发电厂过电压及绝缘配合培训讲座

1、发电厂过电压及绝缘配合基础知识讲座电气室电气室 魏显安魏显安2010年专业基础知识培训20102010年年1 1月月2121日日2143658731 过电压概述及几个基本概念发电厂的过电压发电厂的过电压雷电过电压内部过电压操作过电压暂时过电压直击雷过电压感应雷过电压侵入波过电压工频电压升高谐振过电压开关切合长线切合空载变弧光接地过电压长线容升甩负荷不对称短路线性谐振非线性谐振参数过电压切中压电动机过电压GIS隔离开关VFTO41 过电压概述及几个基本概念雷暴日：一天或一小时内听见一次雷声计为一个雷电日或雷电小时 年平均雷暴暴日 40 多雷区 ；90 强雷区北方（包括东北）大部分为2040天/年

2、雷电流幅值：雷闪时，雷电流所能达到的最高值，为一随机值，行标DL/T620-1997“交流电气装置的过电压保护和绝缘配合”给出了我国年雷电日20地区雷电流幅值概率分布公式：8810,88lgIPIP51 过电压概述及几个基本概念式中I：雷电流幅值 P: 幅值I的雷电流出现的概率例如：I20kA P=59% 50kA P=27%地面落雷密度和建筑物预计雷击次数：一个雷暴日中，地面每平方千米面积内落雷次数N。 对于Td=40的地区0.07（次/km2雷暴日)，预计雷击次数:N=K Ae,K为系数，一般取1，Ae为建筑物截收相同雷击次数的等效面积，计算方法详见建筑物防雷设计规范附录一建筑物防雷分类：

3、一类建筑物，二类建筑物及三类建筑物与N有关，发电厂设计对防雷设计的要求：与生产工艺有关的可按照行业标准要求执行，对电厂内办公楼等公用建筑按照国标建筑物防雷设计规范执行（新版大火规会有要求）制氢站、油泵房等为二类建筑物，其余为三类建筑物（一类、二类、三类建筑物雷电强度、滚球半径、避雷线间距不同）61 过电压概述及几个基本概念波形图波形表示：1 / , 1表示视在波前时间，表示视在波尾半峰值时间，时间单位均为s ，符号“/”无数学意义。我国防雷设计中取：1=2.6s 2=50 s (2.6/50 s波）MOA的雷电波形为8/20 s MOA的冲击波形为30/60 s MOA的陡波波形为1/420s

4、 低压SPD B级（对应IEC标准 I级）雷电波形为10/350 s 71 过电压概述及几个基本概念分级防护：使过电压减小至无害的水平在国际标准IEC 61312-1中描述的分区防雷的观念已被证实是合理的、有效的。这个理论的基本思想是在过电压到达终端设备造成损害之前，逐级地减少它至无害的水平。为了达到这个目的，建筑物的整个保护空间被分到了几个防雷分区（LPZs）。在线路由一个分区进入到另一个分区的地方安装浪涌抑制器，按照不同分区的具体要求安装相应等级的浪涌抑制器。由外到内，防雷分区（LPZs）被定义如下：LPZ 0A：在建筑物外部，不受外部保护装置保护的区域。可能遭受直击雷，对雷电磁脉冲没有任

5、何屏蔽防护。LPZ 0B：在建筑物外部受外部防雷装置保护的区域。对雷电磁脉冲没有任何屏蔽防护。LPZ 1：建筑物内部区域。有小部分雷电能量进入的可能性。LPZ 2：建筑物内部区域。有低的浪涌过电压进入的可能性。LPZ 3：建筑物（也可能是设备的金属外壳）内部区域。没有雷电磁脉冲产生的干扰，也没有浪涌过电压。分区防雷理论的必要条件是正确安装的等电位连接系统，然后在各分区之间安装电涌保护器作为补充，因而对于防雷来说，建立等电位连接系统同样重要。防雷分区的划分防雷分区的划分81 过电压概述及几个基本概念防雷分区的划分防雷分区的划分91 过电压概述及几个基本概念防雷分区的划分防雷分区的划分101 过电

