kV變電站過(guò)電壓保護(hù)及絕緣配合分析案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u25948220kV變電站過(guò)電壓保護(hù)及絕緣配合分析案例概述 1225851.1電力系統(tǒng)防雷保護(hù)設(shè)計(jì)必要性 175581.1.1電力系統(tǒng)過(guò)電壓 176571.1.2變電站防雷保護(hù)設(shè)計(jì)的必要性 1281741.2直擊雷保護(hù) 18001.2.1直擊雷保護(hù)裝置 118161.2.2避雷針裝設(shè)原則 2303631.2.3被保護(hù)設(shè)施及對(duì)應(yīng)避雷針類型 299861.2.4避雷針保護(hù)范圍計(jì)算 213861.2.5變電站直擊雷保護(hù)設(shè)計(jì) 456371.3雷電侵入波保護(hù) 4124581.3.1雷電侵入波保護(hù)裝置 4193371.3.2避雷器的基本分類 425491.3.3過(guò)電壓保護(hù)及絕緣配合 4在制定變電站防雷保護(hù)方案時(shí)，必須嚴(yán)格遵守《交流電氣裝置過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》（DL/T620-1997）。同時(shí)還應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，進(jìn)行全面的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析，使設(shè)計(jì)方案滿足先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性、安全性的要求。1.1電力系統(tǒng)防雷保護(hù)設(shè)計(jì)必要性1.1.1電力系統(tǒng)過(guò)電壓系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，設(shè)備的絕緣隔離的電壓包括正常工作時(shí)50hZ的工頻電壓、由于系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生突變引發(fā)的內(nèi)過(guò)電壓和由于大氣中的雷電活動(dòng)而產(chǎn)生的外部雷電過(guò)電壓。按照其產(chǎn)生原因，可將過(guò)電壓分為以下幾類：過(guò)電壓1.1.2變電站防雷保護(hù)設(shè)計(jì)的必要性變電站的防雷保護(hù)主要用于預(yù)防以下幾種雷害：直擊雷、反擊雷、感應(yīng)雷和延輸電線路傳播的雷電侵入波。雷云放電產(chǎn)生的雷電過(guò)電壓最高可以達(dá)到數(shù)十萬(wàn)甚至數(shù)兆伏，對(duì)各種電氣設(shè)備的內(nèi)、外絕緣有嚴(yán)重威脅。此外，當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，三繞組變壓器的低壓繞組會(huì)感應(yīng)出很高的電壓從而破壞其絕緣，嚴(yán)重的情況會(huì)使變壓器報(bào)廢。因而，變電站的防雷保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)是非常重要，也是十分必要的。1.2直擊雷保護(hù)1.2.1直擊雷保護(hù)裝置直擊雷過(guò)電壓保護(hù)裝置，可以選擇避雷針、避雷線和接地網(wǎng)等裝置。我國(guó)絕大多數(shù)的變電站都是使用多支避雷針聯(lián)合保護(hù)，僅少數(shù)一些變電站使用避雷線路來(lái)進(jìn)行變電站的直擊雷保護(hù)。因此，本變電站選擇使用了多支避雷針的手段對(duì)直擊雷進(jìn)行聯(lián)合保護(hù)。1.2.2避雷針裝設(shè)原則1.獨(dú)立避雷針應(yīng)單獨(dú)配置接地裝置。2.對(duì)于低土壤電阻率接地區(qū)域，其工頻接地電阻一般應(yīng)當(dāng)小于10Ω。3.接閃器、接地裝置與工作人員日常巡視道路的距離大于5m并采取一定的均壓措施。