某變電站的防雷保護(hù)和繼電保護(hù)裝置選擇分析案例1變電站的防雷保護(hù)1.1雷電的產(chǎn)生、危害和種類1.1.1雷電的產(chǎn)生云層里有很多微粒子。這些粒子相互摩擦產(chǎn)生了電荷。雷發(fā)生的是云中的微粒子由于相互摩擦而產(chǎn)生電荷。電荷量增加到一定的水平的話，云層和云層或大地之間存在的電壓差達(dá)到一定值，此時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度已經(jīng)很大，可以破壞空氣連成通道。引起了放電。1.1.2雷電的種類及危害常見的雷的種類一般有以下3種。第一是直擊雷，第二是感應(yīng)雷。這第三個(gè)是雷的侵入波。這三種雷的危害分別如下：。1）直擊雷的介紹及危害：由于直擊雷的能量巨大，產(chǎn)生了巨大的雷電流，直擊的物體會(huì)產(chǎn)生數(shù)萬(wàn)度的高溫，使物體燃燒。2）感應(yīng)雷的介紹和危害：常見的感應(yīng)雷包括靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，具體來(lái)說(shuō)下：（1）靜電感應(yīng)：這種現(xiàn)象在云中帶電荷時(shí)從其他物體產(chǎn)生極性相反的電荷。但是，這種帶電云在和其他云放電后，會(huì)產(chǎn)生靜電感應(yīng)，產(chǎn)生在建筑物中的感應(yīng)電荷不受限制，形成雷電波并傳播。（2）電磁感應(yīng)：帶電云放電后會(huì)產(chǎn)生雷電流，這個(gè)電流會(huì)隨時(shí)間變化。變化的磁場(chǎng)引起金屬導(dǎo)體的超高電壓。3）雷電侵入波的介紹和危害：如果雷電擊中的是電路或金屬管，這些物體會(huì)產(chǎn)生雷電波，也被稱為雷電侵入波。這個(gè)雷電波會(huì)產(chǎn)生電力設(shè)備和人受害。1.2裝設(shè)避雷針（線）的原則為了保護(hù)系統(tǒng)，防止因雷電而對(duì)系統(tǒng)造成不良影響。必須加入對(duì)雷的防護(hù)。使系統(tǒng)更加安全，對(duì)雷電的保護(hù)更加安全。需滿足以下條件：1）需要保護(hù)的設(shè)備或?qū)ο罂梢栽谄浔Ｗo(hù)范圍內(nèi)。2）避雷設(shè)備被雷擊后，避雷設(shè)備被保護(hù)的設(shè)備也應(yīng)避免出現(xiàn)閃絡(luò)。閃絡(luò)放電這種狀況不僅在空氣中，也會(huì)通過(guò)地下的接觸裝置來(lái)進(jìn)行。這對(duì)被保護(hù)的設(shè)備也有很大的危害。因此，不僅僅是防雷的對(duì)策，還有必須防止這樣的反擊?？紤]到反擊問題，經(jīng)常使用的避雷針有兩個(gè)。根據(jù)避雷針的裝置方式分類。這兩種是獨(dú)立式和構(gòu)造式。1）獨(dú)立式避雷針。其結(jié)構(gòu)如圖8-1所示。圖8-1獨(dú)立式避雷針Fig.8-1Independentlightningrod避雷針之所以能夠保護(hù)設(shè)備，是因?yàn)槠淇梢砸?，雷通過(guò)避雷針由于避雷針的引雷作用，當(dāng)雷擊避雷針時(shí)，其中產(chǎn)生的電流會(huì)通過(guò)避雷針和其相應(yīng)的裝置導(dǎo)入大地當(dāng)中，為了防止反擊，避雷針和保護(hù)對(duì)象之間應(yīng)該有一定的距離。架構(gòu)式避雷針對(duì)于35kV以上的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，比較重要的是設(shè)備的絕緣。因?yàn)樵O(shè)定得很高，不容易反擊。所以可以設(shè)置避雷針在結(jié)構(gòu)上，這樣的目的之一是為了經(jīng)濟(jì)，另一個(gè)是布局也很方便。如果用這種形式的避雷針，反擊出現(xiàn)的概率不太高，但反擊問題也要考慮。要求接地部分與該充電部分的距離足夠。還需要在附近安裝輔助裝置以避免反擊。