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1、第十章第十章 发电厂和变电所的防雷保护发电厂和变电所的防雷保护10-1 10-1 发电厂、变电所的直击雷保护发电厂、变电所的直击雷保护10-2 10-2 变电所内阀型避雷器的保护作用变电所内阀型避雷器的保护作用10-3 10-3 变电所的进线段保护变电所的进线段保护10-4 10-4 三相绕组变压器和自耦变压器的防雷保护三相绕组变压器和自耦变压器的防雷保护10-5 10-5 变压器中性点保护变压器中性点保护10-6 10-6 旋转电机的防雷保护旋转电机的防雷保护发电厂、变电所雷害来源：发电厂、变电所雷害来源：引言引言1.1.雷直击发电厂和变电站的避雷针后，强大的雷雷直击发电厂和变电站的避雷针后
2、，强大的雷电流电流1 1）在设备上产生感应过电压）在设备上产生感应过电压2 2）避雷针电位升高对设备反击）避雷针电位升高对设备反击3 3）产生跨步电压和接触电压）产生跨步电压和接触电压2.2.雷击线路后导线上形成雷电波侵入发电厂和变雷击线路后导线上形成雷电波侵入发电厂和变电站电站发电厂、变电所过电压防护的主要措施：发电厂、变电所过电压防护的主要措施：直击雷直击雷侵入波侵入波避雷针、避雷线保护范围避雷针、避雷线保护范围防止反击防止反击避雷器的保护作用与范围避雷器的保护作用与范围进线端保护进线端保护降低来波陡度降低来波陡度减小通过避雷减小通过避雷器的电流幅值器的电流幅值10-1 10-1 发电厂、
3、变电所的直击雷保护发电厂、变电所的直击雷保护 为了防止雷直击发电厂、变电所，可以装设避为了防止雷直击发电厂、变电所，可以装设避雷针，应使所有设备都处于避雷针保护范围之内，雷针，应使所有设备都处于避雷针保护范围之内，且要防止雷击避雷针时的反击事故。且要防止雷击避雷针时的反击事故。一、对避雷针安装位置的要求一、对避雷针安装位置的要求1.1.独立避雷针：具有独立于变电站地网的接地装独立避雷针：具有独立于变电站地网的接地装置。置。2.2.构架避雷针：安装于配电构架上，并与变电站构架避雷针：安装于配电构架上，并与变电站的地网相连。的地网相连。1.1.独立避雷针独立避雷针 对于对于35KV35KV及以下的
4、配电装置，及以下的配电装置，由于绝缘水平较低，为了避免由于绝缘水平较低，为了避免反击的危险，应架设独立避雷反击的危险，应架设独立避雷针，其接地装置与主接地网分针，其接地装置与主接地网分开埋设。开埋设。在避雷针在避雷针h h高度处和避雷针高度处和避雷针的接地装置上，将出现高电位的接地装置上，将出现高电位u uk k和和u ud d。此时有：。此时有：避雷针等避雷针等值电感值电感流经避雷针的雷电流经避雷针的雷电流平均上升速度流平均上升速度流经避雷针流经避雷针的雷电流的雷电流避雷针的冲避雷针的冲击接地电阻击接地电阻 取雷电流的幅值为取雷电流的幅值为100KA100KA，雷电流的平均上升，雷电流的平均
5、上升速度为速度为38.5KA/s38.5KA/s，避雷针电感为，避雷针电感为1.55H/m1.55H/m，则可得：则可得：上两式表明，避雷针和接地装置上的电位上两式表明，避雷针和接地装置上的电位u uk k和和u ud d与冲击接地电阻与冲击接地电阻R Rchch有关，有关，R Rchch越小，则越小，则u uk k和和u ud d越低。越低。为了防止避雷针与被保护设备或构架之间的空为了防止避雷针与被保护设备或构架之间的空气间隙气间隙S Sk k被击穿而造成反击事故，必须要求被击穿而造成反击事故，必须要求S Sk k大大于一定距离，若取空气的平均抗电强度为于一定距离，若取空气的平均抗电强度为5
6、00KV/m500KV/m，则，则S Sk k应满足：应满足：同样，为了防止避雷针接地装置与被保护设备同样，为了防止避雷针接地装置与被保护设备接地装置之间在土壤中的间隙接地装置之间在土壤中的间隙S Sd d被击穿，必须要被击穿，必须要求求S Sd d大于一定距离，若取土壤的平均抗电强度为大于一定距离，若取土壤的平均抗电强度为300KV/m300KV/m，则，则S Sd d应满足：应满足：在一般情况下，在一般情况下，S Sk k不应小于不应小于5m5m，S Sd d不应小不应小于于3m3m。2.2.构架避雷针构架避雷针对于对于110KV110KV及以上的配电装置，因为绝缘水平及以上的配电装置，因
