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1、西华大学硕士学位论文电力系统过电压监测和发电机绝缘安全预测研究姓名：周承鸣申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：戴玉松;李建明20060501西华大学硕士学位论文Y9 0 6 8 5 l电力系统过电压监测和发电机绝缘安全预测研究电力系统及其自动化专业研究生周承呜指导老师戴玉松李建明摘要：电力系统过电压是和设各绝缘密切相关的一门学科。个设备遭受过电压情况可以反映绝缘配合是否合理。电力设备在线监测技术是近年来发展十分迅速，而又跨越多学科门类的新兴技术，已在电力系统中得到广泛应用。但是，对过电压的监测，现有的故障录波器由于频率响应不够，不能监测到很多过电压发生的真实情况。因此需要开发研
2、制高性能、自动化的在线监测设备。以实现过电压发生时，能完整准确地记录故障电压的实际变化过程，并保存过电压的波形和各种参数，为了解事故发生前后过电压的情况，和发生过程中对电网电压的影响提供准确资料，为科研及运行人员分析事故原因，为电网的安全运行提供可靠依据。过电压会引起绝缘事故，绝缘配合不当可能会使设备寿命受到威胁。各种电力设备因为它们的绝缘结构和运行方式不同，绝缘老化特征点及其提取也育差异：绝缘老化理论大多是以概率统计为数学基础，以试验为检验标准在大量数据基础上得出的个数学模型，具有一定的工程意义。绝缘老化理论的建立给电力设备的安全预测带来很好的理论参考依据，对状态维修等起了决策作用。本文大体
3、上分为三个部分，首先叙述过电压的主要种类，阐述各自的特点，即在正常绝缘配合下的发生各类过电压波形特点，包括幅值和持续时间等；另外也介绍绝缘配合的传统方法，为后面的过电压分析提供了理论基础。其次，在过电压采集装置研制方面，运用一些工具例如可编程逻辑门技术、西华大学硬士学位论文c P 器件及M A x+p 她在设计的核心问题上即在绦台逻辑殴计上做了一些的探索；然后作者选用四川电力试验研究院研制的“H 毪0 0 0-B 型暂态过电压监测及记录系统”，以获得分析的数据，作者在该仪器上位机软件编制上作了很多的二 作。在、，B、L a b V I 嘲界面上实现应有的分析功能；在这部分的结尾，作者对收集到数
4、据中对一些典型的、频繁出现的过电压波形进行了分析。最后，对南桠河发电厂2。发电机定子绕组绝缘进行安全预测。一方面阐述发电机绝缘结构、老化机理、试验及绝缘裂化判断标准，另方面，阚述发电机绝缘安全预测理论，即最大放电电荷寿命预测法和老化放电系数寿命预测法(D 图示法)；收集南桠河发电厂2 8 发电机定子绕组绝缘测试试验数据进行寿命预测，并最终做出绝缘更换的决策，并对绝缘改造后各种效益做了阐述。在文章的最后，提出了最大寿命放电电荷寿命预测法改进设想，预测理论加入了发电机运行中过电压等发电机运行情况的成分，使模型更加接近实际。本文在过电压方面的研究工作，对监测、过电压分析与设各的安全预测等相关课题上都
5、有定的意义，所作的绝缘预测案例和过电压波形也可作为其他工程相关的对比。关键词：过电压监测，发电机，定子绕组，绝缘老化，寿命预测I I西华大学硬士学位论文P o w e rS y s t e m 叭e r _ v o I t a g eM 0 耐。咖gA n dR e s e a r d hF o rG e 腿I a t o rS e e u r i 略F 0 r e c 淞t!i n gE l e c 缸i cP o w e rS y s t e】I lA I l dI 惦A m 咖a t o nM D C a n d i d a t e2 譬I o uC h 锄一m 抽gn I t o rD
6、 a i l g gI jJ i 翘-m _ i I l gA b s 讯K t：I 0 w 甜g y g t。mo v c r。v o h a g ei sag u b j e“c 1 0 s o l ymc 傩f c l；l t i 衄w i me q 吨蚰e n t 曲刚a t i 0 I I o v e 卜l 魄ec o n d i“o ns I l f 晒抽go n。q 嘶啪锄t sc 粕i|l d 矗弓c t 坤抽n G c tw h c t l 饼妯鲫l a t i o nc 0 0 p e 幽i sI f e a s 锄a b l e P(w o fe q l l 翅挪锄to
