旋转电机的防雷保护
第七章 发电厂和变电所的防雷保护
2、35kV小容量变电站简化接线
变电站面积小，避雷器与变压器距离在10m以内。
四、旋转电机的防雷保护
（一）旋转电机防雷特点： 1）重要、昂贵、修复困难； 2）绝缘易老化（固体绝缘介质气隙多、易损伤，且运行
条件恶劣，受潮、振动、电动力作用）
3）冲击耐压低（仅为同电压等级变压器的1/2.5-1/4） 4）保护用的避雷器保护裕度低； 5）为降低纵绝缘压降需将来波陡度限制在a≤5kV/μs。 ∴不仅要把避雷器雷电流限制在3kA以下而且需将侵入波 陡度限制在5kV/μs以下。
避雷针
避雷针用于防止雷闪直接击中被 保护物，称为直击雷保护装置。 （一）保护原理 畸变电场 形成局部场强集中 影响先导发展路径 引雷作用 H: 定向高度 针： 线： h≤30m H≈20h H ≈10h h >30m H=600m H=300m
（二）避雷针结构 接闪器：Φ10－12mm长1－2m的镀锌或镀镍钢棒。 接地引下线： Φ6mm圆钢或截面积≮25mm的镀锌钢 绞线, 也可以利用钢筋或铁塔。 接地体：一组满足规定接地电阻值的管状或带状接地 电极。 注意各部分之间的连接（采用烧焊、线夹或螺栓）。 2.保护范围
故需采用避雷器作为变电站内侵入波的保护。 一、避雷器的保护动作过程 避雷器直接并在设备旁
避雷器动作前： ub=u(t) 动作后：
ub ib z1 2 u (t )
ub f (ib )
避雷器电压
（二）避雷器与变压器间的距离对过电压的影响
避雷器和被保护设备并在一起时，被保护设备上的过电压 就是避雷器上的电压，但实际工程中不可能在每台被保护 设备上并一台避雷器，也就是说避雷器与被保护设备存在 一定距离，距离对过电压有影响。
第七章 发电厂和变电所的 防雷保护
旋转电机的防雷保护
由于电机绕组匝间电容较小，匝间承受电压正比于 陡度，要求来波陡度较小(匝间绝缘)
电机绕组中性点一般不接地，三相进波时，中性点 电压可达进波电压的两倍(中性点绝缘）
4.5.2 直配电机的防雷措施
a) 避雷器保护
功能：降低侵入波幅值 电机的冲击耐压值与同等级FCD避雷器在3kA 下的残压略大，必须使流经避雷器的雷电流 小于3kA,需配合进线段保护使用
b)电容器保护 功能：限制侵入波陡度α和降低感应雷过电压
若每相电容为0.25-0.5uF，可使陡度小于2kV/us， 同时感应过电压也得到降低。
c) 电缆段保护（进线段保护） 功能：限制流经FCD型避雷器中的雷电流使之小 于3kA
d) 电抗器保护 功能：在雷电波侵入时抬高首端冲击电压，使安 装在电缆首端的避雷器放电
4.5 旋转电机的防雷保护
4.5.1 旋转电机的防雷保护特点 4.5.2 直配电机的防雷保护 4.5.3 非直配电机的防雷保护
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4.5.1 旋转电机的防雷保护特点
旋转电机主绝缘的冲击耐压值远低于同级变压器的 冲击耐压值
运行中的旋转电机主绝缘低于出厂时的核定值 保护旋转电机用的磁吹避雷器的保护性能与电机绝 缘水平的配合裕度很小（主绝缘)
原因及措施： 由于电缆段波阻抗比架空线小,入侵波到达电缆首端 时会发生负发射,降低了首端电压而使FE2动作困难 电缆首端与避雷器之间加装100-300uH的电感而抬高 首端电压，而使FE2放电 也可将FE2向线路方向移动一定距离,在负反射波还 未到达之前,FE2已经动作
保护接线图
L:限制工频短路电流FS: 保护电抗器和电缆终端
FZ：保护中性点绝缘的避雷器
4.5.3 非直配电机的保护
一般不需要装设电容器和避雷器
高压简答
三、名词解释题(本大题共4小题，每小题3分，共12分)26.自恢复绝缘27.输电线路耐雷水平28.击杆率29.谐振过电压四、简答题(本大题共7小题，每小题5分，共35分)30.保护设备与被保护设备的伏秒特性应如何配合?为什么?31.提高液体介质击穿电压的措施有哪些?32.测量绝缘电阻试验中，为什么在绝缘表面受潮时要求装上屏蔽环?33.分布参数回路的波阻抗与集中参数回路中的电阻有何不同?34.限制雷电破坏作用的基本措施是什么?它们各起什么保护作用?35.旋转电机的防雷保护具有什么特点?36.为什么在断路器的主触头上并联电阻有利于限制切除空载长线时的过电压?五、计算题(本大题共2小题，每小题5分，共10分)37.某台电力变压器需进行72KV的工频耐压试验，tgδ试验时测得其等值电容C x=4200pF。