6、压概述及几个相关概念导线波阻抗：波阻抗Z 为同方向电压波与电流波之比 单根导线：z500 分裂导线z300电 缆：一般z=10-50 雷电流：流经被击物阻抗z0的电流注意：被击物电压不取决于雷云电压而是u=iz（z为接地电阻）Z0=300400欧姆，Z小于30欧姆rhCLzp26000ln zzzizzui0000022电压kV2203305007501000波阻抗400303278256250自然功率MW12136090022004000架空输电线路典型波阻抗112 避雷针、避雷线的保护范围及标准避雷针结构和保护范围 1.结构，接闪器：1012mm长12m的镀锌或镀镍钢棒；接地引下线： 镀锌

7、圆钢、扁钢或镀锌钢绞线风电机组保护及接地体：风机机组是重点，可单独接地，工频电阻小于10欧姆。电厂独立避雷针我院设计的莫里庙风电机组122 避雷针、避雷线的保护范围及标准避雷针保护范围22hhhhxxphhrphhrxxxx)25 . 1 ()(13保护范围内的被保护物就绝对不会遭受雷击？规程规定：0.1的雷击概率（穿透率），发电厂采用多针联合保护。14高压配电装置、A排前架空线可用避雷线保护，公式：22hhhhxxphhrphhrxxxx)53.1()(47.0风电35kV架空线采用避雷线工程上常用保护角一般取2030度35kV 30度220kV 20度500kV 10S（不接地、高阻或消弧

8、线圈接地）系统电压36102035663610203566 110220330500母线 侧线路 侧母线 侧线路 侧Ur481326428451017345490102108204216288300300312420444444468保护各级输配电系统的MOA额定电压推荐值kV行标取1.3Uxg本栏取1.4UxgUrUmUr1.38Um或1.25Um（消狐）无高阻37保护变压器中性点的保护变压器中性点的MOA额定电压推荐值额定电压推荐值中性点绝缘水平全绝缘变压器分级绝缘变压器标称系统电压3610203566110220330500变压器中性点绝缘水平(AC/LI)204025603575551

9、258520015030095250200、85400，185105250140325MOA额定电压Ur510173454907314472102保护变压器中性点的MOA额定电压推荐值kV配合原则变压器中性点MOA的额定电压不应低于系统单相接地变压器中性点上最大工频电压。变压器中性点的雷电绝缘配合系数不应低于1.25。标称放电电流可选1.5kA66kV以下变压器为全绝缘，中性点MOA可按线端MOA选择！110220kV变压器中性点有悬空可能，MOA额定电压不应小于最高运行相电压Uxg；330500kV变压器中性点不允许悬空，其中性点经小电抗接地时MOA按不小0.3Uxg确定。38发电机中性点接

10、地方式对过电压的影响发电机中性点接地方式对过电压的影响 在中性点不接地的系统中，当单相接地故障电流超过一定数值时，将产生不稳定电弧，形成熄灭和重燃交替的间歇性电弧，导致电磁能的强烈振荡，并在健全相以致故障相中产生较高的过电压。过电压数值随接地方式不同而异，一般情况下过电压不超过下列数值：不接地 3.5Uxg消弧线圈接地 3.2Uxg （发电机欠补偿, 配电系统过补偿）电阻接地 2.6Uxg（小于1.5倍发电机电压，现场耐压试验数值） 由图中可见，发电机中性点接地电阻Rn值并不是越大越好，当Rn值过大时和定子一点接地故障时，将会产生较高的弧光暂态过电压，这将对发电机定子绕组绝缘造成威胁。随着发电

11、机中性点接地电阻Rn值的减小，发生接地故障时的弧光暂态过电压倍数将下降，但当Rn减小至低于Xcn的值后发生接地故障时，弧光暂态过电压倍数的下降将变得十分缓慢；相反地由于中性点接地电阻值的过小将不可能将接地故障电流限制在允许的范围内，这样接地电流将会烧损发电机定子铁芯。发电机中性点不接地（小机组）发电机中性点经消弧线圈接地发电机中性点经高电阻接地R=1/C39发电机配置与线端发电机配置与线端MOAMOA的配合要求的配合要求MOA应采用旋转电机专用型号，In=5kA；MOA的额定电压按建议1.25倍发电机额定电压选取；（行标为1.25Um.g）MOA的运行电压按0.8Ur 确定且不小于0.951倍

