威久留学郑州分公司:交流电气装置的过电压保护和绝缘配合
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交流电气装置的过电压保护和绝缘配合
DL/T 620-1997
中华人民共和国电力工业部1997-04-21批准 1997-10-01实施
前 言
本标准是根据原水利电力部1979年1月颁发的SDJ7—79《电力设备过电压保护设计技术规程》和1984年3月颁发的SD 119—84《500kV电网过电压保护绝缘配合与电气设备接地暂行技术标准》,经合并、修订之后提出的。
本标准较修订前的两个标准有如下重要技术内容的改变:
1)增补了电力系统电阻接地方式,修订了不接地系统接地故障电流的阈值;
2)对暂时过电压和操作过电压保护,补充了有效接地系统偶然失地保护和并联补偿电容器组、电动机操作过电压保护及隔离开关操作引起的特快暂态过电压保护等内容,对330kV系统提出新的操作过电压水平要求,修订了限制500kV合闸和重合闸过电压的原则和措施等;
3)增加了金属氧化物避雷器参数选择的要求;
4)增加了变电所内金属氧化物避雷器最大保护距离和SF6GIS变电所的防雷保护方式的内容;
5)充实并完善了3kV~500kV交流电气装置绝缘配合的原则和方法,给出架空线路、变电所绝缘子串、空气间隙和电气设备绝缘水平的推荐值。
本标准发布后,SDJ 7—79即行废止;SD119—84除第六章500kV电网电气设备接地外也予以废止。
本标准的附录A、附录B和附录C是标准的附录,附录D、附录E和附录F是提示的附录。
本标准由电力工业部科学技术司提出。
本标准由电力工业部绝缘配合标准化技术委员会归口。
本标准起草单位:电力工业部电力科学研究院高压研究所。
本标准起草人:杜澍春、陈维江。
本标准委托电力工业部电力科学研究院高压研究所负责解释。
1 范围
本标准规定了标称电压为3kV~500kV交流系统中电气装置过电压保护的方法和要求;提供了相对地、相间绝缘耐受电压或平均(50%)放电电压的选择程序,并给出了电气设备通常选用的耐受电压和架空送电线路与高压配电装置的绝缘子、空气间隙的推荐值。
2 定义
本标准采用下列定义。
2.1 电阻接地系统Resistance grounded system
系统中至少有一根导线或一点(通常是变压器或发电机的中性线或中性点)经过电阻接地。
注
1 高电阻接地的系统设计应符合R0≤XC0的准则,以限制由于电弧接地故障产生的瞬态过电压。一般采用接地故障电流小于
2 低电阻接地的系统为获得快速选择性继电保护所需的足够电流,一般采用接地故障电流为
2.2 少雷区less thunderstorm region
平均年雷暴日数不超过15的地区。
2.3 中雷区middle thunderstorm region
平均年雷暴日数超过15但不超过40的地区。
2.4 多雷区more thunderstorm region
平均年雷暴日数超过40但不超过90的地区。
2.5 雷电活动特殊强烈地区Thunderstorm activity special strong region
平均年雷暴日数超过90的地区及根据运行经验雷害特殊严重的地区。
3 系统接地方式和运行中出现的各种电压
3.1 系统接地方式
3.1.1 110kV~500kV系统应该采用有效接地方式,即系统在各种条件下应该使零序与正序电抗之比(X0/X1)为正值并且不大于3,而其零序电阻与正序电抗之比(R0/X1)为正值并且不大于1。
110kV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系统中不允许变压器中性点不接地运行。
3.1.2 3kV~10kV不直接连接发电机的系统和35kV、66kV系统,当单相接地故障电容电流不超过下列数值时,应采用不接地方式;当超过下列数值又需在接地故障条件下运行时,应采用消弧线圈接地方式:
a)3kV~10kV钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统和所有35kV、66kV系统,
b)3kV~10kV非钢筋混凝土或非金属杆塔的架空线路构成的系统,当电压为:
1)3kV和6kV时,
2)10kV时,
c)3kV~10kV电缆线路构成的系统,
3.1.3 3kV~20kV具有发电机的系统,发电机内部发生单相接地故障不要求瞬时切机时,如单相接地故障电容电流不大于表1所示允许值时,应采用不接地方式;大DL/T 620—1997于该允许值时,应采用消弧线圈接地方式,且故障点残余电流也不得大于该允许值。消弧线圈可装在厂用变压器中性点上,也可装在发电机中性点上。
表1 发电机接地故障电流允许值
发电机额定电压kV
发电机额定容量MW电流允许值A
发电机额定电压kV
发电机额定容量MW
电流允许值A 6.3≤50
413.8~15.75
125~200
2
10.5
50~100
3
18~20
≥300
1
注:对额定电压为13.8kV~15.75kV的氢冷发电机为2.5A。
发电机内部发生单相接地故障要求瞬时切机时,宜采用高电阻接地方式。电阻器一般接在发电机中性点变压器的二次绕组上。
