第9章过电压保护和绝缘配合.ppt
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1、第9章过电压保护和绝缘配合 9.1 电力系统过电压种类和过电压水l9.1.1 系统运行中出现于设备绝缘上的电压l9.1.1.1 系统运行中出现于设备绝缘上的电压有:l(1)正常运行时的工频电压。l(2)暂时过电压(工频过电压,谐振过电压)。l(3)操作过电压。l(4)雷电过电压。l9.1.1.2 设备上的作用电压,按波形的分类。l设备在运行中可能受到的作用电压,按照作用电压的幅值、波形及持续时间,可分为:大家网:http:/ 相对地暂时过电压和操作过电压的标么值如下:l (1)工频过电压的1.0p.u.=Um1.732;l (2)谐 振 过 电 压 和 操 作 过 电 压 的 1.0p.u.=
2、Um(1.414/1.732),l Um为系统最高电压。大家网:http:/ 系统最高电压的范围。l (1)范围I:3.6kVUm252kV;1kVUm252kV;l (2)范围II:Um252kV。l9.1.2 电力系统过电压水平l9.1.2.1 工频过电压的允许水平。l 系统的工频过电压水平一般不宜超过下列数值:l 330-500kV 线路断路器的变电所侧 1.3p.u.l 线路断路器的线路侧 1.4p.u.l 110220kV 1.3p.u.l 35-66kV 1.732p.u.l 3-10kV (1.1*1.732)p.u.大家网:http:/ 操作过电压的允许水平。l(1)相对地:5
3、00kV(直接接地系统)2.0p.u.l 330kV(直接接地系统)2.2p.u.l 110-220kV(直接接地系统)3.0p.u.l 66kV及以下(非直接接地系统)4.0p.u.l 35kV及以下(低电阻接地系统)3.2p.u.l(2)相间:l330500kV(取相对地过电压的倍数)1.31.4l 3220kV(取相对地过电压的倍数)1.5大家网:http:/ 雷电过电压的特点及相应的限制和保护设计l9.2.1 雷电过电压特点l9.2.1.1 雷电参数。l(1)雷电流幅值的概率。l 1)除2)所述地区以外的我国一般地区雷电流幅值超过I的概率可按式(921)求得,即l lgP=-(I/88
4、)(9-2-1)l式中 P雷电流幅值概率;l I雷电流幅值,kA。l 2)陕南以外的西北地区、内蒙古自治区的部分地区(这类地区的平均年雷暴日数在20及以下)雷电流幅值较小,可由式(9-2-2)求得,即大家网:http:/ lgP=-(I/44)(9-2-2)l(2)平均年雷暴日数宜根据当地气象台多年资料获得或参照全国平均年雷暴日数分布图确定。l1)少雷区,平均年雷暴日数不超过15的地区;l2)中雷区,平均年雷暴日数超过15但不超过40的地区;l3)多雷区,平均年雷暴日数超过40但不超过90的地区;l4)雷电活动特殊强烈地区,平均年雷暴日数超过90的地区及根据运行经验雷害特殊严重的地区。l(3)
5、在线路防雷设计中,雷电流波头长度一般取26Is,波头形状取斜角形;在设计特殊高塔时,可取半余弦波形,其最大陡度与平均陡度之比为2。l(4)地面落雷密度为每一雷电日每平方公里对地平均落雷次数,一般40雷电日地区为007。大家网:http:/ 线路雷电过电压 l(1)当雷击线路杆塔或避雷线时,可能造成绝缘子串、塔头空气间隙和避雷线与导线间空气间隙闪络,形成对导线的反击产生过电压。设计时要求塔头空气间隙和档距中央空气间隙的绝缘水平高于绝缘子串的绝缘水平。l 绝缘子串上承受的雷电过电压与杆塔自身电感、接地电阻、避雷线分流系统以及雷电流幅值有关,通常以耐雷水平(线路能承受该雷电流幅值而绝缘子串不致发生闪
