旋转电机的防雷保护
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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
返回
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。
高电压技术模拟试题
高电压技术模拟试题一、判断题（共100题，每题1分，共100分）1.避雷器应具有一定的熄弧能力，以便可靠地切断在第一次过零时的工频续流。
()A、正确B、错误正确答案：A2.雷击线路形成冲击闪络后还需建立起工频电弧才会引起线路跳闸。
()A、正确B、错误正确答案：A3.输电线路防雷性能的优劣，工程上主要用雷击跳闸率和绕击率两个指标来衡量。
()A、正确B、错误正确答案：B4.内部过电压的产生根源在电力系统内部，其大小由系统参数决定。
（）A、正确B、错误正确答案：A5.大气条件气压温度湿度不同时，同一气体间隙击穿电压也不同。
()A、正确B、错误正确答案：A6.气体放电一旦转入自持放电，则气体间隙就发生击穿。
( )A、正确B、错误正确答案：B7.雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电压，它是造成电力系统绝缘故障和停电事故的主要原因之一。
( )A、正确B、错误正确答案：A8.采用合理的绝缘结构，改进电极形状，使电场尽可能均匀，可以提高固体介质击穿电压。
( )A、正确B、错误正确答案：A9.雷电波通过串联电抗器后，其波头陡度减低。
()A、正确B、错误正确答案：A10.中性点非有效接地电网切除空载线路中性点电位有可能发生位移。
（）A、正确B、错误正确答案：A11.固体电介质没有积累效应。
( )A、正确B、错误正确答案：B12.防雷接地装置是整个防雷保护体系中可有可无的一个组成部分。
()A、正确B、错误正确答案：B13.波阻抗是线路中电压与电流的峰值之比。
()A、正确B、错误正确答案：B14.行波经过串联电感能降低波的陡度，电感愈大，陡度就愈降低。
()A、正确B、错误正确答案：A15.对人工污秽试验的基本要求是等效性好、重复性好、简单易行。
()A、正确B、错误正确答案：A16.气隙的伏秒特性主要用于比较不同设备绝缘的稳态击穿特性。
( )A、正确B、错误正确答案：B17.断路器截断电流的能力愈大，空载变压器分闸过电压越大。
6_发电厂和变电所的防雷保护
电气绝缘
20
20
b. 限制侵入波陡度
U U 1 0.5 0.008 (0.5 0.008U )l ( )l0 0 hdp U hdp
变电所侵入波计算陡度
侵入波计算陡度(kV/m) 额定电 压(kV) 35 60 1km进线 段 1.0 1.1 2km进线段 或全线有避 雷线 0.5 0.55 额定电 压(kV) 220 330
装设的避雷针（线）应该使所有设备均处于避雷针及避 雷线的保护范围之内。
另外，要注意防止反击。即雷击于避雷针及避雷线后， 它们的地电位可能提高，如果它们与被保护设备的距离不够 大，则有可能在避雷针、避雷线与被保护设备之间发生放电， 或叫做逆闪络。此类放电现象不但会在空气中发生，而且还 会在地下接地装置间发生，一旦出现，高电位就将加到电力 设备上，有可能导致电力设备的绝缘损坏。
电气绝缘
6
6
第二节 发电厂和变电所的雷电侵入波保护
a. 阀型避雷器（限制来波的幅值） b. 进线保护（冲击电晕降低入侵波的陡度和幅值；导线波阻 抗限制流过避雷器的冲击电流幅值）
一 避雷器的保护作用
1. 避雷器保护的动作过程
避雷器上的电压可以 看作斜角平顶波
电气绝缘
7
7
二.变压器与避雷器之间允许的最大电气距离
第六章 发电厂和变电所的防雷保护
第一节 发电厂和变电所的直击雷防护 第二节 发电厂和变电所的雷电侵入波保护 第三节 变电所防雷的进线段保护 第四节 旋转电机的防雷保护
电气绝缘
1
1
第一节 发电厂和变电所的直击雷防护
发电厂、变电所防止直击雷的措施：采用避雷针、避雷线 及良好的接地网。
装设避雷针（线）的原则
电气绝缘
20
