【正文】 12521121212212 ??????????? ????????? ???????? ??????????? ?? 表 63 變壓器上電壓 uT(t) i Tu fii＜ ai2 fii? vlabUfai 2252 ??? vlfii 22?? vlabUvlfiavlfifiavlia 2252222242212 ??????????? ???????? ???????? ??????????? ? vlfii 24?? vlabUfai 2252 ??? ?? ?? 變壓器上電壓的最大值 UT為 vlabUTU 125 ??? (67) 由式 (64)和式 (65)表明，不論被保護(hù)設(shè)備位于避雷器前還是避雷器后，只要設(shè)備離避雷器有一段距離 l，則設(shè)備上所受沖擊電壓的最大值必然高于避雷器殘壓 Ub5。 20 由于分布參數(shù)和電暈的影響，電氣設(shè)備實(shí)際上所受的沖擊電壓與圖 64還不完全相同，由表 63 和圖 64（ c） 可得，變壓器上的電壓具有振蕩性質(zhì)， 其振蕩軸為避雷器的殘壓 Ub5，這是由于避雷器動(dòng)作后產(chǎn)生的負(fù)電壓波與 T 點(diǎn)之間發(fā)生多次反射引起的。 如圖 65 所示為雷電波侵入變電所時(shí)變壓器上的電壓波形，其電壓具有振蕩性，振蕩軸為避雷器殘壓，這是由于避雷器動(dòng)作后產(chǎn)生的負(fù)電壓波在 B 點(diǎn)與 T點(diǎn)之間多次反射引起的。因此，常以變壓器絕緣承受截波的能力來說明在運(yùn)行中該變壓器承受雷電波的能力，變壓器承受截波的能力稱為多次截波耐壓值 U1，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)變壓器而言，此值為變壓器三次截波沖擊試驗(yàn)電壓 Ui3的 1/ 倍，即Uj=Uj3/(三次截波耐壓值的 1/)，同樣其他電氣設(shè)備在運(yùn)行中所承受雷電波的能力也可用多次截波耐壓值 Uj來表示。 綜合以上的分析可得出：為保證設(shè)備安全，必須限制避雷器動(dòng)作后流過避雷器的電流在 5kA 以下，同時(shí)，也要限制侵入波的陡度 a 和注意電氣設(shè)備與避雷器之間的電氣距離 l。因此，要使避雷器起到良好的保護(hù)作用，它與被保護(hù)設(shè)備之間的電氣距離就不能超過一定的值，即存在一個(gè)最大電氣距離。在變電所設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使所有設(shè)備到避雷器的電氣距離都在保護(hù)范圍內(nèi)，即滿足 jUnU ? jUKvlabU ??? 25 (610) 對(duì)于一定陡度的入侵波 a，最大允許電氣距離 lmax為 KvabUjUl25ma x ??? (611) 當(dāng)以空間陡度 a’ =a/v kV/m 計(jì)算時(shí)，式（ 611）改寫為 a bUjUl 5m ax ??? (612) 22 實(shí)踐證明，由于設(shè)備電容存在，母線上出線多于兩條時(shí)， a 會(huì)降低，可將 l加大，即將式（ 612）乘系數(shù) k即 ka bUjUl 5m ax ??? (613) 當(dāng)母線上出線 4時(shí)， k值分別 取 、 、 、 。變電所內(nèi)其他設(shè)備的沖擊耐壓值較變壓器高，它們與避雷器間的電氣距離可相應(yīng)增大 35%。 對(duì)于一般變電所的雷電侵入波保護(hù)設(shè)計(jì)主要在于選擇避雷器安裝位置，其原則是在任何可能運(yùn)行方式下，變壓器和各設(shè)備到避雷器的電氣距離均應(yīng)小 于其最大電氣距離。對(duì)于接線復(fù)雜和特殊的變電所，需要通過模擬試驗(yàn)和計(jì)算來確定避雷器的安裝數(shù)量和位置 40 1 60 80 0 80 0 160 240 3 2 1 2 3 35kV 110kV 35kV 110kV 60kV 60kV 220kV 220kV 330kV 330kV 最大允許電氣距離 lmax 最大允許電氣距離 lmax 侵入波陡度 a’(kV/m) 侵入波陡度 a’(kV/m) （ a） （ b） 圖 66 避雷器與變壓器間的最大電氣距離與侵入波陡度的關(guān)系 23 7 絕緣配合與避雷器選擇 電力系統(tǒng)絕緣配合 所謂絕緣配合，就是根據(jù)系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種過電壓，合理地選擇避雷器的保護(hù)特性，并且確定它與設(shè)備絕緣強(qiáng)度之間的保護(hù)裕度，從而在各種電壓作用下，使電力設(shè)備損壞或影響連續(xù)運(yùn)行的概率降低到經(jīng)濟(jì)和運(yùn)行上均可接受的水平。 