3.1.4 6kV~35kV主要由电缆线路构成的送、配电系统,单相接地故障电容电流较大时,可采用低电阻接地方式,但应考虑供电可靠性要求、故障时瞬态电压、瞬态电流对电气设备的影响、对通信的影响和继电保护技术要求以及本地的运行经验等。
3.1.5 6kV和10kV配电系统以及发电厂厂用电系统,单相接地故障电容电流较小时,为防止谐振、间歇性电弧接地过电压等对设备的损害,可采用高电阻接地方式。
a)消弧线圈接地系统,在正常运行情况下,中性点的长时间电压位移不应超过系统标称相电压的15%。
b)消弧线圈接地系统故障点的残余电流不宜超过
c)消弧线圈的容量应根据系统5~10年的发展规划确定,并应按下式计算:
(1)式中:W——消弧线圈的容量,kVA;
IC——接地电容电流,A;
Un——系统标称电压,kV。
d)系统中消弧线圈装设地点应符合下列要求:
1)应保证系统在任何运行方式下,断开一、二回线路时,大部分不致失去补偿。
2)不宜将多台消弧线圈集中安装在系统中的一处。
3)消弧线圈宜接于YN,d或YN,yn,d接线的变压器中性点上,也可接在ZN,yn接线的变压器中性点上。
接于YN,d接线的双绕组或YN,yn,d接线的三绕组变压器中性点上的消弧线圈容量,不应超过变压器三相总容量的50%,并不得大于三绕组变压器的任一绕组的容量。
如需将消弧线圈接于YN,yn接线的变压器中性点,消弧线圈的容量不应超过变压器三相总容量的20%,但不应将消弧圈接于零序磁通经铁芯闭路的YN,yn接线的变压器,如外铁型变压器或三台单相变压器组成的变压器组。
4)如变压器无中性点或中性点未引出,应装设专用接地变压器,其容量应与消弧线圈的容量相配合。
3.2 系统运行中出现于设备绝缘上的电压
a)正常运行时的工频电压;
b)暂时过电压(工频过电压、谐振过电压);
c)操作过电压;
d)雷电过电压。
a)工频过电压的 ;
b)谐振过电压和操作过电压的 。
注:Um为系统最高电压。
a)范围Ⅰ,3.6kV≤Um≤252kV;
b)范围Ⅱ,Um=>252kV。
4 暂时过电压、操作过电压及保护
4.1 暂时过电压(工频过电压、谐振过电压)及保护
a)系统中的工频过电压一般由线路空载、接地故障和甩负荷等引起。对范围Ⅱ的工频过电压,在设计时应结合实际条件加以预测。根据这类系统的特点,有时需综合考虑这几种因素的影响。
通常可取正常送电状态下甩负荷和在线路受端有单相接地故障情况下甩负荷作为确定系统工频过电压的条件。
对工频过电压应采取措施加以降低。一般主要采用在线路上安装并联电抗器的措施限制工频过电压。在线路上架设良导体避雷线降低工频过电压时,宜通过技术经济比较加以确定。系统的工频过电压水平一般不宜超过下列数值:
线路断路器的变电所侧 1.3p.u.
线路断路器的线路侧 1.4p.u.
b)对范围Ⅰ中的110kV及220kV系统,工频过电压一般不超过1.3p.u.;3kV~10kV和35kV~66kV系统,一般分别不超过 和 。
应避免在110kV及220kV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110kV及220kV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变压器中性点标准分级绝缘的要求(参见
a)为防止发电机电感参数周期性变化引起的发电机自励磁(参数谐振)过电压,一般可采取下列防止措施:
1)使发电机的容量大于被投入空载线路的充电功率;
2)避免发电机带空载线路启动或避免以全电压向空载线路合闸;
3)快速励磁自动调节器可限制发电机同步自励过电压。发电机异步自励过电压,仅能用速动过电压继电保护切机以限制其作用时间。
b)应该采用转子上装设阻尼绕组的水轮发电机,以限制水轮发电机不对称短路或负荷严重不平衡时产生的谐振过电压。
上述条件下由于并联电抗器铁芯的磁饱和特性,有时在断路器操作产生的过渡过程激发下,可能发生以工频基波为主的铁磁谐振过电压。
在并联电抗器的中性点与大地之间串接一接地电抗器,一般可有效地防止这种过电压。该接地电抗器的电抗值宜按补偿并联电抗器所接线路的相间电容选择,同时应考虑以下因素:
a)并联电抗器、接地电抗器的电抗及线路容抗的实际值与设计值的变异范围;
b)限制潜供电流的要求;
c)连接接地电抗器的并联电抗器中性点绝缘水平。
应尽量避免产生2次谐波谐振的运行方式、操作方式以及防止在故障时出现该种谐振的接线;确实无法避免时,可在变电所线路继电保护装置内增设过电压速断保护,以缩短该过电压的持续时间。
a)110kV及220kV系统采用带有均压电容的断路器开断连接有电磁式电压互感器的空载母线,经验算有可能产生铁磁谐振过电压时,宜选用电容式电压互感器。已装有电磁式电压互感器时,运行中应避免可能引起谐振的操作方式,必要时可装设专门消除此类铁磁谐振的装置。
b)由单一电源侧用断路器操作中性点不接地的变压器出现非全相或熔断器非全相熔断时,如变压器的励磁电感与对地电容产生铁磁谐振,能产生2.0p.u~3.0p.u.的过电压;有双侧电源的变压器在非全相分合闸时,由于两侧电源的不同步在变压器中性点上可出现接近于2.0p.u.的过电压,如产生铁磁谐振,则会出现更高的过电压。
