第八章 電力系統(tǒng)過電壓及保護(hù)

教學(xué)內(nèi)容

第一節(jié)雷電過電壓及防雷保護(hù)

知識(shí)要點(diǎn):雷電的產(chǎn)生头滔、防雷的主要設(shè)備嗅回、接地辣苏、輸電線路的防雷保護(hù)措施肝箱、發(fā)電廠、變電站的防雷稀蟋。


第二節(jié)內(nèi)部過電壓

知識(shí)要點(diǎn):內(nèi)部過電壓的分類煌张、操作過電壓、空載線路合閘過電壓退客、重合閘過電壓骏融、切除空載線路過電壓链嘀、切除空載變壓器過電壓、操作過電壓的限制措施档玻。


第三節(jié)工頻電壓升高

知識(shí)要點(diǎn):工頻過電壓分類怀泊、空載長線的電容效應(yīng)、不對(duì)稱短路引起的工頻電壓升高窃肠、突然甩負(fù)荷引起的工頻電壓升高包个、工頻電壓升高的限制措施、諧振過電壓的類型冤留、改善方法碧囊。


教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

1.教學(xué)重點(diǎn):防雷的主要設(shè)備、接地纤怒、輸電線路的防雷保護(hù)措施糯而、發(fā)電廠、變電站的防雷泊窘、內(nèi)部過電壓的分類熄驼、操作過電壓、空載線路合閘過電壓烘豹、重合閘過電壓瓜贾、切除空載線路過電壓、切除空載變壓器過電壓携悯、操作過電壓的限制措施祭芦、工頻過電壓分類、空載長線的電容效應(yīng)憔鬼、不對(duì)稱短路引起的工頻電壓升高龟劲、突然甩負(fù)荷引起的工頻電壓升高、工頻電壓升高的限制措施轴或、諧振過電壓的類型昌跌、改善方法。

2.教學(xué)難點(diǎn):內(nèi)部過電壓的分類照雁、工頻過電壓分類蚕愤。


超過設(shè)備額定電壓,而危害絕緣的電壓被稱為過電壓饺蚊,過電壓可以分為外部過電壓內(nèi)部過電壓萍诱。

外部過電壓主要是雷電過電壓,即雷擊系統(tǒng)的線路或設(shè)備或附近地面產(chǎn)生的過電壓卸勺。

雷電過電壓又可以分為直擊雷過電壓感應(yīng)雷過電壓

帶電荷的雷云引發(fā)雷電烫扼,雷電的產(chǎn)生總共有兩個(gè)階段:主放電階段和余輝階段曙求。

主放電階段時(shí)間短(50~100μs)、電流大。

余輝階段則相反悟狱,時(shí)間長(0.03~0.15s)且電流小静浴。

我們通過“雷暴日”和“雷暴小時(shí)數(shù)”來統(tǒng)計(jì)雷電活動(dòng)的頻繁程度。

一天內(nèi)只要聽到一聲雷擊就算一個(gè)“雷暴日”挤渐∑幌恚“雷暴小時(shí)數(shù)”同理,一個(gè)小時(shí)內(nèi)只要聽到一聲雷擊就算一個(gè)“雷暴小時(shí)數(shù)”浴麻。

既然存在雷電過電壓得问,我們就必須防止雷電過電壓。

防止雷電過電壓的主要設(shè)備有三種:避雷針软免、避雷線(地線)宫纬、避雷器。

防護(hù)重點(diǎn)在于直擊雷防護(hù)膏萧。

我們利用避雷針和避雷線進(jìn)行直擊雷防護(hù)漓骚。

避雷針是高于被保護(hù)物體的金屬支柱,它可以在雷云放電時(shí)畸變電場榛泛,在其頂端形成局部場強(qiáng)集中的空間蝌蹂,來影響放電的發(fā)展方向,再將雷電通過接地裝置引入大地曹锨。

避雷線的功能與避雷針類似孤个,它用來保護(hù)架空輸電線路。

除了防止直擊雷過電壓外艘希,它還能分流雷電流硼身,從而降低塔頂電位。而且它對(duì)導(dǎo)線的耦合作用可以降低感應(yīng)雷過電壓覆享。

避雷器用來防止感應(yīng)過電壓佳遂,它相當(dāng)于一個(gè)放電器,并聯(lián)在設(shè)備上撒顿。當(dāng)產(chǎn)生過電壓時(shí)丑罪,避雷器先放電,從而保護(hù)設(shè)備凤壁。

避雷器的基本類型有四種:保護(hù)間隙避雷器吩屹、排氣式避雷器、閥型避雷器拧抖、金屬氧化物避雷器煤搜。


接地是把設(shè)備連接地球(電位參照點(diǎn)),讓設(shè)備對(duì)地保持低電位差唧席。

按照目的可以分為四類:工作接地擦盾、保護(hù)接地嘲驾、防雷接地和靜電接地。

工作接地:目的是繼電保護(hù)和穩(wěn)定對(duì)地電位迹卢。比如說三相交流系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地辽故。

