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變電設(shè)備及運(yùn)行處理

作者：丁穎
出版社：中國(guó)電力出版社出版時(shí)間：2007-11-01
開(kāi)本： 16開(kāi) 頁(yè)數(shù)： 346
中 圖 價(jià):¥23.5(7.0折) 定價(jià)  ¥33.6 登錄后可看到會(huì)員價(jià)
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變電設(shè)備及運(yùn)行處理 版權(quán)信息

變電設(shè)備及運(yùn)行處理 節(jié)選

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

    第六章  防  雷  設(shè)  備
    雷電具有很大的危害性，雖然持續(xù)時(shí)間非常短，但其電壓可達(dá)數(shù)百萬(wàn)伏，電流可達(dá)數(shù)十
萬(wàn)安，當(dāng)設(shè)備遭受雷擊或在設(shè)備附近發(fā)生雷擊時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓，可能危害設(shè)備的絕緣，稱
之為雷電過(guò)電壓或大氣過(guò)電壓。雷電過(guò)電壓又分為直擊雷過(guò)電壓和感應(yīng)雷過(guò)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(huì)使變壓器及其他電氣設(shè)備絕緣損傷、壽命
縮短甚至直接導(dǎo)致?lián)p壞造成停電事故，嚴(yán)重影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活，因此，變電站的防雷
保護(hù)必須十分可靠。
    變電站的雷害事故來(lái)自于兩個(gè)方面：一是雷電直擊于變電站的導(dǎo)線或設(shè)備；二是雷電擊
中線路后，沿線路向變電站傳來(lái)的雷電波。由于線路落雷頻繁，而且線路的絕緣強(qiáng)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(duì)變壓器等絕緣強(qiáng)度較
弱的設(shè)備造成損害。為了防護(hù)入侵雷電波，通常在變電站的母線上裝設(shè)金屬氧化物避雷器或
閥型避雷器，同時(shí)設(shè)進(jìn)線段保護(hù)以減小雷電波的陡度并利用進(jìn)線段的波阻抗來(lái)限制通過(guò)避雷
器的雷電流。
    除了雷電過(guò)電壓，還有由于電力系統(tǒng)內(nèi)部能量的轉(zhuǎn)化或傳遞而引起的過(guò)電壓，稱為內(nèi)部
過(guò)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(shí)的過(guò)渡過(guò)程引
起的持續(xù)較短的操作過(guò)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(shí)間較長(zhǎng)的諧振過(guò)電壓。內(nèi)部過(guò)電壓的水平與系統(tǒng)*大工作相電壓有關(guān)，隨著電壓等級(jí)的
提高，內(nèi)部過(guò)電壓的影響也越來(lái)越大，必須采用避雷器等設(shè)備來(lái)防護(hù)內(nèi)部過(guò)電壓。
    **節(jié)避雷針和避雷線
    對(duì)于直擊雷的防護(hù)一般采用避雷針和避雷線。避雷針和避雷線實(shí)際上是一組引雷導(dǎo)體，可
將雷電引向自身并泄人大地，從而保護(hù)其他設(shè)備免受雷擊。避雷針一般用于保護(hù)發(fā)電廠和變電
站內(nèi)的設(shè)備，避雷線主要用于保護(hù)輸電線路，也可以用于保護(hù)發(fā)電廠和變電站內(nèi)的設(shè)備。
    一、避雷針和避雷線的結(jié)構(gòu)
    1．避雷針的結(jié)構(gòu)
    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(hù)設(shè)備，頂部呈尖錐形，是避
雷針*高的部分。接閃器常用長(zhǎng)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(dǎo)線，用來(lái)將接閃器上的雷電
流安全引入接地體，應(yīng)保證雷電流通過(guò)時(shí)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(shè)于地下的導(dǎo)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(shè)備    143
或圓鋼鋼管打人地中，接地體的接地電阻不應(yīng)超過(guò)允許值。
    2．避雷線的結(jié)構(gòu)
    避雷線是架設(shè)在被保護(hù)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(duì)引下線及接地體的基本要
求與避雷針的相同。用來(lái)保護(hù)輸電線路的避雷線懸掛在輸電導(dǎo)線的上面，如果線路是用木質(zhì)
桿塔架設(shè)，應(yīng)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(shè)，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(yīng)互相成金屬性連接，從而減小避雷線的波
阻抗，降低過(guò)電壓。
    二、避雷針和避雷線的保護(hù)原理
    雷電對(duì)地的放電過(guò)程分為先導(dǎo)放電、主放電和余輝放電三個(gè)階段。在先導(dǎo)放電的初始階
段，因先導(dǎo)離地面較高，故先導(dǎo)發(fā)展的方向不受地面物體的影響。但當(dāng)先導(dǎo)發(fā)展到離地面的
某一高度時(shí)，由于避雷針高于被保護(hù)設(shè)備，且具有良好的接地，避雷針上因靜電感應(yīng)而積累
了許多與先導(dǎo)通道中極性相反的電荷，使先導(dǎo)通道與避雷針問(wèn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大大增強(qiáng)，則從避
雷針頂端可能會(huì)發(fā)展向上的迎面先導(dǎo)，從而影響下行先導(dǎo)的發(fā)展方向，將先導(dǎo)放電的路徑引
向避雷針，*后對(duì)避雷針發(fā)生主放電，并通過(guò)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(lái)，起到引雷的作用。一定高度的避雷針下面有一個(gè)安全的區(qū)域稱為避雷
針的保護(hù)范圍，它通常為一個(gè)閉合的錐體空間，在這個(gè)區(qū)域中的設(shè)備遭受雷擊的概率很小。
    避雷線的保護(hù)原理與避雷針基本相同，主要用于輸電線路的直擊雷保護(hù)，也可用來(lái)保護(hù)
