1、第9章 过电压及其防护u学习目标学习目标u9.1雷电及防雷装置雷电及防雷装置u9.2发电厂和变电所的防雷保护发电厂和变电所的防雷保护u9.3电力系统内部过电压电力系统内部过电压u9.4 变电站的保护接地变电站的保护接地u本章小结本章小结学习目标n掌握电力系统过电压分类以及各类过电压的产生原因；n了解雷电放电过程及雷电放电的危害；n掌握避雷针、避雷线的原理及安装要求；n掌握避雷器的工作原理及分类；n掌握发电厂、变电所的直击雷和侵入雷的防护措施；n掌握电力系统内部过电压的分类及特点；n熟悉供电系统常见的内部过电压及抑制措施；n掌握接地的概念和分类，以及接地装置的组成；n掌握变电所保护接地的作用以及
2、接地网的原理。9.1雷电及防雷装置n9.1.1 雷电放电过程n9.1.2 雷电的危害n9.1.3防雷装置9.1.1 雷电放电过程n1.雷电过电压：指雷云放电雷云放电在电气设备上产生的过电压，也称为大气过电压。感应雷过电压感应雷过电压直击雷过电压直击雷过电压电磁场的剧烈变化，电磁场的剧烈变化，电磁耦合而产生的电磁耦合而产生的流经被击物流经被击物巨大的雷电巨大的雷电流所造成的流所造成的9.1.1 雷电放电过程n2.雷电放电的过程n对雷云形成过程中的电荷分离、电荷的积聚分布、雷云电场的形成等进行分析研究，其中比较有代表性的有感应起电、对流起电、水滴分裂起电、融化起电、冻结起电等，但至今尚无定论。就其
3、本质而言，雷电放电是一种超长气隙的火超长气隙的火花放电花放电。9.1.1 雷电放电过程n（1）先导放电在电荷集中的地方空气将发生电离，产生在电荷集中的地方空气将发生电离，产生一个向地面发展的等离子通道，称为先导。一个向地面发展的等离子通道，称为先导。雷云中的电荷在大地表面感应出异号电荷，雷云中的电荷在大地表面感应出异号电荷，雷云与大地之间形成一个极不均匀电场。雷云与大地之间形成一个极不均匀电场。当先导通道发展到定向高度，将沿其头当先导通道发展到定向高度，将沿其头部向感应电荷集中点发展。部向感应电荷集中点发展。9.1.1 雷电放电过程n（2）主放电当先导通道头部与当先导通道头部与感应电荷集中点距
4、感应电荷集中点距离很小时，空气间离很小时，空气间隙中的电场强度极隙中的电场强度极高，使空气间隙迅高，使空气间隙迅速电离。速电离。地面感应的正电荷将地面感应的正电荷将沿着先导通道向上逐沿着先导通道向上逐渐中和通道中的负电渐中和通道中的负电荷，雷电流将达到几荷，雷电流将达到几十甚至几百十甚至几百kA。主放电过程产主放电过程产生的大电流到生的大电流到达云端时，主达云端时，主放电阶段结束。放电阶段结束。9.1.1 雷电放电过程n（3）余辉余辉n电荷中心剩下的电荷将继续沿主放电荷中心剩下的电荷将继续沿主放电通道下移，电通道下移，主放电结束主放电结束9.1.2雷电的危害 n1直击雷的危害直击雷的危害 n(
5、1)雷击地面上的人或动物将造成伤亡；n(2)雷击的热效应会造成火灾、油库爆炸等n(3)雷击输电线路或建筑会引起金属烧蚀；n(4)强大的雷电流也会产生过电压严重威胁电气设备绝缘。9.1.2雷电的危害n2感应雷的危害感应雷的危害 n(1)电磁感应n(2)静电感应，n(3)电磁干扰甚至破坏通讯设备。9.1.2雷电的危害n3侵入波的危害侵入波的危害 n雷电波可以沿着输电线路进入变电站，n沿着电缆或通信线进入建筑物内，损坏电气及电子设备。9.1.2雷电的危害n4跨步电压和接触电压的危害跨步电压和接触电压的危害 n若作用在人或动物身上可能会造成伤亡。9.1.3防雷装置 n避雷针和避雷线(1)避雷针和避雷线
6、的保护原理 n避雷针和避雷线是防止直击雷的有效避雷针和避雷线是防止直击雷的有效措施。措施。n避雷针和避雷线在空间位置上高于被避雷针和避雷线在空间位置上高于被保护物体，顶端形成局部电场强度集保护物体，顶端形成局部电场强度集中的空间，可将雷电吸引过来击于避中的空间，可将雷电吸引过来击于避雷针和避雷线，并通过自身接地装置雷针和避雷线，并通过自身接地装置使雷电流泄入大地，起到保护作用。使雷电流泄入大地，起到保护作用。n当强大的雷电流泄入大地时，必然在当强大的雷电流泄入大地时，必然在避雷针、线或接地装置上产生幅值很避雷针、线或接地装置上产生幅值很高的过电压，有可能使它们与被保护高的过电压，有可能使它们与