7、为绝缘水平较高，雷击避雷针时在配电构架上出现的高电位较高，雷击避雷针时在配电构架上出现的高电位不会造成反击事故，故可以将避雷针架设在配电不会造成反击事故，故可以将避雷针架设在配电装置的构架上，可以节约投资，便于布置。装置的构架上，可以节约投资，便于布置。在装设避雷针的构建附近埋设在装设避雷针的构建附近埋设辅助集中接地装辅助集中接地装置置，此接地装置与变电所接地网的地下连接点离，此接地装置与变电所接地网的地下连接点离主变压器接地装置与变电所接地网的地下连接点主变压器接地装置与变电所接地网的地下连接点之间，之间，沿接地体的长度沿接地体的长度不应小于不应小于15m15m。目的目的：使雷击避雷针时在避
8、雷针接地装置上产生的高电：使雷击避雷针时在避雷针接地装置上产生的高电位，在沿接地网向变压器接地点传播的过程中逐渐衰减，位，在沿接地网向变压器接地点传播的过程中逐渐衰减，以便达到变压器接地点时不会造成变压器的反击事故。以便达到变压器接地点时不会造成变压器的反击事故。土壤电阻率大于土壤电阻率大于500m500m时，需独立架设避雷针。时，需独立架设避雷针。在变压器的门型构架上，一般也不允许架设避在变压器的门型构架上，一般也不允许架设避雷针（线）。雷针（线）。二、对避雷线安装位置的要求二、对避雷线安装位置的要求1.1.为了防止反击，避雷线与配电装置带电部分、为了防止反击，避雷线与配电装置带电部分、发电
9、厂和变电所电气设备接地部分以及构架接地发电厂和变电所电气设备接地部分以及构架接地部分间的空气距离，应符合下列要求：部分间的空气距离，应符合下列要求：对一端绝缘另一端接地的避雷线对一端绝缘另一端接地的避雷线对两端接地的避雷线对两端接地的避雷线通常通常不宜不宜小于小于5m5m。2.2.避雷线的接地装置与发电厂变电站接地网间的避雷线的接地装置与发电厂变电站接地网间的地中距离，应符合：地中距离，应符合：通常不宜小于通常不宜小于3m3m。10-2 10-2 变电所内阀型避雷器的保护作用变电所内阀型避雷器的保护作用 沿导线传播的侵入波幅值远远高于变电站内设沿导线传播的侵入波幅值远远高于变电站内设备绝缘水平
10、备绝缘水平，故需采用避雷器作为变电站内侵入，故需采用避雷器作为变电站内侵入波的防护。波的防护。一、避雷器的保护动作过程一、避雷器的保护动作过程避雷器动作前：避雷器动作前：动作后：动作后：由图可知：由图可知：避雷器电压有避雷器电压有两个峰值两个峰值U Uchch和和U Ubmbm，U Uchch是避是避雷器冲击放电雷器冲击放电电压，由于阀电压，由于阀型避雷器的伏型避雷器的伏秒特性秒特性u uf f很平，很平，故此值基本上故此值基本上不随侵入波陡不随侵入波陡度而变；度而变；U Ubmbm为避雷器残压的最大值，虽然为避雷器残压的最大值，虽然残压与雷电流的大小有关，但因阀残压与雷电流的大小有关，但因阀
11、片的非线性特性，当流过的雷电流片的非线性特性，当流过的雷电流在很大范围内变动时，其残压近乎在很大范围内变动时，其残压近乎不变。不变。在具有正常防雷接线的在具有正常防雷接线的110220KV110220KV变电所中，变电所中，流经避雷器的雷电流一般不超过流经避雷器的雷电流一般不超过5KA5KA（对（对330KV330KV为为10KA10KA），故残压的最大值取为），故残压的最大值取为5KA5KA下的数值；下的数值；在一般情况下，避雷器的冲击放电电压与在一般情况下，避雷器的冲击放电电压与5KA5KA的残压基本相同，则在分析中可以将避雷器上的的残压基本相同，则在分析中可以将避雷器上的电压电压u ub
12、 b近似地视为一斜角平顶波，其幅值为近似地视为一斜角平顶波，其幅值为5KA5KA时的残压时的残压U Ub.5b.5，波头时间（即避雷器放电时间），波头时间（即避雷器放电时间）则取决于入侵波的陡度。则取决于入侵波的陡度。若入侵波为斜角波，即若入侵波为斜角波，即u=tu=t，则避雷器的作用相，则避雷器的作用相当于在避雷器放电时刻当于在避雷器放电时刻t tp p在在避雷器安装处产生一负电压避雷器安装处产生一负电压波波-（t-tt-tp p）。）。由于避雷器直接接在变压器旁，故变压器上的由于避雷器直接接在变压器旁，故变压器上的过电压波形与避雷器上电压相同，过电压波形与避雷器上电压相同，若变压器的冲若变