6、络)作为线路的耐雷指标。l(2)雷直击(无避雷线线路)和绕击(有避雷线线路)导线将随着电压等级的增高,线路绕击的事故率增加,故电压等级的增高绕击事故率占总事故率的比重增大。大家网:http:/ 发电厂、变电所雷电过电压l(1)雷直接击在发电厂、变电所电气设备上产生直击雷过电压,由于过电压幅值很高,会造成设备的损坏,应对直击雷采取防护措施。l 当雷击发电厂避雷针、线或其他建、构筑物,将引起接地网冲击电位增高,会造成对电气设备的反击,产生反击过电压。反击过电压的幅值取决于雷电流幅值、地网冲击电阻、引流点位置和设备充电回路的时间常数。l (2)雷击附近物体或地面,由于空间电磁场发生剧烈变化,在线路的
7、导线上或其他金属导体上产生感应过电压。一般感应过电压仅对35kV及以下线路和电气设备绝缘有危害。l 当雷击点与导线的距离大于65m时,导线上感应过电压可按式(923)计算。l (3)输电线路受到雷击,雷电波沿导线侵入到发电厂电气设备上,产生侵入雷电波过电压。过电压幅值与发电厂进线保护段耐雷水平,雷击点距发电厂的距离,导线电晕衰减与发电厂接线、运行方式有关。大家网:http:/ 雷电过电压的限制和保护设计l9.2.2.1 设计和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。l9.2.2.2 架空线路上的雷电过电压。l(1)距架空线路S65m处,雷云对地放电时,线路上产生的感应过
8、电压最大值可按式(923)计算,即l Ui(25*I*hc/S)(9-2-3)l式中 Ui雷击大地时感应过电压最大值,kV;l I雷电流幅值(一般不超过100),kA;l hc导线平均高度,m;l S雷击点与线路的距离,m。l线路上的感应过电压为随机变量,其最大值可达300400kV,一般仅对35kV及以下线路的绝缘有一定威胁。大家网:http:/ UslOOI (9-2-4)l式中 Us雷击点过电压最大值,kV。l 雷直击导线形成的过电压易导致线路绝缘闪络。架设避雷线可有效地减少雷直击导线的概率。l(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
9、和接地电阻等有关。l 宜适当选取杆塔接地电阻,以减少雷电反击过电压的危害。大家网:http:/ 发电厂和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。l (1)应该采用避雷针或避雷线对高压配电装置进行直击雷保护并采取措施防止反击。l (2)应该采取措施防止或减少发电厂和变电所近区线路的雷击闪络,并在发电厂、变电所内适当配置阀式避雷器,以减少雷电侵入波过电压的危害。l (3)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,不引起发电厂和变电所电气设备绝缘损坏。l9.2.2.4 雷电过电
10、压的保护设计l (1)高压架空线路的雷电过电压保护见9.5.1。l (2)发电厂和变电所的雷电过电压保护见9.5.2。l (3)配电系统的雷电过电压保护见9.5.3。l (4)旋转电机的雷电过电压保护见9.5.4。大家网:http:/ 雷电过电压保护装置的选择l9.2.3.1 避雷针和避雷线。l(1)单支避雷针的保护范围(见图921)。l 1)避雷针在地面上的保护半径,应按式(921)计算,保护半径r为l r=1.5hP (9-2-5)l式中 r保护半径,m;l h避雷针的高度,m;l P高 度 影 响 系 数,h30m,P=1;30mh120m,P=5.5/(h)0.5;当h120m时,取其
11、等于120m。l大家网:http:/ a)当hx0.5h时l rx=(h-hx)P (9-2-6)l式中 rx避雷针在hx水平面上的保护半径,m;l hx被保护物的高度,m;l ha避雷针的有效高度,m。l b)当hx0.5h时l rx=(1.5h-2hx)P (9-2-7)l 大家网:http:/ 1)两针外侧的保护范围应按单支避雷针的计算方法确定。l 2)两针间的保护范围应按通过两针顶点及保护范围上部边缘最低点O的圆弧确定,圆弧的半径为只。O点为假想避雷针的顶点,其高度应按式(928)计算,为l h0=h-(D/7P)(9-2-8)l式中 ho两针间保护范围上部边缘最低点高度,m;l D两