7、n 妇l em o n 洳瞪抽g 协o t m o l o 斟r c c 锄t l yd w e l o p 88 0r a p i d 虹锄d“i sa 眦wt e c l I I I o l o g yt t l a ls 1)锄sm u l t i-d i 鲇i p 轴a r y 袖di sa p p l i e de x 锄s i V e l y 矗lt l l e 州懈叫s t e I f d w e v。rm o s to fo s c i l l o s c 0 1)e sf 姐t 0m 0 I I i 衙o v 讣v o l 诅g cw a v e f b 哪f-m m e i
8、 r 瓤吼锄c yd e s p d 锄c eg o 也a t1 l l e yc a nn o t b e c nl I s e dt 0g。tl e a lc d m o I I S o“sn c c o 嚣a 叫t od e v。l o p 场g h l yp|甍陆r m j n ga n d 羽n 嘲a t i e q u i p m 翎tt 0油p l。m 锄tr c c o r d i I I gco I l 叩k t c 睁釉de x a c t l y1 t。a lc h 勰g i n gp m c e s so f v o n a g ew h 锄d d _ 鲫l l t g
9、h a p l p e 玛a tm es a 埘et i m o，s a V j I I gw a _ v d 撕n g 袖ds g v c r a lp 甜a m c t c r s 加o l d 汀t 0 丘n o w c 0 虹d m o na t m 越t i I n。a n d 讲。c t i o n t o p o w e r s y 呶粕w h i c hc 翘缸f b f ds o f n ea c c u r a t。d 咖mf 曲s c i e n t i 靠c1 e s o a r c ha n d0 1)e 瞄t i 锄p e 碍。蛐o lt 0a n a l y z
10、el f c a s sf o I f a u l t 孤dt；0a 击F o r(1l c l i a b l ep f 0 0 f w h e t h c rp o w 鼹s y s t e mi s 鲷f c(懈-v o l 诅g。c a n 访n o d I l c e 抽s u l 撕0 na c c i(1 铋c e s，a n d 瑚s 疵a b l e 如s u l a l i o nc o o p a a l i c 粕c l。a t ed 孤g c f o l l 啪。s st 0e q u i p m e n tl 讧毫s p 赳LA nk i n(I so fp o w
11、 c re q u i p m e n t ；od i 妇：瓢锄t 抽抽s m a t i o nc 锄蛐m c 墙o na r I(1o p。f a t i o nm o d et l I a ti n s l d a 毫i 锄a g 抽gc h a f a c t c f i s t i cp 商l t sa n dm 萌a b s n a c t i 锄i sv 甜鼬；M o s lo fi n s I n a 墙嘶a g i n gt t I 望i c sa 坞b a s e do n 岬b a b i l i t ys t 越s t i c si I Im a n l o m a t
12、 i c 8，棚ds 协d a r d 姆t r i a l s，l I I西华大学硕士学位论文I h e ng o tam 舭m a t i cm o d e l 丘锄l 孤g eq 删6 e so fd a t 哪魄w h i c hi so fs e n s e 衲1)啊e c t s h l g U d 砒i o na g i I l gt l l o o r y 缸r o r d sag o o dt l I e o r e t i c a lr e f 豳c op m o fw h e m。rp o w e re q 蛳翎t gi g8 疵，a n dad c c i s i v
