水电厂电气主接线和配电装置设计防雷保护设计

水电厂电气主接线和配电装置设计防雷保护设计发电厂是电力系统的心脏，一旦发生雷电灾害事故，往往导致变压器、发电机等重要电气设备的损坏，并造成大面积停电，严重影响经济建设和人民生活。特别是近些年来，随着高电压大容量发电厂的发展，发电厂的防雷问题显得更为重要。1发电厂的雷电灾害分析发电厂的雷害主要来自两个方面。一是雷云通过电力网或设备直接放电而引起的过电压，称为直击雷过电压：二是雷云感应使电气设备引起的过电压，称为感应过电压。1.1直击雷过电压雷云直接通过线路或电气设备放电时称为直击雷。在放电瞬间通过线路或电气设备将流过数十万安培的巨大雷电流，这时若没有适当设备将雷电流迅速引入大地，则大量电荷将使线路或电气设备发生很高的过电压，势必将绝缘薄弱处击穿而导入大地。这种过电压称为直击雷过电压。1.2感应过电压当线路或设备附近发生雷云放电时，虽然雷电流没有直接击中线路或设备，但在线路导线上会感应出大量的自由电荷，并以光速向导线两端急速涌去，从而出现很高的过电压，这种过电压称为感应过电压2发电厂防雷保护设计要点2.1接地装置接地装置是发电厂过电压保护设计中最重要的环节。接地装置可将雷电过电压电流泄入大地，还要将自身配电系统中所产生的暂时过电压(工频的、谐振的)、操作中的过电压通过接地装置将过压电流泄入大地，好的接地装置能起到泄流和均压的作用。2．1．1主接地网发电厂的接地装置通常采用埋深不小于0．6m，以水平接地体为主，垂直接地体为辅的较大型的水平网状的一个主接地网。其网内敷设等间距或不等间距的均压带，均压带间距不宜小于5m，网的外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧形，圆弧的半径不宜小于均压带间距的一半。应充分利用建筑物基础钢筋作为接地网的一部分。主接地网的水平接地体与建筑物外墙的距离不宜小于1．5m；垂直接地极的间距不应小于其长度的两倍。所有进出的金属管道、管线与主接地网相连接，所有电气装置、配电系统的接地，计算机监控系统的各种接地和符合距离要求的防雷接地，都连接到这个主接地网上。2．1．2集中接地装置为了加强对直击雷雷电流的散流作用，降低对地电位，在主接地网的防雷引下线接地处，应在不同方向敷设有3～5根的垂直接地极，这就叫集中接地装置。凡发电厂内架构上装有避雷针、避雷线的，其接地都应采用集中接地装置。2．1．3独立接地装置独立避雷针(线)宜设独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区，其接地电阻不宜超过10。当有困难时，该接地装置可与主接地网连接，但避雷针与主接地网的地下连接点至35kV及以下设备与主接地网的地下连接点之间，沿接地体的长度不得小于15m。2.2避雷针(线)发电厂内存有易燃易爆物品的场所(如制氢站、油罐区)应设置独立避雷针进行保护。发电厂的屋外配电装置，应采用独立避雷针或架设在架构上的避雷针(线)进行雷电直击、反击的保护措施。2．2．1独立避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜小于3m，否则应采取均压措施，或铺设砾石或沥青地面，也可铺设混凝土地面。2．2．2为保护其他设备而装设的避雷针，不宜装在独立的主控制室和35kV及以下配电装置的屋顶上。2．2．3高压配电装置避雷针的装设要求装在架构上的避雷针应与接地网连接，并应在其附近装设集中接地装置。装有避雷针的架构上，接地部分与带电部分间的空气中距离不得小于绝缘子串的长度。装设在架构(不包括变压器门型架构)上的避雷针与主接地网的地下连接点至变压器接地线与主接地网的地下连接点之间，沿接地体的长度不得小于15m。2．2．4在变压器门型架构上和在离变压器主接地线小于15m的配电装置的架构上，当土壤电阻率大于时，不允许装设避雷针、避雷线；如不大于则应根据方案比较确有经济效益，经过计算采取相应的防止反击措施，在35kV变压器门型架构上装设避雷针时，变电所接地阻不应超过4(不包括架构基础的接地电阻)。