13、压器的冲击耐压大于避雷器的冲击放电电压和击耐压大于避雷器的冲击放电电压和5KA5KA下的残下的残压，则变压器将得到可靠的保护压，则变压器将得到可靠的保护。二、避雷器与设备的距离对过电压的影响二、避雷器与设备的距离对过电压的影响 不可能在每台被保护设备上并联一台避雷器，不可能在每台被保护设备上并联一台避雷器，也就是说也就是说避雷器与被保护设备存在一定距离避雷器与被保护设备存在一定距离，一，一般只在变电所母线上装设避雷器，由于变压器是般只在变电所母线上装设避雷器，由于变压器是最重要的设备，因此避雷器尽量靠近变压器。最重要的设备，因此避雷器尽量靠近变压器。进线隔离开关处电压的最大值进线隔离开关处电压
14、的最大值UL为：为：波速波速变压器上电压的最大值变压器上电压的最大值UT为：为：上两式表明，不论设备位于避雷器前或避雷器上两式表明，不论设备位于避雷器前或避雷器后，只要设备离避雷器有一段距离，则设备上所后，只要设备离避雷器有一段距离，则设备上所受冲击电压的最大值必然要受冲击电压的最大值必然要高于高于避雷器残压避雷器残压U Ub.5b.5。所以，当雷电波入侵变电所时，变电所设备上所以，当雷电波入侵变电所时，变电所设备上所受冲击电压的最大值所受冲击电压的最大值U US S可表示为：可表示为：设备与避雷器之设备与避雷器之间的距离间的距离 若考虑各设备对地电容的存在以及若考虑各设备对地电容的存在以及变
15、电所具体接线的复杂性，变电所具体接线的复杂性，可引入对可引入对地电容影响系数，则：地电容影响系数，则：从左图可以看出，变压从左图可以看出，变压器上的电压具有振荡性质，器上的电压具有振荡性质，其轴为避雷器残压。对变其轴为避雷器残压。对变压器绝缘的作用与截波的压器绝缘的作用与截波的作用较为接近，因此作用较为接近，因此常以常以变压器绝缘承受截波的能变压器绝缘承受截波的能力来说明在运行中该变压力来说明在运行中该变压器承受雷电波的能力器承受雷电波的能力。变压器承受截波的能力称为变压器承受截波的能力称为多次截波耐压值多次截波耐压值U Uj j，根据实践经验，该值为，根据实践经验，该值为变压器三次截波冲击试
16、变压器三次截波冲击试验电压验电压的的1/1.151/1.15倍，即：倍，即：为了保证设备安全运行，必须满足：为了保证设备安全运行，必须满足：1 1）必须限制避雷器的残压，也就是说对流过）必须限制避雷器的残压，也就是说对流过避雷器的雷电流必须加以限制使之不大于避雷器的雷电流必须加以限制使之不大于5KA5KA或或10KA10KA；2 2）限制入侵波的陡度）限制入侵波的陡度；3 3）尽量缩短避雷器与被保护设备间的电气距离。）尽量缩短避雷器与被保护设备间的电气距离。由上式可见，为了保证变压器和其他设备的由上式可见，为了保证变压器和其他设备的安全，需采取如下措施：安全，需采取如下措施：避雷器的最大保护距
17、离避雷器的最大保护距离：入侵波陡度：入侵波陡度为一定值为一定值时，变压器与避雷器之间的距离有一极限值，超时，变压器与避雷器之间的距离有一极限值，超过此值，变压器上受到的冲击电压将超过其冲击过此值，变压器上受到的冲击电压将超过其冲击耐压，避雷器对变压器将无法保护，此值称为耐压，避雷器对变压器将无法保护，此值称为避避雷器的最大保护距离或保护范围雷器的最大保护距离或保护范围。一路进线的变电所一路进线的变电所二路进线的变电所二路进线的变电所说明：说明：1 1）因变电所中其他设备的冲击耐压值比变压器）因变电所中其他设备的冲击耐压值比变压器高，所以其他设备的最大允许电气安全距离可以高，所以其他设备的最大允
18、许电气安全距离可以比上两图中的值相应增加比上两图中的值相应增加35%35%。2 2）二路进线的变电所，其最大允许电气距离比）二路进线的变电所，其最大允许电气距离比一路进线时大。原因是一路来波时，另一路将分一路进线时大。原因是一路来波时，另一路将分流部分雷电流。流部分雷电流。3 3）规程建议，三路进线变电所的最大电气允许）规程建议，三路进线变电所的最大电气允许距离比二路时增大距离比二路时增大20%20%；四路及以上进线可增大；四路及以上进线可增大35%35%。变电所的防雷性能通常用危险波曲线来说明。变电所的防雷性能通常用危险波曲线来说明。危险波曲线取得的方法为：危险波曲线取得的方法为：1 1）在
19、某一运行方式下，固定）在某一运行方式下，固定入侵波幅值，改变入侵波陡入侵波幅值，改变入侵波陡度直至变电所内某一设备上度直至变电所内某一设备上的过电压达到其冲击耐压值的过电压达到其冲击耐压值为止，记录该入侵波幅值及为止，记录该入侵波幅值及其相应的陡度作为危险曲线其相应的陡度作为危险曲线上的一点。上的一点。2 2）改变入侵波幅值，重复上）改变入侵波幅值，重复上述过程。述过程。入侵波幅值和陡度位于区域入侵波幅值和陡度位于区域，则变电所出现雷害事故；位，则变电所出现雷害事故；位于于区，则无雷害事故。危险区，则无雷害事故。危险波形越偏上或偏右，则运行方波形越偏上或偏右，则运行方式下的防雷性能越好。式下的