13、ea G t i t og l a t em a 讪t c n a n c e s T h e 拼l p。ri s“珊I p o 踞do ft h e op 矾协F i r s to f 融Lm e 舢吐h o f 如虹m d a i e sa l l咖c go fo v e r _ v o J t a g oa n dt h e 订w a v d 鲫n角a t 毗口s 缸l c r 枷a I 抽s u l a l i c 0 0 讲蜥(m，抽c l u d 抽g 甜雩，m l e n t s 锄dt 曲eo fd l 醐t i o n，e t c；衲雠o c h c o sc o n 瑚t
14、i o n a lm c m o do f 证g u l a t i 衄q 崩a t i o nt oa 娃b r da 也e o f e t i c a lb 勰eo ff o u o w i n g0 v e p v o n a g。锄a 坶s e 8 s e c d l y，砒t I l oa s p。c to fd。v e l o p i I l go v e l _ v o h a g cp i c kd 暑v i c e，l|s i n gs o m e幻o l s 酞ep 1 o 辨哪m 曲l cl o 垂ct e c t l n o l o g y 柏dc 吼Dd 砸c e s
15、a n dM A x+p l u s 巧m ea u m 0 1 fe x p l o r。s 蛐d1 t c s。a r c h e st t I ec o m lp a r ta b o m 群m 删l o 西cd e s i 朗；t l l 锄t b e枷阱p r。缸s“他0 0 0 _ BI m 8 i 锄to v*v o l 魄oM o 幽酊n gA n dR 0 f d 妯g姆s t 锄”d 剧o l o p。(1b yS i c 矗u 粕P o w e rT r i a lh l s“n l I c，t 0o b 协i n 釉a l y z i I l gd a n 瑚，粕d 葶
16、咖d gq 啪t i d e so f 豳l et 0c 锄叩i l eI 驴m o 罂阳m s 缸t l l ed e v i c e。U g 面gv B 姐dI 础瑾Wt 0m a k oai|I t 甑eo fd 砌c 岛i t s 锄0 u 曲t 0 油p k m 锄ta n 雒I a l y 8 e sf 妇c t i 伽s A tm e 删e r0 f t h op a 吨t h ea u t h o rq l l o 把ss 砌oc l a s 8 i c a la n d 矗 c q u 锄to v e l r _ v o h a g。w a v e f 豳sa n d 船a
17、峥s i 8t l I 锄F 铀a 1 1 y，1 h ea u t l l o rt a k o srg 锄盯越s t a t o rw 如d i n gi l l 鲫l a t i 锄如N 釉”R i v e fp a w 髓p l 锄tf 0 土e c a s t si t ss 缸砖o nt t l e 锄eh 勰d，m ea u 重l I o rf o 哪!l l a t e sg 蝴8血硼1 a t i c 0 I l s h；t i o n、a g i n gm e c h a n i c s、t r i a l sa n dm s u l a t i o nc 1 a c kj
18、 u d 幽g订诹；r i o n|锄m eo m c rh 姐d，m。m m l o fa I s of 0 删m l a t e sg 锄。r a l o fi I l 卯l a t i s 缸b t yf 甜c c a s t i I l gl l I e o f y M a x i H l a lD i 8 c h a 曙eQ l 柏n t i t yL 彘8 p 锄F o 僦a s t i n gM e 协o da n dA g i n gD i 8 c h a t f g。c o e 历c i 镒t 躲掣mF o 僦a g 娃n gM 劬0 d(D 鲋岫i cm 口h o d kC
19、 b U e c t t r i a l d a 衄聃妯m ep o w e r p l 蹰t t o f o 坞c a s t i 拈l i f j s p 黝柚d m 娃ea d i s i 锄o ff e p l a c i n gm s u l a t i 血a l b 釉df o 册m a l oa l lk 抽d s0 fe 晚i 锄c ym c fm 鲫1 1 种叫r 锄o v 觚o n A tl a 鸥p l nf 抽w a r dt o 沛p 1 o v a b ka s 8 姗叩t i o n0 fM 瓶抽a l 脑c h 嘴e(砸越t 畸L 舵s p 翘F o 碥c a