2.3避雷带(网)2．3．1主控制室、配电装置室和35kV及以下变电所的屋项上如装设直击雷保护装置时，若为金属屋顶或屋顶上有金属结构，则将金属部分接地；若屋顶为钢筋混凝土结构，则将其焊接成网接地：若结构为非导电的屋顶时，则采用避雷带保护，该避雷带的网格为8m～l0m，每隔l0m-～20m设引下线接地。地引下线应与主接地网连接，并在连接处加装集中接地装置。2．3．2已在相邻高建筑物保护范围内的建筑物或设备，可不装设直击雷保护装置。2.4避雷器发电厂的过电压有雷电波侵入过电压和内部故障或操作引起的过电压，必须选用阀式避雷器、排气式避雷器和保护间隙来实现过压的保护。2．4．1阀式避雷器的选型应根据不同的电压范围、不同系统的接地方式选用。(1)110kV～500kV系统采用有效接地方式，宜选用金属氧化物避雷器。l10kV及220kV系统中，变压器中性点直接或经低阻抗接地，部分变压器中性点也可不接地；330kV及500kV系统中变压器中性点必须接地。(2)3kV--10kV不直接连接发电机的系统和35kV、66kV系统，采用不接地方式、消孤线圈接地方式及高电阻接地方式，应根据系统中谐振过电压和间歇性电孤接地过电压等发生的可能性及严重程度，选用金属氧化物避雷器或碳化硅普通阀式避雷器。2．4．2避雷器安装地点的选择(1)配电装置的每组母线上，应装设避雷器，但进出线都装设避雷器时除外。(2)旁路母线上是否需要装设避雷器，应视在旁路母线投入运行时，避雷器到被保护设备的电气距离是否满足要求而定。(3)330kV及以上变压器和并联电抗器处必须装置避雷器，并应尽可能靠近设备本体。(4)220kV及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。(5)三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。(6)自耦变压器必须在其两个自耦合的绕组出线上装设避雷器，并应接在变压器与断路器之间。(7)下列情况的变压器中性点应装设避雷器:=1\*GB3①直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时。=2\*GB3②直接接地系统，变压器中性点为全绝缘，但变电站为单进线且为单台变压器运行时。=3\*GB3③不接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器中性点上。(8)单元连接的发电机出线宜装一组避雷器。(9)容量为25MW及以上的直配线发电机，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装在电机出线上。(10)在不接地的直配线发电机中性点上应装设一台避雷器。(11)连接在变压器低压侧的调相机出线处宜装设一组避雷器。(12)发电厂变电所35kV及以上电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器。(13)直配线发电机和变电所l0kV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。(14)110~220kV线路侧一般不装设避雷器，330~500kV的线路侧如操作过电压超过操作波保护水平，应设置避雷器。当不超过时，是否需装设避雷器，应根据出线侧的设备、本地区雷电活动并通过模拟试验或计算确定。SF6，全封闭电器的架空一路侧必须装设避雷器.3避雷器的选择3.1避雷器的选择原则：（1）额定电压。应大于或等于安装地点额定电压。（2）灭弧电压。按照使用情况、核对避雷器安装地点可能出现的最大导线对低电压，是否等于或小于避雷器的灭弧电压。