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變電站過電壓與防雷 寧夏電力公司教育培訓中心 電網(wǎng)技術(shù)培訓室 馬全福 過電壓與防雷 第一節(jié) 過電壓的基本概念 第二節(jié) 大氣過電壓 第三節(jié) 內(nèi)部過電壓 第四節(jié) 過電壓防護 第一節(jié) 過電壓的基本概念 定義：電力系統(tǒng)運行中，出現(xiàn)危及電氣設(shè)備絕緣的電壓稱之為過電壓。 分類：大氣過電壓和內(nèi)部過電壓 大氣過電壓：是由雷電放電引起的，是由于電力系統(tǒng)之外的原因而產(chǎn)生的，也稱為外部過電壓。 內(nèi)部過電壓：是電力系統(tǒng)內(nèi)部能量的傳遞或轉(zhuǎn)化而引起的。 第一節(jié) 過電壓的基本概念 一、過電壓的危害 1.大氣過電壓 （1）雷擊時產(chǎn)生很高的電壓，危害電氣設(shè)備和電力系統(tǒng)安全； （2）雷擊時產(chǎn)生很大的雷電流，在放電通道上產(chǎn)生弧光與高溫，損壞設(shè)備或造成火災(zāi)； （3）雷擊時造成人員或牲畜傷亡。 2.內(nèi)部過電壓 （1）操作過電壓：投切空載線路或空載變壓器 （2）諧振過電壓：電壓互感器合閘時，鐵心飽和 第一節(jié) 過電壓的基本概念 二、行波、波速和波阻抗 1.行波：沿導線傳播的電壓波、電流波統(tǒng)稱為行波，其實質(zhì)是電磁能量沿導線傳播。 2.波速：電壓波和電流波在導線上傳播的速度稱為波速，用υ表示 3.波阻抗：把單方向的電壓波與電流波之比定義為波阻抗Z，即 第一節(jié) 過電壓的基本概念 三、行波的折射與反射 兩條線路的連接點稱為節(jié)點，用A表示；若雷電波u1、i1沿線路1向線路2傳播，稱u1、i1為入射波，，當入射波到達A點時，通過A點之后在線路2上的行波u2、i2是入射波經(jīng)A點折射產(chǎn)生的，稱為折射波；而在線路1上的反行波uf、if是入射波經(jīng)A點反射產(chǎn)生的，稱為反射波。 折射系數(shù)：0 ≤α ≤2；反射系數(shù)： -1 ≤β ≤1 α =1+ β 第一節(jié) 過電壓的基本概念 四、接地裝置 工作接地：是指為了保證電力系統(tǒng)正常情況和事故情況下能可靠工作，而將電力系統(tǒng)中的某一點接地；接地電阻為0.5~10Ω，如變壓器中性點 保護接地：是為了保護人身安全，防止人身觸電，而將電氣設(shè)備外殼或金屬結(jié)構(gòu)接地；接地電阻為1~10Ω. 防雷接地：是針對防雷保護需要而設(shè)置的接地。接地電阻為小于10Ω。 第一節(jié) 過電壓的基本概念 1.接地裝置 由接地體和接地線組成，接地體是埋入土壤中的一個或一組相互連接，并與大地直接接觸的金屬導體；垂直接地體一般用長2.5~3m、直徑35mm的鍍鋅鋼管或長2.5~3m的35mm× 35mm德鍍鋅角鋼垂直打入土壤中。接地線采用扁鐵或防腐銅導體，接地線與接地體連接采用焊接方式。 2.接地電阻 當接地裝置有電流通過時，加至接地裝置上的電壓與通過電流之比稱為接地裝置的接地電阻；接地電阻包括：接地線電阻、接地體電阻、接地體對地電阻和接地電流由接地體流入土壤時土壤呈現(xiàn)的電阻。 第一節(jié) 過電壓的基本概念 3.跨步電壓、接觸電壓 當人站在距離接地設(shè)備0.8m、手觸到距地面1.8m之處時，人體的手與腳之間的電壓稱為接觸電壓； 人在接地體的地表面附近行走，行走的方向為沿地中電流的散流方向，步距為0.8m時，兩腳之間的電壓稱為跨步電壓。 