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简介
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变电站过电压与防雷 宁夏电力公司教育培训中心 电网技术培训室 马全福 过电压与防雷 第一节 过电压的基本概念 第二节 大气过电压 第三节 内部过电压 第四节 过电压防护 第一节 过电压的基本概念 定义：电力系统运行中，出现危及电气设备绝缘的电压称之为过电压。 分类：大气过电压和内部过电压 大气过电压：是由雷电放电引起的，是由于电力系统之外的原因而产生的，也称为外部过电压。 内部过电压：是电力系统内部能量的传递或转化而引起的。 第一节 过电压的基本概念 一、过电压的危害 1.大气过电压 （1）雷击时产生很高的电压，危害电气设备和电力系统安全； （2）雷击时产生很大的雷电流，在放电通道上产生弧光与高温，损坏设备或造成火灾； （3）雷击时造成人员或牲畜伤亡。 2.内部过电压 （1）操作过电压：投切空载线路或空载变压器 （2）谐振过电压：电压互感器合闸时，铁心饱和 第一节 过电压的基本概念 二、行波、波速和波阻抗 1.行波：沿导线传播的电压波、电流波统称为行波，其实质是电磁能量沿导线传播。 2.波速：电压波和电流波在导线上传播的速度称为波速，用υ表示 3.波阻抗：把单方向的电压波与电流波之比定义为波阻抗Z，即 第一节 过电压的基本概念 三、行波的折射与反射 两条线路的连接点称为节点，用A表示；若雷电波u1、i1沿线路1向线路2传播，称u1、i1为入射波，，当入射波到达A点时，通过A点之后在线路2上的行波u2、i2是入射波经A点折射产生的，称为折射波；而在线路1上的反行波uf、if是入射波经A点反射产生的，称为反射波。 折射系数：0 ≤α ≤2；反射系数： -1 ≤β ≤1 α =1+ β 第一节 过电压的基本概念 四、接地装置 工作接地：是指为了保证电力系统正常情况和事故情况下能可靠工作，而将电力系统中的某一点接地；接地电阻为0.5~10Ω，如变压器中性点 保护接地：是为了保护人身安全，防止人身触电，而将电气设备外壳或金属结构接地；接地电阻为1~10Ω. 防雷接地：是针对防雷保护需要而设置的接地。接地电阻为小于10Ω。 第一节 过电压的基本概念 1.接地装置 由接地体和接地线组成，接地体是埋入土壤中的一个或一组相互连接，并与大地直接接触的金属导体；垂直接地体一般用长2.5~3m、直径35mm的镀锌钢管或长2.5~3m的35mm× 35mm德镀锌角钢垂直打入土壤中。接地线采用扁铁或防腐铜导体，接地线与接地体连接采用焊接方式。 2.接地电阻 当接地装置有电流通过时，加至接地装置上的电压与通过电流之比称为接地装置的接地电阻；接地电阻包括：接地线电阻、接地体电阻、接地体对地电阻和接地电流由接地体流入土壤时土壤呈现的电阻。 第一节 过电压的基本概念 3.跨步电压、接触电压 当人站在距离接地设备0.8m、手触到距地面1.8m之处时，人体的手与脚之间的电压称为接触电压； 人在接地体的地表面附近行走，行走的方向为沿地中电流的散流方向，步距为0.8m时，两脚之间的电压称为跨步电压。 第一节 过电压的基本概念 4.高压设备接地电阻的要求 （1）大接地电流系统：当接地电流大于4000A时，接地电阻不应超过0.5Ω，在土壤为高电阻率的地区接地电阻应小于5Ω. （2）小接地电流系统： 对于高、低压设备共用接地装置时，要求接地电压小于120V，其电阻R≤120/I（Ω）； 对于高压设备单独接地时，要求接地电压小于250V，其电阻R≤250/I（Ω）； 但最大不应超过10 Ω. 第二节大气过电压 一、直击雷过电压 雷云直接对电气设备放电所引起的过电压称为直击雷过电压；当直击雷直接打到避雷针上时，避雷针顶端的电压为 可见，过电压值与接地电阻、电感有关，还与雷电流的大小和雷电流的波形有关。 二、感应雷过电压 感应雷过电压是由于电气设备附近发生雷击，因感应而产生的过电压。输电线上感应过电压最大值为 第二节大气过电压 三、反击雷过电压 当避雷针落雷后，避雷针及引下线的电压将会很高，如果避雷针和引下线与其周围电气设备之间的空间距离太小，便会由于避雷针及引下线的高电压将周围绝缘介质击穿，造成其周围电气设备过电压，这种雷击称为反击或反击雷。 第三节 过电压防护 一、避雷针和避雷线 二、避雷针及其保护范围 1.