7、被保护物之间的间隙击穿（称为反击）。为物之间的间隙击穿（称为反击）。为了防止反击，避雷针、避雷线与被保了防止反击，避雷针、避雷线与被保护物之间应保持一定的距离。护物之间应保持一定的距离。避雷针的作用是引雷。避雷针的作用是引雷。（2）避雷针的保护范围 n单根避雷针的保护范围（折线法确定）图9-1 当避雷针高度为当避雷针高度为h，被保护物高度，被保护物高度hx水水平面上，保护半径平面上，保护半径rx时，时，xxxhxxxh/2()/2(1.52)hhrhhphhrhhp当时，当时，ph高度修正系数，当h30m时，ph=1；当30mh120m时，h5.5/ph。（2）避雷针的保护范围n两支等高两支等
8、高避雷针的保护范围避雷针的保护范围图9-2 两针外侧的保护范围可按单支避雷针的计算方法两针外侧的保护范围可按单支避雷针的计算方法确定，两针之间的保护范围按通过两针顶点及保确定，两针之间的保护范围按通过两针顶点及保护范围上部边缘最低点护范围上部边缘最低点O的圆弧确定，的圆弧确定，O点的高点的高度为度为0h/7hh Dp 两针间距离与针高之比两针间距离与针高之比D/h不宜大于不宜大于5（2）避雷针的保护范围n等高三针及三针以上的多针联合保护范围最终都可以转化成多个两针的情况，可分别验算其保最终都可以转化成多个两针的情况，可分别验算其保护范围，只要在被保护物体最大高度水平面上各相邻护范围，只要在被保
9、护物体最大高度水平面上各相邻避雷针间保护范围的一侧最小宽度避雷针间保护范围的一侧最小宽度bx0，则以避雷针，则以避雷针为顶点形成的面积都可受到保护。为顶点形成的面积都可受到保护。（3）避雷线的保护范围 单根避雷线的保护范围单根避雷线的保护范围 在hx高度水平面上每侧的保护宽度rx为 xxxhxxxh/20.47()/2(1.53)hhrhhphhrhhp当时，当时，图9-3 图9-4 两条等高平行两条等高平行避雷线的联合保护避雷线的联合保护范围范围 两线外侧的保护范围与单线时相同；两线内侧的保护范围的横截面，由通过两线及保护范围上部边缘最低点O的圆弧确定。O 点的高度h0为 0h/4hhDp（
10、3）避雷线的保护范围n避雷线的保护角避雷线的保护角：指避雷线与边相导线的连线与避雷线的铅锤线之间的夹角图9-5n保护角越小，对导保护角越小，对导线直击雷保护越可线直击雷保护越可靠，即雷击导线的靠，即雷击导线的概率越小。概率越小。9.1.3防雷装置避雷器n（1）保护原理避雷器的连接避雷器的连接 当雷电入侵波或操作波超过避雷器的动作电压时，当雷电入侵波或操作波超过避雷器的动作电压时，避雷器将先于被保护设备放电，强大的冲击电流避雷器将先于被保护设备放电，强大的冲击电流泄入大地，从而限制了过电压。避雷器放电后，泄入大地，从而限制了过电压。避雷器放电后，又立即能恢复其正常的绝缘状态，使系统正常工又立即能
11、恢复其正常的绝缘状态，使系统正常工作。作。避雷器能把电避雷器能把电气设备上的过气设备上的过电压限制在一电压限制在一定范围内，从定范围内，从而防止过电压而防止过电压损坏设备损坏设备 避雷器的放电电压应略高于系统的最大工作电压，在避雷器的放电电压应略高于系统的最大工作电压，在正常情况下不应放电，接近开路状态。正常情况下不应放电，接近开路状态。其次，避雷器应先于被保护电气设备放电其次，避雷器应先于被保护电气设备放电最后，避雷器应具有一定的熄弧能力，放电后应迅速最后，避雷器应具有一定的熄弧能力，放电后应迅速恢复绝缘强度。恢复绝缘强度。（2）避雷器的分类避雷器避雷器管式避雷器管式避雷器阀型避雷器阀型避雷
12、器金属氧化物避雷器金属氧化物避雷器保护间隙保护间隙（2）避雷器的分类n保护间隙：间隙两端的电压超过其放电电压时间隙击穿，利用自身的电动力和热作用将电弧拉长而使电弧熄灭 图9-6 双羊角状间隙 常用于常用于310kV电网电网优点：结构简单、价格便宜。优点：结构简单、价格便宜。缺点：伏秒特性陡，动作后产生截波，缺点：伏秒特性陡，动作后产生截波，对变压器匝间绝缘有很大的威胁对变压器匝间绝缘有很大的威胁与其它防护措施配合使用。与其它防护措施配合使用。4圆钢电极1主间隙2辅助间隙3支柱绝缘子（2）避雷器的分类）避雷器的分类n管型避雷器管型避雷器排气式避雷器排气式避雷器 图9-7 内间隙内间隙S1产气材料
13、制成的灭弧管内产气材料制成的灭弧管内 外间隙外间隙S2把灭弧管与电网隔开把灭弧管与电网隔开 串联串联 5贮气室；6动作指示器；S1、S2内、外间隙 1产气管；2胶木管套；3棒电极；4环形电极；（2）避雷器的分类）避雷器的分类n管型避雷器管型避雷器排气式避雷器排气式避雷器 图9-7 当出现雷电过电压时，两个间隙均被当出现雷电过电压时，两个间隙均被击穿，冲击电流即被导入大地。在系击穿，冲击电流即被导入大地。在系统工频电压作用下，流过工频续流。统工频电压作用下，流过工频续流。工频续流的高温使产气材料产生大量工频续流的高温使产气材料产生大量气体，管内气压急速升高，高压气体气体，管内气压急速升高，高压气
