同系數(shù)。1.15?BIL二、220kv線路（一）選擇1.由電網(wǎng)額壓選擇：對于220kV:選擇Y10W1-228/593型ZnO避雷器。2.閃電在經(jīng)歷避雷器會有電荷通過數(shù)幅值220kV線路的50%沖擊閃絡(luò)電壓：UY10W1-228/593型ZnO避雷器殘壓UR為593kV本設(shè)計中220kV線路進(jìn)線數(shù)量為3一般線路上的波阻抗為400Ω則雷電流幅值為： I3.避雷器可以保護(hù)的最遠(yuǎn)距離設(shè)計中220kV側(cè)有15片X-4.5絕緣子： 220kV側(cè)：u根據(jù)電氣手冊NOTEREF_Ref101437681\h[1]可得在閃電影響到ZnO閥式避雷器時的釋放雷電的電壓： uis最長保護(hù)長度：220kV中a'=1.53kv/m。 lmax在本設(shè)計中，母線上下側(cè)變電站范圍長70m。所以可以選用Y10W1-228/593型。（二）驗證圖圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s15Y10W1-228/593避雷器數(shù)據(jù)1按額定電壓選擇此系統(tǒng)中可能出現(xiàn)252kV的最大電壓，0.75?Y10W1-228/593避雷器的額定電壓228Kv. 228>189kv符合要求。2按持續(xù)運行電壓選擇220kV系統(tǒng)中相對地最高相電壓為：UY10W1-228/593避雷器持續(xù)運行電壓146kV。 146>145.5符合要求。3雷電流沖擊殘壓校驗變壓器220kV線路在額定雷電流沖擊外絕緣時的可以接受的電壓最大值是850kV；Y10W1-228/593避雷器放電所引起的雷電流沖擊殘壓Ubc為：593kV BILk4操作沖擊電流時的殘壓校驗根據(jù)電氣一次手冊公式15-53可知Ug為內(nèi)絕緣一分鐘試驗電壓，根據(jù)手冊表15-25得為460kv。；Y10W1-228/593避雷器的殘壓為504kV 1.35?U5陡波時耐受檢驗1.15?BILk三、35kv線路1.由電網(wǎng)額壓選擇：對于35kv根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB50064-2014可知。正常頻率時系統(tǒng)的最大電壓是1倍系統(tǒng)最高電壓。35kv系統(tǒng)根據(jù)電氣手冊可知最高工作電壓40.5kv。在低電阻接地的情況下，相地額定電壓等于Um。Y10W1-42/126避雷器的額定電壓42kV。 40.5?1=40.5<42kv符合要求。2.由持續(xù)運行電壓選擇：35kV系統(tǒng)中相對地最高電壓UmY10W1-42/126避雷器持續(xù)運行電壓23.4kV。 40.533.在閃電沖擊時：根據(jù)電氣一次手冊公式（15-35）。電氣手冊表15-24，35kv系統(tǒng)閃電沖擊電壓峰值185kv。BILk由以上計算選擇了Y10W1-42/126避雷器。四、變壓器110kv側(cè)中性點避雷器（一）選擇1按額定電壓選擇主變110kV側(cè)有效接地。此時根據(jù)規(guī)程GB/T50064-2014。避雷器的正常運行時電壓應(yīng)大于110kV系統(tǒng)中性點的正常運行的電壓為0.35?Um，110kV系統(tǒng)U 126?0.35=2按可以較長的運行的電壓選擇主變110kV側(cè)中性點為固定接地方式，此時根據(jù)規(guī)程GB/T50064-2014可知，避雷器的長時間正常工作電壓應(yīng)大于110kV等級線路在直接接地的情況下中性點的長時間正常工作的電壓為0.46?Um，126kV是110kV等級線路最大值。Y1W-73/200避雷器長時間正常工作電壓 0.46?U圖STYLEREF1\s3圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s16Y1W-73/200避雷器數(shù)據(jù)（二）校驗1沖擊雷電流殘壓校驗根據(jù)電工手冊表15-24中，變壓器110kV中性點在霹靂突然入侵全波可以承受的電壓的最大值是450kV