20、防雷性能越好。三、变电所避雷器保护配置三、变电所避雷器保护配置1.1.配电装置的每组母线上应装设避雷器，但进出配电装置的每组母线上应装设避雷器，但进出线都装有避雷器的除外。线都装有避雷器的除外。2.2.旁路母线是否装设避雷器视其运行时避雷器到旁路母线是否装设避雷器视其运行时避雷器到被保护设备的电气距离是否满足要求而定。被保护设备的电气距离是否满足要求而定。3.330KV3.330KV及以上变压器和并联电抗器处必须装设及以上变压器和并联电抗器处必须装设避雷器，避雷器应尽可能靠近设备本体。避雷器，避雷器应尽可能靠近设备本体。4.220KV4.220KV及以下变压器到避雷器之间的电气距离及以下变压器
21、到避雷器之间的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。5.5.三绕组变压器到低压侧的一相上宜装设一台避三绕组变压器到低压侧的一相上宜装设一台避雷器。雷器。6.6.自耦变压器必须在两个自耦合的绕组出线上装自耦变压器必须在两个自耦合的绕组出线上装设避雷器，避雷器装设于变压器与断路器之间。设避雷器，避雷器装设于变压器与断路器之间。7.7.下列情况变压器中性点应装设避雷器：下列情况变压器中性点应装设避雷器：1 1）中性点直接接地系统，变压器中性点为分级）中性点直接接地系统，变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时；绝缘且装有隔离开关时；2 2）中性
22、点直接接地系统，变压器中性点为全绝）中性点直接接地系统，变压器中性点为全绝缘，但是变电站为单进线且为单台变压器运行时；缘，但是变电站为单进线且为单台变压器运行时；3 3）中性点不接地或经消弧线圈接地系统，多雷）中性点不接地或经消弧线圈接地系统，多雷区单进线变压器中性点。区单进线变压器中性点。变电所母线上的避雷器变电所母线上的避雷器10-3 10-3 变电所的进线段保护变电所的进线段保护 进线段进线段：输电线靠近变电站：输电线靠近变电站12Km12Km的线段。的线段。统计表明统计表明：变电站侵入波事故：变电站侵入波事故50%50%是是1Km1Km线路落线路落雷造成的，雷造成的，71%71%是是3
23、Km3Km线路落雷造成的。线路落雷造成的。进线段保护进线段保护：加强进线段防雷保护措施加强进线段防雷保护措施（无避（无避雷线的架设避雷线，有避雷线的减小保护角，增雷线的架设避雷线，有避雷线的减小保护角，增加绝缘子片数，加强检查巡视）使加绝缘子片数，加强检查巡视）使进线段耐雷水进线段耐雷水平高于线路其它部分，减小进线段发生绕击和反平高于线路其它部分，减小进线段发生绕击和反击形成侵入波的概率击形成侵入波的概率，这样侵入变电站的雷电波，这样侵入变电站的雷电波主要来自进线段之外。主要来自进线段之外。侵入波经过在进线段上传播时，由于冲击电晕侵入波经过在进线段上传播时，由于冲击电晕陡度会降低，进线段的波阻
24、抗也起着限制流过避陡度会降低，进线段的波阻抗也起着限制流过避雷器的雷电流的作用。雷器的雷电流的作用。进线段作用：进线段作用：1 1）限制雷电流；）限制雷电流；2 2）降低侵入波陡度。）降低侵入波陡度。变电所内设备距避雷器的最大允许电气距离变电所内设备距避雷器的最大允许电气距离l lm m就是根据进线段以外落雷的条件下求得的，这样就是根据进线段以外落雷的条件下求得的，这样就可以保证进线段以外落雷时变电所不会发生事就可以保证进线段以外落雷时变电所不会发生事故。故。一、一、35KV35KV及以上变电所的进线端保护及以上变电所的进线端保护未沿全线架设避雷线的未沿全线架设避雷线的35110KV35110
25、KV线路的变电所线路的变电所的进线保护接线的进线保护接线全线架设避雷线的全线架设避雷线的35110KV35110KV线路的变电所的线路的变电所的进线保护接线进线保护接线1.1.进线段首端（进线段首端（A A点）落雷时流经避雷器电流的点）落雷时流经避雷器电流的计算计算 最不利的情况是进线最不利的情况是进线段首端落雷，由于受线段首端落雷，由于受线路绝缘放电电压的限制，路绝缘放电电压的限制，入侵雷电波的最大幅值入侵雷电波的最大幅值为线路绝缘的为线路绝缘的50%50%冲击闪冲击闪络电压络电压U U50%50%。则流经避雷器雷电流的则流经避雷器雷电流的最大值最大值I Ib b满足：满足：进线段导线波阻进