1.3對(duì)雷電入侵波的防護(hù)我們知道對(duì)于變電站來(lái)說(shuō)，最重要的設(shè)備是主變壓器。所以，那個(gè)是重點(diǎn)保護(hù)的對(duì)象。雖然價(jià)格很高，但是絕緣度很低。電壓存在的話，必然會(huì)對(duì)其產(chǎn)生壞影響，所以避雷器的設(shè)置位置必須要分開?？拷稽c(diǎn)比較好。另外，具體配置時(shí)，需要注意不同設(shè)備之間的安全，防止因侵入波的存在而造成的傷害的距離。1.3.1避雷器的作用我們知道。變電站里有很多高壓設(shè)備、低壓設(shè)備和配電設(shè)備。這些設(shè)備的使用需要全部與線路連接。如前所述，因?yàn)榫€路上容易發(fā)生雷電，所以將對(duì)應(yīng)的侵入波帶到設(shè)備內(nèi)，對(duì)設(shè)備造成危害。需要防止這樣的侵入波，保護(hù)相關(guān)設(shè)備的安全。那么避雷器起到了這樣的作用。避雷器通過(guò)限制過(guò)電壓來(lái)保護(hù)設(shè)備。入侵波電壓高的話，避雷器會(huì)先放電，設(shè)備上的電會(huì)減少，進(jìn)一步保護(hù)設(shè)備。1.3.2對(duì)避雷器的基本要求我知道如果在放電的話，地面上會(huì)有短路的通道。這樣大的沖擊電流沿著這條通路導(dǎo)入大地。系統(tǒng)的電壓是頻率電，這個(gè)頻率電壓在這個(gè)通路上也形成電流。因?yàn)槎搪纷杩剐?，因此，由該通道形成的頻率的電流容易增大。如果系統(tǒng)以大電流接地發(fā)生這個(gè)問題的話，就和發(fā)生單相短路一樣。如果系統(tǒng)小電流接地時(shí)，發(fā)生兩相以上時(shí)會(huì)發(fā)生相間短路。對(duì)于這兩種情況，避雷器可以迅速工作并切除這些故障，保證系統(tǒng)正常。避雷器放電時(shí)相當(dāng)于對(duì)地短路。在強(qiáng)沖擊電流對(duì)地放電的情況下，短路通道在頻率電壓下。這個(gè)作用是頻率電流通過(guò)的通道。短路通道阻抗低，電源電流頻率降低。對(duì)于大電流接地系統(tǒng)，如果有自由頻率，則相當(dāng)于短路。對(duì)于小電流接地系統(tǒng)，如果同時(shí)存在兩個(gè)或三個(gè)頻率電流相，則相當(dāng)于短路，因此避雷器必須迅速切斷勞動(dòng)頻率連續(xù)流，消除工時(shí)短路。需要滿足以下兩個(gè)要求。(1)系統(tǒng)有過(guò)電壓的話，那么避雷器應(yīng)該先放電。(2)同時(shí)，其應(yīng)具有使電弧熄滅的能力。圖8-2伏秒特性Fig.8-2Voltscharacteristics1.3.3避雷器的選擇我知道對(duì)變電站來(lái)說(shuō)最重要的設(shè)備是主變壓器。因此，主變壓器是保護(hù)的對(duì)象。它雖然價(jià)格很高，但是絕緣度很低。電壓存在的話，必然會(huì)對(duì)其產(chǎn)生壞影響，所以避雷器的設(shè)置位置必須要分開?？拷稽c(diǎn)比較好，另外，具體配置時(shí)，需要注意不同設(shè)備之間的安全，防止因侵入波的存在而造成的傷害的距離。為了切實(shí)保護(hù)電氣設(shè)備，安全運(yùn)行電力系統(tǒng)，每個(gè)避雷器都必須滿足以下要求：1.避雷器的電秒特性和受保護(hù)裝置的電秒特性必須精確組合以使避雷器的沖擊放電電壓值低于受保護(hù)裝置的沖擊電壓值。2.避雷器的伏安特性必須與受保護(hù)電氣設(shè)備的伏安特性正確配合。即避雷器工作后的殘壓低于受保護(hù)設(shè)備的最大耐壓電壓。3.正確匹配避雷器的消燈電弧電壓和安裝場(chǎng)所的最高頻率電壓，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，避雷器也會(huì)可靠地熄滅連續(xù)流電弧，避免避雷器爆炸。4.當(dāng)導(dǎo)線的過(guò)電壓超過(guò)一定值時(shí)，避雷器產(chǎn)生放電動(dòng)作，通過(guò)直接或電阻接地限制過(guò)電壓。