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b. 限制侵入波陡度
U U 1 0.5 0.008 (0.5 0.008U )l ( )l0 0 hdp U hdp
变电所侵入波计算陡度
侵入波计算陡度(kV/m) 额定电 压(kV) 35 60 1km进线 段 1.0 1.1 2km进线段 或全线有避 雷线 0.5 0.55 额定电 压(kV) 220 330
装设的避雷针（线）应该使所有设备均处于避雷针及避 雷线的保护范围之内。
另外，要注意防止反击。即雷击于避雷针及避雷线后， 它们的地电位可能提高，如果它们与被保护设备的距离不够 大，则有可能在避雷针、避雷线与被保护设备之间发生放电， 或叫做逆闪络。此类放电现象不但会在空气中发生，而且还 会在地下接地装置间发生，一旦出现，高电位就将加到电力 设备上，有可能导致电力设备的绝缘损坏。
电气绝缘
6
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第二节 发电厂和变电所的雷电侵入波保护
a. 阀型避雷器（限制来波的幅值） b. 进线保护（冲击电晕降低入侵波的陡度和幅值；导线波阻 抗限制流过避雷器的冲击电流幅值）
一 避雷器的保护作用
1. 避雷器保护的动作过程
避雷器上的电压可以 看作斜角平顶波
电气绝缘
7
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二.变压器与避雷器之间允许的最大电气距离
第六章 发电厂和变电所的防雷保护
第一节 发电厂和变电所的直击雷防护 第二节 发电厂和变电所的雷电侵入波保护 第三节 变电所防雷的进线段保护 第四节 旋转电机的防雷保护
电气绝缘
1
1
第一节 发电厂和变电所的直击雷防护
发电厂、变电所防止直击雷的措施：采用避雷针、避雷线 及良好的接地网。
装设避雷针（线）的原则
电气绝缘
安全用电技术 项目3 电气安全防护措施
项目三 电气安全防护措施
知识目标
1
了解雷电、静电和电磁场的危害，掌握雷电防护、
静电防护、电磁场防护措施和要求；
理解并掌握电气绝缘的防护与检测方法、电气设备运 2 行温度监测的意义和方法；
3
理解接地电阻监测的意义，掌握接地电阻测试的方法；
4
理解钳形电流表和电流互感器的工作原理。
项目三 电气安全防护措施
能力目标
熟练掌握绝缘电阻的检 测方法
熟练掌握温度检测和接 地电阻的测试方法
熟练掌握钳形电流表 和电流互感器的使用
项目三 电气安全防护措施
素质目标
1
通过对本模块内容的学习，培养学生
透过现象看本质，由表及里分析问题的方
法，耐心细 致地解决问题的科学精神；
3
具备较好的沟通能力，能够协调人际关 系，适应工作环境。具备积极向上的人生态
（3）避雷带和避雷网避雷带和避雷网主要用来保护高层建筑物免遭 直击雷和感应雷。避雷带和避雷网宜采用圆钢和扁钢，优先采用圆钢。
2. 防雷器
避雷器是用来防止雷电产 生的过电压波沿线路侵入变 电所或其他建筑内，一面危 及被保护设备的绝缘。避雷 器应与被保护设备并联，装 在被保护设备的电源侧。当 线路上出现危及设备绝缘的 雷击过电压时，避雷器的火 花间隙就被击穿，或由高阻 变为低阻，使过电压对大地 放电，从而保护了设备的绝 缘。
在电力系统中大气过电压严重影响电力系统的正常运行，而大气 过电压产生的根本原因，是雷云放电引起的。因此必须注意电气设备 的防雷。
随着现代科技的高速发展，一种看不见、摸不着的污染源日益受 到各界的关注，这就是被人们称为“隐形杀手”的电磁辐射，如何做 好防范也是本次学习的一个主要任务。
知识要点
007--发电厂和变电所的防雷保护
高电压技术
第七章
发电厂和变电所的
防雷保护
高电压技术
概
述
一、发、变电所雷电过电压来源及危害： 发电厂、变电所是电力系统的中心环节，另外变电所是 多条输电线路的交汇点和电力系统的枢纽。 1、雷电直击发电厂和变电所 2、雷击线路产生的雷电过电压沿线路侵入发、变电所 3、雷电直击发电厂和变电所造成大面积停电，影响工 业生产和人民生活。 4、雷击线路产生的雷电过电压沿线路侵入发、变电所电 气设备，发电机、变压器等主要电器设备的内绝缘大都没 有自恢复的能力，一旦受损，直接经济损失严重；同时修 复困难，影响时间较长，间接损失无法估量。
