1、風電機組防雷與接地,長春工程學院能源動力工程學院,主要內容簡介,第4章 集電線路及升壓變電站防雷,一、集電線路雷擊過電壓 二、集電線路的雷擊跳閘率 三、集電線路的感應雷過電壓 四、集電線路的防雷保護措施 五、升壓變電站的直擊雷保護 六、升壓變電站的侵入波保護 七、升壓變電站的進線段保護 八、升壓變電站變壓器的防雷保護,一、集電線路的雷擊過電壓,1、集電線路過電壓,（1）集電線路構成簡介, 構成,一、集電線路的雷擊過電壓,1、集電線路過電壓,（1）集電線路構成簡介, 桿塔類型,一、集電線路的雷擊過電壓,1、集電線路過電壓,（1）集電線路構成簡介, 桿塔類型,一、集電線路的雷擊過電壓,1、集電線路

2、過電壓,（1）集電線路構成簡介, 桿塔類型,一、集電線路的雷擊過電壓,1、集電線路過電壓,（2）過電壓的類型,（3）防雷技術指標, 耐雷水平 ：線路遭受雷擊時，線路絕緣所能耐受的不至于引起絕緣閃絡的最大雷電流幅值（KA）。衡量防雷性能指標。, 雷擊跳閘率：雷暴日數Td=40的條件下，每100km的集電線路每年因雷擊而引起的跳閘次數，衡量線路防雷性能的綜合指標。,一、集電線路的雷擊過電壓,2、集電線路的直擊雷情形,一、集電線路的雷擊過電壓, 雷擊桿塔時的“反擊”,塔頂電位,：分流系數： iL:雷電流,當雷擊桿塔時，絕大部分雷電流會通過桿塔接地裝置流入大地。巨大的雷電流會在桿塔電感和桿塔接地電阻上

3、產生很高的電位，使原來電位為零的接地桿塔帶上了高電位，此時桿塔將通過絕緣子串對導線逆向放電，造成閃絡。由于這種閃絡是由接地桿塔的電位升高所引起的，故又稱為“反擊”。,2、集電線路的直擊雷情形,一、集電線路的雷擊過電壓, 雷擊擊桿率,在線路落雷總次數中雷擊桿塔的次數與避雷線的根數和經過地區(qū)的地形有關。 擊桿率：雷擊桿塔次數與雷擊線路總次數的比值，稱為擊桿率g,2、集電線路的直擊雷情形,一、集電線路的雷擊過電壓, 雷擊避雷線,2、集電線路的直擊雷情形,一、集電線路的雷擊過電壓,總結1：,一、集電線路的雷擊過電壓,總結2：,一、集電線路的雷擊過電壓,總結3：,一、集電線路的雷擊過電壓,總結4：,一、

4、集電線路的雷擊過電壓,2、集電線路的直擊雷情形, 繞擊,避雷線對邊相導線的保護角,一、集電線路的雷擊過電壓,2、集電線路的直擊雷情形, 繞擊時導線上的電壓,一、集電線路的雷擊過電壓,2、集電線路的直擊雷情形, 耐雷水平,二、集電線路的雷擊跳閘率,1、集電線路直擊雷跳閘條件,（1）雷電流超過線路耐雷水平 （2）沖擊閃絡在導線上工作電壓的作用下轉變成穩(wěn)定的工頻電弧,2、 建弧率,建弧率是指沖擊閃絡轉變?yōu)榉€(wěn)定工頻電弧的概率，用（%）來表示。 根據試驗運行經驗，建弧率（%）可用下式表示,式中，E為絕緣子串的平均運行電壓梯度（KV/m）,3、雷擊桿塔時的跳閘率 n1,兩根避雷線間距離,避雷線平均對地高度