26、线段导线波阻避雷器的残压避雷器的残压最大值最大值 从从P288P288表表10-3-210-3-2可知，可知，12Km12Km的进线端已能够的进线端已能够满足限制避雷器中雷电流不超过满足限制避雷器中雷电流不超过5KA5KA或或10KA10KA的要的要求。求。2.2.进入变电所的雷电流波陡度进入变电所的雷电流波陡度的计算的计算进线段导线悬挂平均高度（进线段导线悬挂平均高度（m m）进线段长度进线段长度（m m）行波电压（行波电压（KVKV）则计算用陡度值为：则计算用陡度值为：见见P289P289表表10-3-310-3-3 根据计算陡度值，就可由根据计算陡度值，就可由P287P287图图10-2
27、-710-2-7和图和图10-2-810-2-8查出变压器或其他设备到查出变压器或其他设备到FZFZ型避雷器的型避雷器的最大允许电气距离最大允许电气距离l lm m。管型管型避雷器避雷器F3F3装设原则装设原则：冲击绝缘水平特别：冲击绝缘水平特别高的线路，如瓷木横担或降压运行的线路，限高的线路，如瓷木横担或降压运行的线路，限制侵入波幅值用。制侵入波幅值用。管型避雷器管型避雷器F2F2装设原则装设原则：雷雨季节常有断路器：雷雨季节常有断路器断开，而线路侧又在带电的情况下，防止来波在断开，而线路侧又在带电的情况下，防止来波在开路的线路末端全反射造成闪络，工频短路电流开路的线路末端全反射造成闪络，工
28、频短路电流烧坏断路器或隔离开关的绝缘支座，所以必须在烧坏断路器或隔离开关的绝缘支座，所以必须在靠近隔离开关或断路器处装设一组管型避雷器靠近隔离开关或断路器处装设一组管型避雷器F2F2；在断路器闭合运行时，入侵雷电波不应使；在断路器闭合运行时，入侵雷电波不应使F2F2动动作，也即此时作，也即此时F2F2应在变电所阀型避雷器应在变电所阀型避雷器F1F1保护范保护范围内，如围内，如F2F2在断路器闭合运行时入侵波使之放电在断路器闭合运行时入侵波使之放电则将造成截波，可能危及变压器纵绝缘。若缺乏则将造成截波，可能危及变压器纵绝缘。若缺乏合适参数的管型避雷器，则合适参数的管型避雷器，则F2F2也可用阀型
29、避雷器也可用阀型避雷器或保护间隙来代替。或保护间隙来代替。二、二、35KV35KV小容量变电所的简化进线端保护小容量变电所的简化进线端保护 变电所面积小，变电所面积小，避雷器与变压器距避雷器与变压器距离一般在离一般在10m10m以内。以内。31505000KVA31505000KVA、35KV35KV变电所的简化保护接线变电所的简化保护接线 对对35110KV35110KV变电所，如进变电所，如进线段装设避雷线有困难或进线段装设避雷线有困难或进线段杆塔接地电阻难于下降，线段杆塔接地电阻难于下降，不能达到要求的耐雷水平时不能达到要求的耐雷水平时，可在进线的终端杆上安装一可在进线的终端杆上安装一组
30、组1000H1000H左右的电抗器来左右的电抗器来代替进线段。代替进线段。此电抗器既能此电抗器既能限制流过避雷器的雷电流又限制流过避雷器的雷电流又能限制入侵波陡度能限制入侵波陡度。10-4 10-4 三绕组变压器和自耦变压器的防雷保护三绕组变压器和自耦变压器的防雷保护一、三绕组变压器的防雷保护一、三绕组变压器的防雷保护 措施措施：只要在任一相低压绕组直接出口处对：只要在任一相低压绕组直接出口处对地加装一个避雷器即可。地加装一个避雷器即可。原因原因：三绕组变压器在正常运行时，可能存：三绕组变压器在正常运行时，可能存在只有高、中压绕组工作，低压绕组开路的情在只有高、中压绕组工作，低压绕组开路的情况
31、，此时，在高压或中压侧有雷电波作用时，况，此时，在高压或中压侧有雷电波作用时，由于低压绕组对地电容较小，开路的低压绕组由于低压绕组对地电容较小，开路的低压绕组三相上的静电感应分量都达到很高的数值，将三相上的静电感应分量都达到很高的数值，将危及绝缘。中压绕组虽也可能断开，但其绝缘危及绝缘。中压绕组虽也可能断开，但其绝缘水平较高，一般不装。水平较高，一般不装。二、自耦变压器的防雷保护二、自耦变压器的防雷保护 自耦变压器一般除有高、中压自耦绕组外，还自耦变压器一般除有高、中压自耦绕组外，还有低压非自耦绕组，可能出现有低压非自耦绕组，可能出现高低压绕组运行、高低压绕组运行、中压绕组开路中压绕组开路和和
