SLT 781-2020 水利水电工程过电压保护及绝缘配合设计规范.pdf
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2当要求瞬时切机时,中性点宜采用高电阻接地方式,电 阻器宜接在同步电机中性点单相变压器的二次绕组上。 3.2.63~66kV系统采用中性点谐振接地方式时应符合下列 要求: 1谐振接地系统宜采用具有自动跟踪补偿功能的消弧装置。 2主变压器中性点经消弧线圈接地系统,消弧线圈应采用 过补偿方式。在正常运行时,中性点长时间位移电压不应超过额 定相电压的15%,脱谐度不宜大于10%。 3中性点经消弧线圈接地的非直配电机,宜采用欠补偿运 行方式。在正常运行时,中性点长时间位移电压不应超过额定相 电压10%,脱谐度不宜超过30%,消弧线圈分接头应满足脱谐 度要求。 4直配电机中性点消弧线圈应采用过补偿方式。消弧线圈 容量不足时,充许短时间以欠补偿方式运行,但脱谐度不宜超 过10%。 5装有消弧线圈系统,故障点残余电流不宜大于10A。必 要时可将配电系统分区运行,减少故障点的残余电流。 6消弧线圈容量应根据电网远景年发展规划确定,并应按 附录A.1计算。 7消弧线圈宜直接接于变压器中性点,变压器无中性点引 出时,应装设专用接地变压器,容量应与消弧线圈容量相配合。 3.2.7中性点采用高电阻接地方式时应符合下列要求: 1同步电机中性点高电阻值选择应满足运行机组健全相暂 时过电压控制不宜超过2.6p.u.(基准电压)要求。电阻值计算 可参照附录A.2。 2变压器额定电压不宜低于同步电机额定电压。变压器容 量计算可参照附录A.2。 3变压器低压侧接入电阻的阻值以及变压器二次侧额定电 压选择应满足保护系统设计要求。低压电阻值计算可参照附 录2
3.2.83~35kV配电系统采用中
低电阻接地方式时,安装在变压器中性 点电阻器的电阻,在满足单相接地继电 保护可靠性和过电压绝缘配合的前提下 宜选择较大值电器标准,电阻值计算可参照附 录A.3。
3.2.9中性点采用低阻抗接地方式应
1变压器中性点经低阻抗接地方 式如图3.2.9所示。电抗值应取1/3变 压器零序电抗值,两台变压器经电抗器 接地,与一台变压器接地、二台变压器
图3.2.9变压器中性点 经低阻抗接地方式
不接地的零序电抗值相同。当退出一台变压器运行时,可将另一 台运行变压器中性点低阻抗用隔离开关短接。对多台变压器也可 仿照此处理方法。 2采用变压器中性点经1/3变压器零序电抗接地,在单相 接地时,变压器中性点零序电压可按式(3.2.9)计算。
0.5kU k ±2
式中U。 变压器中性点零序电压,kV; 系统最大工作相电压,kV; k—一零序电抗(X。)与正序电抗(Xi)比值,X。/Xi ≤3。 3110~750kV系统变压器中性点最大零序电压应按表 3.2.9选用。 4低阻抗值在流过零序电流范围内应为恒值,低阻抗伏安 特性应为线性。 5为限制单相短路电流而将变压器中性点经低阻抗接地时: 接入低阻抗后可取 X。/X,~1。
表3.2.9110~750kV系统变压器中性点最大零序电压
作用在电气装置绝缘上的电)
1正常运行时的持续工频电压,不超过系统最高电压Um 持续时间为设备设计运行寿命。 2 暂时过电压,包括工频过电压和谐振过电压。 3 操作过电压。 4 雷电过电压。 5 特快速瞬态过电压(VFTO)。
1. 0p. u. =Um/ V/3 =UxB
1.0p.u.=2Um/V3=V2Ux
时过电压、操作过电压及
4. 1 暂时过电压及其保护
E. UgL t cosΛo sinao Z. 入。 =2元f, /
一功率因数角。 3系统单相接地故障,健全相工频过电压可采用式(4.1.1 4)简化计算:
式中U一一健全相工频过电压,kV; Ux一一故障相在故障前的相电压,kV。 4.1.2各级电压系统允许工频过电压水平不宜超过表4.1.2的 规定。
式中U一健全相工频过电压,kV; Ux一故障相在故障前的相电压,kV。
