沈阳工程学院毕业设计
第8章 防雷保护
发电厂和变电所是电力系统的中心环节，如果发生雷击事故将造成大面积停电严重影响国民经济和人民生活一次发电厂变电所的防雷保护必须十分可靠。
8.1雷害来源
1.雷直击于发电厂变电所。
2.雷击线路沿线路向发电厂变电所入侵雷电波。
对直击雷的保护一般采用避雷针或避雷线我国运行经验表明反装设符合规程要求的避雷针的发电厂和变电所绕击和反击事故率是非常低的。
由于线路落雷频繁所以沿线路入侵的雷电波是发电厂变电所遭受雷害的主要愿意由线路入侵的雷电波电压虽受到线路绝缘的限制但线路绝缘水平比发电厂变电所电器设备的绝缘水平高若不采取防护措施势必造成发电厂变电所电器设备的损坏事故。其主要防护措施是在发电厂变电所内装设阀型避雷器以限制入侵雷电波幅值，使设备上的过电压不超过其冲击耐压值在发电厂变电所的进线上设置金线保护段以限制流经阀型避雷器的雷电流和限制入侵波的陡度。对直接与架空线相连的旋转电机还在电机母线上装设电容器限制入侵雷电波陡度以保护电机匝间和中性点绝缘。
8.2直击雷防护的基本原则
1.所有户外配电装置较高建筑物以及易燃易爆装置都应处于避雷针的保护范围之内，以免直接受到雷击。
2.被保护物之间应有一定距离以免雷击避雷针是造成反击即从避雷针至被保护设备发生放电。对于60KV以上的配电装置由于绝缘水平较高不易造成反击，为了降低造价并便于布置可将避雷针装设在门型构架上。发电厂的主厂房上一般不装设避雷针以免发生感应或反击使继电保护动作或造成绝缘损坏在变压器门型构架上不得装设避雷针。 3.确定避雷针的布置时首先应考虑利用照明灯塔同时满足避雷针与配电装置带电部分在地中和空气中应有最小距离的要求及每支避雷针距离构架为5m以上其接地线在地下与设备接地线相距3m以上。
8.3避雷针的设计
1.单支避雷针的保护范围：
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4×300MW发电厂第二期工程电气部分初步设计
在高度hx水平面上的保护范围的半径可按下式计算： 当hx?h时， rx?(h?hx)p (8.1) 2h当hx?时， rx?(1.5h?2hx)p (8.2)
2式中h——避雷针高度（m） P——高度影响系数
h?30m时，p=1 30 2.双支等高避雷针的保护范围： 两针外侧的保护范围可按单针计算方法确定，两针间的保护范围应按通过两针顶点及保护范围上部边缘最低点0的圆弧来确定，0点的高度按下式计算: h0?h?D/7p (8.3) D——两针间的距离(m) ， p同前。 bx?1.5(h0?hx) 一般两针间的距离与针高之比D/h不宜大于5 注：两针间的距离必须小于7hp，当被保护物高度为hx时，两针间的距离必须小于7(h- hx)p 3.三支等高针的保护范围： 三支针形成的三角形的外侧保护范围，应分别按两支等高针的计算方法确定。如在三角形内被保护物高度hx水平面上，各相邻避雷针保护范围的一侧最小宽度bx?0，则全部面积受到保护。四针及以上，可三针三针分别验算。 (8.4) 8.4避雷线的保护范围 1.避雷线的保护范围计算方法和公式见《电气工程设计手册》（电气一次部分）。 2.避雷线保护基本要求如下： （1）避雷线应具有足够的截面和机械强度。一般采用镀锌钢绞线，街面不小于35mm2，在腐蚀性较大的场所，还应适当加大截面或采取其他防腐措施，在200m以上档距，宜采用不小于500mm2截面。 （2）避雷线的布置，应尽量避免与母线互相交叉的布置方式。 （3）当避雷线附近（侧面或下方）由电气设备、导线或63kV及以下架构时，应验算避雷线对上述设施的间隙距离。 -- 31 -- 沈阳工程学院毕业设计 （4）应尽量降低避雷线接地端的接地电阻，以降低累计过电压，一般不宜超过10?的工频接地电阻。 8.5避雷器保护及配置 8.5.1避雷器的参数 电气设备的绝缘配合给予避雷器的保护水平，设备所承受的雷电过电压和操作过电压均由避雷器来限制，即选用设备的绝缘水平取决于避雷器的保护性能。 1.雷器的参数 普通阀型避雷器有FS和FZ两种。FS型主要适用于配电系统，FZ型适用于发电厂和变电所。FZ型避雷器均由结构和性能标准化的单件组成，其单件的额定电压分别为3、6、10、15、20、30kV.因此可由不同单件组成各种电压等级的避雷器。 金属氧化锌避雷器比普通阀型避雷器，具有无续流、通流容量大、结构简单、寿命长等优点，将在很多范围内，代替普通阀型避雷器。