c)经验算如断路器操作中因操动机构故障出现非全相或严重不同期时产生的铁磁谐振过电压可能危及中性点为标准分级绝缘、运行时中性点不接地的110kV及220kV变压器的中性点绝缘,宜在中性点装设间隙,对该间隙的要求与
有单侧电源的变压器,如另一侧带有同期调相机或较大的同步电动机,也类似有双侧电源的情况。
d)3kV~66kV不接地系统或消弧线圈接地系统偶然脱离消弧线圈的部分,当连接有中性点接地的电磁式电压互感器的空载母线(其上带或不带空载短线路),因合闸充电或在运行时接地故障消除等原因的激发,使电压互感器过饱和则可能产生铁磁谐振过电压。为限制这类过电压,可选取下列措施:
1)选用励磁特性饱和点较高的电磁式电压互感器。
2)减少同一系统中电压互感器中性点接地的数量,除电源侧电压互感器高压绕组中性点接地外,其它电压互感器中性点尽可能不接地。
3)个别情况下,在10kV及以下的母线上装设中性点接地的星形接线电容器组或用一段电缆代替架空线路以减少XC0,使XC0<0.01Xm。
注:Xm为电压互感器在线电压作用下单相绕组的励磁电抗。
4)在互感器的开口三角形绕组装设 )的电阻(K13为互感器一次绕组与开口三角形绕组的变比)或装设其它专门消除此类铁磁谐振的装置。
5)10kV及以下互感器高压绕组中性点经Rp·n≥0.06Xm(容量大于600W)的电阻接地。
4.1.6 3kV~66kV不接地及消弧线圈接地系统,应采用性能良好的设备并提高运行维护水平,以避免在下述条件下产生铁磁谐振过电压:
a)配电变压器高压绕组对地短路;
b)送电线路一相断线且一端接地或不接地。
4.2 操作过电压及保护
空载线路合闸时,由于线路电感—电容的振荡将产生合闸过电压。线路重合时,由于电源电势较高以及线路上残余电荷的存在,加剧了这一电磁振荡过程,使过电压进一步提高。
a)范围Ⅱ中,线路合闸和重合闸过电压对系统中设备绝缘配合有重要影响,应该结合系统条件预测空载线路合闸、单相重合闸和成功、非成功的三相重合闸(如运行中使用时)的相对地和相间过电压。
预测这类操作过电压的条件如下:
1)对于发电机—变压器—线路单元接线的空载线路合闸,线路合闸后,电源母线电压为系统最高电压;对于变电所出线则为相应运行方式下的实际母线电压。
2)成功的三相重合闸前,线路受端曾发生单相接地故障;非成功的三相重合闸时,线路受端有单相接地故障。
b)空载线路合闸、单相重合闸和成功的三相重合闸(如运行中使用时),在线路上产生的相对地统计过电压,对330kV和500kV系统分别不宜大于2.2p.u.和2.0p.u.。
c)限制这类过电压的最有效措施是在断路器上安装合闸电阻。对范围Ⅱ,当系统的工频过电压符合
1)发电机—变压器—线路单元接线时的参考条件见表2。
表2 仅用MOA限制合闸、重合闸过电压的条件
系统标称电压kV发电机容量MW
线路长度km
系统标称电压kV
发电机容量MW
线路长度km330-200
300<100<200
500-200
300≥500<100<150<200
2)系统中变电所出线时的参考条件为:
330kV <
500kV<
在其他条件下,可否仅用金属氧化物避雷器限制合闸和重合闸过电压,需经校验确定。
d)范围Ⅰ的线路合闸和重合闸过电压一般不超过3.0p.u.,通常无需采取限制措施。
空载线路开断时,如断路器发生重击穿,将产生操作过电压。
a)对范围Ⅱ的线路断路器,应要求在电源对地电压为1.3p.u.条件下开断空载线路不发生重击穿。
b)对范围Ⅰ,110kV及220kV开断架空线路该过电压不超过3.0p.u.;开断电缆线路可能超过3.0p.u.。
为此,开断空载架空线路宜采用不重击穿的断路器;开断电缆线路应该采用不重击穿的断路器。
c)对范围Ⅰ,66kV及以下系统中,开断空载线路断路器发生重击穿时的过电压一般不超过3.5p.u.。开断前系统已有单相接地故障,使用一般断路器操作时产生的过电压可能超过4.0p.u.。为此,选用操作断路器时,应该使其开断空载线路过电压不超过4.0p.u.。
系统送受端联系薄弱,如线路非对称故障导致分闸,或在系统振荡状态下解列,将产生线路非对称故障分闸或振荡解列过电压。
对范围Ⅱ的线路,宜对这类过电压进行预测。预测前一过电压的条件,可选线路受端存在单相接地故障,分闸时线路送受端电势功角差应按实际情况选取。
当过电压超过
隔离开关操作空载母线时,由于重击穿将会产生幅值可能超过2.0p.u.、频率为数百千赫至兆赫的高频振荡过电压。这对范围Ⅱ的电气装置有一定危险。为此,宜符合以下要求:
a)隔离开关操作由敞开式配电装置构成的变电所空载母线时的过电压,可能使电流互感器一次绕组进出线之间的套管闪络放电,宜采用金属氧化物避雷器对其加以保护。
b)隔离开关操作气体绝缘全封闭组合电器(GIS)变电所的空载母线时,会产生频率更高的过电压,它可能对匝间绝缘裕度不高的变压器构成危胁。为此,宜对采用的操作方式加以校核,尽量避免可能引起危险的操作方式。
4.2.5 3kV~66kV系统开断并联电容补偿装置如断路器发生单相重击穿时,电容器高压端对地过电压可能超过4.0p.u.。开断前电源侧有单相接地故障时,该过电压将更高。开断时如发生两相重击穿,电容器极间过电压可能超过 。
图1 并联电容补偿装置的避雷器保护接线
(a)单相重击穿过电压的保护接线;(b)单、两相重击穿过电压的保护接线