對(duì)于本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們選用氧化鋅避雷器。2繼電保護(hù)裝置中繼保護(hù)裝置必須滿足選擇性、速度、靈敏度和可靠性的四個(gè)基本要求。對(duì)于用于繼電器斷路器的繼電器保護(hù)裝置，可以同時(shí)滿足所有請(qǐng)求，并對(duì)信號(hào)起作用并反映異常運(yùn)行情況的中繼保護(hù)裝置適當(dāng)?shù)亟档瓦@四個(gè)請(qǐng)求。1.選擇性當(dāng)系統(tǒng)中的設(shè)備或線路發(fā)生故障時(shí)，其繼電器保護(hù)僅將故障設(shè)備或線路從電力系統(tǒng)中切除，當(dāng)故障設(shè)備或線路保護(hù)或斷路器不工作時(shí)，通過(guò)下一級(jí)線路的備用保護(hù)來(lái)切除故障。2.速動(dòng)性為了縮短設(shè)備和用戶在大電流和低電壓下工作的時(shí)間，可以降低設(shè)備的損傷程度，提高系統(tǒng)并行運(yùn)行的穩(wěn)定性，可以迅速消除故障。3.靈敏性指保護(hù)裝置在保護(hù)范圍內(nèi)短路故障時(shí)，保護(hù)裝置能夠迅速反應(yīng)的能力。4.可靠性可靠性包含安全性和信賴性。安全性：繼電器保護(hù)在不需要?jiǎng)幼鲿r(shí)，應(yīng)避免誤動(dòng)作。信賴性：當(dāng)在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生應(yīng)動(dòng)作的故障時(shí)，繼電器保護(hù)不拒絕動(dòng)作。2.1輸電線路的保護(hù)輸電線路的保護(hù)有主保護(hù)和后備保護(hù)。1、主保護(hù)主保護(hù)一般有縱差保護(hù)和三段式電流保護(hù)。超高壓現(xiàn)在主要采用高頻保護(hù)。2、后備保護(hù)后備保護(hù)主要有距離保護(hù)、零序保護(hù)、方向保護(hù)等。電壓保護(hù)和電流保護(hù)不能滿足可靠性和選擇性，所以一般如果不單獨(dú)使用則兩者配合使用。另外，各種保護(hù)還配有自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。保護(hù)有相和單相的區(qū)別。如果是兩次線路的話，需要考慮方向。注意各保護(hù)之間的協(xié)作，也考慮輸電線路的容量、電感、有無(wú)分支路徑。分流變壓器、系統(tǒng)運(yùn)行方式、接地方式、自動(dòng)重合閘方式等。另一個(gè)重要的是在220KV以上的系統(tǒng)中的輸電線，電壓電平高的故障主要是單相接地的故障，故障電流有時(shí)比負(fù)載電流小。另外，受各種線路參數(shù)的影響。在設(shè)置保護(hù)時(shí)，請(qǐng)?zhí)貏e充分考慮各種情況和參數(shù)的影響。2.1.1相間短路保護(hù)相間短路保護(hù)一般采用兩相式電流保護(hù)。單側(cè)電源的線路，一般設(shè)置著二段式的電流保護(hù)。第Ⅰ段為不帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)，第Ⅱ段為帶時(shí)限的過(guò)電流保護(hù)。根據(jù)需要，也可以采用三段式的電流保護(hù)。也就是說(shuō)，基于上述兩段式的保護(hù)，追加一段時(shí)間限制的電流速度切斷保護(hù)。無(wú)論二級(jí)或三級(jí)電流保護(hù)如何，都可以統(tǒng)稱為階梯式電流保護(hù)。2.1.2單相接地保護(hù)對(duì)于單相接地故障，一般采用無(wú)選擇性的絕緣監(jiān)視信號(hào)裝置。這個(gè)裝置工作后，人工選擇線找出故障線。有條件的實(shí)現(xiàn)是選擇性的，并且具有操作信號(hào)的單相接地保護(hù)。根據(jù)自身和設(shè)備的安全要求，需要在必要時(shí)設(shè)置在水門上的單相接地