14、体从喷口猛烈喷出，对电弧形成强烈的从喷口猛烈喷出，对电弧形成强烈的纵吹作用，使电弧在工频电流过零时纵吹作用，使电弧在工频电流过零时熄灭。熄灭。工作原理：工作原理：避免不了气隙放电固有的缺点特点：灭弧能力是由工频续流的大小决定的，续流太大产生气体过多，管内的压力超过产气管的机械强度，使管式避雷器爆炸；续流太小产气过少，不能切断电弧。仅用于保护线路弱绝缘及电站的进线保护段。（2）避雷器的分类）避雷器的分类n阀型避雷器 n由火花间隙和非线性电阻阀片组成，装在密封的磁套管内。由火花间隙和非线性电阻阀片组成，装在密封的磁套管内。n阀型避雷器的火花间隙组是由多个单间隙串联组成的。正常运行时，间阀型避雷器的
15、火花间隙组是由多个单间隙串联组成的。正常运行时，间隙介质处于绝缘状态，仅有极小的泄漏电流通过阀片。隙介质处于绝缘状态，仅有极小的泄漏电流通过阀片。n当系统出现雷电过电压时，火花间隙很快被击穿，使雷电冲击电流很容当系统出现雷电过电压时，火花间隙很快被击穿，使雷电冲击电流很容易通过阀性电阻而引入大地。阀片在大的冲击电流下电阻由高变低，所易通过阀性电阻而引入大地。阀片在大的冲击电流下电阻由高变低，所以冲击电流在其上产生的压降（残压）较低，此时，作用在被保护设备以冲击电流在其上产生的压降（残压）较低，此时，作用在被保护设备上的电压只是避雷器的残压，从而使电气设备得到了保护。上的电压只是避雷器的残压，从
16、而使电气设备得到了保护。（2）避雷器的分类）避雷器的分类n避雷器的非线性电阻阀片是由金刚砂（SiC）粉末与粘合剂（如水玻璃等）模压成圆饼，在320温度下焙烧而成。图99 阀片的伏安特性 kuC i阀片电阻值不是常数 阀式避雷器的保护作用主要靠间隙和阀片的相互配合来完成。当过电压达到间隙动作电压时，间隙放电，阀片在高电压下表现为低电阻，同时流过大电流，将其上电压钳制在某一允许值以内；当过电压消失后，会有较小的工频续流流过，阀片电阻已经恢复到较高水平，从而有利于工频续流的熄灭。避雷器从间隙击穿到工频续流被切断不超过半个周波，因此电网在整个过电压发生到受到限制期间均保持正常供电。（2）避雷器的分类）
17、避雷器的分类n金属氧化物避雷器（MOA）n 金属氧化物避雷器又称压敏避雷器。它是一种没有火花间隙只金属氧化物避雷器又称压敏避雷器。它是一种没有火花间隙只有压敏电阻片的阀型避雷器。有压敏电阻片的阀型避雷器。n 压敏电阻片是氧化锌等金属氧化物烧结而成的多晶半导体陶瓷压敏电阻片是氧化锌等金属氧化物烧结而成的多晶半导体陶瓷元件，具有理想的伏安特性。元件，具有理想的伏安特性。n 在工频电压下，它具有极大的电阻，能迅速有效地阻断工频电在工频电压下，它具有极大的电阻，能迅速有效地阻断工频电流，因此不需要火花间隙来熄灭由工频续流引起的电弧；流，因此不需要火花间隙来熄灭由工频续流引起的电弧；n 在雷电过电压作用
18、下，其电阻变得很小，能很好地泄放雷电流。在雷电过电压作用下，其电阻变得很小，能很好地泄放雷电流。n 具有无间隙、无续流、残压低、体积小等优点而被广泛应用具有无间隙、无续流、残压低、体积小等优点而被广泛应用。（2）避雷器的分类）避雷器的分类n 保护性能好，可以做成无间隙避雷器。n无续流，耐重复动作能力强。n通流容量大。n适用于多种特殊需要。MOA的特点9.2 放电厂和变电所的防雷保护n直击雷直击雷是指雷直击于发电厂、变电所内的电气装置和建筑物上。n侵入雷侵入雷是指雷击输电线路产生的雷电波沿线路入侵发电厂和变电所。避雷针或避雷线 避雷器，电容器 9.2.1 直击雷防护n避雷针、避雷线及良好的接地网
19、 n直击雷事故有可能是避雷针落雷后产生的反击过电压或感应过电压造成的，也可能是雷绕击变电所的母线或其他电气设备造成的。n使所有设备均处于避雷针及避雷线的保护范使所有设备均处于避雷针及避雷线的保护范围之内，同时还要求雷击避雷针和避雷线时，围之内，同时还要求雷击避雷针和避雷线时，不应对被保护物发生反击。不应对被保护物发生反击。9.2.1 直击雷防护独立避雷针。单独接地单独接地kchdch0.30.1 0.3 SRhSR防止避雷针接地装置与被保护物接地装置之间发生反击，Sd应有足够的距离，不宜小于3m。防止避雷针对被保护物发生反击，Sk应有足够的距离，不宜小于5m；n当独立避雷针遭受雷击，雷电流经过
