项目三：电力设备过电压及防雷保护案例 一、率故经过 自000年起，建德电网先后爱生了5次雷电波侵入变电站的故障，虽未引起事故，但 给电网安全运行带来了一定的影响，故障后检查发现：变电站内备用的35kY开美胆设答均 发生了不同程度的闪络，2005年7月12日35kW洋溪变尤为严重，开关柜内sF6开关外绝 缘表面电弧烧损严重，S形开关外地缘三相断口间及A、C相对地有短路现象：进线铜挂， 绝蜂峰版等有多处成电粮迹。 经分析，这几起截障均发生在变电所进线断口处，变电所防雷设计完全符合设计规程要 求，在进线侧均安装了避雷器。3Y架空线也安装了避雷线， 二、率故分析 1、变电站进线产生断口的原因分析 因雷电过电压，人为外力破环，污闪，设备放障成保护误动等原因导致线路断路图跳闸， 重合铜前断路器处于短时分阐状老：斯路器分闸后重合不成功，不能马上族复送电，又未做 好安全错城《即拉开有关隔离开关。将线路两侧接地开关合上)。则在这受时间内断路器实 际上处于分网状态，对无人值守变电站，尤其是雷暴天气时，后一种情况经常会遇到，且持 续时间有时达数小时。 根据雷电活动规律可知，雷云中可能同时存在着几个密集的电荷中心，当第一个电荷中 心放电完成后，可能引起第二个，第三个电荷中心向第一个电荷中心形成的主放电通道放电。 因此需电波通常是多重的，连续的，两个波何隔时间仪仅是1/10一1/100秒。第一重需电波 引起断路器跳闸，而断路器重合间需要时间。存在着未重合成功前。第二重雷电被又入侵的 可能性. 2、雷电被入慢的主要原因 雷电波主要是从线路进线侧入侵的，由反击和绕击引起的线路新口雷电波入侵的概率并 不大，因为变电站一般不会建在地形较特殊的环境中：变电站附近地区的杆塔接地电阻及看 需线的保护角较易做到标准规定要求：根据线路避霜器的保护意围有限及需电波陵度大、在 线路阻抗衰减侵快的情况可知，只有雷击发生在离变电站很近的几个杆塔的情况下才有可能 通过变电站内线路断口油成。 线路斯口雷电波入侵主要是雷击感应过电压。当变电站附近的空间云团显负电荷时，则 在杆塔的避雷线上够应出正的电荷，而当云团电荷积累到一定程度对地放电时，因地电位（也 就是歪雷找上的电位)不能突破，故在导线上感型出一个负的感应过电压。线路上的雷击感 应过电压为随机变量，其幅值及能量并不是很大。一殿仅对3kV及以下线路的施缘有一定 碱映。但在滑收通路中有断口，根据被的折射理论及因阳抗不配，波的根高会形成根高幅值 的过电压，从而对220kW系统绝缘构成危害
项目三：电力设备过电压及防雷保护案例 一、 事故经过 自 2000 年起，建德电网先后发生了 5 次雷电波侵入变电站的故障，虽未引起事故，但 给电网安全运行带来了一定的影响，故障后检查发现：变电站内备用的 35kV 开关柜设备均 发生了不同程度的闪络，2005 年 7 月 12 日 35kV 洋溪变尤为严重，开关柜内 SF6 开关外绝 缘表面电弧烧损严重，SF6 开关外绝缘三相断口间及 A、C 相对地有短路现象；进线铜排、 绝缘板等有多处放电痕迹。 经分析，这几起故障均发生在变电所进线断口处，变电所防雷设计完全符合设计规程要 求，在进线侧均安装了避雷器，35kV 架空线也安装了避雷线。 二、事故分析 1、变电站进线产生断口的原因分析 因雷电过电压、人为外力破坏、污闪、设备故障或保护误动等原因导致线路断路器跳闸， 重合闸前断路器处于短时分闸状态；断路器分闸后重合不成功，不能马上恢复送电，又未做 好安全措施（即拉开有关隔离开关，将线路两侧接地开关合上），则在这段时间内断路器实 际上处于分闸状态，对无人值守变电站，尤其是雷暴天气时，后一种情况经常会遇到，且持 续时间有时达数小时。 根据雷电活动规律可知，雷云中可能同时存在着几个密集的电荷中心，当第一个电荷中 心放电完成后，可能引起第二个、第三个电荷中心向第一个电荷中心形成的主放电通道放电。 