12、发电机最高运行相电压；MOA的保护雷电残压与发电机运行冲击水平水平相适应。发电机耐压及冲击绝缘水平发电机耐压及冲击绝缘水平额定电压额定电压Ue（kV）出厂工频耐压出厂工频耐压有效值（有效值（kV）出厂冲击水平出厂冲击水平峰值（峰值（kV）运行工频耐压运行工频耐压有效值（有效值（kV）运行冲击水平运行冲击水平峰值（峰值（kV）3.157.312.412.94.7258.08.356.313.623249.4516.016.715.7526.727.810.522，2440.742.415.7526.727.813.828.6，30.648.550.6，5254.120.735.136.615.7

13、532.5，34.55557.4，58.56123.62540.041.71837、3962.865.4，66.268.92745.847.72041，4369.672.5，73763050.9532245，4776.479.5，79.883.1335658.32449，5183.186.6，86.691.23661.163.62653，5589.993.7，93.397.23966.268.92755，5793.397.2，96.7100.840.568.771.6发电机耐压及冲击绝缘水平表40发电机发电机MOAMOA的配置的配置发电机线端MOA配置表41发电机中性点发电机中性点MOAMOA

14、的配置的配置MOA应采用旋转电机中性点专用型号，In=1.5kA；MOA的额定电压按1.25倍发电机额定相电压选取；MOA的运行电压按0.8Ur 确定；MOA的保护雷电残压与发电机运行冲击水平水平相适应。发电机中性点MOA配置表42发电厂中压系统过电压保护发电厂中压系统过电压保护中压系统范围为中压系统范围为335kV335kV系统，每段母线上应装设一组配电用系统，每段母线上应装设一组配电用MOAMOA，保护开关柜设备，保护开关柜设备中压系统的接地方式及故障切除时间与母线上的中压系统的接地方式及故障切除时间与母线上的MOAMOA额定电压的选择相关，见额定电压的选择相关，见P33P33中小电阻接地

15、系统（单相故障电流中小电阻接地系统（单相故障电流1001000A1001000A）故障切除时间小于）故障切除时间小于1010秒；秒；真空接触器及真空断路器要配置真空接触器及真空断路器要配置MOAMOA或或RCRC装置，限制操作过电压。装置，限制操作过电压。水源地、灰场等厂外架空线路应采用隔离变压器再接到厂用母线！（初设注意）水源地、灰场等厂外架空线路应采用隔离变压器再接到厂用母线！（初设注意）电动机是中压系统过电压保护的薄弱环节电动机是中压系统过电压保护的薄弱环节电动机不考虑大气过电压，但要考虑真空开关的操作过电压。电动机绝缘有两个特点电动机不考虑大气过电压，但要考虑真空开关的操作过电压。电动

16、机绝缘有两个特点：一是起始绝缘水平低。二是电机绝缘在运行中老化得很严重。电机运行条件往往比：一是起始绝缘水平低。二是电机绝缘在运行中老化得很严重。电机运行条件往往比变压器及开关差得多。运行中的高压电动机相对地及相同绝缘所能承受的过电压数值变压器及开关差得多。运行中的高压电动机相对地及相同绝缘所能承受的过电压数值可用下式计算：可用下式计算： UcjUcj =2=2（2Ue+12Ue+1）xKx0.75 xKx0.75 式中：式中：UeUe-高压电动机的额定电压，高压电动机的额定电压， kVkV K-K-冲击系数，我国一般取冲击系数，我国一般取1.151.15 当当K K取取1.151.15，对，

17、对6kV6kV电动机：电动机：UcjUcj=15.9kV=15.9kV；对；对10kV10kV电动机：电动机：UcjUcj=25.6kV=25.6kV，过电，过电压保护装置的操作波残压要小于电动机的压保护装置的操作波残压要小于电动机的UcjUcj！ 43式中：式中：Ue-Ue-高压电动机的额定电压，高压电动机的额定电压， kVkV K-K-冲击系数，我国一般取冲击系数，我国一般取1.151.15 当当K K取取1.151.15，对，对6kV6kV电动机：电动机：Ucj=15.9kVUcj=15.9kV；对对10kV10kV电动机：电动机：Ucj=25.6kVUcj=25.6kV 采用电动机型普