第一節(jié) 過電壓的基本概念 4.高壓設(shè)備接地電阻的要求 （1）大接地電流系統(tǒng)：當接地電流大于4000A時，接地電阻不應(yīng)超過0.5Ω，在土壤為高電阻率的地區(qū)接地電阻應(yīng)小于5Ω. （2）小接地電流系統(tǒng)： 對于高、低壓設(shè)備共用接地裝置時，要求接地電壓小于120V，其電阻R≤120/I（Ω）； 對于高壓設(shè)備單獨接地時，要求接地電壓小于250V，其電阻R≤250/I（Ω）； 但最大不應(yīng)超過10 Ω. 第二節(jié)大氣過電壓 一、直擊雷過電壓 雷云直接對電氣設(shè)備放電所引起的過電壓稱為直擊雷過電壓；當直擊雷直接打到避雷針上時，避雷針頂端的電壓為 可見，過電壓值與接地電阻、電感有關(guān)，還與雷電流的大小和雷電流的波形有關(guān)。 二、感應(yīng)雷過電壓 感應(yīng)雷過電壓是由于電氣設(shè)備附近發(fā)生雷擊，因感應(yīng)而產(chǎn)生的過電壓。輸電線上感應(yīng)過電壓最大值為 第二節(jié)大氣過電壓 三、反擊雷過電壓 當避雷針落雷后，避雷針及引下線的電壓將會很高，如果避雷針和引下線與其周圍電氣設(shè)備之間的空間距離太小，便會由于避雷針及引下線的高電壓將周圍絕緣介質(zhì)擊穿，造成其周圍電氣設(shè)備過電壓，這種雷擊稱為反擊或反擊雷。 第三節(jié) 過電壓防護 一、避雷針和避雷線 二、避雷針及其保護范圍 1.單支避雷針的保護范圍 （1）避雷針在地面上的保護半徑r=1.5h（m） （2）被保護物高度hx水平面上的保護半徑 1）當hx ≥h/2時， rx =（h- hx ）P=h0P（m） P—高度影響系數(shù)，h≤30m時，P=1；30 ≤h ≤120m時，P=5.5/√h; 2）當當hx ＜h/2時. rx =（1.5h- 2hx ）P 第三節(jié) 過電壓防護 2.兩支避雷針的保護范圍 兩針外側(cè)保護范圍按單針計算，兩針之間頂端連線的圓弧處的高度h0=h-D/7P（m），兩針之間hx水平面上保護范圍的一側(cè)最小寬度bx為bx=1.5（h0-hx） 3.多只等高避雷針保護范圍 （1）三支計算：外側(cè)按兩支計算，在三支形成的三角形內(nèi)被保護物最大高度hx水平面上，各針外側(cè)最小寬度bx≥0時，全部面積受到保護； （2）四支計算：把四支分成兩個三角形，按三支計算。 第三節(jié) 過電壓防護 三、避雷線 當hx≥h/2時，rx=0.47（h-hx）P（m） 當hx＜h/2時，rx=（h-1.53hx）P（m） 四、避雷器 氧化鋅避雷器是將一定數(shù)量的金屬氧化鋅閥片電阻密封在瓷套內(nèi)組合而成，其氧化鋅閥片電阻包括：氧化鋅、氧化鉍、氧化鈷等金屬氧化物組成，氧化鋅占90%以上。 氧化鋅避雷器的優(yōu)點： （1）無續(xù)流 （2）保護性能優(yōu)越 （3）通流容量大 （4）降低電氣設(shè)備上的過電壓值 第四節(jié)變電站防雷 一、直擊雷保護 站內(nèi)設(shè)備處在避雷針的保護范圍之內(nèi)，架空線的最后一檔處于避雷線的保護范圍之內(nèi)。 二、反擊雷保護 （1）獨立避雷針與配電裝置帶電部分、架構(gòu)接地、設(shè)備接地部分之間空氣中的距離滿足Sk≥0.3Rch+0.1h（m），且不小于5m。 （2）為防止獨立避雷針的接地與被保護設(shè)備接地之間，在土壤中擊穿二造成過電壓，要求避雷針的接地與其他設(shè)備的接地之間地中距離滿足Sd≥0.3Rch（m），且不小于3m。 