旋转电机的防雷保护要比变压器困难得多，其雷害事故 也往往大于变压器，这是由它的绝缘结构、运行条件等方 面的特殊性造成的。 1、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。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。运行中的旋转电机主绝缘更低于出厂时 的核定值。
高电压技术
第一节 发电厂、变电所的直击雷保护
发电厂、变电所防雷保护的措施： 按照安装方式的不同，装设独立避雷针、构架避雷针。
直击雷防护设计内容：
选择避雷针的支数、高度、装设位置、验算它们的保护范 围、应有的接地电阻、防雷接地装置设计等。
高电压技术
一、独立避雷针
适用范围：35kv及以下变电所 1、 避雷针的反击问题： 雷电经引下线入地时，在引下线上产生高电位，会 对被保护对象或与其有联系的物体（母线、电缆、金属 管道等）产生反击。 2、安全距离的确定： 为避免反击发生，就要求避雷针的引下线与被保护物体之 间有一定的安全距离。
设辅助集中接地装置，且避雷针与主接地网的地下连接 点到变压器接地线到主接地网的地下连接点，沿接地体
第七章
发电厂和变电所的
防雷保护
高电压技术
概
述
一、发、变电所雷电过电压来源及危害： 发电厂、变电所是电力系统的中心环节，另外变电所是 多条输电线路的交汇点和电力系统的枢纽。 1、雷电直击发电厂和变电所 2、雷击线路产生的雷电过电压沿线路侵入发、变电所 3、雷电直击发电厂和变电所造成大面积停电，影响工 业生产和人民生活。 4、雷击线路产生的雷电过电压沿线路侵入发、变电所电 气设备，发电机、变压器等主要电器设备的内绝缘大都没 有自恢复的能力，一旦受损，直接经济损失严重；同时修 复困难，影响时间较长，间接损失无法估量。
旋转电机的防雷保护要比变压器困难得多，其雷害事故 也往往大于变压器，这是由它的绝缘结构、运行条件等方 面的特殊性造成的。 1、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。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。运行中的旋转电机主绝缘更低于出厂时 的核定值。
高电压技术
第一节 发电厂、变电所的直击雷保护
发电厂、变电所防雷保护的措施： 按照安装方式的不同，装设独立避雷针、构架避雷针。
直击雷防护设计内容：
选择避雷针的支数、高度、装设位置、验算它们的保护范 围、应有的接地电阻、防雷接地装置设计等。
高电压技术
一、独立避雷针
适用范围：35kv及以下变电所 1、 避雷针的反击问题： 雷电经引下线入地时，在引下线上产生高电位，会 对被保护对象或与其有联系的物体（母线、电缆、金属 管道等）产生反击。 2、安全距离的确定： 为避免反击发生，就要求避雷针的引下线与被保护物体之 间有一定的安全距离。
设辅助集中接地装置，且避雷针与主接地网的地下连接 点到变压器接地线到主接地网的地下连接点，沿接地体
电力系统防雷保护
五、输电线路直击雷过电压
避雷线的分流作用 降低了U top
设避雷线上的电位为U top
导线避雷线间耦合作用（k） 导
线考上虑耦感合应电过压电为压kaUhct(o1p khhgc)ahc(1k)
导线电位：U ckU to pac(h 1k)
U liI(Ri 2 L .t62 h.c 6)1 (k)
（线路绝缘子串两端电压）
变电所方便
第三节 旋转电机的防雷保护（发电机、调相机、
变频机、电动机）
主要内容： 一、旋转电机防雷特点 二、直配电机防雷保护措施及接线 三、非直配电机的防雷保护
不用考虑直击雷保护（安装在户内）。 配线方式：①直配线：与相同电压等级的架空线路或电缆直接相连
②经变压器与线路相连
一、旋转电机防雷特点
1.冲击绝缘水平很低→防雷保护比变压器困难（不是浸在油中 的
一、发电厂、变电所的直击雷保护
2. 架空避雷线 （1）两端接地的避雷线
d1 [0.3Ri 0.16(hl)]