保護(hù)裕度 PM的計(jì)算式如下： %1 0 0??? 避雷器的保護(hù)水平 避雷器的保護(hù)水平設(shè)備的絕緣耐受強(qiáng)度MP （ 71） 在考慮雷電過電壓和操作過電壓作用時(shí)，設(shè)備的絕緣耐受強(qiáng)度分別用它的基準(zhǔn)絕緣水平（ BIL）和操作沖擊絕緣水平（ SIL）來表示，同時(shí)，避雷器保護(hù)水平相應(yīng)按如下方法取值。s 波形下殘壓二者之間取最大值；氧化鋅避雷器則取標(biāo)稱放電電流 8/20181。 （ 2）對(duì)于操作過 電壓，碳化硅避雷器應(yīng)在波頭 30～ 60181。s 和1000～ 2020181。s 的沖擊電流殘壓。 圖 71示出了避雷器特性與被保護(hù)設(shè)備絕緣水平配合的示意圖。 根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)與研究結(jié)果，美、日等國的電力設(shè)備一般在雷電過電壓作用時(shí)采取的保護(hù)裕度推薦值不小于 20%，在操作過電壓作用時(shí)采取的保護(hù)裕度不小于24 15%。在配電系統(tǒng)中，由于一般電氣設(shè)備都具有較高的絕緣水平，這在經(jīng)濟(jì)上是允許的，所以實(shí)際上避雷器給這些設(shè)備提供 的保護(hù)裕度都很大。我國主要是采用金屬氧化物避雷器西方國家除用外，還在所有電 氣裝置上安裝空氣間隙，作為失效后的后備保護(hù) ，選擇避雷器時(shí)，通常經(jīng)過以下幾個(gè)步驟。 （ 2）明確避雷器限制的過電壓種類以及它保護(hù)的對(duì)象，估算流過避雷器的雷電流，選擇避雷器的型式和等級(jí)。 U O BIL 2 1 SIL i 圖 71 避雷器特性與被保護(hù)設(shè)備絕緣水平的配合 ； 25 （ 4）當(dāng)選擇用于頻繁發(fā)生操作過電壓場(chǎng)所的避雷器時(shí)，例如保護(hù)輸電線路的串聯(lián)或并聯(lián)補(bǔ)償電容器組和真空開關(guān)控制的經(jīng)電纜饋電的冶煉變壓器等設(shè)備，氧化鋅避雷器的性能更為理想。 （ 6）需要附加考慮的問題。當(dāng)避雷器至被保護(hù)設(shè)備的連接導(dǎo)線較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)該校核這段導(dǎo)線附加的壓降對(duì) 保護(hù)裕度的影響，此時(shí)式（ 71）和（ 72）中的避雷器保護(hù)水平應(yīng)計(jì)入這一附加壓降。 超過 1000m 海拔的場(chǎng)所應(yīng)選用高原式避雷器。 海拔愈高，愈應(yīng)加以重視。 在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，安裝在變壓器中性點(diǎn)上的避雷器不僅保護(hù)變壓器，而且保護(hù)中性點(diǎn)回路的儀用互感器、接地電阻和消弧線圈。在選擇避雷器時(shí)，應(yīng)按照以下要求加以考慮 。根據(jù)實(shí)測(cè)及國外運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，流經(jīng)變壓器中性點(diǎn)的雷電流一般都很小，避雷器的標(biāo)稱放電電流取 倍 kA，此時(shí)的殘壓比 5kA 的殘壓約低 5%，在檢驗(yàn)絕緣配合時(shí)可據(jù)此進(jìn)行計(jì)算。該穩(wěn)態(tài)值就是中性點(diǎn)的零序電壓 U0，可計(jì)算如下 000 XIU ?? 因零序電流 0120 XXUI ?? ? 故 ?UXXXXU102100??? （ 74） 式中的 ?U 為相電壓， X0、 X1分別為零序、正序電抗。如果不滿足這一條件，碳化硅避雷器將因承受電壓過高，而出現(xiàn)分路電阻過熱損壞甚至發(fā)生爆炸現(xiàn)象，氧化鋅避雷器損耗增大，迅 速劣化，也會(huì)發(fā)生爆炸事故。它是由短路器、母線、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、套管 7 種高壓電器組合而成的高壓配電裝置。 GIS有下列特點(diǎn)： （ 1）占地面積和空間占用體積大為減小。安全可靠，人身安全，設(shè)備運(yùn)行可靠。采用 GIS 可使運(yùn)行人員不受電磁場(chǎng)輻射的影響。因此， GIS 在山區(qū)水電站、污穢地區(qū)配電系統(tǒng)和城市電網(wǎng)改革中得到廣泛的應(yīng)用，而且在空氣稀薄的高海拔地區(qū)和地震頻繁活動(dòng)的地區(qū)，選用 GIS 也有著極為廣闊的前途。 