5、,若擊桿率為g，則每100km線路每年雷擊桿塔次數為0.28(b+4hs)g次。若雷電流幅值大于雷擊桿塔時的耐雷水平I1的概率為P1，建弧率為，則每100km線路每年因雷擊桿塔的跳閘次數n1為,二、集電線路的雷擊跳閘率,4、 繞擊跳閘率 n2,雷電流幅值超過繞擊耐雷水平I2的概率為P2，建弧率為，則每100km線路每年繞擊跳閘次數n2為：,5、線路雷擊跳閘率 n,線路雷擊跳閘率只考慮雷擊桿塔和雷繞擊于導線兩種情況。故有避雷線的線路，雷擊總跳閘率為：,二、集電線路的雷擊跳閘率,三、集電線路的感應雷過電壓,1、感應雷過電壓的特點, 感應雷過電壓的極性與雷電極性相反；, 同時存在于三相導線，相間無相

6、位差，只能相地閃絡；, 幅值一般不超過500KV，35KV以下可能造成閃絡。,2、感應雷過電壓的計算, 計算條件：,當雷擊點離開線路的距離s大于65m時，根據線路是否架設避雷線，可以分以下兩種情況分別計算線路上的感應過電壓。, 導線上方無避雷線：,導線上的感應電壓最大值,雷擊點與線路的垂直距離,導線懸掛的平均高度,雷電流幅值, 導線上方有避雷線：,導線上的感應電壓最大值,避雷線懸掛的平均高度,導線懸掛的平均高度,避雷線與導線耦合系數,感應過電壓降低了！,三、集電線路的感應雷過電壓,2、感應雷過電壓的計算,四、集電線路的雷電防護,1、架設避雷線 2、降低桿塔接地電阻 3、加強線路絕緣 4、架設耦

7、合地線 5、采用消弧線圈 6、裝設自動重合閘 7、采用不平衡絕緣方式。 9、裝設避雷器,五、升壓變電站的直擊雷保護,1、升壓變電站的防雷保護,風電場升壓變電站是風電場的樞紐，雷擊會引起變壓器等重要電氣設備絕緣毀壞，造成供電區(qū)域內大面積、長時間停電，給國民經濟帶來嚴重損失，因此，風電場升壓變電站的雷電防護必須十分可靠。,五、升壓變電站的直擊雷保護,2、升壓變電站的防雷等級一類建筑物,（1）年預計雷擊次數：,等效落雷面積,年均雷電日數,年均落雷密度,校正系數,K=2：曠野的孤立建筑物,K=1.7：金屬屋面磚木結構建筑物,K=1.5：河邊、湖邊、山坡下或山地中土壤電阻率較低處、地下水露頭處、土山頂處

8、、山谷風口處及特別潮濕處建筑物,K=1：其他處,五、升壓變電站的直擊雷保護,2、升壓變電站的防雷等級一類建筑物,（2）防直擊雷關鍵距離,母線,避雷針,構架高,避雷針沖擊 接地電阻,避雷針 等值電感,雷電流,雷電流參數：iL=100kA diL/dt=38.5kA/us L=1.55uH/m,避雷針電位：Uk=100Rch+60h 接地裝置電位：Ud=100Rch,取空氣抗電強度：500kV/m 取土壤抗電強度：300kV/m,Sk0.2Rch+ 0.1h （一般5m） Sd0.3 Rch （一般 3m）,五、升壓變電站的直擊雷保護,2、升壓變電站的防雷等級一類建筑物,（3）防直擊雷實踐, 對1

9、10kV及以上的配電裝置，由于電氣設備的絕緣水平較高，可將避雷針裝設在配電裝置的架構或房頂上，但在土壤電阻率較大的地區(qū)（1000m），宜裝設獨立避雷針。,湖北500kV咸寧變電站主變高壓側引線構架避雷針,湖北500kV咸寧變電站主控通信樓獨立避雷針,五、升壓變電站的直擊雷保護,2、升壓變電站的防雷等級一類建筑物,（3）防直擊雷實踐, 66kV的配電裝置，允許將避雷針裝設在配電裝置的架構或房頂上，但在土壤電阻率500m的地區(qū)，宜裝設獨立避雷針。, 35kV及以下配電裝置架構或房頂上不宜裝設避雷針。, 變壓器的絕緣較弱，又是變電站中最貴重的設備，所以變壓器的門型架構上，不宜裝設避雷針（線）。,發(fā)電