20、s 血gM m o d，mw h i c hm o 矾I l t l o ra d d sp 确o f 洲e r_ v o l 协g ec 咖d i t i o n so f g。n。r a t o l 8 o p 酬i o nt 0a p p r o a c ht ot t l ef 配t 西华大学 死士学位论文T 1 I e l ei ss 咖es。n g et or e 轴如e8 I l b j e c t sa b o I nm o n i t 疵I g 釉d 釉a l y z i n go v c 卜v o h a g eo fe q I 雌m 锄l sf b c a 幽吕釉ds o
21、 m ec 勰e Bo f 妯8 u 蜥锄f h。c a 出n g彻dm a n yw w sc a nb o 铋c o n 血a s t 掰l a l i v。姆K e yw o r d s：附v o h a 窖em 诹廊岛g 锄e m l o r，s t；妯Hw 讷d i n 吕如娜1 a 虹a g i I t gl i f 吾s p a n 如懈硼_ I i n gV耍坐杰堂塑圭堂焦熊茎l 引言电力系统过电压是发展高压和超高压电网所必需研究的重要课题，它不仅影响变压器、断路器、输电线路等电力设备绝缘强度的合理设计，而且还直接关系到电力系统能否安全可靠地运行“。为了满足生产和人民生活的需要
22、，电力系统电压等级不断提高；电力系统经常都会受到雷击过电压及操作过电压的侵袭，而且现阶段过电压倍数有升高的趋向，必须开展这方面的研究工作。输变电设备绝缘部分的投资占总设备投资的比例越来越大，采用什么种类的限压措施和保护措施，达到不增加过多地投资就能限制高幅值的过电压，保证设备安全可靠运行，是一个比较复杂的问题。这对降低电力系统的建设成本，提高经济效益有着直接的影响。解决问题的实质是解决电力系统的绝缘配合问题。所谓的绝缘配合，就是根据设各或网络所在运行过程中可能承受的各种过电压，并考虑保护装置的保护特性和设备的绝缘特性，来确定设备的绝缘强度，以便把作用于设备上的各种过电压所引起的绝缀损坏影响系统
23、连续运行的概率降低到经济上和运行上都比较台理的水平。这就是在技术上处理好各种电压、各种有效措施和设备绝缘能力三者之间的配合关系，在经济上协调投资费用、维护费用和事故损失费用三者之间的关系。总体来说，绝缘配合是一个比较复杂的问题。弘因此，电力系统的输变电设备和大型发电机的绝缘安全时刻受到暂态过电压的威胁；电气设备过电压事故也频繁发生，由于引起事故的原因可能多样，有时是几种因素交织在起，如果没有可靠信息的获取和鉴别，事后很难对故障做出正确的判断。因此为了正确地分析事故原因，过电压在线监测显得非常重要，完整准确地记录过电压发生时的过程，记录过电压的波形和各种参数，存储事故发生前后过电压的进程和对电网
24、电压的影响，为事故分析提供可靠的依据，也为电力系统的安全运行、故障诊断和预测维修提供技术支持。另一方面，有些设备长期运行，由于电老化、机械老化、热老化、环境老化等因素，绝缘性能逐渐劣化，出现局部放电、漏电、电腐蚀、疲劳、裂纹、磨损、绝缘污染等现象。在老化严重情况下，设备正常运行也就受到了威胁，电力事故就会发生。最好的解决办法，就是进行绝缘检修和改造。但这种老化西华大学硬士学位论文的过程是逐渐形成的，有时老化现象不明显，是否进行大的绝缘改造、大修或者继续进行高强度生产，需要通过提取电力设备的绝缘的特征点进行诊断。电力设备寿命评估是建立在电力设备全面检测、全面分析的基础上，以表征绝缘老化的特征量的
25、变化规律为依据，用数学的方法进行拟台，得到电力设备的预测使用寿命；从而判颠设备危险、亚安全及安全状态，确定设备是否维修、改造，或者增加绝缘强度。过电压分析和绝缘配合关系密切，息息相关。寻找更好的绝缘车才料和结构无疑能增加抵抗过电压的能力；加强过电压监测和分析的手段，可以更好了解绝缘的状态；减小事故的发生，更好地摊动电力工业的安全生产运行。2 电力系统过电压与绝缘配合概述由于输电线路雷电及操作过电压是4 0 埘2 0 0 0 心的过电压波，时间很短：目前安装的常规保护记录装置只能记录工频过电压信息。当设备在受到雷击等暂态过电压损害后，系统没有相关的记录作为绝缘损害的判断依据，为了实现正确的绝缘配