20、避雷针及接地装置流入大地，在避雷针及其接地体上将产生电位升高。n注意事项：注意事项：独立避雷针不应设在人经常通独立避雷针不应设在人经常通行的地方，与道路或出入口等的距离不宜行的地方，与道路或出入口等的距离不宜小于小于3m，否则应采取均压措施，或铺设砾，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，以石或沥青地面，也可铺设混凝土地面，以保证人身不受跨步电压的危害。保证人身不受跨步电压的危害。9.2.1 直击雷防护构架避雷针 n对于110kV及以上的配电装置，由于绝缘水平较高，不易反击，可将避雷针装设在配电装置的构架上。n装设避雷针的构架应就近装设辅助接地装置，该接地装置与变电站接
21、地网的连接点离主变压器接地线的入地点，沿接地体的地中距离应大于15m，9.2.1 直击雷防护构架避雷针n注意如下事项：n1）严禁将照明线、电话线、广播线及天线等装在避雷针或其构架上；n2）发电厂厂房一般不装设避雷针，以免发生感应或反击，使继电保护误动作，甚至造成绝缘损坏；n3）为了保证主变压器的安全，在主变压器的门型构架上不能装设避雷针；n4）35kV 及以下配电装置的绝缘较弱，所以其构架或房顶上不宜装设避雷针，应装设独立避雷针，其接地电阻一般不超过10。当有困难时，可将避雷针的接地装置与主接地网连接，但避雷针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。9.2.1 直击雷防护避雷
22、线n1）对于110kV及以上的配电装置，可将线路的避雷线接到出线门型构架上，但土壤电阻率大于1000m的地区，应装设集中接地装置；n2）对于3560kV 的配电装置，为了防止反击，在土壤电阻率不大于500m的地区，允许将线路的避雷线接到出线门型构架上，但应装设集中接地装置；当土壤电阻率大于500m时，避雷线应终止于线路终端杆塔，最后一档线路可装设避雷针保护。规定：规定：9.2.2 侵入雷防护n一是使用阀型避雷器，限制雷电波的幅值。n二是在距变电所适当的距离内，装设可靠的进线保护段。n应确保由雷电入侵波造成的变电站事故不超过0.50.67次/年100所。9.2.2 侵入雷防护n1.避雷器的保护作
23、用当雷电波入侵，避雷器动作后，当雷电波入侵，避雷器动作后，避雷器上的电压即为残压。避雷器上的电压即为残压。阀式避雷器的伏秒特性较平坦，阀式避雷器的伏秒特性较平坦，冲击放电电压不随入射波陡度而冲击放电电压不随入射波陡度而变。可近似认为残压不变，其电变。可近似认为残压不变，其电压波形近似为一个斜角平顶波压波形近似为一个斜角平顶波 避雷器放电时间，取决于入侵波的陡度 1.避雷器的保护作用n如果避雷器和被保护设备直接接在一起，则由避雷器的冲击放电电压（有间隙）和残压来决定作用在被保护设备绝缘上的电压。n只在变电所母线上安装避雷器，它除保护变压器外，还要对其它设备提供保护。n由于波的折射与反射，会使作用
24、于被保护设备上的电压高于避雷器的冲击放电电压或残压，从而影响了避雷器的保护效果。避雷器与各个电气设备之间就有一定距离的电气引线 n避雷器与变压器之间应有一定的保护距离2.变电所的进线保护n原因：变电所的雷电入侵波事故大多是由雷击变电所附近线路引起的，这就要求在进线段加强防雷保护措施。入侵的雷电流幅值过高会使避雷器残压变大，影响避雷器的保护效果。雷电流陡度过大严重威胁变压器等有绕组的设备的纵绝缘。进线段是指靠近变电所的12km线路 进线保护是指对进线保护是指对35110kV线路在靠近变电所的线路在靠近变电所的12km范范围内应装设避雷线、避雷针或其它防雷装置围内应装设避雷线、避雷针或其它防雷装置
25、 线路防雷线路防雷 避免或减少变电避免或减少变电所雷电行波事故所雷电行波事故 保护角不超过20，减少这段线路的绕击。进线段的耐雷水平要达到有关规程规定值，以减少反击2.变电所的进线保护n进线保护的作用n（1）降低流过避雷器的冲击电流n（2）降低雷电流的陡度几种典型的进线保护接线n（1）35kV及以下的小容量变电所进线保护（a）普通接线方式 （b）用电感代替进线端的方式 对于容量较小变对于容量较小变电所，可根据其重要电所，可根据其重要性和性和雷曝日数雷曝日数采取简采取简化的进线段保护化的进线段保护应当注意的是，不论怎样简化，阀式避雷器距变压器和电压互感器的最大应当注意的是，不论怎样简化，阀式避雷