10、廠的主廠房一般不裝設避雷針，以免發(fā)生感應或反擊使繼電保護誤動作或造成絕緣損壞。,六、升壓變電站的侵入波防護,1、雷電侵入波防護,安裝避雷器,限制雷電過電壓,正確選擇避雷器的型號、 參數； 合理地確定避雷器接線； 限制雷電波陡度及流過避 雷器雷電流幅值,六、升壓變電站的侵入波防護,2、避雷器的防護距離,避雷器的防護距離,雷電波沿變電站進線侵入，避雷器連接點距離變壓器連接點的最大允許電氣距離，稱為避雷器的防護距離。,七、升壓變電站的進線段保護,1、進線段保護的作用和機理, 變電站的進線段保護的作用是限制流經避雷器的雷電流和限制侵入波的陡度。, 為使避雷器能可靠地保護變壓器，還必須設法限制侵入波陡度

11、，同時，應限制流過避雷器的雷電流的大小，以降低殘壓，尤其是不能超過避雷器的額定通流能力，否則避雷器就會燒壞。, 雷電侵入波沿導線傳播時有損耗?？梢栽谧冸娬具M線段，即距變電站12km的這段線路上加強防雷保護。,七、升壓變電站的進線段保護,2、進線段的耐雷水平,在靠近變電站1km2km的一段進線上加強防雷保護措施，即進線段保護。當線路全線無避雷線時，這段線路必須架設避雷線；當線路全線有避雷線時，也將變電站附近2km長的一段進線列為進線保護段，進線保護段應具有較高的耐雷水平。,七、升壓變電站的進線段保護,3、進線段防雷保護實踐,（1）對三芯電纜，末端的金屬外皮應直接接地。對單芯電纜，因為不許外皮流過

12、工頻感應電流而不能兩端同時接地，且需限制末端形成很高的過電壓，所以應經金屬氧化物電纜護層保護器（FC）或保護間隙（FG）接地。,七、升壓變電站的進線段保護,3、進線段防雷保護實踐,（2） 35110kV無避雷線線路的進線段保護段,（3） 35kV小容量變電站進線段的簡易保護:由于35kV小容量變電站范圍小、接線簡單，避雷器距變壓器的電氣距離一般在10m以內，故允許有較高的侵入波陡度。,七、升壓變電站的進線段保護,3、進線段防雷保護實踐,（2） 容量小于3150kVA變電站進線段保護,八、升壓變電站變壓器的防雷保護,1、三繞組變壓器侵入波過電壓及防護,高、低壓側斷路器均閉合，都有避雷器，任一側沿

13、線路侵入雷電波都不會對另一側絕緣造成威脅,低壓側可能開路，且對地電容小，當高壓或中壓有雷電波侵入，低壓側過電壓，絕緣易損壞，需在一相繞組出口裝設避雷器；低壓繞組外接25m以上的全金屬外皮電纜線路時，對地電容足以限制感應過電壓，無需安裝避雷器,中壓繞組可能開路運行，其絕緣水平較高，不需要裝設避雷器；高、中壓變比很大，中壓繞組的絕緣水平比高壓繞組低得多時，需要裝設避雷器,三繞組：正常運行,三繞組： 特殊運行,八、升壓變電站變壓器的防雷保護,2、自耦變壓器侵入波過電壓及防護, 自耦變壓器當低壓側開路運行時，不論雷電波從高壓端或中壓端侵入，都會經過高壓或中壓與低壓繞組之間的靜電耦合，使開路的低壓繞組出現很高的過電壓，危及低壓繞組絕緣。, 由于靜電分量使低壓三相電位同時升高，所以只要在任意一相低壓繞組出線端對地裝一臺避雷器，就可以限制其過電壓，保護三相低壓繞組。,八、升壓變電站變壓器的防雷保護,3、變壓器中性點防護,中 性 點,3560 kV：,100154 kV：,110 kV：,中性點不接地或通過電感線圈接地，三 相雷電波入侵時，中性點電位達繞組首 端2倍，但三相入侵波概率極小，因此 中性點不安裝保護,中性點經消弧線圈接地，變壓器全絕緣線路上 架有避雷線，三相進波 概率小，中性點不安 裝保護,其他類型變電站與變壓器中性點絕緣水平相關： 分級絕緣：用與