操作并联电容补偿装置,应采用开断时不重击穿的断路器。对于需频繁投切的补偿装置,宜按图1(a)装设并联电容补偿装置金属氧化物避雷器(F1或F2),作为限制单相重击穿过电压的后备保护装置。在电源侧有单相接地故障不要求进行补偿装置开断操作的条件下,宜采用F1。断路器操作频繁且开断时可能发生重击穿或者合闸过程中触头有弹跳现象时,宜按图4.1(b)装设并联电容补偿装置金属氧化物避雷器(F1及F3或F4)。F3或F4用以限制两相重击穿时在电容器极间出现的过电压。当并联电容补偿装置电抗器的电抗率不低于12%时,宜采用F4。
注:Un.C为电容器的额定电压。
a)开断空载变压器由于断路器强制熄弧(截流)产生的过电压,与断路器型式、变压器铁芯材料、绕组型式、回路元件参数和系统接地方式等有关。
当开断具有冷轧硅钢片的变压器时,过电压一般不超过2.0p.u.,可不采取保护措施。
开断具有热轧硅钢片铁芯的110kV及220kV变压器的过电压一般不超过3.0p.u.;66kV及以下变压器一般不超过4.0p.u.。
采用熄弧性能较强的断路器开断激磁电流较大的变压器以及并联电抗补偿装置产生的高幅值过电压,可在断路器的非电源侧装设阀式避雷器加以限制。保护变压器的避雷器可装在其高压侧或低压侧。但高低压侧系统接地方式不同时,低压侧宜装设操作过电压保护水平较低的避雷器。
b)在可能只带一条线路运行的变压器中性点消弧线圈上,宜用阀式避雷器限制切除最后一条线路两相接地故障时,强制开断消弧线圈电流在其上产生的过电压。
c)空载变压器和并联电抗补偿装置合闸产生的操作过电压一般不超过2.0p.u.,可不采取保护措施。
高压感应电动机合闸的操作过电压一般不超过2.0p.u.,可不采取保护措施。
4.2.8 66kV及以下系统发生单相间歇性电弧接地故障时,可产生过电压,过电压的高低随接地方式不同而异。一般情况下最大过电压不超过下列数值:
不接地系统 3.5p.u.
消弧线圈接地系统 3.2p.u.
电阻接地系统 2.5p.u.
具有限流电抗器、电动机负荷,且设备参数配合不利的3kV~10kV某些不接地系统,发生单相间歇性电弧接地故障时,可能产生危及设备相间或相对地绝缘的过电压。对这种系统根据负荷性质和工程的重要程度,可进行必要的过电压预测,以确定保护方案。
5 雷电过电压和保护装置
5.1 雷电过电压
a)距架空线路S>
(2)式中:Ui——雷击大地时感应过电压最大值,kV;
I——雷电流幅值(一般不超过100),kA;hc——导线平均高度,m;
s——雷击点与线路的距离,m。
线路上的感应过电压为随机变量,其最大值可达300kV~400kV,一般仅对35kV及以下线路的绝缘有一定威胁。
b)雷击架空线路导线产生的直击雷过电压,可按下式确定:
US≈100I
(3)式中:US——雷击点过电压最大值,kV。
雷直击导线形成的过电压易导致线路绝缘闪络。架设避雷线可有效地减少雷直击导线的概率。
c)因雷击架空线路避雷线、杆顶形成作用于线路绝缘的雷电反击过电压,与雷电参数、杆塔型式、高度和接地电阻等有关。
宜适当选取杆塔接地电阻,以减少雷电反击过电压的危害。
a)应该采用避雷针或避雷线对高压配电装置进行直击雷保护并采取措施防止反击。
b)应该采取措施防止或减少发电厂和变电所近区线路的雷击闪络并在厂、所内适当配置阀式避雷器以减少雷电侵入波过电压的危害。
c)按本标准要求对采用的雷电侵入波过电压保护方案校验时,校验条件为保护接线一般应该保证
5.2 避雷针和避雷线
a)避雷针在地面上的保护半径,应按下式计算:
r=1.5hP (4)
式中:r——保护半径,m;
h——避雷针的高度,m;
P——高度影响系数,h≤
b)在被保护物高度hx水平面上的保护半径应按下列方法确定:
1)当hx≥0.5h时
rx=(h-hx)P=haP (5)
式中:rx——避雷针在hx水平面上的保护半径,m;
hx——被保护物的高度,m;
ha——避雷针的有效高度,m。
2)当hx<0.5h时
rx=(1.5h-2hx)P (6)
图2 单支避雷针的保护范围
(h≤
图3 高度为h的两等高避雷针的保护范围
图4 两等高(h)避雷针间保护范围的一侧最小宽度(bx)与D/haP的关系
(a)D/hai=0~7;(b)D/haP=5~7
a)两针外侧的保护范围应按单支避雷针的计算方法确定。
b)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O的圆弧确定,圆弧的半径为R′O。O点为假想避雷针的顶点,其高度应按下式计算:
(7)式中:hO——两针间保护范围上部边缘最低点高度,m;
D——两避雷针间的距离,m。
两针间hx水平面上保护范围的一侧最小宽度应按图4确定。当bx>rx时,取bx=rx。
求得bx后,可按图3绘出两针间的保护范围。
两针间距离与针高之比D/h不宜大于5。
图5 三、四支等高避雷针在hx水平面上的保护范围
(a)三支等高避雷针在hx水平面上的保护范围;
(b)四支等高避雷针在hx水平面上的保护范围
a)三支等高避雷针所形成的三角形的外侧保护范围应分别按两支等高避雷针的计算方法确定。如在三角形内被保护物最大高度hx水平面上,各相邻避雷针间保护范围的一侧最小宽度bx≥0时,则全部面积受到保护。