18、通无间隙采用电动机型普通无间隙MOAMOA，对，对6 6或或10kV10kV电动机，其操作波残压为电动机，其操作波残压为1515或或25kV25kV，此，此残压值与上述电机绝缘所能承受的过电压数值残压值与上述电机绝缘所能承受的过电压数值l5.9l5.9及及25.6kV25.6kV相近，保护作用很勉强。相近，保护作用很勉强。 在操作过电压中，相间过电压为在操作过电压中，相间过电压为1.521.52倍相对地过电压。倍相对地过电压。MOAMOA通常为星形连接，通常为星形连接，其残压对于相对相而言则大大超过其残压对于相对相而言则大大超过UcjUcj，即电机绝缘能承受的过电压值，因此完全起，即电机绝缘能

19、承受的过电压值，因此完全起不了保护作用。不了保护作用。 目前较有效的方法是采用有串联间隙的氧化锌避雷器。由于有间隙存在，正常电压目前较有效的方法是采用有串联间隙的氧化锌避雷器。由于有间隙存在，正常电压时氧化锌元件中不会有电流流过，不会产生，热老化问题。氧化锌良好的非线性特征时氧化锌元件中不会有电流流过，不会产生，热老化问题。氧化锌良好的非线性特征使间隙放电后续流非常小，间隙的灭弧要求因此可大大降低，间隙的寿命也因此而延使间隙放电后续流非常小，间隙的灭弧要求因此可大大降低，间隙的寿命也因此而延长。串联间隙氧化锌避雷器的间隙由于不承担繁重的灭弧任务，通常只有一个间隙，长。串联间隙氧化锌避雷器的间隙

20、由于不承担繁重的灭弧任务，通常只有一个间隙，因此放电电压的分散度较小。另外将串联间隙的避雷器接成四星形因此放电电压的分散度较小。另外将串联间隙的避雷器接成四星形( (如图如图1) 1)也是解决对也是解决对相间绝缘保护的一种办法。这种接法相对相的冲击放电值及残压值与相对地的值相近相间绝缘保护的一种办法。这种接法相对相的冲击放电值及残压值与相对地的值相近，大大降低了相间过电压值，从而较好地保护了相间绝缘。如，大大降低了相间过电压值，从而较好地保护了相间绝缘。如YH2.5CD-8/17YH2.5CD-8/173 3 型，型，其相地、相间的其相地、相间的100A100A冲击电流残压为冲击电流残压为13

21、kV13kV，YH2.5CD-13.5/27YH2.5CD-13.5/273 3 型，其相地、相间型，其相地、相间的的100A100A冲击电流残压为冲击电流残压为20.5kV20.5kV，保护效果较好。，保护效果较好。44也可采用RC装置保护中压电动机，可减少过电压陡度。其电阻可取100欧姆。电容可为01微法左右；真空开关下口保护变压器和电动机的过电压保护装置其残压是不同的！ F-C回路熔断器熔断时也会产生过电压，但幅值较低！低压系统的过电压保护低压系统的过电压保护电厂厂内无低压架空线，进入建筑物的低压电缆做好屏蔽层接地即可，不必按照第一级电涌保护器（SPD）若有低压架空进线，应在LPZ1与L

22、PZ0交界处（进入一类建筑物处）安装一级电源SPD,可防范10/350s、100KA的雷电波，达到IEC规定的最高防护标准；l技术参数： 雷电通流量100KA（10/350s）；残压峰值2.5KV；响应时间100ns；低压电动机的过电压保护低压电动机的过电压保护低压真空接触器或低压真空断路器低压真空接触器或低压真空断路器保护的电动机在在开关上应设置保护的电动机在在开关上应设置RCRC装置！装置！458 工程中几个过电压保护问题468 工程中几个过电压保护问题 500kV GIS隔离刀闸在合闸、分闸操作时，由于隔离刀闸断口间电弧的重燃而产生的特快速暂态过电压（VFTO）上升时间短及幅值高的特点，

