110kV变电站防雷毕业论文

6 变电站的入侵波过电压保护

变电站遭受雷害一般来自两方面,一是雷直击变电站,二是雷击输电线路后产生的雷电波侵入变电站。雷电不直接放电在建筑和设备本身，而是对布放在建筑物外部的线缆放电。线缆上的雷电波或过电压几乎以光速沿着电缆线路扩散，侵入并危及室内电子设备和自动化控制等各个系统。变压器在变电所中最重要的设备，且其绝缘水平低，故避雷器安装位置应尽量靠近变压器。为了对变压器进行有效的保护，避雷器伏秒性的上限应低于变压器伏秒特性的下限。避雷器应安装在母线上，在任何情况下，变压器均应受到避雷器的保护，所以各段母线上都应装设避雷器。

6.1避雷器与被保护设备之间的距离（l=0）

避雷针直接连接在变压器旁，如图6-1（a）所示，即认为变压器与避雷器之间的电气距离为零。忽略变压器对地入口电容，雷电波u自线路侵入。避雷器动作前后的电压等效电路分别如图6-1（b）、(c)所示。

首先分析避雷器直接装设在变压器出线端的简单接线，如图6-1（a）所示。为简化分析，不计变压器的对地入口电容，并假定避雷器的伏秒特性和伏安特性ub=f(ib)已知。

侵入波u（i）沿波阻抗为Z1的线路入侵，由于变压器的波阻抗比线路大得多，在避雷器动作前相当于末端开路，当其等值电路如图6-1（b）所示。此时，避雷器上电压上升为2u(t)，避雷器上的电压ub也等于2u(t)。

当避雷器上的电压2u(t)与避雷器伏秒特性uf(1)相交时，如图6-2所示，间隙放电，其后等效电路如图6-1（c）所示，可得

2u?ub?ibZ1 （6-1）

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U ub Z 2 1 2u

Z1 ub Z1 ib Ub

2u (b)动作前等值

(c)动作后

电路

(a)接线图

等值电路

图6-1 避雷器接在变压器端的接线和等值电路

式中：ib为流过避雷器的电流；Z1为线路的波阻。

避雷器动作后，两端的电压可由图7-2所示的图解法求解。

纵坐标取电压u，横坐标分别取时间t和电流i0在u-t坐标平面内（适用于间隙击穿后），画出曲线ub+ibZ1，然后自侵入波的幅值处作一水平与曲线ub+ibZ1相交，交点的横坐标就是流过避雷器的最大雷电流Ibm，由Ibm对应的ub=f（ib）曲线上的电压Ubm就是避雷器的最大残压。其他时刻避雷器上的电压ub可按此用图解法求得。

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Uch 2u Ubm Ub+ibZ1 Ub=f(ib)

ub Ibm Ui i IbZ1 i 图6-2 避雷器电压Ub的图解法

6.2避雷器与被保护设备之间的距离（ l≠0）

变电所中有很多电气设备，我们不可能在每个设备旁装设一组避雷器加以保护，一般只在变电所母线上装设避雷器，变压器是最重要的设备，避雷器应尽量靠近变压器。因此，避雷器与各电气设备都不可避免的有一段长度的距离。当雷电波入侵时，由于波的反射，被保护的电气设备上的电压降不同于避雷器的残压，现用实例分析避雷器对所有电气设备的保护作用。

图6-3（a）是某变电所主接线图及其等效电路图，由于一般电气设备的等值入口电容都不大，因此可以忽略其影响，被保护设备处可以认为是开路，故得到等效电路如图6-3（b）所示。ZnO避雷器装设在母线上，进线刀闸离母线为l1，变压器离母线距离为l2，在等效电路中忽略各电气设备的对地电容，点L、B、T分别表示进线断路器、避雷器和变压器的位置。

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at L B T at L L1 (a) B L2 T (b) 图6-3 分析雷电波侵入变电所的典型接线

设侵入波为斜角波u(t)=at,为了方便描述不取统一时间为起点，分析时分别以各点出现电压的时刻为各自的时间零点。 （1）避雷器上的电压uB(t) T点反射波尚未到达B点时

uB?t??at (6-2)

T点反射波到达B点以后至避雷器动作前

?2l??l?uB?t??at?a?t?2??2a?t?2? (6-3)

v?v???式中：v为波速

2l当t=t1(假设避雷器的放电时间t1＞2时，uB(t)与避雷器伏秒特性相交，避

v雷器动作，由于避雷器非线性特性较好，此后可以认为避雷器保持不变的残压Ub-5（5kA以下残压）。这样，就相当于在t=t1时在B点叠加了一个负的电压波-2a（t-t1），因此t≥t1时

l??l??uB?t??2a?t?2??2a?t?t1??2a?tf?2??Ub?5 (6-4)

v?v???由式（6-4）可得

tf?Ub?5l2? (6-5) 2av17