图6 单根避雷线的保护范围
(h≤
b)四支及以上等高避雷针所形成的四角形或多角形,可先将其分成两个或数个三角形,然后分别按三支等高避雷针的方法计算。如各边的保护范围一侧最小宽度bx≥0,则全部面积即受到保护。
a)当 时
rx=0.47(h-hx)P (8)
式中:rx——每侧保护范围的宽度,m。
b)当 时
rx=(h-1.53hx)P (9)
a) 两避雷线外侧的保护范围应按单根避雷线的计算方法确定。
b) 两避雷线间各横截面的保护范围应由通过两避雷线1、2点及保护范围边缘最低点O的圆弧确定。O点的高度应按下式计算:
(10)图7 两根平行避雷线的保护范围
式中:hO——两避雷线间保护范围上部边缘最低点的高度,m;
D——两避雷线间的距离,m;
h——避雷线的高度,m。
c)两避雷线端部的两侧保护范围仍按单根避雷线保护范围计算。两线间保护最小宽度(参见图3)按下列方法确定:
1)当 时
bx=0.47(hO-hx)P (11)
2)当 时
bx=(hO-1.53hx)P (12)
图8 两支不等高避雷针的保护范围
a)两支不等高避雷针外侧的保护范围应分别按单支避雷针的计算方法确定。
b)两支不等高避雷针间的保护范围应按单支避雷针的计算方法,先确定较高避雷针1的保护范围,然后由较低避雷针2的顶点,作水平线与避雷针1的保护范围相交于点3,取点3为等效避雷针的顶点,再按两支等高避雷针的计算方法确定避雷针2和3间的保护范围。通过避雷针2、3顶点及保护范围上部边缘最低点的圆弧,其弓高应按下式计算:
(13)式中:f——圆弧的弓高,m;
D′——避雷针2和等效避雷针3间的距离,m。
c)对多支不等高避雷针所形成的多角形,各相邻两避雷针的外侧保护范围按两支不等高避雷针的计算方法确定;三支不等高避雷针,如在三角形内被保护物最大高度hx水平面上,各相邻避雷针间保护范围一侧最小宽度bx≥0,则全部面积即受到保护;四支及以上不等高避雷针所形成的多角形,其内侧保护范围可仿照等高避雷针的方法确定。
d)两根不等高避雷线各横截面的保护范围,应仿照两支不等高避雷针的方法,按式(10)计算。
利用山势设立的远离被保护物的避雷针不得作为主要保护装置。
避雷针、线外侧保护范围分别按单针、线的保护范围确定。内侧首先将不等高针、线划为等高针、线,然后将等高针、线视为等高避雷线计算其保护范围。
图9 避雷针和避雷线的联合保护范围
5.3 阀式避雷器
a)有效接地系统,范围Ⅱ应该选用金属氧化物避雷器;范围Ⅰ宜采用金属氧化物避雷器。
b)气体绝缘全封闭组合电器(GIS)和低电阻接地系统应该选用金属氧化物避雷器。
c)不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统,根据系统中谐振过电压和间歇性电弧接地过电压等发生的可能性及其严重程度,可任选金属氧化物避雷器或碳化硅普通阀式避雷器。
a)110kV及220kV有效接地系统不低于0.8Um。
b)3kV~10kV和35kV、66kV系统分别不低于1.1Um和Um;3kV及以上具有发电机的系统不低于1.1Um·g。
注:Um·g为发电机最高运行电压。
c)中性点避雷器的额定电压,对3kV~20kV和35kV、66kV系统,分别不低于0.64Um和0.58Um;对3kV~20kV发电机,不低于0.64Um·g。
a)避雷器的持续运行电压和额定电压应不低于表3所列数值。
b)避雷器能承受所在系统作用的暂时过电压和操作过电压能量。
5.4 排气式避雷器
表3 无间隙金属氧化物避雷器持续运行电压和额定电压
系统接地方式
持续运行电压kV
额定电压kV相地
中性点相地中性点
有效接地110kV
0.45 Um
0.75 Um
0.57 Um
220kV
0.13 Um (0.45 Um)
0.75Um
0.17 Um (0.57 Um)
330kV、500kV
0.13 Um
0.75 Um (0.8 Um)
0.17 Um
不接地
3kV~20kV
1.1 Um; Um·g
1.38 Um;1.25 Um·g
0.8 Um;0.72 Um·g
35kV、66kV
Um
1.25 Um
0.72 Um
消弧线圈
Um; Um·g
1.25 Um;1.25 Um·g
0.72 Um;0.72 Um·g
低电阻
0.8 Um
高电阻
1.1 Um; Um·g; 1.38 Um;1.25 Um·g0.8 Um;0.72 Um·g
注
1 220kV括号外、内数据分别对应变压器中性点经接地电抗器接地和不接地。
2 330kV、500kV括号外、内数据分别与工频过电压1.3p.u.和1.4p.u.对应。
3 220kV变压器中性点经接地电抗器接地和330kV、500kV变压器或高压并联电抗器中性点经接地电抗器接地时,接地电抗器的电抗与变压器或高压并联电抗器的零序电抗之比小于等于1/3。
4 110kV、220kV变压器中性点不接地且绝缘水平低于表21所列数值时,避雷器的参数需另行研究确定。
表4 排气式避雷器外间隙的距离
系统标称电压
kV
为减少排气式避雷器在反击时动作,应降低与避雷线的总接地电阻,并增大外间隙距离,一般可增大到表4所列的外间隙最大距离。