26、合，防止雷击过电压和操作过电压对电力运行设备的损害，或把损害减到最小，建立暂态过电压响应监测是很重要的。特别是能确切知道变电站内受到了多大过电压的长期侵袭，设备是否能承受过电压冲击，某些重点设备是否需要特别保护，系统参数配合是否恰当，避雷嚣残压是否达到要求等。所以，建立暂态过电压监测系统能对运行变电站的过电压状况、避雷器保护水平及残压是否有效等才有清晰的资料数据。例过电压大致分为几类：雷电过电压、操作过电压、谐振过电压及工频过电压。谐振过电压、工频过电压和操作过电压是内部过电压；因操作或故障引起暂态电压升高，称操作过电压；因系统的电感电容参数配合不当，出现各种持续时问很长的谐振现象及其电压升高
27、，称为谐振过电压；电力系统发生单相接地故障或负荷突然甩去等原因所引起的短时超过正常工作电压的工频电压升高，称为工频过电压。雷电过电压是外过电压，是由于雷云放电引起电网电压的不正常升高，包括直击雷过电压、感应雷过电压和雷电波侵入过电压；直击雷过电压是雷云直接对设备或导线放电引起的电网电压升高。感应雷过电压是2西华大学硕士学位论文设备或导线附近几米至几百米发生雷电放电时，在设备或导线上由于电磁感应而产生的短时过电压；雷电波入侵过电压是线路的导线上受到雷电直击或产生感应时，雷电波沿着导线向发电厂升压站或变电站传递，从而使发电厂或变电站的母线上、设备上出现的过电压。内部过电压是电力系统内部的能量转化或
28、传递引起的，由于内过电压的能量来自电网本身，所以它的幅值与电网工频电压基本上成正比。外部过电压也叫大气过电噩，是由大气聚集的大量电荷能量瞬时侵入电力系统引起的，由于瞬时功率很大，破坏性也强。这种过电压的幅值由主放电通道的波阻、雷电流波形和最大陡度以及设备、接线方式决定。2 1 雷电过电压雷电过电压幅值狠高。危害最大。防止强大的雷电波侵袭电力系统造成设各的损伤。人们想出很多的办法，对线路、变电站和旋转电机等制定相关的防雷措施。f 1)防雷保护装置a 避雷针与避雷线避雷针与避雷线是防止直击雷最常用的措施，它是由金属制成，比被保护设备高。具有良好的接地装置。其作用是将雷吸引到自己身上并安全导入地中，
29、从而保护了附近比它低的设餐和建筑免受雷击。b 保护间隙和管式避雷器(G x w)保护间隙或避雷器并联在电气设各上以保护设备，它们的放电电压低于设各绝缘的耐压，一旦出现对电气设备有危险的过电压时，保护间隙或避雷器就会放电，从而可使电气设备得到保护。在过电压下保护间隙被击穿后，可能有工频短路电流流过，保护间隙稍有些熄灭短路电流的能力，但一般难以使相间短路电弧熄灭，需配以自动重合闸装置才能保证安全供电。管式避雷器实质上则是一个具有较高熄弧能力的保护间隙。但也有缺点：一是它的伏秒特性太陡难以和被保护设备理想地配合；二是运行维护麻烦；西华大学硬士学位论文三是会产生高幅值的截波，造成变压嚣的埙坏。c 阍式
30、避雷器(F S 或F Z)阀式避雷器是由装在密封瓷套中的火花间隙组和非线性电阻(阀片)组成。理想的间隙显然具有平的幅秒特性和强的熄弧工频续流的能力，同时理想的阀片在大的冲击电流时呈现为小电阻以保证其上的残压足够低；而在冲击电流过去之后，当加在阀片上的电压是电网的工频电压时，阀片应呈现大电阻以限制工频续流，易于灭弧。阀片的残压一般设计得大致等于间隙的冲击放电电压。d 磁吹避雷器(F c D 或F 弦)及复合邂雷器为进一步降低阀式避雷器的切断比及保护比，可以加强火花间隙的磁场以吹灭工频续流电弧，使灭弧性能得到大幅度的改善；可使用磁吹避雷器或复合避雷器。磁吹避雷嚣又叫磁吹阀式避雷器。e 金属氧化物避
31、雷器(压敏避雷器)金属氧化物避雷器是以氧化锌(Z n O)压敏电阻(非线性电阻)组成的。可不串联火花间隙，具有极强的抗污性能，没有陡波响应特性对设备的保护较为可靠；具有通流能力很大，因此动作负载能力较高，同时残压较低。造价低等其它优点，使这种避雷器取代其它避雷器已成为大势所趋。应该指出，由于氧化锌阀门长期接受工频电压的作用，在运行中会有老化现象，需定期监测其泄露电流等参数以保证安全。f=消弧线圈在中性点不接地的3 删的电网中，由于雷击等原因引起单相闲络故障比重很大。约占6 5。在单相接地电流为3 0 A(在3 1 0 k：V 电网时)或者1 0 A(在3 5 k v 及以上电网时)以下时，单相