现有数台容量不同的100/0.4(kV)的工频试验变压器，应选择一台额定容量为多少的试验变压器才能满足试验的要求?37.被试品的电容电流I c=ωcU=0.095(A)≈0.1(A)则变压器的额定电流应不小于0.1（A）变压器高压方额定电压为100kV因此变压器的容量应不小于S=100×0.1=10(kV A)(若变压器的容量仅根据试验电压和试品电容来选择，即S=21000314000427210006822πfc Ux=⨯⨯≈..(kV A)38.为了检测数公里长线路中故障点的位置，在其一端经集中参数电阻R(R等于线路的波阻抗z)投入一方波(见图1a),在此处测到的波形如图1b。
请分析此故障是何种故障?故障点距观测点的距离是多少?38.是断线(开路)故障故障点距观测点距离为l1= Tv243002=⨯=600 (m)。
六、综合应用题(本大题共2小题，共18分)39.如图2，某变电所母线上接有三回架空线路，波阻抗均为Z，母线上接有一无间隙的阀型避雷器。
求其中一回架空线受雷击后，雷电波u(t)沿1—2km进线段侵入变电所，流过避雷器的最大冲击电流I m?(设避雷器伏安特性已知，忽略各线路间的电磁耦合)。
第八章电力系统防雷保护
第八章电力系统雷电防护本章分析输电线路、发电厂和变电所以及旋转电机的防雷保护原理及措施。
§8-1 输电线路的防雷保护输电线路分布面积广,易受雷击,所以雷击是引起线路跳闸的主要起因。
同时,雷击以后雷电波将沿输电线侵入变电所,给电力设备带来危害, 因此对线路防雷保护应予以充分重视和研究。
根据过电压的形成过程,一般将线路发生的雷击过电压分为两种,一种是雷击线路附近地面, 由于电磁感应所引起的,称为感应雷过电压。
另一种是雷击于线路引起的称为直击雷过电压。
运行经验表明,直击雷过电压对高压电力系统的危害更为严重。
输电线路的耐雷性能和所采用防雷措施的效果在工程计算中用耐雷水平和雷击跳闸率来衡量。
耐雷水平是指雷击线路时线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值。
线路的耐雷水平较高,就是防雷性能较好。
雷击跳闸率是指折算为统一的条件下,因雷击而引起的线路跳闸的次数, 此统一条件规定为每年40个雷暴日和100km的线路长度。
应该指出,由于雷电放电的复杂性,通过工程分析得到的计算结果可以作为衡量线路防雷性能的相对指标,而运行经验的积累和实施对策的分析则应是十分重视的。
输电线路防雷一般采取下列措施 :1 .防止雷直击导线沿线架设避雷线,有时还要装避雷针与其配合。
在某些情况下可改用电缆线路,使输电线路免受直接雷击。
2 .防止雷击塔顶或避雷线后绝缘闪络输电线路的闪络是指雷击塔顶或避雷线时,使塔顶电位升高。
为此,降低杆塔的接地电阻,增大耦合系数,适当加强线路绝缘,在个别杆塔上采用线路型避雷器等,是提高线路耐雷水平,减少绝缘闪络的有效措施。
3 .防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧当绝缘子串发生闪络后,应尽量使它不转化为稳定的工频电弧,不建立这一电弧,则线路就不会跳闸。
适当增加绝缘子片数,减少绝缘子串上工频电场强度,电网中采用不接地或经消弧线圈接地方式,防止建立稳定的工频电弧。
4 .防止线路中断供电可采用自动重合闸,或双回路、环网供电等措施,即使线路跳闸,也能不中断供电。
电力系统防雷保护三
1.5
2
1
66
1.5
2
1
110
1.5
2
220
2
1
25 40 50
45 60 80
45 70 100
105
进线路数
2
40 55 75
65 85 105
70 95 135
165
3
50 65 90
80 105 130
80 115 160
195
≥4
55 75 105
90 115 145
90 130 180
220
Z
Ubm
2U50%
IbL
(a)
(b)
.