4.1.2各级电压系统允许工频过电压水平不宜超过表4.1
表4.1.2各级电压系统允许工频过电压水平
4.1.3220kV及以下系统可不采取限制工频过电压的措施。对 工程中采用长电缆段输电的回路,电缆系统是否采取限制工频过 电压的措施,宜经计算确定。 4.1.4330~750kV系统中,工频过电压应在设计时结合工程 条件预测计算,宜以正常送电状态下突然甩负荷和在线路受端有 接地故障情况下突然甩负荷时可能产生幅值较高的工频过电压作 为主要预测工况。当工频过电压超过表4.1.2的规定时,应在线 路上安装并联电抗器加以限制。当线路上只装设一组电抗器时, 宜安装在线路受电端。
4.1.5谐振过电压包括线性谐振过电压和非线性铁磁谐振过电
避免电感电容参数不利组合引起谐振过电压措施,或采用保护装 置限制谐振过电压的幅值和持续时间。
Q> P,tando X.% + X.% Sh Sc
4.1.7当无阻尼绕组同步电机发生不对称短路或负荷严重不
流磁场,健全相上将产生幅值较高的谐振过电压。在同步电机转 子上加装阻尼绕组,可限制过电压幅值不超过3Ux。加装阻尼 绕组的同步电机发生不对称短路过电压可按式(4.1.7)计算:
式中U 同步电机不对称短路过电压幅值,kV; 两相短路k。二1,两相短路接地k。=1.5; X 同步电机交轴超瞬态电抗,2; X" 同步电机直轴超瞬态电抗,2; Uxai 同步电机最高运行相电压幅值,kV。
kd一 两相短路k。二1,两相短路接地k。1.5; X"一一同步电机交轴超瞬态电抗,2; X一同步电机直轴超瞬态电抗,2; Uxgf一同步电机最高运行相电压幅值,kV。 4.1.8防止电磁式电压互感器引起铁磁谐振过电压措施应满足 下列要求: 1在直接接地系统中,对敲开式配电装置,应选用电容式 电压互感器;对气体绝缘全封闭配电装置(GIS),当采用带有 均压电容的断路器开断莲接电磁式电压互感器的空载母线,经验 算可能产生铁磁谐振过电压时,应采取下列措施: 1)运行中应避免可能引起谐振的操作方式。 2)装设专门抑制此类铁磁谐振的装置。 2在不接地系统中,对带绝缘监视用电磁式电压互感器与 空载母线或空载短线引起的铁磁谐振过电压,电源中性点发生对 地位移,引起虚幻接地信号。可采取下列预防和限制措施: 1)采用励磁特性饱和点较高的电磁式电压互感器或电容 式电压互感器。 2)增大母线对地电容,减小对地容抗(Xco),使对地容 抗与电压互感器在线电压作用下单相绕组的励磁感抗 Xco 20<0.01。 (Xm)之比 Xm 3)电压互感器高压绕组中性点对地间串接单相电压五感 器或消谐装置。 4在电压互感器开口三角绕组中装设电阻,或装设专门
4.1.8防止电磁式电压互感器引起铁磁谐振过电压措施应
消除此类谐振的消谐装置。
1非全相运行引起的铁磁谐振过电压应考虑下列情况: 1)对单侧电源中性点不接地系统的变压器或中性点直接 接地系统的中性点不接地变压器,当发生线路断线或 断路器、熔断器非全相分合闸时,由于空载或轻载变 压器励磁电感与线路对地电容构成串联铁磁谐振,将 产生2.0p.u.~3.0p.u.的过电压。谐振频率可为基 频,也可为高频和分频。 2)对双侧电源变压器,当发生线路断线或断路器、熔断 器非全相分合闻时,由于两侧电源的不同步,在各级 电压系统中将引起中性点位移过电压。不接地变压器 中性点位移电压可达2.0p.u.。非直接接地有补偿的 系统中,过电压将使不接地变压器中性点位移电压 更高。 3)有并联电抗器补偿的系统中,线路处于非全相空载运 行状态,且当并联电抗器零序电抗小于线路零序容抗 时,断开相上可能激发基频铁磁谐振过电压。 2防止和限制非全相运行引起铁磁谐振过电压应采取下列 措施: 1)可采用同期性能良好的断路器。 2)对中性点有效接地系统,操作时应将不接地变压器中 性点临时接地,并在不接地变压器中性点加装棒间隙 3)并联电抗器中性点可装设小电抗器。 4.1.10防止二次谐波铁磁谐振过电压,宜避免对只带空载线路 的变压器低压侧合闻。当运行操作无法避免时,应在线路继电保 护装置内增设过电压速断保护,缩短过电压持续时间。 4.1.11谐振接地的较低电压系统,运行时应避开谐振状态;非