单支避雷针的保护范围 （1）避雷针在地面上的保护半径r=1.5h（m） （2）被保护物高度hx水平面上的保护半径 1）当hx ≥h/2时， rx =（h- hx ）P=h0P（m） P—高度影响系数，h≤30m时，P=1；30 ≤h ≤120m时，P=5.5/√h; 2）当当hx ＜h/2时. rx =（1.5h- 2hx ）P 第三节 过电压防护 2.两支避雷针的保护范围 两针外侧保护范围按单针计算，两针之间顶端连线的圆弧处的高度h0=h-D/7P（m），两针之间hx水平面上保护范围的一侧最小宽度bx为bx=1.5（h0-hx） 3.多只等高避雷针保护范围 （1）三支计算：外侧按两支计算，在三支形成的三角形内被保护物最大高度hx水平面上，各针外侧最小宽度bx≥0时，全部面积受到保护； （2）四支计算：把四支分成两个三角形，按三支计算。 第三节 过电压防护 三、避雷线 当hx≥h/2时，rx=0.47（h-hx）P（m） 当hx＜h/2时，rx=（h-1.53hx）P（m） 四、避雷器 氧化锌避雷器是将一定数量的金属氧化锌阀片电阻密封在瓷套内组合而成，其氧化锌阀片电阻包括：氧化锌、氧化铋、氧化钴等金属氧化物组成，氧化锌占90%以上。 氧化锌避雷器的优点： （1）无续流 （2）保护性能优越 （3）通流容量大 （4）降低电气设备上的过电压值 第四节变电站防雷 一、直击雷保护 站内设备处在避雷针的保护范围之内，架空线的最后一档处于避雷线的保护范围之内。 二、反击雷保护 （1）独立避雷针与配电装置带电部分、架构接地、设备接地部分之间空气中的距离满足Sk≥0.3Rch+0.1h（m），且不小于5m。 （2）为防止独立避雷针的接地与被保护设备接地之间，在土壤中击穿二造成过电压，要求避雷针的接地与其他设备的接地之间地中距离满足Sd≥0.3Rch（m），且不小于3m。 第四节变电站防雷 三、避雷器的保护作用 1.变电站母线安装避雷器，限制入侵雷电波造成的过电压； 2.变压器三侧：安装避雷器限制入侵雷电波的陡度； 四、变电站进线段保护 1.35kV及其以上变电站的进线保护 35~110kV线路进线1~2km段装设避雷线 2.35kV小容量变电站简化进线保护 进线段装设500~600m避雷线保护。 第五节内部过电压 一、空载线路的分闸过电压 1.切除空载线路时，断路器切断的是较小的容性电流，容易造成电弧重燃，引起电磁谐振，出现过电压。 2.影响分闸过电压的因素 （1）断路器的灭弧性能 （2）电网中性点接地方式 （3）母线上的出线数 （4）线路的电晕损失及电磁式电压互感器 3.限制分闸过电压的措施 （1）提高断路器的灭弧能力 （2）加装并联电阻 （3）利用避雷器保护 第五节内部过电压 二、空载线路的合闸过电压 1.计划性合闸引起的过电压 空载合闸时，电源电压通过等值电感对空载线路的等值电容充电，回路中将发生高频振荡过程，产生过电压，其值可达2Em（振荡回路电源电动势）。 2.自动重合闸引起的过电压 在单相故障时三相跳闸后重合较严重，一般过电压值可达3Em。 3.影响过电压的因素及限制措施 影响因素： （1）合闸相位 （2）线路损耗：一是线路存在电阻，二是当过电压较高时，线路上出现电晕 （3）线路残余电压的变化 限制措施： （1）装设并联合闸电阻 （2）单相重合闸的采用 （3）同电位合闸：就是自动选择断路器触头两端电位极性相同时、甚至电位也相等的瞬间完成合闸操作； （4）利用避雷器保护 第五节内部过电压 三、切除空载变压器过电压 1.原因：是流过电感的电流在到达自然零值之前就被断路器强行切断，从而迫使储存在电感中的磁场能量转化为电场能量而导致电压的升高； 2.限制措施：在变压器附近安装氧化锌避雷器 第五节内部过电压 四、电弧接地过电压 1.原因：中性点不接地系统中发生单相接地时，经过故障点的电容电流，在6~10kV电网中超过30A，在20~60kV电网中超过10A时电弧就难以自动熄灭，又不会形成稳定持续的电弧，这种间歇性电弧将导致系统中电感—电容回路的电磁振荡过程，产生间歇性电弧接地过电压。 2.限制措施 （1）采用中性点直接接地方式 （2）采用中性点经消弧线圈接地方式 第五节内部过电压 五、工频电压升高 1.空载长线电容效应引起的工频过电压 2.不对称短路引起的工频过电压 六、谐振过电压 谐振：是指振荡回路的固有自振频率与外加电源的频率相等或接近时出现的一种周期性或准周期性的运行状态，其特征是某一个或几个谐波幅值急剧上升。 第五节内部过电压 1.线性谐振过电压 在电网运行过程中，空载线路、不对称接地、消弧线圈补偿等。谐振的条件ωL=1/ωC 2.铁磁谐振过电压 3.参数谐振过电压
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