32、接地电弧能够自熄，所以不会形成跳闸事故。如果超过以上电流，则需要在电网中性点和地之间接入消弧线圈，它的作用是减少单相接地电流，从而促成接地电弧自熄，以防止发展成相间短路或烧伤导线。消弧线圈是一个铁芯有气隙的电感L，其伏安特性相对来说不易饱和。消弧线圈一般采取过补偿的方式，正常运行对电感电流大于流过对地电容电流。安装时应分散安装，宜装在零序阻抗较小的设备的中性点上，例如装载有绕4西华大学硬士学位论文组的变压器或发电机上，且其容量应该与变压器的容量有一定的比例。h 防雷接地和线路接地装置电气设各的接地可以分成3 种：工作接地、保护接地及防雷接地，分别要求接地电阻为0。5 一1 0 Q，1 1 0
33、Q，l 一3 0 Q。对工作接地及保护接地雨言，接地电阻是指在直流或工频电流流过时的电阻；对防雷接地而言，我们感兴趣的是它在雷电流(冲击电流)流过时的电阻，简称冲击接地电阻。接地电阻及接地网的研究是比较复杂的，很多电力工作者长期进行工作，在此不再探讨这个问题。(2)送电线路防雷a 架空线路上的感应过电压在线路外一定距离s 处落雷情况下，杆塔高h d，雷电流I，当s 2 h 时，雷电过感应过电压u g 可写成u。=2 5 掣。f j 忑一当不满足s 2 h d 2 的条件，但s 6 5 m 时，u；=1 2-5 n【鲁+。(!)+l】但雷击于架空线的塔顶(s 2 0)情况下u。=衰h d=a l
34、 I d 式中a 恰好在数值上等于雷电流的平均陡度，单位k us。以上是指无避雷线的情况。如果线路架设有接地的避雷线，则导线受到它的屏蔽，感应过电压就会降低。假设k 为避雷线与导线间的耦合系数，感鹿过电压u 时，则线路上实际感应过电压u。=u。，d(1 一k)ab 架空线路上的直击雷过电压架空线路长度大，暴露在旷野，易受雷击。电网中的事故以线路雷害占大部分。雷击线路沿线路入侵变电所的雷电波又是造成变电所事故的重要原因。雷击线路时，线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值叫耐雷水平，我国规程规定了各级电压线路的耐雷水平值和超过该耐雷水平的概率，可见线路防雷是相对安全的，即允许有一部分大雷电流弓f 起的
35、闪络。c 架空线上防雷措施在确定线路的防雷方式时，应全面考虑线路的重要程度、雷电活动的强弱、西华大学硕士学位论文地形地貌的特点、土壤电阻率的高低等条件，根据技术经济比较的结果因地制宜，从用合理的保护措施。架设避雷线是高压线最基本的防雷措施。降低杆塔的接地电阻通常是提高线路耐雷性能最经济的方法。增加绝缘子串的片数，可使耐雷水平增大一些，但这样做不仅增大了绝缘费用，而且增大了杆塔尺寸，因此一般不采用这种办法来改善防雷只是在高海拔地区可以考虑增加一两片绝缘子。直击雷过电压要比感应雷过电压(一般不超过3 0 k V)厉害。因此高压线路防雷主要是防直击雷。使用避雷线和避雷针可保护导线不受或少受雷击；改善
36、杆塔的接地电阻特殊情况下，可加耦合地线或适当加强绝缘，或在个别杆塔上用避雷器，使雷击杆塔或避雷线时减少绝缘发生闪络；减小绝缘上的工频电场强度，或在电网中性点采用不直接接地的方式，使当绝缘发生冲击闪络时，尽量减小冲击闪络转变为稳定工频电弧的概率；可采用自动重合闸装置或双回路以及环网供电，即使跳闸也不中断电力的供应。接电压等级来说：2 2 5 0 0 k v 线路应沿全线架设避雷线。3 3 睢5 0 0 k V 应采用双避雷线，3 3 0 k v 线路保护角应在2 0 度以下，5 0 0 k V 线路保护角应在1 肛1 5度以下甚至负的保护角；至于3 5 k V 及以下的线路，因绝缘很弱，装避雷线
37、的效果不大，其防雷是靠消弧线圈、环网供电以及自动重合闸来解决的。各级电压线路均应尽量装设自动重合闸装置。(3)变电站防雷变电站是电力系统的枢纽，一旦雷击损坏，影响严重，因此要求有可靠的防雷措施。变电站雷害来源：雷直击变电站，沿线路传来的过电压波。a 发、变电站直击雷保护发、变电站防赢击雷用避雷针，装针后只有在绕击、反击或感应雷时会发生事故。一般须考虑避雷针安装和反击的问题，这里不再敖述。b 发、变电站的雷电侵入波过电压因为雷击线路的概率远比雷赢击发、变电站的多，所以沿线路侵入发、变电站的过电压行波是很常见的。线路绝缘水平u：。要比变压器或其他设各的冲击试验电压高得多，所以发、变电站对入侵波的保