10
(1) 进线段首端落雷， 流经避雷器的电流
雷电侵入波的最大幅值为线路绝缘的冲击闪络U50%。雷 电波在1－2km内往返一次的时间为：
t 2 l/v 2 * ( 1 2 ) /3 6 0 . 7 1 0 . 3 s 3
因此避雷器动作产生的负波到首端，发生反射后又回到 避雷器处时，已经过了雷电波的峰值，因此可不考虑它 的影响。
对于110kV及以上中性点有效接地系统，中性点绝缘
110kV为35kV，220kV为110kV，故虚要在中性点上加
装阀型避雷器或者保护间隙。避雷器的灭弧电压要低
于一相接地时引起的中性点电位升高的有效值，以免
发生爆炸。在中性点直接接地的地网中，上述故障可
引起中性点电位升高至线电压的35%。因此，这种避
. FZ
GB
.
.
16
10.2.4 变电站防雷的几个具体问题
（一） 三绕组变压器的保护
当变压器高压侧有雷电波侵入时，通过绕组间的静电 耦合和电磁耦合，会使得低压侧上出现过电压。
第20讲 旋转电机防雷保护
4）电抗器保护
• 电抗器的作用：
加入电抗器
减小工频接地短路电流； 降低来波的陡度； 与管式避雷器和电缆段配合减小雷电流 幅值；
3. 直配电机的防雷保护接线
• DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保 护和绝缘配合》按三档分别规定三类防雷 保护接线方式： • 25000～60000kW
• 6000～25000kW
多雷区，经变压器与架空线路连 接的非直配电机
• 如变压器高压侧的系统标称电压为66kV 及以下时，为防止雷电过电压经变压器 绕组的电磁传递而危及电机的绝缘，宜 在电机出线上装设一组旋转电机阀式避 雷器； • 变压器高压侧的系统标称电压为110kV 及以上时,电机出线上是否装设避雷器 可经校验确定。
66kV 及以上进线有电缆段的GIS 变电所
小结：
• 旋转电机绝缘裕度低，需采取特殊措施 防止雷电波危害； • 直配电机保护措施的原则仍然是： 减小流过避雷器的雷电流幅值； 减小入侵波的陡度。 • 避雷器应该采用电机专用避雷器； • 电容器保护用于降低雷电流的陡度；
小结：
• 进线段电缆保护用于限制雷电流幅值；
• 电抗器保护作用主要是保证排气式避雷 器可靠动作； • 根据电机容量不同有不同的保护接线； • GIS应根据情况配置进线段保护和避雷 器保护。
• 如电缆首端的短路电流较大，按上 图所示的保护接线无适当参数的排 气式避雷器可用时，如图所示的保 护接线。
6000kW以下小容量电机
在进线保护段长度l0内，应装设避雷针或避雷线。
非直配的发电机
• 如发电机与升压变压器之间的母线桥或 组合导线无金属屏蔽部分的长度大于 50m，应采取防止感应过电压的措施， 在发电机回路或母线的每相导线上装设 不小于0.15μF 的电容器或旋转电机阀 式避雷器。
高电压技术试题
高电压技术试题一、填空题（每空1 分，共20 分）1、避雷针（线）的保护范围是指具有___1%___左右雷击概率的空间范围。
2、避雷针有接闪器、引下线和接地体组成。
3、根据不同的目的，接地分为：防雷接地、静电接地、工作接地、保护接地。
4、输电线上出现雷闪过电压分为：直接雷过电压、感应过电压。
5、直接雷对电气设备产生的危害是高电压、大电流。
6、电力系统内部过电压产生的原因有电弧接地、开关重位、谐振。
7、避雷针加设在配电装置构架上时，避雷针与主接地网的地下连接点到变压器接地线与主接地网的地下连接点之间的距离不得小于___15___m。
8、影响tg 的主要因素有：温度、湿度、频率和电压。
9、对支持绝缘子，加均压环能提高闪络电压的原因是改善(电极附近)电场分布。
二、判断题1、只有雷直接击于输电线导线上，输电线才会产生过电压。
（×）2、雷电波是非正弦的周期波（×）3、由于输电线经过的地区不同，雷电绕击率也不同。
（√）4、决定输电线路绝缘水平的因素是工作电压。