a)应避免各避雷器排出的电离气体相交而造成短路。但在开口端固定避雷器,则允许其排出的电离气体相交。
b)为防止在排气式避雷器的内腔积水,宜垂直安装,开口端向下或倾斜安装,与水平线的夹角不应小于15°。在污秽地区,应增大倾斜角度。
c)排气式避雷器应安装牢固,并保证外间隙稳定不变。
d)标称电压10kV及以下系统中用的排气式避雷器,为防止雨水造成短路,外间隙的电极不应垂直布置。
e)外间隙电极宜镀锌,或采取避免锈水沾污绝缘子的措施。
5.5 保护间隙
保护间隙宜在其接地引下线中串接一个辅助间隙,以防止外物使间隙短路。辅助间隙的距离可采用表6所列数值。
表5 保护间隙的主间隙距离最小值
系统标称电压kV
表6 辅助间隙的距离
系统标称电压kV3-6、
6 高压架空线路的雷电过电压保护
6.1 一般线路的保护
各级电压的送、配电线路,应尽量装设自动重合闸装置。35kV及以下的厂区内的短线路,可按需要确定。
a)330kV和500kV线路应沿全线架设双避雷线,但少雷区除外。
b)220kV线路宜沿全线架设双避雷线;少雷区宜架设单避雷线。
c)110kV线路一般沿全线架设避雷线,在山区和雷电活动特殊强烈地区,宜架设双避雷线。在少雷区可不沿全线架设避雷线,但应装设自动重合闸装置。
d)66kV线路,负荷重要且所经地区平均年雷暴日数为30以上的地区,宜沿全线架设避雷线。
e)35kV及以下线路,一般不沿全线架设避雷线。
f)除少雷区外,3kV~10kV钢筋混凝土杆配电线路,宜采用瓷或其他绝缘材料的横担;如果用铁横担,对供电可靠性要求高的线路宜采用高一电压等级的绝缘子,并应尽量以较短的时间切除故障,以减少雷击跳闸和断线事故。
表7 有避雷线线路的耐雷水平
标称电压kV35-66-110-220-330-500耐雷水平kA一般线路
大跨越档中央和发电厂、变电所进线保护段20~30-30-30~60-60-40~75-75-75~110-110-100~150-150-125~175-175
表8 有避雷线的线路杆塔的工频接地电阻
土壤电阻率Ω·m
≤100
>100~500
>500~1000
>1000~2000
>2000
接地电阻Ω-
注:如土壤电阻率超过2000Ω·m,接地电阻很难降低到30Ω时,可采用6~8根总长不超过
雷电活动强烈的地方和经常发生雷击故障的杆塔和线段,应改善接地装置、架设避雷线、适当加强绝缘或架设耦合地线。
s1=
式中:s1——导线与避雷线间的距离,m;l——档距长度,m。
当档距长度较大,按式(14)计算出的s1大于表10的数值时,可按后者要求。
利用钢筋兼作接地引下线的钢筋混凝土电杆,其钢筋与接地螺母、铁横担间应有可靠的电气连接。
6.2 线路交叉部分的保护
表9 同级电压线路相互交叉或与较低电压线路通信线路交叉时的交叉距离
系统标称电压 kV3~10;20~110 ;220;330;500
交叉距离 m
6.2.3 3kV及以上的同级电压线路相互交叉或与较低电压线路、通信线路交叉时,交叉档一般采取下列保护措施:
a)交叉档两端的钢筋混凝土杆或铁塔(上、下方线路共4基),不论有无避雷线,均应接地。
b)3kV及以上线路交叉档两端为木杆或木横担钢筋混凝土杆且无避雷线时,应装设排气式避雷器或保护间隙。
c)与3kV及以上电力线路交叉的低压线路和通信线路,当交叉档两端为木杆时,应装置保护间隙。
门型木杆上的保护间隙,可由横担与主杆固定处沿杆身敷设接地引下线构成。单木杆针式绝缘子的保护间隙,可在距绝缘子固定点
如交叉距离比表9所列数值大
6.3 大跨越档的雷电过电压保护
表10 防止反击要求的大跨越档导线与避雷线间的距离
系统标称电压 kV35-66-110-220-330-500距离 m3.0-6.0-7.5-11.0-15.0-17.5
7 发电厂和变电所的雷电过电压保护
7.1 发电厂和变电所的直击雷过电压保护
a)屋外配电装置,包括组合导线和母线廊道;
b)火力发电厂的烟囱、冷却塔和输煤系统的高建筑物;
c)油处理室、燃油泵房、露天油罐及其架空管道、装卸油台、易燃材料仓库等建筑物;
d)乙炔发生站、制氢站、露天氢气罐、氢气罐储存室、天然气调压站、天然气架空管道及其露天贮罐;
e)多雷区的列车电站。
雷电活动特殊强烈地区的主厂房、主控制室和配电装置室宜设直击雷保护装置。
主厂房如装设避直击雷保护装置或为保护其他设备而在主厂房上装设避雷针,应采取加强分流、装设集中接地装置、设备的接地点尽量远离避雷针接地引下线的入地点、避雷针接地引下线尽量远离电气设备等防止反击的措施,并宜在靠近避雷针的发电机出口处装设一组旋转电机阀式避雷器。
主控制室、配电装置室和35kV及以下变电所的屋顶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
上述接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。
峡谷地区的发电厂和变电所宜用避雷线保护。
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。
屋顶上的设备金属外壳、电缆金属外皮和建筑物金属构件均应接地。
避雷针与易燃油贮罐和氢气天然气等罐体及其呼吸阀等之间的空气中距离,避雷针及其接地装置与罐体、罐体的接地装置和地下管道的地中距离应符合