4.2操作过电压及其保护
4。2。2对66kV及以下中性点不接地系统,当间歇性弧光接地 过电压对设备最高运行相电压U×的倍数不超过表4.2.2的规定 时,可采用常规过电压保护方案。
表4.2.2间歇性弧光接地过电压倍数
4.2.3对具有限流电抗器、电动机负荷,且设备参数配合不利 的3~10kV的不接地系统的过电压保护方案可根据负荷性质和 工程重要程度,通过过电压预测确定,
4.2.4空载线路开断时,断路器发生重击穿产生的分闸过电压 是控制220kV及以下系统操作过电压绝缘设计的主要依据,应 采取下列限制措施: 1对110kV及220kV系统,开断空载架空线路宜采用重 击穿概率极低的断路器;开断电缆线路应采用重击穿概率极低的 断路器;过电压不应超过3.Op.u.。 2对66kV及以下中性点不接地或谐振接地系统以及3~ 35kV的低电阻接地系统,开断空载线路应采用重击穿概率极低 的断路器。 3线路侧采用电磁式电压互感器,可泄放线路残余电荷 降低触头间恢复电压,避免断路器重击穿或降低重击穿过电压。
4.2.4空载线路开断时,断路器发生重击穿产生的分闸
或在系统振荡状态下解列,将产生线路非对称故障分闻或振荡解 列过电压。预测线路非对称故障分闻过电压,可选择线路受端存 在单相接地故障的条件,分闸时线路送受端电动势功角差宜按实 际工况选取。当过电压幅值较高时,应采用安装在线路两端的金 属氧化物避雷器(MOA)加以限制,并应校验MOA的吸收 能量。
4.2.6220kV及以下的线路合闸和重合闸过电压可不采取限
措施。线路合闸和重合闸过电压是330kV及以上系统操作过电 压绝缘设计的重要控制依据,应采取下列过电压限制措施:
1采用在进出线断路器线路侧安装无间隙MOA保护,避 雷器应能承受安装点除谐振过电压外的各种过电压的幅值和持续 时间。避雷器的通流容量和充许吸收能量应满足系统要求。 2当计算采用无间隙MOA限制合闻过电压达不到要求时 还应采用具有合闻电阻的断路器。 3应采用单相自动重合闸。 4应采用选相合闸装置。 4.2.7开断空载变压器或电抗器时,由断路器强制熄弧引起电 磁能转换振荡而产生的过电压与断路器结构、回路参数、变压器 或并联电抗器的接线和特性等因素有关,应采取下列限制措施: 1对采用灭弧性能较强又无分闸电阻的断路器开断励磁电 流较大的空载变压器产生的高幅值过电压,应在断路器与变压器 间装设MOA予以限制。 2开断并联电抗器时,宜采用截流数值较低的断路器,并 宜采用MOA或能耗极低的R一C阻容吸收装置作为限制断路器 强制熄弧截流产生过电压的后备保护。对330kV及以上的并联 电抗器开断时,也可采用选相分闸装置。 4.2.8当采用真空断路器开断高压电机时,宜在断路器与电动 机之间装设旋转电机用MOA或能耗极低的RC阻容吸收装 置。高压电机合闻的操作过电压可不采取保护措施。 4.2.9330kV及以上隔离开关操作由开式配电装置构成的空 载母线时产生的过电压,宜采用MOA保护。 4.2.10GIS或气体绝缘半封闭配电装置(HGIS)隔离开关操 作时可能产生VFTO,宜计算对变压器高压绕组入口处的电压 幅值和陡度以及VFTO的主要谐波频率,并应根据计算结果采 取相应措施。
4.2.7开断空载变压器或电抗器时,由断路器强制熄弧引起电 磁能转换振荡而产生的过电压与断路器结构、回路参数、变压器 或并联电抗器的接线和特性等因素有关,应采取下列限制措施: 1对采用灭弧性能较强又无分闸电阻的断路器开断励磁电 流较大的空载变压器产生的高幅值过电压,应在断路器与变压器 间装设MOA予以限制。 2开断并联电抗器时,宜采用截流数值较低的断路器,并 宜采用MOA或能耗极低的R一C阻容吸收装置作为限制断路器 强制熄弧截流产生过电压的后备保护。对330kV及以上的并联 电抗器开断时,也可采用选相分闸装置
