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變電設備及運行處理

作者：丁穎
出版社：中國電力出版社出版時間：2007-11-01
開本： 16開 頁數(shù)： 346
中 圖 價:¥23.5(7.0折) 定價  ¥33.6 登錄后可看到會員價
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變電設備及運行處理 版權信息

變電設備及運行處理 節(jié)選

bsp;前  言
  為了深化教學改革，培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力和全面推進素質(zhì)教育，滿足生產(chǎn)單位對人
才的需要，按照課程改革的原則和基本思路，編寫了本教材。教材的編寫方針是削枝強干，
推陳出新，理論聯(lián)系實際，體現(xiàn)先進性和科學性，以編寫一本取材精、概念清、科學性和實
踐性強、便于教學的簡明教材。
    本書在編寫過程中，注重理論的系統(tǒng)性和實用性，從基礎理論出發(fā)：將理論和實踐有機
結合，并緊跟*新技術的發(fā)展，增加了當前電力系統(tǒng)中采用的新技術、新設備和新方向等知
識，從而達到先進、實用的目的。本書力求將概念、理論、知識、實踐融為一體，論述深入
淺出，循序漸進，層次清晰，以*大限度地滿足學生專業(yè)水平、實踐能力和綜合能力等全面
素質(zhì)培養(yǎng)的需要。
    全書共分十三章，其中**、第三、第五、第六、第九章由丁穎編寫；第八、第十、第
十一章由韓冬編寫；第二、第四、第七、第十二章由王勇編寫；第十三章由種衍師編寫。每
章都附有小結和思考題，供學習時參考。
    全書由山東大學電氣工程學院欒兆文教授主審，在審閱過程中提出了許多寶貴意見，編
者在此表示深切的感謝!
    本書在編寫過程中，雖經(jīng)反復推敲，多次修改，但因時間倉促，編者水平有限，疏漏錯
誤之處在所難免，敬請廣大讀者在使用過程中提出寶貴意見，以便修訂和完善。
    編者
    2007年9月