第四節(jié)變電站防雷 三、避雷器的保護作用 1.變電站母線安裝避雷器，限制入侵雷電波造成的過電壓； 2.變壓器三側(cè)：安裝避雷器限制入侵雷電波的陡度； 四、變電站進線段保護 1.35kV及其以上變電站的進線保護 35~110kV線路進線1~2km段裝設(shè)避雷線 2.35kV小容量變電站簡化進線保護 進線段裝設(shè)500~600m避雷線保護。 第五節(jié)內(nèi)部過電壓 一、空載線路的分閘過電壓 1.切除空載線路時，斷路器切斷的是較小的容性電流，容易造成電弧重燃，引起電磁諧振，出現(xiàn)過電壓。 2.影響分閘過電壓的因素 （1）斷路器的滅弧性能 （2）電網(wǎng)中性點接地方式 （3）母線上的出線數(shù) （4）線路的電暈損失及電磁式電壓互感器 3.限制分閘過電壓的措施 （1）提高斷路器的滅弧能力 （2）加裝并聯(lián)電阻 （3）利用避雷器保護 第五節(jié)內(nèi)部過電壓 二、空載線路的合閘過電壓 1.計劃性合閘引起的過電壓 空載合閘時，電源電壓通過等值電感對空載線路的等值電容充電，回路中將發(fā)生高頻振蕩過程，產(chǎn)生過電壓，其值可達2Em（振蕩回路電源電動勢）。 2.自動重合閘引起的過電壓 在單相故障時三相跳閘后重合較嚴重，一般過電壓值可達3Em。 3.影響過電壓的因素及限制措施 影響因素： （1）合閘相位 （2）線路損耗：一是線路存在電阻，二是當過電壓較高時，線路上出現(xiàn)電暈 （3）線路殘余電壓的變化 限制措施： （1）裝設(shè)并聯(lián)合閘電阻 （2）單相重合閘的采用 （3）同電位合閘：就是自動選擇斷路器觸頭兩端電位極性相同時、甚至電位也相等的瞬間完成合閘操作； （4）利用避雷器保護 第五節(jié)內(nèi)部過電壓 三、切除空載變壓器過電壓 1.原因：是流過電感的電流在到達自然零值之前就被斷路器強行切斷，從而迫使儲存在電感中的磁場能量轉(zhuǎn)化為電場能量而導致電壓的升高； 2.限制措施：在變壓器附近安裝氧化鋅避雷器 第五節(jié)內(nèi)部過電壓 四、電弧接地過電壓 1.原因：中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，經(jīng)過故障點的電容電流，在6~10kV電網(wǎng)中超過30A，在20~60kV電網(wǎng)中超過10A時電弧就難以自動熄滅，又不會形成穩(wěn)定持續(xù)的電弧，這種間歇性電弧將導致系統(tǒng)中電感—電容回路的電磁振蕩過程，產(chǎn)生間歇性電弧接地過電壓。 2.限制措施 （1）采用中性點直接接地方式 （2）采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式 第五節(jié)內(nèi)部過電壓 五、工頻電壓升高 1.空載長線電容效應(yīng)引起的工頻過電壓 2.不對稱短路引起的工頻過電壓 六、諧振過電壓 諧振：是指振蕩回路的固有自振頻率與外加電源的頻率相等或接近時出現(xiàn)的一種周期性或準周期性的運行狀態(tài)，其特征是某一個或幾個諧波幅值急劇上升。 第五節(jié)內(nèi)部過電壓 1.線性諧振過電壓 在電網(wǎng)運行過程中，空載線路、不對稱接地、消弧線圈補償?shù)取ＶC振的條件ωL=1/ωC 2.鐵磁諧振過電壓 3.參數(shù)諧振過電壓Jq7紅軟基地

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