12、避雷针间的距离,m。l两针间hx水平面上保护范围的一侧最小宽度应按图9-2-3确定。当bxrx时,取bx=rx。l求得bx后,可按图922绘出两针间的保护范围。l两针间距离与针高之比Dh不宜大于5。大家网:http:/ 24(b)。l1)三支等高避雷针所形成的三角形的外侧保护范围应分别按两支等高避雷针的方法计算确定。如在三角形内被保护物最大高度hx水平面上,各相邻避雷针间保护范围一侧最小宽度bx0,则全部面积即受到保护。l2)四支及以上等高避雷针所形成的四角形或多角形,可先将其分成两个或数个三角形,然后分别按三支等高避雷针的方法计算。如各边的保护范围一侧最小宽度bx0,则全部面积即受到保护。l
13、(4)单根避雷线在hx水平面上每侧保护范围的宽度(见图925)。大家网:http:/ 1)当hx(h/2)时l rx=0.47(h-hx)P (9-2-9)l式中 rx每侧保护范围的宽度,m。l 2)当hx(h/2)时l rx=(h-1.53hx)P (9-2-10)l(5)两根等高平行避雷线的保护范围(见图926)。l 1)两避雷线外侧的保护范围应按单根避雷线的计算方法确定。l 2)两避雷线间各横截面的保护范围应由通过两避雷线1、2点及保护范围边缘最低点O的圆弧确定。O点的高度应按式(9211)计算,即l h0=h-(D/4P)(9-2-11)l式中 h0两避雷线间保护范围上部边缘最低点的高
14、度,m;l D两避雷线间的距离,m;l h避雷线的高度,m。大家网:http:/ a)当hx(h/2)时l rx=0.47(h0-hx)P (9-2-12)l式中 rx每侧保护范围的宽度,m。l b)当hx(h/2)时l rx=(h0-1.53hx)P (9-2-13)l(6)不等高避雷针、避雷线的保护范围(见图927)。l 1)两 支 不 等 高 避 雷 针 外 侧 的 保 护 范围应分别按单支避雷针的计算方法确定。大家网:http:/ 2)两支不等高避雷针间的保护范围应按单支避雷针的计算方法,先确定较高避雷针1的保护范围,然后由较低避雷针2的顶点,作水平线与避雷针1的保护范围相交于点3,取
15、点3为等效避雷针的顶点,再按两支等高避雷针的计算方法确定避雷针2和3间的保护范围。通过避雷针2、3顶点及保护范围上部边缘最低点的圆弧,其弓高应按式(9214)计算,为l f=D/7P (9-2-11)l式中 f圆弧的弓高,m;l D/避雷针2和等效避雷针3间的距离,m。大家网:http:/ 3)对多支不等高避雷针所形成的多角形,各相邻两避雷针的外侧保护范围按两支不等高避雷针的计算方法确定;三支不等高避雷针,如在三角形内被保护物最大高度hx水平面上,各相邻避雷针间保护范围一侧最小宽度bx0,则全部面积即受到保护;四支及以上不等高避雷针所形成的多角形,其内侧保护范围可仿照等高避雷针的方法确定。l
16、4)两 根 不 等 高 避 雷 线 各 横 截 面 的 保 护 范围,应仿照两支不等高避雷针的方法,按式(9211)计算。l(7)山地和坡地上的避雷针,由于地形、地质、气象及雷电活动的复杂性,避雷针的保护范围应有所减小。避雷针的保护范围可按式(925)式(927)的计算结果和依图923确定的bx等乘以系数0.75求得;式(928)可修改为h0=h-(D/5P);式(9214)可修改为f=D/5P。大家网:http:/ (8)相互靠近的避雷针和避雷线的联合保护范围可近似按下列方法确定(见图928):l避雷针、线外侧保护范围分别按单针、线的保护范围l确定。内侧首先将不等高针、线划为等高针、线,然后