32、中低压绕组运行、高压开路中低压绕组运行、高压开路的运的运行方式。行方式。高压端高压端A A进波进波1.1.高低压绕组运行、中压绕高低压绕组运行、中压绕组开路组开路中压端子上出现的最大电位中压端子上出现的最大电位高压侧与中压侧绕组的变比高压侧与中压侧绕组的变比高压端高压端电压电压 保护措施保护措施：在中压侧与断路器之间装设一组避：在中压侧与断路器之间装设一组避雷器，以便当中压侧断路器开路时保护中压侧绝雷器，以便当中压侧断路器开路时保护中压侧绝缘。缘。2.2.高压绕组开路、中低压绕组运行高压绕组开路、中低压绕组运行中压端中压端AA进波进波 由中压端由中压端AA到开路的高到开路的高压端压端A A的稳
33、态分布是由中压的稳态分布是由中压端端AA到中性点到中性点O O的稳态分布的稳态分布的电磁感应而形成的，高压的电磁感应而形成的，高压端端A A点的稳态电压为：点的稳态电压为：在振荡过程中在振荡过程中A A点的电位点的电位可达：可达：，危及开路的，危及开路的高压侧绝缘。高压侧绝缘。保护措施保护措施：在高压侧与断路器之间装设一组避雷器，：在高压侧与断路器之间装设一组避雷器，以便当高压侧断路器开路时保护高压侧绝缘。以便当高压侧断路器开路时保护高压侧绝缘。一般避雷器配置一般避雷器配置自耦避雷器配置自耦避雷器配置 此外，当中压侧有出线（相当于此外，当中压侧有出线（相当于AA点经线路波阻抗接地）而高压侧点经
34、线路波阻抗接地）而高压侧有雷电流入侵时，有雷电流入侵时，AA相当于接地，相当于接地，雷电流电压将加在自耦变压器绕组的雷电流电压将加在自耦变压器绕组的AAAA绕组上，可能使其损坏。同理，绕组上，可能使其损坏。同理，当高压侧连有出线而中压侧进波时也当高压侧连有出线而中压侧进波时也有类似情况。这种情况显然在有类似情况。这种情况显然在AAAA绕绕组越短时约危险，组越短时约危险，因此当变比小于因此当变比小于1.251.25时，在时，在AAAA之间还应装加一组避之间还应装加一组避雷器（雷器（F3F3），），此此避雷器的灭弧电压应避雷器的灭弧电压应大于高压或中压侧接地短路条件下，大于高压或中压侧接地短路条件
35、下，AAAA所出现的最高工频电压所出现的最高工频电压，也可采也可采用用“自耦自耦”避雷器保护方式。避雷器保护方式。10-5 10-5 变压器中性点保护变压器中性点保护 对变压器绕组，当三相来波时，对变压器绕组，当三相来波时，在变压器中性在变压器中性点的电位理论上会达到绕组首端电压的两倍点的电位理论上会达到绕组首端电压的两倍，因，因此需要考虑变压器中性点的保护问题。此需要考虑变压器中性点的保护问题。对中性点不接地或经消弧线圈接地的对中性点不接地或经消弧线圈接地的3560KV3560KV系统的变压器中性点一般不需保护。系统的变压器中性点一般不需保护。原因：原因：1 1）变压器中性点的绝缘水平与相线
36、端一样，即全绝缘，）变压器中性点的绝缘水平与相线端一样，即全绝缘，大多数来波自线路较远处袭来，其陡度很小；大多数来波自线路较远处袭来，其陡度很小；2 2）变电所进线不止一条，非雷击线起了分流作用；）变电所进线不止一条，非雷击线起了分流作用；3 3）变压器绝缘有一定的裕度。）变压器绝缘有一定的裕度。对中性点接地的对中性点接地的110KV110KV且为单进线的变电所且为单进线的变电所，则宜在中性点上加装避雷器，避雷器的额定电压则宜在中性点上加装避雷器，避雷器的额定电压可按线电压或相电压选择。可按线电压或相电压选择。对中性点不接地且变压器采用分级绝缘的变压对中性点不接地且变压器采用分级绝缘的变压器器
37、，则宜在中性点上加装避雷器或间隙保护之。，则宜在中性点上加装避雷器或间隙保护之。中性点阀型避雷器应满足的条件：中性点阀型避雷器应满足的条件：1 1）其冲击放电电压应低于变压器中性点的冲击）其冲击放电电压应低于变压器中性点的冲击耐压；耐压；2 2）其灭弧电压应大于电网单相接地而引起的中）其灭弧电压应大于电网单相接地而引起的中性点电位升高的稳态值性点电位升高的稳态值U U0 0。相电相电压压 在中性点直接接地电网中在中性点直接接地电网中 一般不超过一般不超过3 3，因此，因此U U0 0的极限值将为的极限值将为0.6U0.6Uxgxg 对于对于中性点间隙保护中性点间隙保护来说，除了应满足其冲击来说