露天贮罐周围应设闭合环形接地体,接地电阻不应超过30Ω(无独立避雷针保护的露天贮罐不应超过10Ω),接地点不应小于两处,接地点间距不应大于
7.1.5
独立避雷针不应设在人经常通行的地方,避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜小于
7.1.7 110kV及以上的配电装置,一般将避雷针装在配电装置的架构或房顶上,但在土壤电阻率大于1000Ω·m的地区,宜装设独立避雷针。否则,应通过验算,采取降低接地电阻或加强绝缘等措施。
66kV的配电装置,允许将避雷针装在配电装置的架构或房顶上,但在土壤电阻率大于500Ω·m的地区,宜装设独立避雷针。
35kV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针。
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;但在空气污秽地区,如有困难,空气中距离可按非污秽区标准绝缘子串的长度确定。
除水力发电厂外,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
a)装在变压器门型架构上的避雷针应与接地网连接,并应沿不同方向引出3根~4根放射形水平接地体,在每根水平接地体上离避雷针架构
b)直接在3kV~35kV变压器的所有绕组出线上或在离变压器电气距离不大于
高压侧电压35kV变电所,在变压器门型架构上装设避雷针时,变电所接地电阻不应超过4Ω(不包括架构基础的接地电阻)。
7.1.9 110kV及以上配电装置,可将线路的避雷线引接到出线门型架构上,土壤电阻率大于1000Ω·m的地区,应装设集中接地装置。
35kV、66kV配电装置,在土壤电阻率不大于500Ω·m的地区,允许将线路的避雷线引接到出线门型架构上,但应装设集中接地装置。在土壤电阻率大于500Ω·m的地区,避雷线应架设到线路终端杆塔为止。从线路终端杆塔到配电装置的一档线路的保护,可采用独立避雷针,也可在线路终端杆塔上装设避雷针。
严禁在装有避雷针、避雷线的构筑物上架设未采取保护措施的通信线、广播线和低压线。
a)独立避雷针与配电装置带电部分、发电厂和变电所电气设备接地部分、架构接地部分之间的空气中距离,应符合下式的要求:
Sa≥0.2Ri+0.1h (15)
式中:Sa——空气中距离,m;
Ri——避雷针的冲击接地电阻,Ω;
h——避雷针校验点的高度,m。
b)独立避雷针的接地装置与发电厂或变电所接地网间的地中距离,应符合下式的要求:
Se≥0.3Ri (16)
式中:Se——地中距离,m。
c)避雷线与配电装置带电部分、发电厂和变电所电气设备接地部分以及架构接地部分间的空气中距离,应符合下列要求
对一端绝缘另一端接地的避雷线
Sa≥0.2Ri+0.1(h+Δl) (17)
式中:h——避雷线支柱的高度,m;
Δl——避雷线上校验的雷击点与接地支柱的距离,m。
对两端接地的避雷线
Sa≥β′[0.2Ri+0.1(h+Δl)] (18)
式中:β′——避雷线分流系数;
Δl——避雷线上校验的雷击点与最近支柱间的距离,m。
避雷线分流系数可按下式计算:
(19)式中:l2——避雷线上校验的雷击点与另一端支柱间的距离,l2=l′-Δl,m;
l′——避雷线两支柱间的距离,m;
τt——雷电流波头长度,一般取2.6μs。
d)避雷线的接地装置与发电厂或变电所接地网间的地中距离,应符合下列要求:
对一端绝缘另一端接地的避雷线,应按式(16)校验。对两端接地的避雷线应按下式校验:
Se≥0.3β′Ri (20)
e)除上述要求外,对避雷针和避雷线,Sa不宜小于
对66kV及以下配电装置,包括组合导线、母线廊道等,应尽量降低感应过电压,当条件许可时,Sa应尽量增大。
7.2 范围Ⅱ发电厂和变电所高压配电装置的雷电侵入波过电压保护
7.2.1
7.3 范围Ⅰ发电厂和变电所高压配电装置的雷电侵入波过电压保护
220kV架空送电线路,在
图10 35kV~110kV变电所的进线保护接线
进线保护段上的避雷线保护角宜不超过20°,最大不应超过30°。
在雷季,如变电所35kV~110kV进线的隔离开关或断路器可能经常断路运行,同时线路侧又带电,必须在靠近隔离开关或断路器处装设一组排气式避雷器FE。FE外间隙距离的整定,应使其在断路运行时,能可靠地保护隔离开关或断路器,而在闭路运行时不动作。如FE整定有困难,或无适当参数的排气式避雷器,则可用阀式避雷器代替。
全线架设避雷线的35kV~220kV变电所,其进线的隔离开关或断路器与上述情况相同时,宜在靠近隔离开关或断路器处装设一组保护间隙或阀式避雷器。
如电缆长度不超过
如电缆长度超过
连接电缆段的
全线电缆—变压器组接线的变电所内是否需装设阀式避雷器,应视电缆另一端有无雷电过电压波侵入的可能,经校验确定。
图11 具有35kV及以上电缆段的变电所进线保护接线
(a)三芯电缆段的变电所进线保护接线;
(b)单芯电缆段的变电所进线保护接线
a)每组母线上应装设阀式避雷器。阀式避雷器与主变压器及其他被保护设备的电气距离超过表11或表12的参考值时,可在主变压器附近增设一组阀式避雷器。