    第六章  防  雷  設  備
    雷電具有很大的危害性，雖然持續(xù)時間非常短，但其電壓可達數(shù)百萬伏，電流可達數(shù)十
萬安，當設備遭受雷擊或在設備附近發(fā)生雷擊時，會產(chǎn)生過電壓，可能危害設備的絕緣，稱
之為雷電過電壓或大氣過電壓。雷電過電壓又分為直擊雷過電壓和感應雷過電壓。變電站是
電力系統(tǒng)的重要組成部分，如果發(fā)生雷擊，可能會使變壓器及其他電氣設備絕緣損傷、壽命
縮短甚至直接導致?lián)p壞造成停電事故，嚴重影響國民經(jīng)濟和人民生活，因此，變電站的防雷
保護必須十分可靠。
    變電站的雷害事故來自于兩個方面：一是雷電直擊于變電站的導線或設備；二是雷電擊
中線路后，沿線路向變電站傳來的雷電波。由于線路落雷頻繁，而且線路的絕緣強度較高，
雖然沿線路人侵的雷電波受到線路絕緣的限制，其值仍然較高，可能對變壓器等絕緣強度較
弱的設備造成損害。為了防護入侵雷電波，通常在變電站的母線上裝設金屬氧化物避雷器或
閥型避雷器，同時設進線段保護以減小雷電波的陡度并利用進線段的波阻抗來限制通過避雷
器的雷電流。
    除了雷電過電壓，還有由于電力系統(tǒng)內(nèi)部能量的轉化或傳遞而引起的過電壓，稱為內(nèi)部
過電壓。例如由于切、合空載線路、切除空載變壓器等操作或系統(tǒng)出現(xiàn)事故時的過渡過程引
起的持續(xù)較短的操作過電壓，以及由于操作或故障跳閘后形成的回路，發(fā)生諧振而引起的持
續(xù)時間較長的諧振過電壓。內(nèi)部過電壓的水平與系統(tǒng)*大工作相電壓有關，隨著電壓等級的
提高，內(nèi)部過電壓的影響也越來越大，必須采用避雷器等設備來防護內(nèi)部過電壓。
    **節(jié)避雷針和避雷線
    對于直擊雷的防護一般采用避雷針和避雷線。避雷針和避雷線實際上是一組引雷導體，可
將雷電引向自身并泄人大地，從而保護其他設備免受雷擊。避雷針一般用于保護發(fā)電廠和變電
站內(nèi)的設備，避雷線主要用于保護輸電線路，也可以用于保護發(fā)電廠和變電站內(nèi)的設備。
    一、避雷針和避雷線的結構
    1．避雷針的結構
    避雷針包括接閃器、接地引下線和接地體三部分。
    (1)接閃器。接閃器位于避雷針的上部，它必須高于被保護設備，頂部呈尖錐形，是避
雷針*高的部分。接閃器常用長1～2m鍍鋅圓鋼或鍍鋅鋼管制成。
    (2)接地引下線。接地引下線是接閃器和接地體間的連接導線，用來將接閃器上的雷電
流安全引入接地體，應保證雷電流通過時不致熔斷。它一般用直徑不小于8mm的鍍鋅圓鋼
或截面不小于35mmz的鍍鋅鋼絞線制成，也可以用厚度不小于4mm、寬度不小于12mm的
扁鋼制成，還可以利用鋼筋混凝土桿塔內(nèi)的鋼筋或鋼塔的本身作為引下線。
    (3)接地體。接地體是避雷針*下端的部分，是一組埋設于地下的導體。它的作用是減
小避雷針和大地之間的電阻值，以降低雷電沖擊電壓的幅值。接地體一般用多根角鋼、扁鋼
第六章防雷設備    143
或圓鋼鋼管打人地中，接地體的接地電阻不應超過允許值。
    2．避雷線的結構
    避雷線是架設在被保護物上方水平方向的金屬線。它也由三部分組成，即平行懸掛在空
中的金屬線(又稱接閃器)、接地引下線和接地體。避雷線的接閃器一般采用不小于35mm。
的鍍鋅鋼絞線。引下線上端與接閃器相連，下端與接地體相連。對引下線及接地體的基本要
求與避雷針的相同。用來保護輸電線路的避雷線懸掛在輸電導線的上面，如果線路是用木質(zhì)
桿塔架設，應在木桿的腿上固定避雷線的接地引下線，如果線路是用金屬桿塔或鋼筋混凝土
桿架設，可用金屬桿塔本身或鋼筋混凝土桿內(nèi)的鋼筋作為接地引下線。如果在木桿線路上懸
掛有兩根避雷線，那么在每根桿塔處兩根避雷線應互相成金屬性連接，從而減小避雷線的波
阻抗，降低過電壓。
    二、避雷針和避雷線的保護原理
    雷電對地的放電過程分為先導放電、主放電和余輝放電三個階段。在先導放電的初始階
段，因先導離地面較高，故先導發(fā)展的方向不受地面物體的影響。但當先導發(fā)展到離地面的
某一高度時，由于避雷針高于被保護設備，且具有良好的接地，避雷針上因靜電感應而積累
了許多與先導通道中極性相反的電荷，使先導通道與避雷針問的電場強度大大增強，則從避
雷針頂端可能會發(fā)展向上的迎面先導，從而影響下行先導的發(fā)展方向，將先導放電的路徑引
向避雷針，*后對避雷針發(fā)生主放電，并通過其接地引下線和接地裝置將雷電流引人大地。
這樣，在避雷針附近的物體遭到直接雷擊的可能性就顯著地降低。因此避雷針的主要作用是
將雷電引到自身上來，起到引雷的作用。一定高度的避雷針下面有一個安全的區(qū)域稱為避雷
針的保護范圍，它通常為一個閉合的錐體空間，在這個區(qū)域中的設備遭受雷擊的概率很小。
    避雷線的保護原理與避雷針基本相同，主要用于輸電線路的直擊雷保護，也可用來保護
發(fā)電廠和變電站屋外配電裝置以及其他工業(yè)和民用建筑。對于輸電線路，避雷線除了可以防
止雷擊導線外，還具有分流作用，可以減小流經(jīng)桿塔入地的雷電流，從而降低塔頂電位，而