(l2 h)/(l2 l 2h)
——避雷d线2 分流0.3系数Ri，l ——避雷线两支柱间距离
l——雷击点与最近支柱点间的距离， l2 ll
（2）一端经配电装置构架接地，另一端绝缘的避雷线，（ 1）
线上束缚电荷K0—u避i'(感c雷)应线u电与i(压c导)线k0间ui(的g)几u何i(耦c)合1(系k0数hhgc)
线间距离
K0
感应过电压愈低
五、输电线路直击雷过电压
雷击杆塔杆顶 雷击避雷线挡距之间 雷绕过避雷线击于导线—绕击
五、输电线路直击雷过电压
1. 雷击杆塔杆顶时的过电压和耐雷水平 雷击杆塔时 大部分电流经被击杆塔流入大地
高电压技术7-8
图8-27雷击独立避雷针 1—母线 2—变压器
为了防止避雷针与被保护的配电构架或设备之间的空气间
隙Sa被击穿而造成反击事故，必须要求Sa大于一定距离，取空
气的平均耐压强度为500kV／m；为了防止避雷针接地装置和被 保护设备接地装置之间在土壤中的间隙Se被击穿，必须要求Se 大于一定距离，取土壤的平均耐电强度为300kV／m，Sa和Se应 满足下式要求:
表8-5 杆率g
避雷线根数 平原 山丘
1 பைடு நூலகம்/4 1/3
2 1/6 1/4
雷击塔顶前，雷电通道的负电荷在杆塔及架空地线上产生 感应正电荷；当雷击塔顶时，雷通道中的负电荷与杆塔及架空 地线上的正感应电荷迅速中和形成雷电流，如图8-22（a）所 示 。
图8-22 （a）雷击塔顶时雷电流的分布 (b)雷击塔顶时等值电路
（2）直配电机的防雷保护
1) 发电机出线母线上装一组MOA或FCD型避雷器，以限制侵入波幅 值，取其3kA下的残压与电机的绝缘水平相配合，保护电机主绝缘。 2) 采用进线段保护，一般采用电缆段与排气式避雷器配合的典型 进线段保护。 3) 在发电机母线上装设一组并联电容器，包括电缆段电容在内一 般每相电容应为0.25～0.5μF，可以限制雷电侵入波的陡度a使之小 于2kV/μs，同时可以降低感应雷过电压使之低于电机冲击耐压强度， 保护电机匝间绝缘和中性点绝缘。 4) 发电机中性点有引出线时，中性点应加装避雷器保护，如电机 绕组中性点并未引出，则每相母线并联电容应增至1.5～2.0μF。
n n1 n2 N g P N P P2 1 N ( g P P P2 ) 1
式中：N —落雷次数，次/(100km· a)； —建弧率； g —击杆率； P1 —超过雷击杆塔顶部时耐雷水平的雷电流概率； P2 —超过雷绕击导线时耐雷水平的雷电流概率； P —绕击率(包括平原和山区)。
为了防止避雷针与被保护的配电构架或设备之间的空气间
隙Sa被击穿而造成反击事故，必须要求Sa大于一定距离，取空
气的平均耐压强度为500kV／m；为了防止避雷针接地装置和被 保护设备接地装置之间在土壤中的间隙Se被击穿，必须要求Se 大于一定距离，取土壤的平均耐电强度为300kV／m，Sa和Se应 满足下式要求:
表8-5 杆率g
避雷线根数 平原 山丘
1 பைடு நூலகம்/4 1/3
2 1/6 1/4
雷击塔顶前，雷电通道的负电荷在杆塔及架空地线上产生 感应正电荷；当雷击塔顶时，雷通道中的负电荷与杆塔及架空 地线上的正感应电荷迅速中和形成雷电流，如图8-22（a）所 示 。
图8-22 （a）雷击塔顶时雷电流的分布 (b)雷击塔顶时等值电路
（2）直配电机的防雷保护
1) 发电机出线母线上装一组MOA或FCD型避雷器，以限制侵入波幅 值，取其3kA下的残压与电机的绝缘水平相配合，保护电机主绝缘。 2) 采用进线段保护，一般采用电缆段与排气式避雷器配合的典型 进线段保护。 3) 在发电机母线上装设一组并联电容器，包括电缆段电容在内一 般每相电容应为0.25～0.5μF，可以限制雷电侵入波的陡度a使之小 于2kV/μs，同时可以降低感应雷过电压使之低于电机冲击耐压强度， 保护电机匝间绝缘和中性点绝缘。 4) 发电机中性点有引出线时，中性点应加装避雷器保护，如电机 绕组中性点并未引出，则每相母线并联电容应增至1.5～2.0μF。
n n1 n2 N g P N P P2 1 N ( g P P P2 ) 1