26、器距变压器和电压互感器的最大电气距离不宜大于电气距离不宜大于10m。若进线段架设避雷线有困难，或进线杆塔接地电阻很难降低，可在进线的终端杆若进线段架设避雷线有困难，或进线杆塔接地电阻很难降低，可在进线的终端杆上安装一组上安装一组1000H左右的电感线圈来代替进线保护段，此电感线圈既能减小流左右的电感线圈来代替进线保护段，此电感线圈既能减小流过避雷器的雷电流，又能降低侵入波的陡度。过避雷器的雷电流，又能降低侵入波的陡度。几种典型的进线保护接线n（2）有电缆进线的35kV及以上变电所的进线保护电缆对防雷所起的作用在于利用电缆外皮高频电流的集肤效应或电缆外皮的分流及耦合作用。雷电波在电缆与架空线的连
27、接处会产生多次折反射，形成过电压。需要在电缆与架空线连接处装设阀式避雷器加以保护，且避雷器的接地端应与电缆的金属外皮连接。三芯电缆在正常运行时，金属外皮两端基本没有感应电压，两端接地后不会有环流流过，所以电缆另一端外皮可以直接接地 单芯电缆在正常工作时，芯线上流过的电流会使金属外皮两端感应出电压，如果外皮两端直接接地，就会在金属外皮与大地之间形成环流，导致电能损耗及电缆绝缘老化。避免环流和限制电缆进线段的入侵波过电压 9.3 电力系统内部过电压n9.3.1 内部过电压的分类n在电力系统内部，由于断路器的操作、故障或其他原因，使系统参数发生变化，引起电网电磁能量的转化或传递所造成的电压升高，称为
28、电力系统内部过电压。内部过电压的幅值、振荡频率以及持续时间不尽相同 过电压过电压内部过电压内部过电压 外部过电压外部过电压（雷电过电压（雷电过电压）直击雷击直击雷击感应雷击感应雷击 雷电波侵入雷电波侵入 操作过电压操作过电压暂时过电压暂时过电压 9.3.1 内部过电压的分类n1.操作过电压因操作或故障引起的瞬时（以毫秒计）电压升高。（1）断路器的正常操作，如分、合闸空载变压器、电抗器或空载线路等；（2）各类故障，如单相接地、断线故障等。“操作操作”使电力系统中的电容、电感的储能元件工作状态发生了变化，将会产使电力系统中的电容、电感的储能元件工作状态发生了变化，将会产生电磁能量振荡的过渡过程。在
29、此过程中，磁场能量与电场能量相互转化，生电磁能量振荡的过渡过程。在此过程中，磁场能量与电场能量相互转化，产生数倍于电源电压的电压。产生数倍于电源电压的电压。特点：特点：具有幅值高、振荡频率高、阻尼强以及持续时间段等具有幅值高、振荡频率高、阻尼强以及持续时间段等操作过电压操作过电压以系统最大允许运行相电压幅值以系统最大允许运行相电压幅值Uphm为基值来计算过电压倍数为基值来计算过电压倍数K。操作过电压 弧光接地过电压 切除空载线路过电压中性点不接地系统发生单相接地时，故障点将流过接地电容电流，该电流一般不形成稳定燃烧电弧，但可能出现电弧时燃时灭的不稳定状态，引起电网运行状态的瞬时变化，导致电磁能
30、量的强烈振荡，并在健全相和故障相上产生过电压弧光接地过电压一般不超过3.5倍 危及设备绝缘，引起相间短路，使事故扩大 限制弧光接地过电压的有效措施：系统中性点经消弧线圈接地和电阻接地。系统中性点经消弧线圈接地和电阻接地。断路器分闸过程中，分闸初期，由于断路器触头间恢复电压上升速度可能超过绝缘恢复速度，造成电弧重燃，从而引起电磁振荡，出现过电压。特点：断路器灭弧能力越差，重燃几率越大，过电压幅值越高。限制措施断路器加装并联电阻、断路器线路侧装电磁式电压互感器、线路上装设并联电抗器、采用金属氧化物避雷器等。一是改善断路器结构避免重燃二是降低断路器触头间的恢复电压。操作过电压n合闸空载线路过电压n合
31、闸空载变压器过电压由于线路电压在合闸前后发生突变，在此变化的过渡过程中会引起空载线路合闸的过电压。线路故障切除后的自动重合闸限制措施：正常情况下的计划合闸断路器加合闸电阻线路加装金属氧化物避雷器在正常运行时，切除空载变压器相当于切除一个小容量的电感负荷在切断小电感电流时，由于能量小，通常弧道中的电离并不强烈，电弧很不稳定；加之断路器去电离作用很强，可能在工频电流过零前使电弧电流截断而强制熄弧。弧道中电流被突然截断的现象称为“截流”。由于截流留在电感中的磁场能量转化为电容上的电场能量，从而产生了过电压。2.暂时过电压 n工频过电压 限制措施：限制措施：利用并联电抗器补偿空载线路的电容效应；利用并