金属氧化锌避雷器的电站用Y5W系列和旋转电机保护用Y3W系列。 磁吹避雷器主要FCZ电站型和旋转电机用的FCD型两种。 2.避雷器的主要技术参数 （1）额定电压。避雷器的额定电压必须与安装避雷器的电力系统的电压等级相同。 （2）灭弧电压。灭弧电压是保证避雷器能够在工频续流第一次经过零值时，根据灭弧条件所允许价值避雷器的最高工频电压。考虑到避雷器动作时，系统内若有不对称短故障发生，则加在非故障相避雷器上的恢复电压将有可能高于相电压，而这时避雷器应该能灭弧。因此，对35kV及以下的避雷器，其灭弧电压规定为系统最大工作现电压的100%～110%；对110kV级以上中性点接地系统的避雷器，其灭弧电压规定为系统最大工作现电压的80%。 （3）工频放电电压。对工频放电电压要规定其上、下限。工频放电电压太高则意味着冲击放电电压也高，将使其保护特性变坏；工频放电电压太低，则意味着灭弧电压太低，将会造成不能可靠地切断工频续流。 （4）冲击放电电压。冲击放电电压使之预放时间为1.5～20?s的冲击放电电压，与5kA下的残压基本相同。 （5）残压。在防雷计算中以5kA下的残压作为避雷器的最大残压。 （6）保护比。保护比等于残压与灭弧电压之比，它是说明避雷器保护性能的参数。保护比愈小说明残压愈低或灭弧电压愈高，其保护特性愈好。FZ和FCD系列避雷器的保护比约2.3～2.6范围之内，FCZ系列避雷器的保护比则为1.7～1.8。 （7）直流电压的电导电流。运行中的避雷器，通常用测量直流电压下的电导电流的方法来判断间隙分路电阻的性能。若电导电流太大，则意味着避雷器受潮；电导电流太大的避雷器投入运行，可能会造成炸毁事故，所以要求其电导电流必须在规定的范围内。 -- 32 -- 4×300MW发电厂第二期工程电气部分初步设计 8.5.2避雷器的配置 阀型避雷器的安装位置和组数，应根据电气设备的雷电冲击绝缘水平和避雷器特性以及侵入波陡度，并结合配电装置的接线方式的确定。 避雷器制电气设备的允许距离还与雷雨季节经常运行的进线路数有关。进线数越多则允许距离可相应增大。 断路器、隔离开关、耦合电容器等电气的绝缘水平比变压器为高。因此，避雷器制这些设备的最大允许距离可增大。 上述允许距离应在各种长期可能的运行方式下都符合要求。 避雷器的配置原则如下： 1.配电装置的每组母线上，一般应装设避雷器。 2.旁路木线上是否要装设避雷器，硬是在旁路母线投入运行时，避雷器到被 3.220kV及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许时，应在变压器附近增设一组避雷器。 4.三绕组变压器抵押侧的一项上已设置一台避雷器。 5.自藕变压器必须在其两个自藕绕组出线上装设避雷器，并应接在变压器与断路器之间。 6.下列情况的变压器中性点应装设避雷器： （1）直接接地系统中，变压器中性点位分级绝缘且装有隔离开关时。 （2）直接接地系统中，变压器中性点位全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行时。 （3）不接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器的中性点上。 7.单元连接的发电机出线宜装一组避雷器。 8.容量为25MW级以上的支配线发电机，应在每台电机出线处装一组避雷器。25MW以下的直配线发电机应尽量将母线上的避雷器靠近电机装设或在电机上出线。 9.再不接地的直配线发电机中性点上应装设一台避雷器。 10.连接在变压器低压侧的调相机出线处以装设一组避雷器。 11.发电厂变电所35kV级以上电缆进线段，在电缆愈加空闲的连接处应装设避雷器。 12.直配线发电机和变电所10kV及以下，进线段避雷器的配置应遵照《电力设备过电压保护设计技术规程》执行。 -- 33 -- 沈阳工程学院毕业设计 表8.1：各种避雷器的应用范围 型号 FS FZ FCZ 型式 配电用普通阀型 电站用普通阀型 电站用磁吹阀型 应用范围 10KV及以下的配电系统 3—220KV发电厂、变电所的配电装置 1.330KV及以上配电装置 2.220KV及以下需要限制操作过电压 的配电装置 3.降低绝缘的配电装置 4.某些变压器的中性点 FCX FCD 线路型磁吹阀型 旋转电机用磁吹阀型 330KV及以上配电装置的出线上 发电机、调相机等，户内安装 -- 34 --