保護(hù)接地:目的是防止外殼帶電,保護(hù)人身安全腐碱。比如說設(shè)備的金融外殼接地誊垢。

防雷接地:目的是導(dǎo)泄雷電流,保護(hù)設(shè)備症见。比如說避雷針喂走、線下的接地裝置。

靜電接地:目的是防止靜電引發(fā)火災(zāi)筒饰,保護(hù)人身安全缴啡。比如說可燃場所金屬接地。


下面我們來說說輸電線路的防雷保護(hù)措施瓷们。

雷擊輸電線路

如上圖业栅,除了①屬于感應(yīng)雷過電壓外,其余②③④都屬于直擊雷過電壓谬晕。

為此碘裕,我們需要布置“四道防線”。

第一道防線:防雷直擊導(dǎo)線攒钳。

沿線路鋪設(shè)避雷線帮孔,必要時(shí)搭配避雷針。

第二道防線:防閃絡(luò)不撑。

雷擊導(dǎo)線或者避雷線會(huì)升高塔頂電位文兢,產(chǎn)生絕緣閃絡(luò)(介質(zhì)被擊穿后沿絕緣子表面放電)。

我們可以提高線路絕緣水平焕檬,也可以降低塔頂電阻姆坚、增大耦合系數(shù)(相當(dāng)于電阻極小,直接接地)实愚,或者采用避雷器兼呵。

第三道防線:防工頻電弧。

絕緣子閃絡(luò)后可能形成穩(wěn)定的工頻電弧腊敲,一旦成形击喂,線路就可能跳閘。因此我們可以通過中性點(diǎn)不接地碰辅、經(jīng)消弧線圈接地懂昂,以及增加絕緣子片數(shù)的方式防止建立穩(wěn)定的工頻電弧。

第四道防線:防線路中斷供電没宾。

我們可以采用自動(dòng)重合閘凌彬,雙回路潮尝、環(huán)網(wǎng)供電的措施。


發(fā)電廠饿序、變電所的防雷防兩個(gè)方面:雷擊設(shè)備或雷擊線路。后者會(huì)沿線路侵入發(fā)電廠羹蚣、變電所原探。

發(fā)電廠、變電所的設(shè)備相對(duì)集中顽素,因此采用避雷針咽弦、避雷器和接地網(wǎng)防止直擊雷過電壓。

侵入波(感應(yīng)雷)過電壓的防護(hù)一般從兩方面出發(fā):一是使用閥型避雷器胁出,限制來波幅值型型,為主要措施;二是在適當(dāng)距離裝設(shè)進(jìn)線保護(hù)段全蝶,降低侵入波的陡度和幅值闹蒜,限制沖擊電流的幅值。

GIS的全稱是SF6氣體絕緣全封閉變電所把除變壓器外的所有高壓設(shè)備和母線封閉在接地的金屬殼內(nèi)抑淫,充以作為絕緣的3~4個(gè)大氣壓的SF6氣體绷落。

GIS的優(yōu)點(diǎn)是:

(1)電場稍不均勻,絕緣的全伏秒特性較平坦始苇,沖擊因數(shù)衅鏊浮;

(2)GIS的波阻抗低于線路催式,有利于侵入波(感應(yīng)雷)過電壓防護(hù)函喉;

(3)結(jié)構(gòu)緊湊,設(shè)備間距小荣月。

GIS的缺點(diǎn)是:GIS絕緣完全不允許電暈管呵,一旦電暈就立即擊穿,且無自恢復(fù)能力喉童。


內(nèi)部過電壓指的是電力系統(tǒng)內(nèi)部因?yàn)殚_關(guān)(如斷路器)操作或故障產(chǎn)生的過電壓撇寞。

電力系統(tǒng)過電壓

內(nèi)部過電壓又可以分為暫時(shí)過電壓和操作過電壓。

暫時(shí)過電壓包括工頻過電壓(工頻電壓升高)和諧振過電壓堂氯,持續(xù)時(shí)間比操作過電壓長蔑担。

有時(shí)把頻率為工頻或頻率接近工頻的過電壓(電壓過了,頻率沒過)稱為工頻電壓升高咽白,它對(duì)于220KV及以下啤握、短距離的系統(tǒng)沒有危害,但是會(huì)危害超高壓晶框、遠(yuǎn)距離系統(tǒng)的絕緣水平排抬。

諧振過電壓的諧振常引起時(shí)間長懂从、嚴(yán)重的過電壓。

操作過電壓即電磁暫態(tài)過程的過電壓蹲蒲,一般持續(xù)0.1s(5個(gè)工頻周波)以內(nèi)番甩。

常見的操作過電壓有:

(1)中性點(diǎn)接地:合閘空載線路過電壓、切除空載線路過電壓届搁、切除空載變壓器過電壓以及解列過電壓缘薛。

(2)中性點(diǎn)不接地:弧光接地過電壓。

其中合閘空載線路過電壓分為正常合閘空載線路過電壓以及重合閘過電壓卡睦。

重合閘過電壓的影響因素及限制措施有:

(1)合閘相位——通過裝置控制斷路器宴胧;

(2)殘余電荷——互感器泄放殘余電荷;

(3)斷路器合閘不同期——采用單相自動(dòng)重合閘裝置表锻;

(4)回路損耗——裝設(shè)并聯(lián)電阻恕齐;

(5)電容效應(yīng)——裝設(shè)并聯(lián)電抗器和靜止補(bǔ)償器。

限制操作過電壓的措施有:并聯(lián)電阻和采用避雷器瞬逊。

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