35kv～110kv变电站_防雷保护设计毕业论文(编辑修改稿)

35kv～110kv变电站_防雷保护设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

,以减小它所引起的过电压 ,它的性质似乎介于前两种接地之间 ,它防雷保护装置不可缺少的组成部分，它有些像工作接地。 但它又是保障人身安全的有力措施 ,而且只有在故障下才发挥作用，它又有些像保护接地 ,它的阻值一般在 130的范围内。 由此可见 ,接地电阻取 10较合适。 查接地装置 i (冲击系数 )与 i (接地装置的冲击利用系数 )表 ,选用一字形的接地体。 查得 : ＝ i ＝eiRR (45) (式中 : iR — 冲击电流下的电阻。 eR — 工频电流下的电阻 ) iR ＝ 10＝  i10 5 变压器中性点保护 变压器中性点的过电压 雷电过电压即为通常所说的大气过电压，其原因是由雷击下引起电力系统变化所至。 内部过电压主要是由于电力系统内部运行方式改变引起的过电压反映，其主要包括操 作过电压和暂时过电压。 变电站的中性点过电压产生也是基于上述原因，当变压器中性点不接地时反映在中性点上的过电压形式有：雷电过电压、内部过电压。 （ 1） 雷电过电压 由于雷电波沿线路传入变电站或直接击中变电站内造成变压器中性点电位的升高， 变压器中性点上出现的最大雷击过电压主要取决于变压器入口处的避雷器残压和变压器的特性，一般雷击过电压值可按式 51 计算 5)1(3 bUrnmU  （ 51） 式中 n— 侵入波的相数； r— 变压 器振荡衰减系数，对于纠结式绕组取 ，连续式绕组取 ； Ub— 变压器入口处避雷器上的残压（或放电电压）； 由公式可知，三相同时进雷电波时过电压最高。 （ 2） 内部过电压 在电力系统正常运行方式下，由于断路器操作和各类故障如接地、断线等，使得电 电力系统参数发生变化，从而引起电磁能量变化，从而引起电磁能量的振荡转化和传递而出现的电压升高，称为内部过电压。 内部过电压分为两类，即：因操作和故障引起的瞬间（以毫秒计）电压升高，称为操作过电压；在瞬间完成之后出现的稳态性质的工频电压。 反映 在中性点上的内部过电压主要表现为发生单相接地时中性点过电压和断路器非全相分合闸造成中性点过电压。 单相接地中性点过电压 11 单相接地故障造成三相不对称运行，在变压器中性点上必然会产生过电压。 正常网络发生单相接地故障时，系统允许其工作 2h 左右，在断路器调开单相接地故障之前，变压器中性点产生过电压值大小与 K=X0/X1 有关，其中： X0 为零序阻抗， X1 为正序阻抗。 由于电网各处 X0/X1 不容易准确提供，且有效接地系统网络一般 K≤ 3，当 K=3 时过电压最严重。 此时中性点稳态过电压公式计算为： U0=Ue K（ K+2）。 当 K=3 时， U0=,Ue取最高运行线电压，如对于 110kV 及变压器，则 U0= 110 =。 系统单相接地时接地变压器侧断路器跳闸，不接地变压器侧断路器拒动，则系统形成局部不接地系统，此时的中性点过电压值更高，其值视近视为相电压值，如在 110kV 变压器中性点电位稳态值为 73kV。 这种非正常运行状态曾在不少地区出现，引起健全相及中性点避雷器爆炸。 非全相分合闸过电压 由于断路器非全相分合闸造成中性点过电压。 当系统一相断口击穿时，变压器中性点过电压值大小可近视为相电压，在这种情 况下相当于变压器电感 L与线路间电容并联后再与线间零序电容构成回路，如果参数匹配就会产生铁磁谐振，在中性点上产生较高过电压；如果是双电源且两个电源的电压相反，则中性点的电位为两倍相电压，这种情况出现的概率非常小。 