第4章集电线路及升压变电站防雷课件

,风电机组防雷与接地,第4章：集电线路及升压变电站防雷,风电机组防雷与接地,长春工程学院能源动力工程学院,风电机组防雷与接地 长春工程学院能源动力工程学院,主要内容简介,第4章 集电线路及升压变电站防雷,一、集电线路雷击过电压,二、集电线路的雷击跳闸率,三、集电线路的感应雷过电压,四、集电线路的防雷保护措施,五、升压变电站的直击雷保护,六、升压变电站的侵入波保护,七、升压变电站的进线段保护,八、升压变电站变压器的防雷保护,主要内容简介 第4章 集电线路及升压变电站防雷,一、集电线路的雷击过电压,1、集电线路过电压,（1）,集电线路构成简介,构成,一、集电线路的雷击过电压 1、集电线路过电压,一、集电线路的雷击过电压,1、集电线路过电压,（1）,集电线路构成简介,杆塔类型,一、集电线路的雷击过电压 1、集电线路过电压,一、集电线路的雷击过电压,1、集电线路过电压,（1）,集电线路构成简介,杆塔类型,一、集电线路的雷击过电压 1、集电线路过电压,一、集电线路的雷击过电压,1、集电线路过电压,（1）,集电线路构成简介,杆塔类型,一、集电线路的雷击过电压 1、集电线路过电压,一、集电线路的雷击过电压,1、集电线路过电压,（2）,过电压的类型,直击雷过电压,感应雷过电压,（3）防雷,技术指标,耐雷水平：,线路遭受雷击时，线路绝缘所能耐受的不至于引起绝缘闪络的最大雷电流幅值（KA）。,衡量防雷性能指标。,雷击跳闸率：,雷暴日数T,d,=40的条件下，每100km的集电线路每年因雷击而引起的跳闸次数，,衡量线路防雷性能的综合指标。,一、集电线路的雷击过电压 1、集电线路过电压,一、集电线路的雷击过电压,2、集电线路的直击雷情形,一、集电线路的雷击过电压 2、集电线路的直击雷,一、集电线路的雷击过电压,雷击杆塔时的“反击”,塔顶电位,：,分流系数：,i,L,:雷电流,当雷击杆塔时，绝大部分雷电流会通过杆塔接地装置流入大地。巨大的雷电流会在杆塔电感和杆塔接地电阻上产生很高的电位，使原来电位为零的接地杆塔带上了高电位，此时杆塔将通过绝缘子串对导线逆向放电，造成,闪络,。由于这种闪络是由接地杆塔的电位升高所引起的，故又称为,“反击”,。,2、集电线路的直击雷情形,一、集电线路的雷击过电压 雷击杆塔时的“反,一、集电线路的雷击过电压,雷击击杆率,在线路落雷总次数中,雷击杆塔的次数,与,避雷线的根数,和,经过地区的地形,有关。,击杆率,：雷击杆塔次数与雷击线路总次数的比值，称为击杆率g,2、集电线路的直击雷情形,一、集电线路的雷击过电压 雷击击杆率,一、集电线路的雷击过电压,雷击避雷线,2、集电线路的直击雷情形,一、集电线路的雷击过电压 雷击避雷线,一、集电线路的雷击过电压,总结1：,一、集电线路的雷击过电压 总结1：,一、集电线路的雷击过电压,总结2：,一、集电线路的雷击过电压 总结2：,一、集电线路的雷击过电压,总结3：,一、集电线路的雷击过电压 总结3：,一、集电线路的雷击过电压,总结4：,一、集电线路的雷击过电压 总结4：,一、集电线路的雷击过电压,2、集电线路的直击雷情形,绕击,避雷线对边相导线的保护角,一、集电线路的雷击过电压 2、集电线路的直击雷,一、集电线路的雷击过电压,2、集电线路的直击雷情形,绕击时导线上的电压,一、集电线路的雷击过电压 2、集电线路的直击雷,一、集电线路的雷击过电压,2、集电线路的直击雷情形,耐雷水平,一、集电线路的雷击过电压 2、集电线路的直击雷,二、集电线路的雷击跳闸率,1、集电线路,直击雷跳闸条件,（1）,雷电流超过线路耐雷水平,（2）,冲击闪络在导线上工作电压的作用下转变成稳定的工频电弧,2、建弧率,建弧率,是指冲击闪络转变为,稳定工频电弧的概率,，用（%）来表示。,根据试验运行经验，建弧率（%）可用下式表示,式中，E为绝缘子串的平均运行电压梯度（KV/m）,二、集电线路的雷击跳闸率 1、集电线路直击雷,3、雷击杆塔时的跳闸率 n1,两根避雷线间距离,避雷线平均对地高度,若击杆率为,g,，则每,100km,线路每年雷击杆塔次数为,0.28(b+4h,s,)g,次。