4.2.10GIS或气体绝缘半封闭配电装置(HGIS)隔离开关操 作时可能产生VFTO,宜计算对变压器高压绕组入口处的电压 幅值和陡度以及VFTO的主要谐波频率,并应根据计算结果采 取相应措施。
5.1.1雷电过电压包括直击雷过电压和雷电侵人波过电压。防 雷设计应根据当地雷电活动强度、地面落雷密度、地形地貌、土 壤电阻率及已有线路、变电站和发电厂运行经验等因素,通过计 算分析和技术经济比较,采用差异化防雷保护措施。 5.1.2雷电特性参数确定应符合下列规定: 1雷电流幅值超过1的概率可按式(5.1.2)计算或按雷电 流幅值概率曲线(图5.1.2)香出
雷设计应根据当地雷电活动强度、地面落雷密度、地形地貌、土 壤电阻率及已有线路、变电站和发电厂运行经验等因素,通过计 算分析和技术经济比较,采用差异化防雷保护措施。
5.1.2雷电特性参数确定应符合下列规定:
1雷电流幅值超过I的概率可按式(5.1.2)计算或按雷 流幅值概率曲线(图5.1.2)查出。
图5.1.2我国雷电流幅值概率曲线
注:陕南以外的西北地区和内蒙古自治区的部分地区,年平均雷暴日数在 20及以下,雷电流幅值较小,可由给定的概率按图查出雷电流幅值 后减半。
式中Pi一雷电流幅值概率; I一雷电流幅值,kA。 2平均年雷暴日数宜根据当地气象台多年资料获得
3在线路防雷设计中,雷电流波头长度取2.6uS,波头形 状取斜角形;特殊高塔设计时,可取半余弦波形,最大陡度与平 均陡度之比为元/2。 4线路受雷密度应以线路受雷宽度为4倍避雷线或导线平 均悬挂高度加上两根避雷线之间的距离计算。
1雷直接击在电气设备上产生直击雷过电压,由于过电压 幅值很高,会造成设备的损坏。当雷击避雷针、避雷线或其他建 筑物、构筑物时,将引起接地网冲击电位增高,会造成对电气设 备的反击,产生反击过电压。反击过电压的幅值取决于雷电流幅 值、地网冲击电阻、引流点位置和设备充电回路的时间常数。当 采用避雷针或避雷线对高压配电装置进行直击雷保护时应采取防 止反击措施。 2输电线路受到雷击,雷电波沿导线侵入电气设备上,产 生侵入雷电波过电压。过电压幅值与进线保护段耐雷水平,雷击 点距高压配电装置的距离,导线电晕衰减和电气接线、运行方式 有关。应采取措施防止或减少近区线路的雷击闪络,并适当配置 MOA以减少雷电侵人波过电压的危害。
5.1.4线路雷电过电压的分析应考下列因素:
1当雷击线路杆塔或避雷线时,可能造成绝缘子串、塔头 空气间隙和避雷线与导线间空气间隙闪络,形成对导线的反击而 产生过电压。设计时,塔头空气间隙和档距中央空气间隙的绝缘 水平应高于绝缘子串绝缘水平。绝缘子串上承受的雷电过电压与 汗塔自身电感、接地电阻、避雷线分流系数以及雷电流幅值有 关,宜以线路耐雷水平作为线路的耐雷指标。 2雷击线路附近的物体或地面,空间电磁场发生剧烈变化: 可能在线路的导线上或其他金属导体上产生感应过电压。感应过 电压仅对35kV及以下线路和电气设备绝缘有危害。感应过电压 可采用下列公式计算: 1)当雷击点与导线的距离大于65m时,导线上感应过电
式中 U。一 感应过电压最大值,kV; hd—导线平均高度,m; S一雷击点与线路的距离,m
25hd U.~ S
Jg =αh I1 2. 6
式中I2 线路绕击的耐雷水平,kA; Us0% 线路绝缘子串50%冲击放电电压,kV
U 50% I2~ 100
U50% 12~ 100
的保护范围(见图5.2.2)应按式(5.2.2-1)~式(5.2.2 3) 计算:
避雷针在地面上的保护半径:
图5.2.2单支避雷针保护范围
式中r 避雷针在地面上的保护半径,m; h,—避雷针的高度,m,当h.>120m时,可取120m; p—高度影响系数,h,≤30m时,p=1;30m
120m时,p=0.5。 2在被保护物高度h水平面上的保护半径: 1)当hx≥ r 时: 2.