由于现在断路器都是连动的，因此出现上述情况出现的概率非常少。 由于现在断路器都是连动的，因此出现上述情形比较少，但在实际变电站运行中曾出现过，在中性点过电压保护设计中也要给予考虑。 综合上述中性点过电压分析，可列出各级变电站在各种过电压形式下的过电压稳态值汇总表，如 12 表 51 各级变电站中 性点过电压大小（有效值） 变电站级别 /kV 有效接地系统单相接地故障 /kV 构成局部中性点绝缘的单相接地故障 非全相分、合闸过电压 /最大值 /kV 35 14 23 23/46 110 73 72/146 220 146 146/292 中性点过电压的保护措施 对中性点的过电压 保护应根据实际的具体情况选择最佳的保护方式，应与二次侧保护设备相互配合。 一般而言，中性点保护包括过电压保护和继电保护。 其中继电保护有：母线 3U0过电压、间隙零序过电流、直接接地零序过电流；过电压保护分 为：避雷器保护、间隙保护、避雷器保护与间隙联合保护。 中性点保护的作用有： （ 1）中性点直接接地运行时，零序电流保护起作用，避雷器作后备保护（防止直接接地运行因故变成中性点不接地运行）； （ 2）不接地运行时，在大气过电压或系统接地故障瞬态过电压下，避雷器动作； （ 3）不接地运行时，系统故障引起工频过电压，棒间隙放电，同时间隙零序电流保护动作切除变压器，母线 3U0过电压保护做后备。 根据 DL/T6201997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》的有关规定提出了保护配置意见：（ 1）对 110kV 有 效接地系统中可能形成的局部不接地系统（如接地变压器误跳开关等原因引起等）、低压侧有电源的变压器不接地中性点应装设间隙保护；（ 2）经验算，如断路器因操作机构出现非全相和严重不同期产生的铁磁谐振过电压可能危及中性点为标准分级绝缘、运行中性点不接地110kV 变压器中性点绝缘，宜在中性点装设间隙保护；（ 3）变压器中性点间隙值的确定应综合考虑：间隙标准雷电波动作值小于主变压器中性点的标准雷电波13 耐受值；因接地故障形成局部不接地系统时间隙应动作；系统以有效接地方式运行，发生单相接地故障时，间隙不应动作。 目前全国变电站对 中性点所采取的过电压保护措施有：（ 1） 采用阀式避雷器或氧化锌避雷器对中性点过电压进行保护；（ 2）采用棒 棒间隙配合保护装置来防止中性点过电压；（ 3）采用避雷器与间隙并联的形式对中性点过电压进行保护，这种方式目前用得最普遍。 14 6 变电站的入侵波过电压保护 变电站遭受雷害一般来自两方面 ,一是雷直击变电站 ,二是雷击输电线路后产生的雷电波侵入变电站。 雷电不直接放电在建筑和设备本身，而是对布放在建筑物外部的线缆放电。 线缆上的雷电波或过电压几乎以光速沿着电缆线路扩散，侵入并危及室内电子设备和自动化控制等各个系统。 变压器在变电所中最重要的设备，且其绝缘水平低，故避雷器安装位置应尽量靠近变压器。 为了对变压器进行有效的保护，避雷器伏秒性的上限应低于变压器伏秒特性的下限。 避雷器应安装在母线上，在任何情况下，变压器均应受到避雷器的保护，所以各段母线上都应装设避雷器。 避雷器与被保护设备之间的距离（ l=0） 避雷针 直接连接在变压器旁，如图 61（ a） 所示，即认为变压器与避雷器之间的电气距离为零。 忽略变压器对地入口电容，雷电波 u自线路侵入。 避雷器动作前后的电压等效电路分别如图 61（ b） 、 (c)所示。 首先分析避雷器直接 装设在变压器出线端的简单接线，如图 61（ a） 所示。 