表11 普通阀式避雷器至主变压器间的最大电气距离 m
系统标称电压kV进线长度km
进 线 路 数123≥435
11.5225;40;50;40;55;75;50;65;90;55;75;105;66
1;1.5;2;45;60;80;65
85
105
80
105
130
90
115
145
110
1
1.5
2
45
70
100
70
95
135
80
115
160
90
130
180
220
2
105
165
195
220
注
1 全线有避雷线进线长度取
2 35kV也适用于有串联间隙金属氧化物避雷器的情况。
变电所内所有阀式避雷器应以最短的接地线与配电装置的主接地网连接,同时应在其附近装设集中接地装置。
b)35kV及以上装有标准绝缘水平的设备和标准特性阀式避雷器且高压配电装置采用单母线、双母线或分段的电气主接线时,碳化硅普通阀式避雷器与主变压器间的最大电气距离可参照表11确定。对其他电器的最大距离可相应增加35%。
金属氧化物避雷器与主变压器间的最大电气距离可参照表12确定。对其他电器的最大距离可相应增加35%。
表12 金属氧化物避雷器至主变压器间的最大电气距离 m
系统标称电压kV 进线长度km进 线 路 数
1
2
3
≥4
110
1
1.5
2
55
90
125
85
120
170
105
145
205
115
165
230
220
2
125
(90)
195
(140)
235
(170)
265
(190)
注
1 本表也适用于电站碳化硅磁吹避雷器(FM)的情况。
2 表12括号内距离对应的雷电冲击全波耐受电压为850kV。
注
1 标准绝缘水平指35kV、66kV、110kV及220kV变压器、电压互感器标准雷电冲击全波耐受电压分别为200kV、325kV、480kV及950kV。
2 110kV及220kV金属氧化物避雷器在标称放电电流下的残压分别为260kV及520kV。
c)架空进线采用双回路杆塔,有同时遭到雷击的可能,确定阀式避雷器与变压器最大电气距离时,应按一路考虑,且在雷季中宜避免将其中一路断开。
d)对电气接线比较特殊的情况,可用计算方法或通过模拟试验确定最大电气距离。
图12 自耦变压器的典型保护接线
不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统中的变压器中性点,一般不装设保护装置,但多雷区单进线变电所且变压器中性点引出时,宜装设保护装置;中性点接有消弧线圈的变压器,如有单进线运行可能,也应在中性点装设保护装置。该保护装置可任选金属氧化物避雷器或碳化硅普通阀式避雷器。
7.3.7 35kV~220kV开关站,应根据其重要性和进线路数等条件,在母线上或进线上装设阀式避雷器。
架空进线全部在厂区内,且受到其地建筑物屏蔽时,可只在母线上装设阀式避雷器。
有电缆段的架空线路,阀式避雷器应装设在电缆头附近,其接地端应和电缆金属外皮相连。如各架空进线均有电缆段,则阀式避雷器与主变压器的最大电气距离不受限制。
阀式避雷器应以最短的接地线与变电所、配电所的主接地网连接(包括通过电缆金属外皮连接)。阀式避雷器附近应装设集中接地装置。
3kV~10kV配电所,当无所用变压器时,可仅在每路架空进线上装设阀式避雷器。
注:配电所指所内仅有起开闭和分配电能作用的配电装置,而母线上无主变压器。
图13 3kV~10kV配电装置雷电侵入波的保护接线
表13 阀式避雷器至3kV~10kV主变压器的最大电气距离
雷季经常运行的进线路数
1
2
3
≥4
最大电气距离 m
15
20
25
30
7.4 气体绝缘全封闭组合电器(GIS)变电所的雷电侵入波过电压保护
7.4.1 66kV及以上进线无电缆段的GIS变电所,在GIS管道与架空线路的连接处,应装设金属氧化物避雷器(FMO1),其接地端应与管道金属外壳连接,如图14所示。
图14 无电缆段进线的GIS变电所保护接线
如变压器或GIS一次回路的任何电气部分至FMO1间的最大电气距离不超过下列参考值或虽超过,但经校验,装一组避雷器即能符合保护要求,则图14中可只装设FMO1:
66kV
110kV及220kV
连接GIS管道的架空线路进线保护段的长度应不小于
7.4.2 66kV及以上进线有电缆段的GIS变电所,在电缆段与架空线路的连接处应装设金属氧化物避雷器(FMO1),其接地端应与电缆的金属外皮连接。对三芯电缆,末端的金属外皮应与GIS管道金属外壳连接接地[图15(a)];对单芯电缆,应经金属氧化物电缆护层保护器(FC)接地[图15(b)]。
图15 有电缆段进线的GIS变电所保护接线
(a)三芯电缆段进的GIS变电所保护接线
(b)单芯电缆段进的GIS变电所保护接线
电缆末端至变压器或GIS一次回路的任何电气部分间的最大电气距离不超过
对连接电缆段的
7.5 小容量变电所雷电侵入波过电压的简易保护
7.5.1 3150kVA~5000kVA的变电所35kV侧,可根据负荷的重要性及雷电活动的强弱等条件适当简化保护接线,变电所进线段的避雷线长度可减少到
图16 3150kVA~5000kVA、35kV变电所的简易保护接线
图17 小于3150kVA变电所的简易保护
(a)采用避雷线保护的接线;
(b)不采用避雷线保护的接线