式中：N —落雷次数，次/(100km· a)； —建弧率； g —击杆率； P1 —超过雷击杆塔顶部时耐雷水平的雷电流概率； P2 —超过雷绕击导线时耐雷水平的雷电流概率； P —绕击率(包括平原和山区)。
第十章 发电厂和变电所的防雷保护
2U 50% I b z U bm
进线段导线波阻
从P288表10-3-2可知，1~2Km的进线端已能够 满足限制避雷器中雷电流不超过5KA或10KA的要 求。 2.进入变电所的雷电流波陡度α的计算 行波电压（KV）
KV s 0.008 u 0 .5 l hd 进线段长度（m） u
入侵波幅值和陡度位于区域Ⅰ， 则变电所出现雷害事故；位于 Ⅱ区，则无雷害事故。危险波 形越偏上或偏右，则运行方式 下的防雷性能越好。
2）改变入侵波幅值，重复上 述过程。
三、变电所避雷器保护配置 1.配电装置的每组母线上应装设避雷器，但进出 线都装有避雷器的除外。 2.旁路母线是否装设避雷器视其运行时避雷器到 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设 避雷器，避雷器应尽可能靠近设备本体。
4.220KV及以下变压器到避雷器之间的电气距离 超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。 5.三绕组变压器到低压侧的一相上宜装设一台避 雷器。
6.自耦变压器必须在两个自耦合的绕组出线上装 设避雷器，避雷器装设于变压器与断路器之间。
7.下列情况变压器中性点应装设避雷器： 1）中性点直接接地系统，变压器中性点为分级 绝缘且装有隔离开关时；
动作后：
2u (t ) u b i b z1
避雷器动作前： u b u t
u
b
f i b
Ubm为避雷器残压的最大值，虽然 残压与雷电流的大小有关，但因阀 片的非线性特性，当流过的雷电流 在很大范围内变动时，其残压近乎 不变。
由图可知： 避雷器电压有 两个峰值Uch和 Ubm， Uch是避 雷器冲击放电 电压，由于阀 型避雷器的伏 秒特性uf很平， 故此值基本上 不随侵入波陡 度而变；
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)。
旋转电机的防雷保护
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。
8
9
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。
10
• 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；
• 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：
• 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。
6
皮肌炎图片——皮肌炎的症状表现
• 皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉、 心、肺、肾等多脏器严重损害的， 全身性疾病，而且不少患者同时 伴有恶性肿瘤。它的1症状表现如 下：
• 1、早期皮肌炎患者，还往往伴 有全身不适症状，如-全身肌肉酸 痛，软弱无力，上楼梯时感觉两 腿费力；举手梳理头发时，举高 手臂很吃力；抬头转头缓慢而费 力。
4
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。
非直配电机所受到的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。
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• 4）电机绝缘结构的电场比较均匀，其冲击系数接近于1， 因而在雷电过电压下的电气强度是最薄弱的一环。
• (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。
• (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。