若,雷电流幅值大于雷击杆塔时的耐雷水平,I,1,的概率为,P,1,，建弧率为,，则每,100km,线路每年因雷击杆塔的跳闸次数,n,1,为,二、集电线路的雷击跳闸率,3、雷击杆塔时的跳闸率 n1 两根避雷线间距离避,4、绕击跳闸率 n2,雷电流幅值,超过绕击耐雷水平,I,2,的概率为,P,2,，建弧率为,，则每,100km,线路每年绕击跳闸次数,n,2,为：,5、线路雷击跳闸率 n,线路雷击跳闸率只,考虑雷击杆塔和雷绕击于导线,两种情况。故有避雷线的线路，雷击总跳闸率为：,二、集电线路的雷击跳闸率,4、绕击跳闸率 n2 雷电流幅值超过绕击耐,三、集电线路的感应雷过电压,1、感应雷过电压的特点,感应雷过电压的极性与雷电极性相反；,同时存在于三相导线，相间无相位差，只能相地闪络；,幅值一般不超过500KV，35KV以下可能造成闪络。,2、感应雷过电压的计算,计算条件：,当雷击点离开线路的距离,s大于65m,时，根据线路,是否架设避雷线,，可以分以下两种情况分别计算线路上的感应过电压。,三、集电线路的感应雷过电压 1、感应雷过电压的,导线上方无避雷线：,导线上的感应电压最大值,雷击点与线路的垂直距离,导线悬挂的平均高度,雷电流幅值,导线上方有避雷线：,导线上的感应电压最大值,避雷线悬挂的平均高度,导线悬挂的平均高度,避雷线与导线耦合系数,感应过电压降低了！,三、集电线路的感应雷过电压,2、感应雷过电压的计算,导线上方无避雷线：导线上的感应电压最大值,四、集电线路的雷电防护,1、架设避雷线,2、降低杆塔接地电阻,3、加强线路绝缘,4、架设耦合地线,5、采用消弧线圈,6、装设自动重合闸,7、采用不平衡绝缘方式。,9、装设避雷器,四、集电线路的雷电防护 1、架设避雷线,五、升压变电站的直击雷保护,1、升压变电站的防雷保护,风电场升压变电站是风电场的枢纽，雷击会引起变压器等重要电气设备绝缘毁坏，造成供电区域内大面积、长时间停电，给国民经济带来严重损失，因此，风电场升压变电站的雷电防护必须十分可靠。,升,压,变,电,站,雷,击,保,护,直击雷：,入侵波：,避雷针或避雷线,避雷器；,进线段加装辅助防护措施,五、升压变电站的直击雷保护 1、升压变电站的防雷,五、升压变电站的直击雷保护,2、升压变电站的防雷等级,一类建筑物,（1）年预计雷击次数：,等效落雷面积,年均雷电日数,年均落雷密度,校正系数,K=2：旷野的孤立建筑物,K=1.7：金属屋面砖木结构建筑物,K=1.5：河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较低处、地下水露头处、土山顶处、山谷风口处及特别潮湿处建筑物,K=1：其他处,五、升压变电站的直击雷保护 2、升压变电站的防雷,五、升压变电站的直击雷保护,2、升压变电站的防雷等级,一类建筑物,（2）防直击雷关键距离,母线,避雷针,构架高,避雷针冲击,接地电阻,避雷针,等值电感,雷电流,避雷针与被保护设备构架间的空气间隙,避雷针接地装置与被保护设备接地装置在土壤中间隙,雷电流参数：i,L,=100kA di,L,/dt=38.5kA/us L=1.55uH/m,避雷针电位：,U,k,=100R,ch,+60h,接地装置电位：,U,d,=100R,ch,取空气抗电强度：500kV/m,取土壤抗电强度：300kV/m,S,k,0.2R,ch,+0.1h,（一般,5m,）,S,d,0.3 R,ch,（一般,3m,）,五、升压变电站的直击雷保护 2、升压变电站的防雷,五、升压变电站的直击雷保护,2、升压变电站的防雷等级,一类建筑物,（3）防直击雷实践,对110kV及以上的配电装置，由于电气设备的绝缘水平较高，可将避雷针装设在配电装置的架构或房顶上，但在土壤电阻率较大的地区（,1000m），宜装设独立避雷针。