（√）5、高压试验的目的主要是检查高压电器设备的绝缘缺陷。
（×）6、土壤电阻率低的地区，应充分利用杆塔的自然接地电阻。
（√）7、输电线路每次雷击都会引起绝缘闪络。
（×）8、由于避雷线的存在，可以降低导线上的感应过电压。
（√）9、阀型避雷器的残压越高避雷器的性能越好。
（×）10、介质损耗小的绝缘介质的绝缘性能就好。
（√）三、单项选择题（每题2分，共20分）气体具有较高绝缘强度的主要原因之一是_________（D）1、SF6A、无色无味性B、不燃性C、无腐蚀性D、电负性2、介质损耗角正切值测量时，采用移相法可以消除________的干扰。
（B）A、高于试验电源频率B、与试验电源同频率C、低于试验电源频率D、任何频率3、根据我国有关标准，220kV线路的绕击耐雷水平是（A）A、12kAB、16kAC、80kAD、120kA4、以下属于操作过电压的（B）A、工频电压升高B、电弧接地过电压C、变电所侵入波过电压D、铁磁谐振过电压5、电晕放电是一种（A）A 、自持放电B 、非自持放电C 、电弧放电D 、均匀场中放电 6、变电所防直接雷措施是（C ）A 、每两相间装一组避雷器B 、每线装阀型避雷器C 、装设独立避雷针D 、装设架空地线 7、中性点接地系统比不接地系统供电可靠性（A ）A 、高B 、差C 、无法比较D 、相同 8、避雷针的接地装置是（A ）A 、工作接地B 、安全接地C 、重复接地D 、保护接地 9、FS 、FZ 阀型避雷器能有效保护（B ）A 、直接雷过电压B 、感应雷过电压、行波过电压C 、内部过电压D 、外部过电压 10、在雷闪放电过程中，第一次雷击放电是（D ）A 、先导放电B 、主放电C 、对地放电D 、先导放电和主放电四、名词解释题（每小题3分，共15分）1、吸收比———绝缘电阻测量中施压后60秒时的绝缘电阻值与15秒时的绝缘电阻值之比称为绝缘的吸收比,即5106''''=R R K 2 、工频过电压———在正常或故障时,电力系统中所出现的幅值超过最大工作相电压,频率为工频(50H z )的过电压。
旋转电机的防雷
旋转电机的防雷1.发电机、同期调相机、大型电动机等旋转电机,如直接与架空线相连接，称为直配电机。
此时，因线路上的雷电波可以直接侵入电机。
所以这种旋转电机必须有防雷保护措施。
由于旋转电机冲击时床值较低,仅为本压器的 1/2 5~1/4倍，电机主绝缘的冲击系动接近于 1.电机的绝缘受到机械、电、热和化学的作用,绝缘容易老化，所以电机的绝缘的实际冲击耐压还会降低。
对电机的主绝缘、匝间绝缘和中心点绝缘，必须采取防雷保护。
2.保护旋转电机用的磁吹避雷器(FCD型)的保护性能与电机绝缘水平的配合裕度很小,电机出厂冲击耐压值只比避雷器残压高8%~10%左右。
作用在直配电机上的大气过电压有两类，一类是与电机相连的架空线路上的感应雷过电压;另一类是由雷直击于与电机相连的架空线路而引起的。
感应雷过电压出现的机会较多。
如前述，感应雷过电压是由线路导线上的感应电荷转为自由电荷所引起的，在相同的感应电荷下增加导线对地电容可以降低感应过电压。
3.旋转电机的防雷保护措施旋转电机常采取的防雷保护措施。
如下:①为了限制作用在电机上的感应过电压,使之低于电机的冲击耐压强度值，可在发电机电压母线上装设电容器。
2旋转电机的防雷保护要根据发电机的容量、重要性以及当地雷电活动的情况，因地制宜地处理。
考虑到对直配电机的防雷保护还不能达到十分完善的地步，故我国规定60000kW以上的发电机不宜与架空线直接相连。
③为了保护匝间绝缘,必须将入侵波陡度限制在5kV/us以下。
①一般来说,发电机绕组中性点是不接地的，三相进波时在直角波头情况下，中性点电压可达相端电压的两倍，因此，必须对中性点采取保护措施。
试验表明，入侵波陡度降低时，中性点过电压也随之减小，当入侵波陡度降至 2kV/us以下时，中性点过电压将不超过相端的过电压。