因此雷电波通常是多重的，连续的，两个波间隔时间仅仅是 1/10～1/100 秒。第一重雷电波 引起断路器跳闸，而断路器重合闸需要时间，存在着未重合成功前，第二重雷电波又入侵的 可能性。 2、雷电波入侵的主要原因 雷电波主要是从线路进线侧入侵的，由反击和绕击引起的线路断口雷电波入侵的概率并 不大，因为变电站一般不会建在地形较特殊的环境中；变电站附近地区的杆塔接地电阻及避 雷线的保护角较易做到标准规定要求；根据线路避雷器的保护范围有限及雷电波陡度大、在 线路阻抗衰减极快的情况可知，只有雷击发生在离变电站很近的几个杆塔的情况下才有可能 通过变电站内线路断口泄放。 线路断口雷电波入侵主要是雷击感应过电压。当变电站附近的空间云团呈负电荷时，则 在杆塔的避雷线上感应出正的电荷。而当云团电荷积累到一定程度对地放电时，因地电位（也 就是避雷线上的电位）不能突破，故在导线上感应出一个负的感应过电压。线路上的雷击感 应过电压为随机变量，其幅值及能量并不是很大。一般仅对 35kV 及以下线路的绝缘有一定 威胁。但在泄放通路中有断口，根据波的折射理论及因阻抗不配，波的振荡会形成很高幅值 的过电压，从而对 220kV 系统绝缘构成危害
3、通常留电过电压的保护指施 变电站的雷电侵入波保护通常靠三道防线：一是在变电站内设计避雷针，以屏餐雷电波 从大气空间入侵：二是在进线开关线路侧安装避雷器，以限制从线路上侵入雷电波过电压的 幅值，三是在新路器成隔离开关后面、主变附近的得线上装冠雷墨。以限制从线路上侵入雷 电波过电压的幅值。避需器与电气设备之间的最大距离不超过/T0标准中规定的数值， 否则应在变压器回路增设避雷器。 另外，对于35W变电站进线段，应设置1一2张k■避雷线，避需线的保护角小于20°， 以减少危险雷电侵入波产生的机会：尽可能降低杆塔接地电阻。使选线保护段具有较高的耐 雷水平。 二、变电站开关断口避雷晷的选用 1、采用无间像避雷器 同稼傲电有一定的时廷，一校约在数个或十个S左右，即在阿隙放电时延内，过电压 反射波可能达到最大值。 同障收电特性决定，视加在间夏两端的电压波前陡度尴大，问障收电电压道高，例如标 准规定有间隙的避雷器其波前放电电压（在波前电压陡度400V/S下）与1.2/50uS雷电 冲击放电电压之比为1.25. 传统的绝缘方式（如烧绝缘或油绝蜂》，施加其上的冲击电压陡度越陵，耐受及放电电 压也会相应抬高，但阳及部分有机复合绝缘却不是，它在高徒度冲击放电电压下，比在标 准雷电冲击电压下只是略有粉高，运低于传统绝缘方式粉高的畅值，故在高徒度的冲击电压 下，先与其他绝缘方式击穿。 所以有障的提雷器不适合用于保护线塔算端及变电站内的设备轮缘，而应采用无同限 避雷器 2、采用三相组合式避雷器 为防止相间过电压，可采用三相组合式避雷器，在保护相对地过电压的同时保护相间过 电压，现较常用的是JPBHY5CZ1-42/12488组合式过电压保护器。但其键被限压特性较差， 在部分情况下无法正确动作，最好在使用三相组合式避雷器的同时，安装无间隙金属氧化物 避雷图。无草避雷器威波响应，通流能力，密封性能教好。针对建德电网多次发生的雷 电波侵入变电站的情况，可以采用这种方式来解决。 3、安装位置 可选择在变电站内龙门架上(a)或出线的第一杆塔上(》，有人认为装在()合适， 里由是：装在(b),(山)受雷击会有雷电反击过电压。而在龙门架上则不会：(b》的保护距 离比装在(a)远，(b)的接地电阻通常比(a)大。实际上装在(a)成(b》都是可以的。 首先雷电波是沿线路米袭的。装在()或离按保护对象远一些，但离米装的雷电波近，从 这个意义上讲，离保护对象远些反面好，既使(b)受到雷电而引起反击过电压，有透雷器