式中rrx 避雷针在hx水平面上的保护半径,m; hx——被保护物高度,m;
rx=(h二hx)力hra力
5.2.3不同地平面单支避雷针保护范围(见图5.2.3)应分别以不 司地平面对应不同避雷针高,确定所在地面被保护物的保护半径。 以地平面1为基准,避雷针高度为hl,按单支避雷针保护范围的方 法确定保护hx的保护半径rxl。以地平面2为基准,避雷针高为hr2,
15.2.3不同地面高度的单支避雷针保
5.2.4缓坡度地面单支避雷针保护范围(见图5.2.4)应按下 列方法确定: 1避雷针上坡方向的保护范围,应在避雷针h,底部作假想水 平地面(见图5.2.4中虚线),按单支避雷针保护范围确定方法 确定。
图5.2.4缓坡度地面单支避雷针保护范
2避雷针下坡方向的保护范围,可由避雷针顶点向缓坡地 面做一垂直hrc,将hrc看作等效避雷针高度,再按单支避雷针保 护范围确定方法确定。
5.2.5两支等高避雷针保护范围(见图5.2.5-1)应按下
两针外侧的保护范围应按单支避雷针的计算方法确定。 两针间保护范围上部边缘最低高度ho应按式(5.2.5)计算:
4查得bx后,可按图5.2.5-1绘出两针间的保护范围。 两针间距离与针高之比D./h,不宜天于5。 5.2.6两支不等高避雷针保护范围(见图5.2.6)应按下列方
网针间距离与针高之比D/h不直大于5。 5.2.6两支不等高避雷针保护范围(见图5.2.6)应按下列方 法确定:
图5.2.6两支不等高避雷针保护范围
1两支不等高避雷针外侧的保护范围,应分别按单支避雷 针的计算方法确定。 2两针间的保护范围,应按单支避雷针的计算方法,先确 定较高避雷针1的保护范围,然后由较低避雷针2的顶点做水平 线与避雷针1的保护范围相交于点3,取点3为等效避雷针的顶 点,再按两支等高避雷针的计算方法确定避雷针2和等效避雷针 3的保护范围。通过避雷针2、等效避雷针3顶点及保护范围上 部边缘最低点的圆弧,弓高应按式(5.2.6)计算:
7不同地面高程的两支避雷针保护范
针内侧保护范围的方法,确定所在地平面内被保护物的保护范 围。若两地平面的被保护高程不在同一水平面上,两针间保护 则最小宽度,应分别按不同地平面确定不同的bxl、6x2,如图 5.2.7中实线。若两地平面被保护高程相同,不论按哪一地平面 确定,两针间保护一侧的最小宽度应相同。
5.2.8多支避雷针的保护范围(见图5.2.8)应按下列方法
1三支等高避雷针形成的三角形外侧保护范围应分别按两 支等高避雷针的计算方法确定。在三角形内被保护物最大高度 2水平面上,各相邻避雷针间保护范围的一侧最小宽度6x≥C 时,全部面积可受到保护。 2四支及以上等高避雷针形成的四角形或多角形,可先分 成两个或数个三角形,然后分别按三支等高避雷针的方法计算。
钙镁磷肥标准(b)四支等高避雷针在h.水平面上的保护范围
图5.2.8三支、四支等高避雷针在hx 水平面上的保护范围
D hro =h, 5力
当 hx≥ hw时:
水库标准规范范本rwx =0. 47(hw =hx)p
式中rwx 每侧保护范围的宽度或端部保护半径,m; hw 避雷线的高度,m。
....- 水利标准
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