17、将等高针、线视为等高避雷线计算其保护范围。l9.2.3.2 阀式避雷器l (1)采用阀式避雷器进行雷电过电压保护时,除旋转电机外,对不同电压范围、不同系统接地方式的避雷器选型如下:l 1)有效接地系统,范围应该选用金属氧化物避雷器;范围I宜采用金属氧化物避雷器;l 2)气体绝缘全封闭组合电器(GIS)和低电阻接地系统应该选用金属氧化物避雷器;l大家网:http:/ 3)不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统,根据系统中谐振过电压和间歇性电弧接地过电压等发生的可能性及其严重程度,可任选金属氧化物避雷器或碳化硅普通阀式避雷器。l(2)旋转电机的雷电侵入波过电压保护,宜采用旋转电机金属氧化物避雷器或旋
18、转电机磁吹阀式避雷器。l(3)有串联间隙金属氧化物避雷器和碳化硅阀式避雷器的额定电压,一般情况下应符合下列要求:l 1)110kV及220kV有效接地系统不低于0.8Um;l 2)310kV和35kV、66kV系统分别不低于1.1Um和Um;l3kV及以上具有发电机的系统不低于1.1Um(Um为发电机最高运行电压);l 3)中性点避雷器的额定电压,对320kV和35、66kV系统,分别不低于0.64Um和0.58Um;对3-20kV发电机,不低于0.64Um.g。大家网:http:/ 1)避雷器的持续运行电压和额定电压应不低于表921所列数值;l 2)避雷器能承受所在系统作用的暂时过电压和操作
19、过电压能量。l(5)阀式避雷器标称放电电流下的残压,不应大于被保护电气设备(旋转电机除外)准雷电冲击全波耐受电压的71。l(6)发电厂和变电所内35kV及以上避雷器应装设简单可靠的多次动作记录器或磁钢记录器。l大家网:http:/ 排气式避雷器。l (1)在选择排气式避雷器时,开断续流的上限,考虑非周期分量,不得小于安装处短路电流的最大有效值;开断续流的下限,不考虑非周期分量,不得大于安装处短路电流的可能最小值。l (2)如按开断续流的范围选择排气式避雷器,最大短路电流应按雷季电力系统最大运行方式计算,并包括非周期分量的第一个半周短路电流有效值。如计算困难,对发电厂附近,可将周期分量第一个半周
20、的有效值乘以1.5;距发电厂较远的地点,乘以1.3。最小短路电流应按雷季电力系统最小运行方式计算,且不包括非周期分量。l (3)排气式避雷器外间隙的距离,在符合保护要求的条件下,应采用较大的数值。表921。大家网:http:/ 9.3 暂时过电压的特点及相应的限制和保护设计暂时过电压的特点及相应的限制和保护设计 l9.3.1 暂时过电压的特点l9.3.1.1 工频过电压的性质。l 工频过电压的频率为工频或接近工频,幅值不高,在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统,约为工频电压的3倍;在中性点直接接地系统中,一般不允许超过15倍。l 工频过电压常发生在故障引起的长线切合过程中。在发电机暂态电势Ed
21、为常数时,工频过电压处于暂态状态,持续时间不超过1s。由于在0.11s以内,工频过电压仅变化23,一般多取0.1s左右的暂态数值作为参考值。此后,发电机自动电压调整器发生作用,Ed变化,在2-3s以后,系统进入稳定状态。此时的工频过电压称为工频稳态过电压。l工频过电压对220kV及以下电力网的电气设备没有危险,但对330kV及以上的超高压电网影响很大,需要采取措施予以限制。大家网:http:/ 谐振过电压的性质l电网中的电感、电容元件,在定电源的作用下,并受到操作或故障的激发,使得某一自由振荡频率与外加强迫频率相等,形成周期性或准周期性的剧烈振荡,电压振幅急剧上升,出现严重谐振过电压。l各种谐
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