安装地点的最大对地电压与中性点接地方式及系统参数有关。一般式中——灭弧电压有效值。Cd——接地系数，对中性点非直接接地者，6-10kV及以下取1.1；35kV及以上取1.0；220KV变压器中性点避雷器时取0.6；Usm——电网最高运行线电压，,变压器中性点避雷器时取相电压；（3）校核工频放电电压。且式中——工频放电电压有效值。——在中性点绝缘或经阻抗接地系统中，取3.5；在中性点直接接地系统中，取3。——电网最大运行相电压——灭弧电压有效值4）校核避雷器的冲击放电电压及残压。绝缘配合主要由残压来衡量，要求被保护电器基本冲击绝缘水平（BIL）（约为电器的冲击试验电压的90%）应大于避雷器残压的10%-15%。3.2220kV主变高压侧及母线避雷器选型过程220kV主变高压侧及母线选FCZ-330J磁吹避雷器，查《发电厂电气部分课程设计》P265表E-2得其技术参数：＝290kV；＝510～580kV,＝780～820kV。校验灭弧电压：校验工频放电电压：且校验残压：所选FCZ-330J型避雷器满足要求。3.3220kV主变中性点避雷器选型过程主变压器220kV中性点绝缘等级110kV,保护中性点绝缘的避雷器选FZ-110J型查发《电厂电气部分课程设计》P264表E-2得其技术参数：＝100kV；＝224～268kV,＝332～364kV。校验灭弧电压：校验工频放电电压：校验残压：所选FZ-110J型避雷器满足要求。3.4保护发电机的避雷器选型过程保护发电机的避雷器选FCD-15磁吹避雷器，查《发电厂电气部分课程设计》P264表E-2得其技术参数：＝19kV；＝37～44kV,＝45kV。校验灭弧电压：校验工频放电电压：且校验残压：所选FCD-15型避雷器满足要求。表5-1避雷器选择结果设备名称安装地点型号避雷器发电机出线FCD-15220KV主变压器中性点FZ-110J220KV主变压器高压测FZC-330J220KV母线FZC-330J4避雷针保护范围技术4.1避雷针保护范围的计算步骤图5-1避雷针布置图图5-2两针保护范围按，求及相应的—避雷针保护的有效高度—避雷针高度—被保护物的高度—避雷针高度影响系数，当时，。当时，（2）避雷针在水平面上的保护半径（3）两针之间保护最低点的高度（4）两针间水平面上保护范围的一侧最小宽度时，时，只有当各针间保护范围才能满足要求。4.2避雷针保护范围的计算过程本设计220KV高型配电装置占地长71.5米，进出线构架高20m，220KV出线间隔间距按14m考虑，断路器等电气设备都低于进出线构架高度，避雷针布置时，为了防止避雷针落雷引起的反击事故，独立避雷针与配电装置架构之间的空气隔距Sk不宜小于5m，独立避雷针接地装置与地网之间的地中距离Sd不宜小于3m，为避免反击，避雷针应距离升压站5m。则保护范围应按考虑。升压站最高架构21m，如果它能被保护,那么其它设备均能受到保护。按，求及相应的最大的针间距离，则；，取高度独立避雷针4座，分设于升压站场地角，保护范围计算如下：（1）单只避雷针保护范围：（2）避雷针1和避雷针2之间的保护范围两针之间保护最低点高度按下式计算：两针间水平面上的保护范围的一侧最小宽度按下式计算：因为，即：；，满足要求。（3）避雷针1和避雷针3之间的保护范围：距离两针之间保护最低点高度按下式计算：两针间水平面上的保护范围的一侧最小宽度按下式计算：因为，即：；，满足要求。（4）避雷针1和避雷针4之间的保护范围两针之间保护最低点高度按下式计算：两针间水平面上的保护范围的一侧最小宽度按下式计算：因为，即：；，满足要求。（5）避雷针2和避雷针3之间的保护范围两针之间保护最低点高度按下式计算：两针间水平面上的保护范围的一侧最小宽度按下式计算：因为，即：；，满足要求。（6）避雷针2和避雷针4之间的保护范围距离两针之间保护最低点高度按下式计算：两针间水平面上的保护范围的一侧最小宽度按下式计算：因为，即：；，满足要求。（6）避雷针