且避雷線對導線的耦合作用還可降低導線上的感應過電壓。如果避雷線距離導線很近，則雷
電繞過避雷線直擊導線的幾率大大增加，因此避雷線需高于導線一個合適的距離。
    避雷針和避雷線要起到保護作用，一方面避雷針和避雷線必須很好的接地，接地電阻應
滿足要求；另一方面被保護設備要裝設在避雷針、避雷線的保護范圍之內(nèi)。工程上多采用雙
避雷線或多避雷針，以擴大保護范圍。要注意的是，避雷針、避雷線引雷的作用除了與避雷
針、避雷線的數(shù)量和高度、被保護物的高度及相互之間的位置等有關外，還與許多隨機因素
有關，例如當時的大氣條件、雷電極性、雷電通道電荷分布、先導頭部電位等，因此能完全
避免雷擊的保護范圍是不存在的，避雷針和避雷線的保護范圍是指被保護設備在此空間范圍
內(nèi)遭受雷擊的概率在允許值之內(nèi)。
    第二節(jié)避  雷  器
    裝設避雷針和避雷線可防止雷直擊電氣設備，但由于各種原因(如繞擊、反擊或受條件
限制未裝避雷針和避雷線)電氣設備仍有被雷擊的可能。此外當雷擊線路或線路附近的大地
時，在輸電線路上會產(chǎn)生過電壓，它們將以波的形式，沿線路傳到變電站內(nèi)，危及變電站內(nèi)
絕緣較弱的設備。因此，為了保護電氣設備還必須裝設另一種過電壓保護裝置，這就是避
 144    變電設備及運行處理
雷器。
    除了雷電過電壓，電力系統(tǒng)還存在內(nèi)部過電壓，而且其大小與系統(tǒng)*大工作相電壓有
關。在電力工業(yè)發(fā)展的早期，系統(tǒng)的額定電壓較低，電氣設備的絕緣水平足以承受內(nèi)部過電
壓的作用，雷電過電壓構成的威脅比系統(tǒng)中的內(nèi)部過電壓大得多。避雷器*初的功能就是限
制雷電過電壓。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電壓等級越來越高，超高壓、特高壓系統(tǒng)陸續(xù)出現(xiàn)，
操作過電壓的幅值也越來越高，而且其持續(xù)時間比雷電過電壓長，給電氣設備安全運行帶來
嚴重威脅，因此，必須要用避雷器來限制內(nèi)部過電壓。現(xiàn)代的避雷器在運行中擔負著限制雷
電過電壓和內(nèi)部過電壓的雙重任務，所以有些國家將之改稱為限壓器或波限制器。我國按習
慣仍稱之為避雷器。
  一、避雷器的分類
  避雷器有多種分類方法，按其所在電網(wǎng)的電壓種類可分為交流避雷器與直流避雷器，直
流避雷器由于在換流站中保護的對象不同，又分為直流側保護用避雷器、交流側保護用避雷
器、保護平波電抗器用避雷器、保護橋閥用避雷器等；按其用途可分為電站型避雷器、配電
型避雷器和特殊用途避雷器(例如補償電容器組用避雷器等)；按其工作條件可分為正常使
用條件型避雷器、高原型避雷器、耐污穢型避雷器、熱帶型避雷器等；按其外殼材料可分為
瓷殼避雷器、有機殼避雷器和鐵殼避雷器等；按其工作原理可分為保護間隙、管型避雷器
(又稱排氣式避雷器)、閥型避雷器(包括普通閥型避雷器和磁吹閥型避雷器)和金屬氧化物
避雷器(即氧化鋅避雷器)。保護間隙和管型避雷器主要用來限制雷電過電壓，一般用于配
電系統(tǒng)以及變電站的進線段保護。閥型避雷器和氧化鋅避雷器可用于發(fā)電廠、變電站的過電
壓保護，其中普通閥型避雷器主要用來限制雷電過電壓，磁吹閥型避雷器和氧化鋅避雷器既
可用來限制雷電過電壓，又可用來限制內(nèi)部過電壓。
    二、避雷器的工作原理
    避雷器是一種釋放過電壓能量、限制設備絕緣上承受的過電壓幅值的保護設備，通常接
于導線和地之間，與被保護設備并聯(lián)。
    避雷器的工作原理與避雷針和避雷線不同。正常情況下，避雷器處于截止狀態(tài)，當作用
在避雷器上的電壓超過其保護值時，避雷器導通，電阻下降，將電流泄人大地，從而使過電
壓的幅值限制在設備絕緣允許值之內(nèi)，避免了高幅值的過電壓對設備絕緣的損害，保護了與
之并聯(lián)的電氣設備。避雷器一旦在沖擊電壓作用下放電，就造成對地短路，瞬間的過電壓消
失后，工頻電壓繼續(xù)作用在避雷器上，避雷器中將流過工頻短路電流，稱為工頻續(xù)流。避雷
器要及時自行切斷此工頻續(xù)流，重新恢復其絕緣狀態(tài)，使電力系統(tǒng)不至于跳閘停電，能夠繼
續(xù)正常工作。可見，避雷器的工作過程包括限壓、熄弧和恢復三個過程。
    電氣設備的沖擊絕緣強度用其伏秒特性曲線表示。為了使避雷器能達到預期的保護效
果，避雷器與被保護設備的絕緣強度要合理配合，要求避雷器的伏秒特性曲線比較平坦，其
不但要低于被保護設備的伏秒特性曲線，同時要高于被保護設備上可能出現(xiàn)的*高工頻電壓
以免避雷器誤動作。
    三、保護間隙和管型避雷器
    1．保護間隙
    *簡單和*經(jīng)濟的避雷器是保護間隙，由一對角形電極和其間的空氣間隙組成，如圖
6—1所示。間隙又包括主間隙和輔助間隙，輔助間隙是為了防止主間隙被外界物體(如鳥、



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