5在每台发电机出线母线处装设一组 FCD 型避雷器,以限制入侵波幅值,同时采取进线保护措施以限制流经 FCD型避雷器中的雷电流使之小于3kA。
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• (2)电机绝缘的冲击耐压水平与保护它的避 雷器的保护水平相差不多、裕度很小，需 要与电容器组、电抗器、电缆段等配合使 用；
• (3)作用在相邻两匝间的过电压与进波的陡 度成正比，必须严格限制进波陡度。
• 在旋转电机保护专用的FCD型磁吹避雷器问世以 前，由于普通阀式避雷器和其他防雷措施实际上 都不能满足直配电机的保护要求，因而有相当长 的一段时期不得不作出以下规定：“容量在 15000kVA以上的旋转电机不得与架空线相连，如 果发电机容量大于15000kVA，而又必须以发电机 电压给临近负荷供电时，只能选用下列两种方法 中的一种：（1）经过变比为1：1的防雷变压器再 接到架空线上去；（2）全线采用地下电缆送电”。 显然，从经济观点来看，这两种方法都是极其不 利的。
二、旋转电机防雷保护措施及接线
从防雷的观点来看，发电机可分为两大类：
1)经过变压器再接到架空线上去的电机，简称非直配 电机。 2)直接与架空线相连(包括经过电缆段、电抗器等元件 与架空线相连)的电机，简称直配电机。
非直配电机所受到Байду номын сангаас过电压均须经过变压器绕组之间 的静电和电磁传递。只要把变压器保护好了，不必对 发电机再采取专门的保护措施。对于在多雷区的经升 压变压器送电的大型发电机，仍宜装设一组氧化锌或 磁吹避雷器加以保护。
• 直配发电机的防雷保护则是电力系统防雷中的一 大难题。因为这时过电压波直接从线路入侵，幅 值大、陡度也大。
防雷变压器在保证原变压器系列产品电气的基础上，着重 于提高变压器本身的抗雷击能力，通过采取特殊设计和特 殊工艺，大大降低了转移系数，保护了变压器非线路侧的 设备，将变压器的防雷性能提高了一个新的高度。
小结
➢旋转电机的防雷保护要求高、困难大，而且要全面 考虑绕组的主绝缘、匝间绝缘和中性点绝缘的保护要 求。 ➢现代氧化锌避雷器的问世为旋转电机的防雷保护提 供了新的可能性，但是仍需有完善的防雷保护接线与 之配合，方能确保安全。
（本节完）
• 1）电机具有高速旋转的转子，因此电机只能采用固体介 质，而不能象变压器那样可以采用固体—液体介质组合绝 缘。电机的额定电压、绝缘水平都不可能太高；
• 2）在制造过程中，电机绝缘容易受到损伤，绝缘内易出 现空洞或缝隙，在运行过程中容易发生局部放电，导致绝 缘劣化；
• 3）电机绝缘的运行条件最为残酷，要受到热、机械振动、 空气中的潮气、污秽、电气应力等因素的联合作用，老化 较快；
FCD型磁吹避雷器、特别是现代氧化锌避雷器的问世 为旋转电机的防雷保护提供了新的可能性，但是仍需 有完善的防雷保护接线与之配合，方能确保安全。
我国标准推荐的25~60MW直配电机的防雷保护接线如 图8-15所示。
• 1)发电机母线上FV2是一组ZnO避雷器或磁吹避 雷器，最后一关；
• 2)并联电容器C限制进波陡度和降低感应雷击过 电压；
第三节 旋转电机的防雷保护
➢旋转电机防雷保护的特点 ➢旋转电机防雷保护措施及接线
一、旋转电机防雷保护的特点
旋转电机的防雷保护比变压器困难得多，其雷害事 故率也往往大于变压器，这是由它的绝缘结构、运 行条件等方面的特殊性所造成的。
• (1)在同一电压等级的电气设备中，以旋转电机的冲击电 气强度为最低，这是因为：
• 3)L为限制工频短路电流的电抗器，也能发挥降 低进波陡度和减小流过FV2的冲击电流的作用；
• 现对图8-15中各种措施、各个元件的作用简要 介绍如下：
• 4)插接一段150m以上的电缆限制流入避雷器 FV2的冲击电流不超过3kA。
• 5)管式避雷器FT1和FT2，FT1的动作代替FT2 的动作，使电缆发挥其限流作用。FT1距离A点 70m。