38、护寸分重要。发、变电站所西华大学硕士学位论文有的设各绝缘应受到避雷器的可靠保护。不需要用降低重要性差的设备(如刀闸)绝缘水平的方法来保护重要性大的设备(如变压器)，也不需要用降低全部线路绝缘的办法来保护发、变电站。当雷电波浸入变电所时，设备上会受到冲击电压的最大值u。=0 8“u，+2 a+l+k，v)，式中o 盯为衰减系数，u 5 为避雷器残压，l 为避雷器与被保护设备间距，k 为修正系数，a 为斜角波陡度，v 为雷电波速。通过0 8 7 U i，确定避雷器与被保护设备间最大距离l f l l，u 为三次截波耐压值。重要变电站的雷电波入侵保护应通过计算机确定。c 变电站的迸线保护要使避雷器能
39、可靠地保护电气设备，必须设法使避雷器电流幅值I B。不超过5 k A(3 3 叽5 0 0 k V 系统为1 0 k A)，而且必须保证来波陡度a 不超过一定的允许值。对3 5 1 1(k V 无避雷线的线路来说，如果当雷击变电站附近的导线时，流过避雷器的电流显然超过5 k A，而且陡度会超过允许值。所以在这种线路靠近变电站的段进线上必须加装避雷线，这样在这一段避雷线上雷绕击或反击导线的机会就会大大减少，这段导线就是进线段，其长度为1 2 k m。在进线段以外落雷时，由于进线段导线的电晕损耗，使B 1 L 受到限制，而且沿导线的来被陡度a 也将由于冲击电晕作用而大为降低，此外导线及大地的电阻也
40、对波的衰减变形会有一定的影响。如图1 所示是进线段的标准保护方式。F i 目e1：3，1 I o k V l _ i r I e 8 p r o 把c 矗o n w l 廿协u t 分曲培c o n d I l G 挺l r圈1：3 5 1 I o k v 无避雷线线路的进线保护段(4)旋转电机防雷旋转电机(发电机、调相机、变频机和电动机)的防雷要比变压器防雷困7话华大学硕士学位论文难得多。有的电机非常重要，要求防雷可靠，例如大型发电机是电力系统的心脏，一旦被雷击坏，损失极大。发电机雷击短路时如将定子铁芯烧损，修复起来比较困难。电机的也厂冲击耐压值只有同级变压器的1 3 左右。这是因为一是电机
41、绕组不像变压器那样浸在油中，而且在嵌入槽中时绝缘可能擦伤或产生气隙，二来也不可能变骶器那样采取电容环等措施改善冲击电压分布，所以一般电机绕组绝缘的冲击系数很低，接近于l(变压器的冲击系数2 3)。电机绝缘易老化，因为它在运行中容易受潮，受脏污以及受臭氧等侵蚀，同时又经常受到机械力的作用(如振动、短路电流电动力以及热胀冷缩的作用)。电机绝缘(如云母绝缘)，特别在导线出槽处，由于电场极不均匀，所以每逢过电压作用后，该处易受一些轻微损伤，日久积累可能发生击穿。电机预防试验的交流耐压只有1 5 U e，直流耐压为2 5 U e。所以严格来说旧电机的冲击耐压只有(1。5 压2 5)u。避雷器的冲击放电电
42、压残压不够低。例如保护电机用的磁吹避雷器F c D，其3 k A 下的残压U 3 只能勉强和电机出厂时的耐压值相匹配，如改用日前生产的压敏避雷器，则勉强能与运行的直流耐压值相匹配。而且要求来波陡度限制得很低，一般保证a 5 k V s 才行。如能保证a 2 k v“8，雷击中性点就不需要接地保护，否则应在中性点上加装额定电压为相电压的磁吹或普通阀式避雷器。a 直配电机(直接联于架空送电线的电机)的防雷磁吹避雷器(压敏避雷嚣)是限制从线路侵入的雷电过电压的主要元件。电容器是降低来波陡度的元件，它能有效地限制感应过电压的幅值。电抗器和电缆段与管式避雷器联合作用能保证磁吹避雷器冲击电流不超过3 k
43、A 的有效措施。与变电站防雷相比较，变电站装有避雷显得进线段的作用此时已被前面四者取代。这是因为配电线路(l O k v)的绝缘水平根低，因为避雷线耐雷水平并不高，会经常发生反击，所以防雷就不采用有避雷线的进线段。b 非直配发电机防雷保护经变压嚣送电的发电机在防雷上比直配电机可靠。一般的防雷措施，变压西华大学硕士学位论文器无论是Y 0。接线方式还是v 接线方式，都应在电机侧装磁吹避雷器，以限制来波的静电感应分量，同时限制当电机侧带一相接地敲障运行日寸来波的电磁感应分量。(5)雷电的主要参数雷击电力系统形成的雷电压波形幅值与雷电流和佶输中波阻抗有关。雷电压波幅从数十千伏到数百千伏，可按雷电流和波
44、阻抗算得。雷电压和雷电流的波形大多是单极性，即为不振荡的冲击波。通常把幅值上升的时间称之为波头：把幅值由最大值降低到一半时所需的时间称之波尾，持续时间称之为波长。通常在高电压试验中，用来代表雷电压的标准冲击电压波是1 2，5 0 膨，即波头为1 2 膨，波尾为5 0 膨。代表雷电流的标准冲击电流波是l O 彪0 脚的波，即被头为l O 加，波尾为2 0 坤。雷电流或雷电压在波头部分上升的速度称为波头陡度，即每微秒幅值增加多少，单位是k 脚或k V 倒。2 2 操作过电压电力系统中的电容、电感均为储能元件，当系统操作或故障使其工作状态旋生变化时，将有过渡过程产生。此间，由于电源继续供给能量，而且