4.110kV及以上的配電裝置，避雷針應(yīng)采用架構(gòu)避雷針，但在土壤電阻率大于1000Ω·m的地區(qū)，宜裝設(shè)獨(dú)立避雷針。5.35kV及以下地高壓配電裝置不能安裝在房屋架構(gòu)上，當(dāng)遭到雷擊時(shí)易引起反擊。6.在變壓器的門型構(gòu)架上不可以裝設(shè)避雷針，其余裝有避雷針的構(gòu)架接地體長(zhǎng)度不得小于15m。1.各種配電器件在帶電與接地處之間的空氣中距離，應(yīng)符合式（7-1）求：Sa≥0.2式中SaRi?j8.獨(dú)立避雷針的接地裝置與接地網(wǎng)間的地中距離，應(yīng)符合式（7-2）要求：Se≥0.3式中Se在一般情況下，Sa不應(yīng)小于5m，S1.2.3被保護(hù)設(shè)施及對(duì)應(yīng)避雷針類型表7-1給出了應(yīng)裝設(shè)避雷針的各種建筑物和構(gòu)筑物，即所謂的被保護(hù)設(shè)施，并給出了它們的大致高度及需裝設(shè)避雷針類型。表7-1被保護(hù)設(shè)施及避雷針類型設(shè)施名稱設(shè)施高度（m）避雷針類型220kV屋外配電裝置（管母分相中型）母線架構(gòu)10.0-10.5構(gòu)架避雷針或獨(dú)立避雷針出線架構(gòu)14.0-14.5構(gòu)架避雷針或獨(dú)立避雷針110kV屋外配電裝置（軟母半高型）母線架構(gòu)1.3構(gòu)架避雷針或獨(dú)立避雷針出線架構(gòu)10構(gòu)架避雷針或獨(dú)立避雷針10kV單層屋內(nèi)配電裝置5獨(dú)立避雷針主控樓10獨(dú)立避雷針主變壓器10獨(dú)立避雷針10kV側(cè)母線橋3.5構(gòu)架避雷針或獨(dú)立避雷針1.2.4避雷針保護(hù)范圍計(jì)算為了體現(xiàn)一支避雷針的保護(hù)性能，工程上一般都會(huì)采用“保護(hù)范圍”這一概念，本方法有著相對(duì)意義。目前我國(guó)通常采用基于微電流雷電沖擊模擬試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)計(jì)算方法。保護(hù)區(qū)域范圍是以發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)概率0.1%來(lái)界定。本設(shè)計(jì)根據(jù)DL/T620-1997標(biāo)準(zhǔn)中所采用折線方法來(lái)確定對(duì)被保護(hù)設(shè)備的保護(hù)范圍。1.2.4.1單支避雷針其保護(hù)范圍，如圖7-1所示。圖7-1單支避雷針的保護(hù)范圍在被保護(hù)物體高度?x水平面上的保護(hù)半徑r當(dāng)?x≥?當(dāng)?x<?式中：rx—避雷針在??x?—避雷針的高度，m；?ap—高度影響系數(shù)。當(dāng)?≤30m時(shí)，p=1；當(dāng)30m＜?≤120m時(shí)，p=1.2.4.2兩支等高避雷針兩支等高避雷針保護(hù)范圍由于電磁屏蔽作用，兩支等高避雷針的保護(hù)范圍不僅僅是兩支單支避雷針面積直接相加，而是擴(kuò)展一部分，保護(hù)區(qū)域外側(cè)區(qū)域尺寸按照單支避雷針的實(shí)際計(jì)算公式確定，如圖7-2所示。圖7-2兩支等高避雷針的保護(hù)范圍兩支避雷針可以進(jìn)行聯(lián)合防護(hù)，保護(hù)范圍頂端邊緣通過(guò)中心點(diǎn)和最低點(diǎn)O的一個(gè)圓弧半徑為R'bx?0式中：?0D——兩支避雷針間距，m。兩針間距與針高之比D?1.2.4.3多支等高避雷針的保護(hù)范圍由三支相同高度的避雷針組合而形成的三角保護(hù)區(qū)域外側(cè)范圍可以依按兩兩等高避雷針的計(jì)算公式確定。如果在一個(gè)三角內(nèi)部被保護(hù)物最大高度hx的一個(gè)水平面上存在避雷針的保護(hù)區(qū)，則么全部面積都能夠得到保護(hù)，如圖1.3所示。四支及以上等高避雷針?biāo)纬傻乃慕切位蚨嘟切伪Ｗo(hù)區(qū)域，可分別按三支等高避雷針的方法計(jì)算，如各邊保護(hù)范圍均能覆蓋需保護(hù)物體，則多邊形中間全部部分都能收到保護(hù)，如圖7-4所示。