GIS致命的弱點(diǎn)： （ 1） 當(dāng)?shù)堕l切合操作會(huì)產(chǎn)生電弧重燃，觸頭間隙兩端的電壓在幾毫微秒內(nèi)突然跌落，該電壓陡坡在 GIS 中產(chǎn)生行波，引起高頻振蕩 而形成特快速瞬變過程（ Very Fast Transient,簡(jiǎn)稱 VFT），從而產(chǎn)生特快速瞬變過電壓（ Very Fast Transient OverVoltage,簡(jiǎn)稱 VFTO）。這不僅影響 GIS 本身運(yùn)行的可靠性，而且對(duì)電力系統(tǒng)的其他高壓設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)造成很大危害。 （ 2） VFTO 在 GIS 內(nèi)部傳播時(shí)，遇到與外部相聯(lián)接的地方（即波阻抗不連續(xù)處）時(shí)，會(huì)發(fā)生波的折射和反射。 （ 3） 沿 GIS 母線導(dǎo)管傳播的 VFTO 和沿 GIS 殼體與接地系統(tǒng)的 TGPR 都會(huì)形成暫態(tài)電磁場(chǎng)，形成輻射騷擾。 變壓器的工頻電壓在繞組上的電壓分布是按匝數(shù)分配。由于各匝之間的串聯(lián)電容和匝對(duì)地電容數(shù)值不同，其電容上電壓的分布就有差異。而 VFTO 沿變壓器繞組近似于指數(shù)分布，首端匝 間絕緣將承受較高的電壓；另外， VFTO 所含的諧波分量較豐富，會(huì)在變壓器繞組的局部引起諧振；加上積累效應(yīng)等因素的影響，可能會(huì)使變壓器絕緣發(fā)生擊穿現(xiàn)象。 TGPR 的危害 (1)對(duì)弱電設(shè)備產(chǎn)生騷擾，影響正常的功能，以致誤動(dòng)或拒動(dòng)； (2)對(duì)弱電二次設(shè)備的絕緣形成威脅，甚至擊穿短路；也可能擊穿 GIS 的某一絕緣 部件，乃至間隔造成接地短路事故。 29 GIS 變電站過電壓保護(hù)自身的特點(diǎn) GIS 變電站采用保護(hù)性能優(yōu)異的氧化鋅避雷器來限制雷電過電壓，特別是陡波過電壓就具有重要意義。因此， GIS 的絕緣水平主要取決于雷電沖擊電壓水平。 一般敞開式變電站為空氣絕緣，所需的間隙很大，高壓電氣設(shè) 備周圍的空氣絕緣處于極不均勻的電場(chǎng)中，所以伏秒特性陡峭，雷電沖擊絕緣水平高于操作沖擊絕緣水平，兩者比值高達(dá) 甚至更高；而且，由于棒電極電暈放電空間電荷的影響，使正極性擊穿電壓比負(fù)極性低（見圖 81）。在負(fù)極性時(shí)，導(dǎo)體電極附近的高場(chǎng)強(qiáng)使電子崩容易發(fā)展而形成擊穿，故負(fù)極性擊穿電壓比正極性低（參見圖 81），所以 GIS的絕緣水平?jīng)Q定于雷電沖擊水平，降低雷電過電壓，就是降低 GIS 變電站 的絕緣先決條件。 (4)GIS 變電站內(nèi)一旦發(fā)生電暈，其絕緣立即擊穿，并且沒有自恢復(fù)能力；而 GIS 本身造價(jià)又較常規(guī)變電站昂貴，所以，要絕對(duì)避免電暈的產(chǎn)生，其設(shè)備絕緣配合應(yīng)留有足 夠的裕量。 (2)進(jìn)線段為電纜線：經(jīng)電纜進(jìn)線接到架空線上的 GIS 保護(hù)接線，則采用圖83所示接線方式。 空氣絕緣（ ） 空氣絕緣（ +） SF6 絕緣（ +） SF6 絕緣（ ） 避雷器保護(hù)水平 1 2 10 100 400 1000 10000 絕緣水平，保護(hù)水平 圖 81 GIS 絕緣的伏秒特性 31 GIS GIS GIS l2 l1 l1 l2 l1 l2 (a) (b) (c) 圖 83 經(jīng)電纜段進(jìn)線的 GIS 的保護(hù)接線 GIS GIS GIS GIS GIS (a) (b) (d) (c) (e) 圖 82 與架空線直接相連的 GIS 的保護(hù)接線 32 后 記 本設(shè)計(jì)是在 繞玉凡 老師悉心關(guān)懷和精心指導(dǎo)下完成的。老師求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，認(rèn)真細(xì)致的工作作風(fēng)，深厚的學(xué)術(shù)造詣和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，使我受益匪淺。 在此期間，我不僅學(xué)到了許多新的知識(shí)和解決問題的方法，而且也開闊了自己 的 視野，提高了解決實(shí)際問題的能力。同時(shí)也感謝其他老師在我畢業(yè)設(shè)計(jì)開題、末檢期間給予的關(guān)懷和幫助，以及 母校 為我提供良好的畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)境