32、联电抗器补偿空载线路的电容效应；加装静止补偿装置（加装静止补偿装置（SVC）；）；采用良导体地线降低输电线路的零序阻抗。采用良导体地线降低输电线路的零序阻抗。我国规定：我国规定：330kV、500kV、750kV系统中，母线上的暂态工频过电系统中，母线上的暂态工频过电压升高不超过最高工作相电压的压升高不超过最高工作相电压的1.3倍，线路不超过倍，线路不超过1.4倍。倍。由于空载长线路的电容效应、不对称的接地故障及由于空载长线路的电容效应、不对称的接地故障及突然甩负突然甩负荷引起的频率荷引起的频率为工频或接近工频的过电压，为工频或接近工频的过电压，称为工频电压升称为工频电压升高，或工频过电压。高
33、，或工频过电压。工频电压升高的数值决定了避雷器、断路器并联电阻等保护电器的工作条件，且工频电压的升高直接影响操作过电压的幅值，另外工频电压升高持续时间长，对设备绝缘及其运行性能有重大影响。工频过电压是电力系统绝缘配合重要的依据工频过电压是电力系统绝缘配合重要的依据 2.暂时过电压 n谐振过电压谐振过电压线性谐振线性谐振 铁磁谐振铁磁谐振 参数谐振参数谐振 电路中带铁芯的电感会产生饱和现象，电感值是非线性的，满足电路中带铁芯的电感会产生饱和现象，电感值是非线性的，满足一定条件会发生铁磁谐振。由空载变压器、一定条件会发生铁磁谐振。由空载变压器、TV和电容器组成的电和电容器组成的电路中，会发生铁磁谐
34、振。路中，会发生铁磁谐振。系统中某些元件（如旋转电机）的电感元件参数大系统中某些元件（如旋转电机）的电感元件参数大小呈周期性地变化，有相应电容配合时会发生参数小呈周期性地变化，有相应电容配合时会发生参数谐振。谐振。在交流电源作用下，当系统回路的自振频率等于或接在交流电源作用下，当系统回路的自振频率等于或接近电源频率时，可能产生线性谐振现象。近电源频率时，可能产生线性谐振现象。定义：定义：谐振是指振荡回路中的一种周期或准周期性的运行状态，其特征是某一个或几个谐波幅值的急剧上升，谐振过电压在进行操作或发生故障的较短时间内存在，而且可能在过渡过程结束后较长时间内长期稳定存在，原因：原因：电力系统中存
35、在着大量的电力系统中存在着大量的“储能元件储能元件”，例，例如线路的电容、补偿用的串联或并联电容器组以及如线路的电容、补偿用的串联或并联电容器组以及变压器的电感等，这些元件组成了复杂的电容、电变压器的电感等，这些元件组成了复杂的电容、电感振荡回路。感振荡回路。分类：分类：9.3.2 常见的几种内部过电压n1.铁磁谐振过电压：铁磁谐振过电压：在断路器操作或系统故障（如合空母线、线路发生瞬时单相接地等）时，互感器的励磁阻抗和系统中对地电容形成非线性谐振回路，分频、工频和高频谐振。Y0联接 正常运行时，三相对称LALBLC，YAYBYC（C0与与LA、LB、LC并联后的导纳）并联后的导纳）由于电压互
36、感器励磁电感较大，铁芯不饱和时XLXC0 故两者并联之后为一等值电容，即YAYBYCjC，不会产生过电压。1.铁磁谐振过电压当系统发生故障或操作等外界干扰，电压互感器绕组受励磁涌流的“激发”而饱和，且由于三相绕组饱和的程度不同，致使三相导纳的数值、性质的不同，即因此必然导致中性点位移，而且位移电压可能是工频，也可能是高频。这样，非线性电感与系统对地电容组成了不同的谐振电路，出现铁磁谐振过电压。YAYBYC1.铁磁谐振过电压限制措施限制措施n在互感器开口三角型侧接入电阻或消谐装置在互感器开口三角型侧接入电阻或消谐装置 正常运行时，正常运行时，电阻电阻R不起作不起作用，一旦出现用，一旦出现零序电压
37、时，零序电压时，电阻电阻R起阻尼起阻尼作用。作用。当当R=0时，互感器的时，互感器的L为漏感，三相相等，不为漏感，三相相等，不会出现过电压，可见会出现过电压，可见R越小，抑制过电压的效越小，抑制过电压的效果越好。果越好。R0.4mx SDJ7-79建议建议 mx为互感器在线电压下每相励磁感抗换算至开口三角绕组两端的值 对电压较低的电网，为了取材方便，可选用满足开口三角绕组容量要求的普通照明灯泡安装在每台互感器的开口三角绕组上。利用钨丝电阻在由冷转热状态下电阻增大的特性，达到消谐的目的。1.铁磁谐振过电压限制措施限制措施nPT高压侧中性点经电阻接地高压侧中性点经电阻接地n在原来直接接地的互感器高
38、压侧中性点接上电阻R0。n电阻越大，限制过电压效果愈好，但电阻太大，会使故障时开口三角电压太低，影响接地指示灵敏度以及保护装置的正确动作；n电阻过小，阻尼作用就不明显，起不到限制过电压、过电流的作用。n阻值的选择还受到中性点绝缘水平的限制。nR0换成非线性电阻n谐振起始阶段，非线性电阻两端的电压非常小，R0阻值非常大，能很好的限制过电压；n当发生单相接地时，R0两端电压能达上千伏，电阻值下降，这样就不会影响接地保护装置的正常灵敏动作。1.铁磁谐振过电压限制措施限制措施n在互感器高压侧中性点串接单相电压互感器在互感器高压侧中性点串接单相电压互感器图9-16 4PT接线当系统出现单相接地当系统出现