,湖北500kV咸宁变电站主变高压侧引线构架避雷针,湖北500kV咸宁变电站主控通信楼独立避雷针,五、升压变电站的直击雷保护 2、升压变电站的防雷,五、升压变电站的直击雷保护,2、升压变电站的防雷等级,一类建筑物,（3）防直击雷实践,66kV的配电装置，允许将避雷针装设在配电装置的架构或房顶上，但在土壤电阻率,500m的地区，宜装设独立避雷针。,35kV及以下配电装置架构或房顶上不宜装设避雷针。,变压器的绝缘较弱，又是变电站中最贵重的设备，所以变压器的门型架构上，不宜装设避雷针（线）。,发电厂的主厂房一般不装设避雷针，以免发生感应或反击使继电保护误动作或造成绝缘损坏。,五、升压变电站的直击雷保护 2、升压变电站的防雷,六、升压变电站的侵入波防护,1、雷电侵入波防护,安装避雷器,限制雷电过电压,正确选择避雷器的型号、,参数；,合理地确定避雷器接线；,限制雷电波陡度及流过避,雷器雷电流幅值,六、升压变电站的侵入波防护 1、雷电侵入波防护,六、升压变电站的侵入波防护,2、避雷器的防护距离,雷电冲击波,避雷器的防护距离,雷电波沿变电站进线侵入，避雷器连接点距离变压器连接点的最大允许电气距离，称为,避雷器的防护距离,。,六、升压变电站的侵入波防护 2、避雷器的防护距,七、升压变电站的进线段保护,1、进线段保护的作用和机理,变电站的进线段保护的作用是,限制流经避雷器的雷电流和限制侵入波的陡度。,为使避雷器能可靠地保护变压器，还必须设法,限制侵入波陡度,，,同时，,应限制流过避雷器的雷电流的大小,，,以降低残压,，尤其是不能超过避雷器的额定通流能力，否则避雷器就会烧坏。,雷电侵入波沿导线,传播时有损耗,。可以在变电站进线段，即,距变电站12km的这段线路上加强防雷保护。,七、升压变电站的进线段保护 1、进线段保护的作,七、升压变电站的进线段保护,2、进线段的耐雷水平,在靠近变电站1km2km,的一段进线上加强防雷保护措施，即进线段保护。当线路全线无避雷线时，这段线路必须架设避雷线；当线路全线有避雷线时，也将变电站附近2km长的一段进线列为进线保护段，进线保护段应具有较高的,耐雷水平,。,七、升压变电站的进线段保护 2、进线段的耐雷水,七、升压变电站的进线段保护,3、进线段防雷保护实践,（1）,对三芯电缆，末端的金属外皮应直接接地。对单芯电缆，因为不许外皮流过工频感应电流而不能两端同时接地，且需限制末端形成很高的过电压，所以应经金属氧化物电缆护层保护器（FC）或保护间隙（FG）接地。,七、升压变电站的进线段保护 3、进线段防雷保护,七、升压变电站的进线段保护,3、进线段防雷保护实践,（2）,35110kV无避雷线线路的进线段保护段,（3）,35kV小容量变电站进线段的简易保护:,由于35kV小容量变电站范围小、接线简单，避雷器距变压器的电气距离一般在10m以内，故允许有较高的侵入波陡度。,七、升压变电站的进线段保护 3、进线段防雷保护,七、升压变电站的进线段保护,3、进线段防雷保护实践,（2）,容量小于3150kVA变电站进线段保护,500KV 线路避雷器,220KV 母线避雷器,七、升压变电站的进线段保护 3、进线段防雷保护,八、升压变电站变压器的防雷保护,1、,三绕组变压器侵入波过电压及防护,高、低压侧断路器均闭合，都有避雷器，任一侧沿线路侵入雷电波都不会对另一侧绝缘造成威胁,低压侧可能开路，且对地电容小，当高压或中压有雷电波侵入，低压侧过电压，绝缘易损坏，需在一相绕组出口装设避雷器；低压绕组外接25m以上的全金属外皮电缆线路时，对地电容足以限制感应过电压，无需安装避雷器,中压绕组可能开路运行，其绝缘水平较高，不需要装设避雷器；高、中压变比很大，中压绕组的绝缘水平比高压绕组低得多时，需要装设避雷器,双绕组,三绕组：正常运行,三绕组：,特殊运行,八、升压变电站变压器的防雷保护 1、三绕组变,八、升压变电站变压器的防雷保护,2、,自耦变压器侵入波过电压及防护,自耦变压器当低压侧开路运行时，不论雷电波从高压端或中压端侵入，,都会经过高压或中压与低压绕组之间的静电耦合,，使开