45、储存在电感中的磁能会在某一瞬间转变为以静电场8 B 量的形式储存于系统的电容中，所以可产生数倍于电源电压的操作过电压。(1)根据我国有关翘程规定，选择绝缘时计算所用操作过电压的值如表l。表I：规程规定选择绝缘时计算用操作过电压的值系统等级k v3 5“O 及以下1 1 0 1 5 41 1 0 2 03 3 05 0 0相对地绝缘4 O U 砖35 U 垃3O U I 曼2 7 5 U 赴2 0 U 玟相间绝缘相对地绝缘的13 14 倍1，4。l4 5 倍l5 倍电网中性点经消电网中性点接地方式弧线圈接地或不经消弧线圈电网中性点直接接地接地接地(2)间歇电弧接地过电压两华大学顼士学位论文单相接
46、士也是运行电嬲的主要故障形式，在中性点不接地的电网中，单相接地并不改变电源变压器三相绕组电压的对称性，并且接地电流一般也不大，不必立即切除线路，中断对用户的供电。单相接地运行会使非故障相电压升高。现象：单相接地即膏一相电压接近于零，健全相在接地时刻略有震荡，幅值可能最高达到3 5 u；，绝大部分不超过3 1U。，故障相断弧后，恢复电压可能高达2 u。；过电压持续时间可能比较长。棱有消弧线圈的系统，一般来说要求工作在较小脱谐度的过补偿状态；防止非故障相闪络形成双重接地，要求接地电流k 超过3 0 A(3 1 0 k V 电网)或l O A(3 5 k V 及以上电网)时。应当装设消弧线圈；幅值一
47、般小于2 5 U x。以下。(3)开断电感性负载时的过电压在电力系统中常有开断电感性负载的操作，例如切除空载变压嚣，电抗器及电动机等，这些操作过程中可能出现较高幅值的过电压，持续时间在半个工频周期左右。a 开断空载变压器(切空变)过电压断路器截流是形成这种过电压的主要原因，使绕组中的磁场能量瞬间转化成电场能，在变压器上出现很高的过电压。数值上与变压器的额定电压、容量及其结构形式有关，也与外部联线及电气设备的杂散电容有关。例如，一些变压器铁芯使用热轧钢硅钢片比冷轧硅钢片有较大的激磁电流，导致过电压数值也较高；因此在绝缘保护上，应强调高压绕组绝缘的保护。现象：对于热轧硅钢片连续绕组的变压器，过电压
48、通常为2 0 U x。，冷轧硅钢片一般在2 U。以下：断路器截流后，断路器触头上可能发生多次电弧重燃，电容电感回路发生高频振荡，即过电压和电流曲线有高频成分或强烈的振荡，电压曲线有急促放电下降至工频电压现雾，而电流曲线则在工频电流附近有高频振荡；之后进入稳态，整个过程持续时间较短。b 开断电动机过电压断路器开断后，电动机转子旋转磁场使定子绕组端电压仍能产生工频电压，并按指数规律衰减，定子绕组端电压数值取决于截流前流过断路器的电流。例如电机刚启动时立即出现很大的离动负荷，电动机起动电流可能引起继电保西毕大学硕士学位论文护误动作，断路器将切断电动机，此时过电压幅值较切空变的高。同时也要视断路器种类
49、及电机的额定电压、容量、结构等因素而定。这种过电压现象与切空变相似，但与切空变电弧重燃不同，开断电动机时断路嚣截流后可能出现的多次重燃，引起较高幅值的熏燃过电压，陡度较高，对主绝缘和匝间绝缘都有很严重的危害。应用性能较好的氧化锌避雷器将过电压限制在2 6 U。以下。(4)开断电容性负载过电压开断空载线路或电容器缎时，因断路嚣触头问重燃，使线路或电容器从电源获得能量并积累起来，形成过电压。a 开断空载线路(切空线)过电压现象：切空线过电压幅值高，且线路侧过电压持续时间可达0 s 1 个工频周期以上。期间，可能发生2 0 次以上的重燃，每次重燃过电压的幅值升高，理论上可以达无穷大的，但实际幅值视断
50、路器类型而定，性能良好的断路器一般2 8 u。左右。避免重燃以限制这种过电压的发生和幅值。b 开断电容器组过电压三相电容器组开断时所产生的过电压是断路器重燃引起的。现象与切空线相似，限制过电压的方法仍然是提高断路器灭弧能力以及降低开关触头间的恢复电压。2 3 谐振过电压电力系统中存在着许多电感和电容元件，如电力变压嚣、互感器、发电机、消弧线圈、电抗器、线路电感等均可作为电感元件，而线路导线对地和相间电容、补偿用的并联和串联电容器组、高压设备的杂散电容均可作为电容器。当系统进行操作或发生故障时，这些电感、电容元件可形成各种振荡回路，在定的能源作用下，会产生串联谐振现象，导致系统中某些部分(或元件