38、，除了应满足其冲击放电电压应低于变压器中性点的冲击耐压这个条放电电压应低于变压器中性点的冲击耐压这个条件外，尚需件外，尚需满足间隙的放电电压大于其电网接地满足间隙的放电电压大于其电网接地而引起的中性点电位升高的暂态最大值而引起的中性点电位升高的暂态最大值，以免间，以免间隙动作而造成继电保护误动作。隙动作而造成继电保护误动作。对对110KV110KV分级绝缘变压器中性点分级绝缘变压器中性点来说，如选用来说，如选用FZ-35FZ-35或或FCZ-35FCZ-35，则其灭弧电压低于电网单相接，则其灭弧电压低于电网单相接地时中性点的电位升高稳态值，因此一般不可采地时中性点的电位升高稳态值，因此一般不可
39、采用，用，应考虑选用应考虑选用FZ-40FZ-40。对对220KV220KV和和330KV330KV分级绝缘变压器分级绝缘变压器来说，则分来说，则分别选用别选用FZ-110JFZ-110J和和FZ-145JFZ-145J型避雷器即可。型避雷器即可。在在断路器非全相合闸断路器非全相合闸时，在变压器中性点上将时，在变压器中性点上将出现很高的过电压，避雷器不能限制这种内部过出现很高的过电压，避雷器不能限制这种内部过电压，我国曾出现过多起该情况下的避雷器爆炸电压，我国曾出现过多起该情况下的避雷器爆炸事故，一般可选用下列方法解决之。事故，一般可选用下列方法解决之。1 1）提高断路器质量，保证三相同期合闸
40、；）提高断路器质量，保证三相同期合闸；2 2）开断或接入变压器时先将变压器中性点直接）开断或接入变压器时先将变压器中性点直接接地，待操作完毕后再将中性点拉开；接地，待操作完毕后再将中性点拉开；3 3）中性点采用间隙保护。）中性点采用间隙保护。根据实践经验，根据实践经验，220KV220KV变压器中性点可采用变压器中性点可采用340mm340mm的棒间隙保护，其运行情况良好。的棒间隙保护，其运行情况良好。10-6 10-6 旋转电机的防雷保护旋转电机的防雷保护直配电机直配电机：直接与架空线相连的旋转电机（包：直接与架空线相连的旋转电机（包括发电机、同期调相机、大型电动机）括发电机、同期调相机、大
41、型电动机）旋转电机的防雷保护范围旋转电机的防雷保护范围：包括电机主绝缘、：包括电机主绝缘、匝间绝缘和中性点绝缘的保护匝间绝缘和中性点绝缘的保护旋转电机防雷保护的特点旋转电机防雷保护的特点：1 1）在相同电压等级的电气设备中，旋转电机的）在相同电压等级的电气设备中，旋转电机的绝缘水平式最低的。绝缘水平式最低的。电机主绝缘的冲击系数接近于电机主绝缘的冲击系数接近于1 1。旋转电机出厂冲击耐压值仅为变压器的旋转电机出厂冲击耐压值仅为变压器的1/2.51/41/2.51/4倍左右，且倍左右，且在运行过程中，电机的绝缘会老化，因此运行中电机主绝缘的实在运行过程中，电机的绝缘会老化，因此运行中电机主绝缘的
42、实际冲击耐压值会更低。际冲击耐压值会更低。2 2）保护旋转电机用的）保护旋转电机用的FCDFCD型避雷器的保护性能型避雷器的保护性能与电机绝缘水平的配合裕度很小。从表与电机绝缘水平的配合裕度很小。从表10-6-110-6-1可知，电机出厂冲击耐压值只比避雷器残压高可知，电机出厂冲击耐压值只比避雷器残压高8%10%8%10%左右。左右。旋转电机的防雷保护要根据发电机的容量、旋转电机的防雷保护要根据发电机的容量、重要性以及当地雷电活动的情况，因地制宜地重要性以及当地雷电活动的情况，因地制宜地处理。考虑到对直配电机的防雷保护还不能达处理。考虑到对直配电机的防雷保护还不能达到十分完善的地步，故到十分完
43、善的地步，故我国规定我国规定60000KW60000KW以上的以上的发电机不宜与架空线直接相连发电机不宜与架空线直接相连。一、发电机中性点过电压保护：一、发电机中性点过电压保护：试验表明，当入侵波陡度降低时，中性点过电试验表明，当入侵波陡度降低时，中性点过电压也随之减小，当入侵波陡度降至压也随之减小，当入侵波陡度降至2KV/s2KV/s以下以下时，中性点过电压将不超过相端过电压。时，中性点过电压将不超过相端过电压。二、直配电机的大气过电压保护：二、直配电机的大气过电压保护：1.1.感应雷过电压保护感应雷过电压保护：只需在发电机母线上装设：只需在发电机母线上装设电容器即可。电容器即可。2.2.直
44、击雷过电压保护直击雷过电压保护：1 1）在每台发电机出线母线处装设一组）在每台发电机出线母线处装设一组FCDFCD型避雷器，以型避雷器，以限制侵入波幅值，同时采取进线保护措施以限制流经限制侵入波幅值，同时采取进线保护措施以限制流经FCDFCD型避雷器中的雷电流使之小于型避雷器中的雷电流使之小于3KA3KA。2 2）在发电机电压母线上装设电容器，以限制入）在发电机电压母线上装设电容器，以限制入侵波陡度侵波陡度和降低感应过电压。和降低感应过电压。电机母线上装设电容电机母线上装设电容C C以限制来波陡度以限制来波陡度原理接线图原理接线图等值电路等值电路ZgZg发电机波阻抗发电机波阻抗 计算结果表明，