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(duì)于輸電線路，避雷線除了可以防
止雷擊導(dǎo)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(duì)導(dǎo)線的耦合作用還可降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過(guò)電壓。如果避雷線距離導(dǎo)線很近，則雷
電繞過(guò)避雷線直擊導(dǎo)線的幾率大大增加，因此避雷線需高于導(dǎo)線一個(gè)合適的距離。
    避雷針和避雷線要起到保護(hù)作用，一方面避雷針和避雷線必須很好的接地，接地電阻應(yīng)
滿足要求；另一方面被保護(hù)設(shè)備要裝設(shè)在避雷針、避雷線的保護(hù)范圍之內(nèi)。工程上多采用雙
避雷線或多避雷針，以擴(kuò)大保護(hù)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(hù)物的高度及相互之間的位置等有關(guān)外，還與許多隨機(jī)因素
有關(guān)，例如當(dāng)時(shí)的大氣條件、雷電極性、雷電通道電荷分布、先導(dǎo)頭部電位等，因此能完全
避免雷擊的保護(hù)范圍是不存在的，避雷針和避雷線的保護(hù)范圍是指被保護(hù)設(shè)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(shè)避雷針和避雷線可防止雷直擊電氣設(shè)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(shè)備仍有被雷擊的可能。此外當(dāng)雷擊線路或線路附近的大地
時(shí)，在輸電線路上會(huì)產(chǎn)生過(guò)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(shè)備。因此，為了保護(hù)電氣設(shè)備還必須裝設(shè)另一種過(guò)電壓保護(hù)裝置，這就是避
 144    變電設(shè)備及運(yùn)行處理
雷器。
    除了雷電過(guò)電壓，電力系統(tǒng)還存在內(nèi)部過(guò)電壓，而且其大小與系統(tǒng)*大工作相電壓有
關(guān)。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(shè)備的絕緣水平足以承受內(nèi)部過(guò)電
壓的作用，雷電過(guò)電壓構(gòu)成的威脅比系統(tǒng)中的內(nèi)部過(guò)電壓大得多。避雷器*初的功能就是限
制雷電過(guò)電壓。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電壓等級(jí)越來(lái)越高，超高壓、特高壓系統(tǒng)陸續(xù)出現(xiàn)，
操作過(guò)電壓的幅值也越來(lái)越高，而且其持續(xù)時(shí)間比雷電過(guò)電壓長(zhǎng)，給電氣設(shè)備安全運(yùn)行帶來(lái)
嚴(yán)重威脅，因此，必須要用避雷器來(lái)限制內(nèi)部過(guò)電壓。現(xiàn)代的避雷器在運(yùn)行中擔(dān)負(fù)著限制雷
電過(guò)電壓和內(nèi)部過(guò)電壓的雙重任務(wù)，所以有些國(guó)家將之改稱為限壓器或波限制器。我國(guó)按習(xí)
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(hù)的對(duì)象不同，又分為直流側(cè)保護(hù)用避雷器、交流側(cè)保護(hù)用避雷
器、保護(hù)平波電抗器用避雷器、保護(hù)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(bǔ)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(jī)殼避雷器和鐵殼避雷器等；按其工作原理可分為保護(hù)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(hù)間隙和管型避雷器主要用來(lái)限制雷電過(guò)電壓，一般用于配
電系統(tǒng)以及變電站的進(jìn)線段保護(hù)。閥型避雷器和氧化鋅避雷器可用于發(fā)電廠、變電站的過(guò)電
壓保護(hù)，其中普通閥型避雷器主要用來(lái)限制雷電過(guò)電壓，磁吹閥型避雷器和氧化鋅避雷器既
可用來(lái)限制雷電過(guò)電壓，又可用來(lái)限制內(nèi)部過(guò)電壓。
    二、避雷器的工作原理
    避雷器是一種釋放過(guò)電壓能量、限制設(shè)備絕緣上承受的過(guò)電壓幅值的保護(hù)設(shè)備，通常接
于導(dǎo)線和地之間，與被保護(hù)設(shè)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?fàn)顟B(tài)，當(dāng)作用
在避雷器上的電壓超過(guò)其保護(hù)值時(shí)，避雷器導(dǎo)通，電阻下降，將電流泄人大地，從而使過(guò)電
壓的幅值限制在設(shè)備絕緣允許值之內(nèi)，避免了高幅值的過(guò)電壓對(duì)設(shè)備絕緣的損害，保護(hù)了與
之并聯(lián)的電氣設(shè)備。避雷器一旦在沖擊電壓作用下放電，就造成對(duì)地短路，瞬間的過(guò)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(guò)工頻短路電流，稱為工頻續(xù)流。避雷
器要及時(shí)自行切斷此工頻續(xù)流，重新恢復(fù)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？梢(jiàn)，避雷器的工作過(guò)程包括限壓、熄弧和恢復(fù)三個(gè)過(guò)程。
    電氣設(shè)備的沖擊絕緣強(qiáng)度用其伏秒特性曲線表示。為了使避雷器能達(dá)到預(yù)期的保護(hù)效
果，避雷器與被保護(hù)設(shè)備的絕緣強(qiáng)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(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線，同時(shí)要高于被保護(hù)設(shè)備上可能出現(xiàn)的*高工頻電壓
以免避雷器誤動(dòng)作。
    三、保護(hù)間隙和管型避雷器
    1．保護(hù)間隙
    *簡(jiǎn)單和*經(jīng)濟(jì)的避雷器是保護(hù)間隙，由一對(duì)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(niǎo)、



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