圖7-3三支等高避雷針保護(hù)區(qū)域圖圖7-4四支等高避雷針保護(hù)區(qū)域圖1.2.5變電站直擊雷保護(hù)設(shè)計(jì)根據(jù)本所電氣總平面的布置情況，結(jié)合以上有關(guān)避雷針保護(hù)范圍計(jì)算的內(nèi)容，本所直擊雷保護(hù)設(shè)計(jì)中確定選用9支等高的同型號(hào)的獨(dú)立避雷針，高度均為30米。1.3雷電侵入波保護(hù)1.3.1雷電侵入波保護(hù)裝置能限制雷電侵入波的手段是因?yàn)檎_安裝避雷器，正確選擇避雷器的類型、參數(shù)、數(shù)量和安裝位置是保證防護(hù)效果的重要前提。當(dāng)一個(gè)變壓器的三個(gè)出線套管的端部均安裝了一個(gè)有效的避雷器，且這個(gè)避雷器的沖擊放電電壓和殘壓均低于這個(gè)變壓器的沖擊絕緣的水平時(shí)，它就能得到可靠的防護(hù)。1.3.2避雷器的基本分類1.按間隙結(jié)構(gòu)分類，可分為無(wú)間隙型避雷器和有間隙型避雷器；2.按所使用的非線性電阻片材料分類，可分為碳化硅閥式避雷器和金屬氧化物避雷器；3.按外殼材質(zhì)分類，可分為瓷殼避雷器、復(fù)合外套避雷器和罐式避雷器；4.按標(biāo)稱放電電流分類，主要有20、15、10、5、2、1kA等。1.3.3過(guò)電壓保護(hù)及絕緣配合1.3.3.1220kV過(guò)電壓保護(hù)及絕緣配合1.220kV避雷器參數(shù)220kV避雷器型號(hào)為：YH10WZ-204/532，主要參數(shù)如下： 表7-2220kV避雷器參數(shù)（單位：kV）避雷器額定電壓（有效值）避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓（有效值）標(biāo)稱放電電流10kA等級(jí)電站避雷器陡波沖擊電流殘壓雷電沖擊電流殘壓操作沖擊電流殘壓直流1mA參考電壓不小于（峰值）不大于2041595945324522962.220kV設(shè)備絕緣配合220kV設(shè)備耐壓及保護(hù)水平如下表。表7-3220kV設(shè)備耐壓及保護(hù)水平（單位：kV）試驗(yàn)電壓設(shè)備名稱設(shè)備耐受電壓值雷電沖擊保護(hù)水平雷電沖擊耐受電壓短時(shí)工頻耐受電壓全波截波變壓器9501050360全波：950/532=1.78截波：1050/594=1.76高壓電器類10501050（TA）395全波：950/532=1.78高壓電力電纜1050395全波：950/532=1.781.3.3.2110kV過(guò)電壓保護(hù)及絕緣配合1.110kV避雷器參數(shù)110kV避雷器型號(hào)為HY10W-102/266，主要參數(shù)如下。表7-4110kV避雷器參數(shù)（單位：kV）避雷器額定電壓（有效值）避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓（有效值）標(biāo)稱放電電流10kA等級(jí)電站避雷器陡波沖擊電流殘壓雷電沖擊電流殘壓操作沖擊電流殘壓直流1mA參考電壓不小于（峰值）不大于10279.62972662261482.110kV設(shè)備絕緣配合110kV設(shè)備耐壓及保護(hù)水平如下表。表7-5110kV設(shè)備耐壓及保護(hù)水平（單位：kV）試驗(yàn)電壓設(shè)備名稱設(shè)備耐受電壓值雷電沖擊保護(hù)水平雷電沖擊耐受電壓短時(shí)工頻耐受電壓全波截波變壓器450/480530185/200全波：450/266=1.69截波：530/297=1.78高壓電器類450/480530（TA）185/200全波：450/266=1.69高壓電力電纜450185/200全波：450/266=1.691.3.3.310kV電氣設(shè)備及主變壓器中性點(diǎn)的絕緣配合1.10kV避雷器參數(shù)10kV避雷器型號(hào)為HY5WS-17/50，具體配置如下：變壓器低壓側(cè)附近、10kV母線、并聯(lián)電容器組前、所有出線柜、所用電柜均配置一組。避雷器主要參數(shù)如下。表7-610kV避雷器參數(shù)（單位：kV）避雷器額定電壓（有效值）避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓（有效值）標(biāo)稱放電電流5k