为简化分析，不计变压器的对地入口电容，并假定避雷器的伏秒特性和伏安特性ub=f(ib)已知。 侵入波 u（ i） 沿波阻抗为 Z1的线路入侵，由于变压器的波阻抗比线路大得多，在避雷器动作前相当于末端开路，当其等值电路如图 61（ b） 所示。 此时，避雷器上电压上升为 2u(t)，避雷器上的电压 ub也等于 2u(t)。 当避雷器上的电压 2u(t)与避雷器伏秒特性 uf(1)相交时，如图 62 所示，间隙放电，其后等效电路如图 61（ c） 所示，可得 12 Zbibuu  （ 61） 15 式中： ib为流过避雷器的电流； Z1为线路的波阻。 避雷器动作后，两端的电压可由图 72 所示的图解法求解。 纵坐标取电压 u，横坐标分别取时间 t 和电流 i0在 ut坐标平面内（适用于间隙击穿后），画出曲线 ub+ibZ1，然后自侵入波的幅值处作一水平与曲线 ub+ibZ1相交，交点的横坐标就是流过避雷器的最大雷电流 Ibm，由 Ibm对应的 ub=f（ ib） 曲线上的电压 Ubm就是避雷器的 最大残压。 其他时刻避雷器上的电压 ub可按此用图解法求得。 2u U ub 1 2 Z Ub ub Z1 ib 2u Z1 (a)接线图 (b)动作前等值电路 (c)动作后等值电路图 图 61 避雷器接在变压器端的接线和等值电路 16 避雷器与被保护设备之间的距离（ l≠ 0） 变电所中有很多电气设备，我们不可能在每个设备旁装设一组避雷器加以保护，一般只在变电所母线上装设避雷器，变压器是最重要的设备，避雷器应尽量靠近变压器。 因此，避雷器与各电气设备都不可避免的有一段长度的距离。 当雷电波入侵时，由于波的反射，被保护的电气设备上的电压降不同于避雷器的残压，现用实例分析避雷器对所有电气设备的保护作用。 图 63（ a） 是某 变电所主接线图及其等效电路图，由于一般电气设备的等值入口电容都不大，因此可以忽略其影响，被保护设备处可以认为是开路，故得到等效电路如图 63（ b） 所示。 ZnO 避雷器装设在母线上，进线刀闸离母线为l1，变压器离母线距离为 l2，在等效电路中忽略各电气设备的对地电容，点 L、 B、T分别表示进线断路器、避雷器和变压器的位置。 i i ub Ui Ubm Ibm 2u Uch Ub+ibZ1 Ub=f(ib) IbZ1 图 62 避雷器电压 Ub的图解法 17 设侵入波为斜角波 u(t)=at,为了方便描述不取统一时间为起点，分析时分别以各点出现电压的时刻为各自的时间零点。 （ 1）避雷器上的电压 uB(t) T点反射波尚未到达 B点时  attBu  (62) T点反射波到达 B点以后至避雷器动作前      vltavltaattBu 2222 (63) 式中： v 为波速 当 t=t1(假设避雷器的放电时间vt 2l21＞时， uB(t)与避雷器伏秒特性相交，避雷器动作，由于避雷器非线性特性较好，此后可以认为避雷器保持不变的残压Ub5（ 5kA 以下残压）。 这样， 就相当于在 t=t1时在 B点叠加了一个负的电压波 2a（ tt1） ，因此 t≥ t1时     5221222    bUvlftattavltatBu (64) 由式（ 64）可得 vlabUft 22 5  (65) at L B T at L B T L1 L2 (a) (b) 图 63 分析雷电波侵入变电所的典型接线 18 UB(t)的大小和波形见表 61和图 64（ a） 表 61 避雷器上电压 uB(t) t Bu vt 2l2＜ at vtt 2l21 ＞＞    vltavltaat 2222 ftt＞   52121222  。