39、单相接地故障或其它能够激发故障或其它能够激发铁磁谐振的情况时，铁磁谐振的情况时，零序电压大部分落在零序电压大部分落在了零序互感器了零序互感器T0上，上，主互感器励磁电感上主互感器励磁电感上的电压较低不易进入的电压较低不易进入饱和区的，从而有效饱和区的，从而有效地抑制了铁磁谐振。地抑制了铁磁谐振。2.高压电动机的操作过电压n电动机是感性负荷，在利用断路器切合过程中，会产生操作过电压危及电机绕组绝缘 原因：原因：在切除电动机的过程中，当电感电流被截断后，电机绕组中储存的磁场能量将转化为电场能量，再此过程中会出现过电压。（1）截流（2）重燃真空断路器开断制动状态的电动机时，若触头间距离很小，绝缘介质
40、恢复强度不高，则会发生电弧重燃。重燃过电压陡度大、幅值高，对电机主绝缘和相间绝缘威胁很大。措施措施：（：（1）在电动机端口上相对地安装氧化物避雷器；在电动机端口上相对地安装氧化物避雷器；（2）采用阻容吸收器，即在电动机端口侧并联一组由电容采用阻容吸收器，即在电动机端口侧并联一组由电容C和电阻和电阻R组组成的串联回路，利用电容吸收能量，利用电阻阻尼振荡，消耗能量，从而降成的串联回路，利用电容吸收能量，利用电阻阻尼振荡，消耗能量，从而降低过电压低过电压 R10，C0.1H 3.真空断路器切除电容器的过电压n真空断路器有一定的重燃率，重燃次数越多，过电压倍数越高，投切电容器组时重燃过电压幅值可能达到
41、3.5倍以上，这有可能导致电容器爆炸，造成设备损坏及人员伤亡。sin()mEtwf+LCiU0图9-17 重燃时的单相等值电路d()1sin()()()()ddmLCi tEtUtUtLi tttC22d()()sin()dCCmUtLCUtEtt220000222200()sin()(sin)cosCmmUtEtUEt2002200cos sinmEt为重燃时的电压相角，未重燃时i0，电容C上的初始电压UCU0，重燃后的过电压幅值较高，且与、UC以及固有频率有关。3.真空断路器切除电容器的过电压n解决方案：装设金属氧化物避雷器解决方案：装设金属氧化物避雷器(a)MOARLCRLC(b)MOA
42、保护并联电容 保护并联电容和串联电感 相间过电压的防护图9-18 保护范围不同时的MOA接法(a)C型接法 (b)L+C型接法9.4 变电站的保护接地n9.4.1 接地的概念及分类n9.4.2 接地的作用及接地装置 9.4.1 接地的概念及分类n一、接地的概念n1.接地：接地：将电气设备的某些部分与大地之间进行良好的电气连接。n2.接地体：接地体：埋入地中并直接与大地接触的金属导体称为接地体。n3.接地线：接地线：连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体称为接地线。9.4.1 接地的概念及分类n4.接地体的分类接地体的分类：人工接地体和自然接地体。n人工接地体人工接地体：专门为接地而人为设置的
43、接地体n自然接地体：自然接地体：指兼作接地体的本来就与大地接触的各种金属构建、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等。9.4.1 接地的概念及分类n二、接地的分类n1.工作接地：工作接地：将电路中某一点接地。例如在110kV及以上的电力系统中将部分变压器的中性点接地。n2.保护接地：保护接地：为了防止这种电压危及人身安全而进行的接地。电气设备的金属外壳由于绝缘损坏有可能带电.9.4.1 接地的概念及分类n3.防雷接地防雷接地:为了防止雷电流泄入大地，对电气设备和人身安全构成危害而进行的接地。例如避雷线、避雷器的接地。n4.静电接地静电接地:为了防止静电危险影响而设置的接地。如运油车、储油罐和输油管
44、道的接地等。9.4.2接地的作用及接地装置 n1.保护接地接地电阻越小，流经人接地电阻越小，流经人体的电流也越小体的电流也越小，能，能保证人身的安全。保证人身的安全。接地电阻人体电阻并并联联2.保护接零n三相四线制系统n为设备在发生火线接壳时可靠动作零线零线3.电气装置接地的相关规定 n电气装置的金属部分是否接零或接地：n参看标准GB 50169-2006电气装置安装工程接地装置的施工即验收规范4.接地装置n接地装置接地装置是由接地线与接地体组成的成套安全装置。n接地线接地线包括接地干线和接地支线n接地体接地体包括自然接地体和人工接地体。4.接地装置n（1）接地线金属构建的自然导体建筑物的金属