45、计算结果表明，每相电容为每相电容为0.250.5F0.250.5F时时，能够满足能够满足2KV/s2KV/s的要求，同时也能满足限的要求，同时也能满足限制感应过电压使之低于电机冲击耐压强度的要求。制感应过电压使之低于电机冲击耐压强度的要求。有电缆段的进线保护原理接线有电缆段的进线保护原理接线 当雷电波入侵时，管型避雷器当雷电波入侵时，管型避雷器F2F2动作，电缆芯动作，电缆芯线与外皮短接在一起，雷电流流过线与外皮短接在一起，雷电流流过F2F2和接地电阻和接地电阻R R1 1所形成的电压所形成的电压iRiR1 1同时作用在外皮和芯线上，沿同时作用在外皮和芯线上，沿着外皮有电流着外皮有电流i i2
46、 2流向电机侧，于是在电缆外皮本流向电机侧，于是在电缆外皮本身电感身电感L L2 2上将出现电压降上将出现电压降3 3）进线段保护）进线段保护 此压降使由环绕外皮的磁力线变化所造成的，此压降使由环绕外皮的磁力线变化所造成的，这些磁力线必然全部与芯线相匝链，结果这些磁力线必然全部与芯线相匝链，结果在芯线在芯线上也感应出一个大小相等的反电动势上也感应出一个大小相等的反电动势来，此来，此电动电动势阻止雷电流从势阻止雷电流从A A点沿芯线向电机侧流动，也限点沿芯线向电机侧流动，也限制了流经制了流经F1F1的雷电流。的雷电流。若若 与与iRiR1 1完全相等，则在芯线中就不会有电完全相等，则在芯线中就不
47、会有电流流过，但因电缆外皮末端的接地引下线总有电流流过，但因电缆外皮末端的接地引下线总有电感感L3L3存在（假定电厂接地网的接地电阻很小，可存在（假定电厂接地网的接地电阻很小，可略去），则略去），则iRiR1 1与与 之间就有差值，差值越大，之间就有差值，差值越大，则流经芯线的电流就越大。则流经芯线的电流就越大。计算表明，当电缆长度为计算表明，当电缆长度为100m100m，电缆末端外皮，电缆末端外皮接地引下线到接地网的距离为接地引下线到接地网的距离为12m12m、R R1 1=5=5，电缆，电缆段首端落雷且雷电流幅值为段首端落雷且雷电流幅值为50KA50KA时，流经每相时，流经每相FCDFCD
48、的雷电流不会超过的雷电流不会超过3KA3KA，即此保护接线的耐雷，即此保护接线的耐雷水平为水平为50KA50KA。由上可知，此种进线保护段的限流作用完全依由上可知，此种进线保护段的限流作用完全依靠靠F2F2动作，但因电缆的波阻抗远比架空线小，入动作，但因电缆的波阻抗远比架空线小，入侵波到达侵波到达A A点时将发生负发射，使点时将发生负发射，使A A点电压降低，点电压降低，故故F2F2的动作是有困难的。的动作是有困难的。所以可将所以可将F2F2沿架空线前沿架空线前移移70m70m（图中（图中F3F3位置），或在电缆首端位置），或在电缆首端A A点与点与F2F2间间加装一加装一100300H100
49、300H的电感。的电感。F2F2的接地端应通过连接线与电缆首端外皮的接的接地端应通过连接线与电缆首端外皮的接地装置相连而接地，连接线悬挂在杆塔下面地装置相连而接地，连接线悬挂在杆塔下面2-3m2-3m处，其目的是为了增加两线间的耦合，增加导线处，其目的是为了增加两线间的耦合，增加导线上感应电动势以限制流经导线中的电流。上感应电动势以限制流经导线中的电流。当雷电波入侵时，电缆首端当雷电波入侵时，电缆首端A A点的负反射波尚点的负反射波尚未到达未到达F2F2处，处，F2F2已动作，但由于已动作，但由于F2F2接地端到电缆接地端到电缆首端外皮的连接线上的压降不能全部耦合到导线首端外皮的连接线上的压降
50、不能全部耦合到导线上，所以沿导线向电缆芯线流动的电流就会增大上，所以沿导线向电缆芯线流动的电流就会增大，遇到强雷时可能超过每相，遇到强雷时可能超过每相3KA3KA，所以，所以，应在电应在电缆首端缆首端A A点再加装一组管型避雷器，遇强雷时，点再加装一组管型避雷器，遇强雷时，此避雷器也动作。此避雷器也动作。2500060000KW2500060000KW直配电机的保护接线图（使用管型避雷器直配电机的保护接线图（使用管型避雷器GBGB）图中图中L L为限制工频短路电流用电抗器。作用是为限制工频短路电流用电抗器。作用是使入侵波到达使入侵波到达L L处时发生的反射使电压提高，处时发生的反射使电压提高，