23、具有几纳秒到几十纳秒的波头，这种具有截波特征的快速暂态过电压对于GIS设备不同部位，如母线支撑件、套管以及开关本身的绝缘都有很大的危害，影响开关设备本身的可靠性，甚至危及到相连设备变压器的绝缘。（天荒坪电厂）478 工程中几个过电压保护问题在500KV GIS或HGIS标书编制、评标及技术协议签订阶段应要求制造厂采取措施限制VFTO的产生或降低其幅值。在GIS的隔离开关断口处装设电阻，阻值为大于2倍母线波阻抗；（与GIS研究，结构复杂！）在与GIS连接的主变压器、起备变招标时，应明确变压器制造商与GIS制造商对VFTO的协调、分工和计算。要求变压器高压绕组匝间绝缘应能承受VFTO的幅值和陡度，

24、变压器各段绕组的固有频率应避开VFTO中高能量的谐波频率。变压器制造商和GIS制造商其分工、协调如下：488 工程中几个过电压保护问题a)变压器制造商提供变压器的等值回路及参数；b)GIS制造商根据GIS的结构、设备布置、元件等值参数以及变压器的等值回路参数，采用国际通用的EMTP程序，计算GIS内隔离开关操作引起的VFTO波形，并提出变压器高压绕组入口处的电压幅值、陡度以及VFTO的主要谐波频率；c)变压器制造商根据GIS制造商提供的VFTO波形，进行变压器绕组的频率响应特性分析，计算绕组各部位所承受的电压及安全裕度，并分析变压器励磁谐波频率及变压器本身的固有谐波频率，避免变压器受VFTO侵

25、入而损坏。498 工程中几个过电压保护问题附：某工程变压器厂提供的变压器参数模型L1R1CCCCR1L1L1R1CCUVW508 工程中几个过电压保护问题1)110kV变压器中性点绝缘AC95/LI2502) 220kV变压器中性点绝缘AC200/LI400或85/185(死接地）规程要求：l行标DL/T 620-4.1.1b规定：应避免在110 kV及220 kV有效接地系统中偶然形成局部不接地系统，并产生较高的工频过电压。对可能形成这种局部系统、低压侧有电源的110 kV及220 kV变压器不接地的中性点应装设间隙。因接地故障形成局部不接地系统时该间隙应动作；系统以有效接地方式运行发生单相

26、接地故障时间隙不应动作。间隙距离的选择除应满足这两项要求外，还应兼顾雷电过电压下保护中性点标准分级绝缘的要求。l原国家电力公司防止电力生产重大事故的二十五项重点要求第17.9条指出：为防止在有效接地系统中出现孤立不接地系统并产生较高的工频过电压的异常运行工况，110220 kV不接地变压器的中性点过电压保护应采用棒间隙保护方式。对于110 kV变压器，当中性点绝缘的冲击耐受电压不大于185 kV时，还应在间隙旁并联金属氧化物避雷器。间隙距离及避雷器参数配合要进行校核。从以上可知,规程并未要求220kV/110kV变压器中性的一定要有MOA与间隙并联保护!518 工程中几个过电压保护问题l变压器

27、中性点上的过电压:接地系统,单相接地,不接地的变压器中性的过电压为:uo= Vuxg /(2+V),(8.2-1) V=xO/x1(系统的零序电抗和正序电抗之比,接地系统一般V3),此时中性点间隙不动作局部不接地系统时,且低压侧有电源,单相接地时,中性点电压将上升到相电压,中性点绝缘无法承受,间隙应动作保护变压器中性的绝缘;断线过电压雷电过电压,三相进波,中性点会产生最大2倍波幅值过电压,威胁变压器绝缘!l变压器中性点间隙配合原则(以220kV变压器为例)接地系统,单相接地时,中性点间隙不应动作.(系统单相接地情况最多,在系统接地情况下,变压器中性点完全可以承受单相接地时中性点的过电压, 间隙不动作);即要求间隙的工频击穿电压有效值:ubg k1 k2 uo/(1-3); (8.2-2) k1安全系数,一般取1.05, k2气候修正系数,一般取1.05,为空气间隙工频击穿电压的标准偏差,一般取3%.单相接地变压器中性点最大过电压为uo= Vuxg /(2+V),=3uxg /(2