45、结构生产用的金属结构布线的钢管电缆的技术护套接地线在设备、装置正常运行情况下是不载流接地线在设备、装置正常运行情况下是不载流的，但在故障情况下要流过接地故障电流。的，但在故障情况下要流过接地故障电流。（1）接地线接地干线宜采用：15mm4mm40mm4mm的扁钢沿车间四周敷设离地面高度应保持在200mm500mm以上与墙之间应保持15mm以上的距离。注明：注明：接地干接地干线不少于两根线不少于两根导体在不同的导体在不同的地点与接地网地点与接地网相连接相连接 图9-21 接地网示意图(2)接地体n自然接地体自然接地体n特点：特点：以节约投资，节约钢材 自然接地体一般是伸长接地，它与大地接触面积较
46、大，则接触电阻较小。(2)接地体n自然接地体的种类：自然接地体的种类：na.埋设在地下的金属管道，但不包括可燃和有爆炸物质的管道；nb.金属井管；nc.与大地有可靠连接的建筑物的金属结构；nd.与大地连接的水下金属结构；ne.直接埋设在地下的电缆技术护套(2)接地体n自然接地体的应用：自然接地体的应用：小接地短路电流的小接地短路电流的系统系统 n对310kV变配电所，自然接地体满足要求时，可不另设人工接地。n对35kV及以上变配电所则还必须敷设以水平接地体为主的人工接地网。(2)接地体n注意事项：注意事项：n利用自然接地体一定要保证良好的电气利用自然接地体一定要保证良好的电气连接连接n在建、构
47、筑物结构的结合处，除已焊接在建、构筑物结构的结合处，除已焊接者外，都要采用跨接焊接，而且跨接线者外，都要采用跨接焊接，而且跨接线不得小于规定值。不得小于规定值。(2)接地体n人工接地体人工接地体图9-23 水平接地体的布置图9-22 垂直接地体的布置直径直径50mm长长2.5m的钢管的钢管角钢角钢16mm圆钢圆钢40mm*4mm的扁钢的扁钢放射形放射形环形环形9.4.3 变电站的接地网n1.接触电压和跨步电压由于土壤电阻的存在，电流自接地电极向周围土壤流散时，会在土壤中产生压降并形成一定的电位分布。1.接触电压和跨步电压n跨步电压跨步电压：当人在接地极附近走动时，两脚之间会出现电位差 Uste
48、p 0V0V在带电的断线落地点附近在带电的断线落地点附近及雷击时防雷装置泄放雷及雷击时防雷装置泄放雷电流的接地体附近行走时，电流的接地体附近行走时，同样也有跨步电压。越靠同样也有跨步电压。越靠近接地点、跨步越长，跨近接地点、跨步越长，跨步电压越大。步电压越大。1.接触电压和跨步电压n接触电压接触电压：当人站立于电极附近的地面上用手去接触电气设备外壳时，人的手脚将具有不同的电位，人手与脚之间所呈现的电位差 Utou 0V0V当当Ustep和和Utou超过超过一定值时，就会导致一定值时，就会导致人体的触电事故。人体的触电事故。2.接地网 n（1）变电所内金属遮栏、电缆接头盒的金属外壳、避雷针、避雷
49、器等，它们在正常运行时是不带电的，但在事故情况下，可能出现对地电压，因此必须接地。n（2）单根接地体由于电位分布极不均匀，人体不免会存在触电的危险。而且当单根接地极断裂时，整个接地系统就会失去作用。n（3）为了均衡变电所地面的电位分布，降低接触电压和跨步电压，便于设备和构架就近接地，变电所的接地必须做成有水平导体组成的网状结构，即接地网。为什么建设接地网？为什么建设接地网？2.接地网人工接地网n人工接地网的外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧形，以减弱该处的场强。圆弧的半径不宜小于均压带间距的一半。n接地网内应敷设水平均压带，以减少对地电位分布的陡度，从而减小接触电压和跨步电压。n在35kV及以上变
50、电所接地网边缘经常有人出入的入道处，应铺设砾石、沥青路面或者在地下装设两条与地网相连的均压带。2.接地网n强调：n（1）要尽量降低接地电阻，采用打深井或引外接地线的方法尽量降低R。n（2）保证地网的电位均衡。应明确电位均衡是对整个电网而言，不仅仅要验证跨步电压和接触电压符合要求，地网中任何两点的电位差都要小于设备的安全值。变电所接地装置的质量对电网的安全运行至关重要，接地装置的设计、选材和施工以及接地装置的敷设质量直接影响电网的安全运行。本章小结n（1）过电压的分类：雷电（大气）过电压和内部过电压。n（2）对于直击雷，采取避雷针、避雷线和可靠的接地进行防护。n（3）入侵雷防护有两方面的措施：一