3、通常雷电过电压的保护措施 变电站的雷电侵入波保护通常靠三道防线：一是在变电站内设计避雷针，以屏蔽雷电波 从大气空间入侵；二是在进线开关线路侧安装避雷器，以限制从线路上侵入雷电波过电压的 幅值；三是在断路器或隔离开关后面、主变附近的母线上装避雷器，以限制从线路上侵入雷 电波过电压的幅值。避雷器与电气设备之间的最大距离不超过 DL/T620 标准中规定的数值， 否则应在变压器回路增设避雷器。 另外，对于 35kV 变电站进线段，应设置 1～2km 避雷线，避雷线的保护角小于 20°， 以减少危险雷电侵入波产生的机会；尽可能降低杆塔接地电阻，使进线保护段具有较高的耐 雷水平。 二、变电站开关断口避雷器的选用 1、采用无间隙避雷器 间隙放电有一定的时延，一般约在数个或十个 nS 左右，即在间隙放电时延内，过电压 反射波可能达到最大值。 间隙放电特性决定，预加在间隙两端的电压波前陡度越大，间隙放电电压越高，例如标 准规定有间隙的避雷器其波前放电电压（在波前电压陡度 400kV/μS 下）与 1.2/50μS 雷电 冲击放电电压之比为 1.25。 传统的绝缘方式（如瓷绝缘或油绝缘），施加其上的冲击电压陡度越陡，耐受及放电电 压也会相应抬高，但 SF6 及部分有机复合绝缘却不是，它在高陡度冲击放电电压下，比在标 准雷电冲击电压下只是略有抬高，远低于传统绝缘方式抬高的幅值，故在高陡度的冲击电压 下，先与其他绝缘方式击穿。 所以有间隙的避雷器不适合用于保护线路终端及变电站内的设备绝缘，而应采用无间隙 避雷器。 2、采用三相组合式避雷器 为防止相间过电压，可采用三相组合式避雷器。在保护相对地过电压的同时保护相间过 电压，现较常用的是 JPBHY5CZ1-42/124*88 组合式过电压保护器。但其陡波限压特性较差， 在部分情况下无法正确动作，最好在使用三相组合式避雷器的同时，安装无间隙金属氧化物 避雷器，无间隙避雷器陡波响应，通流能力，密封性能都较好。针对建德电网多次发生的雷 电波侵入变电站的情况，可以采用这种方式来解决。 3、安装位置 可选择在变电站内龙门架上（a）或出线的第一杆塔上（b）。有人认为装在（a）合适， 理由是：装在（b），（b）受雷击会有雷电反击过电压，而在龙门架上则不会；（b）的保护距 离比装在（a）远，（b）的接地电阻通常比（a）大。实际上装在（a）或（b）都是可以的。 首先雷电波是沿线路来袭的，装在（b）虽离被保护对象远一些，但离来袭的雷电波近，从 这个意义上讲，离保护对象远些反而好，既使（b）受到雷电而引起反击过电压，有避雷器
钳位，削波及导线的衰减，雷电波不会入侵至变电站内造成危害。 雷电发生的机理十分复条，我们还不能完全控制雷害的发生。但通过必要的防雷错施， 可以减少雷害的发生，为确保电网的安全运行，我们要不断总结经验教训，加强运行、检修， 操护各环节的工作，重视防需的反错和技政工作，采取有针对性的防范措施。 案例二：电磁式电压互感器铁磁谐振引起的过电压事故 一.率故经过 某厂自备发电机(10k、1,5狮)与系统并料运行，三次发生电压互感器一次侧馆断器 缩丝熔断事件，其中两次为A相熔断，一次为B相熔断。培断器熔断使电压互感器开口三角 形绝缘监察继电器动作，接地光字韩、断线光字牌亮。同时引起低电压或我保护，低烦率保 护动作，使两台变压器断路器和母联断路器珠网。在退出保护拉出电压互级器柜小车之后换 上熔断器，一切恢复正常。110kW变电所停电、约3动后恢复送电，透电时又发生电铃报警， 同时中央控制屏系统接地、系统断线光字牌亮，以及公共授备维电器屏低压减载保护、低须 率保护动作发出信号。立即到高压室检查，开门即闻到胶木、绝锋漆潮味，同时从进线电压 互够渴柜发出“斯嘴燃烧声和间断电弧光。随即暖系110kY变电所停电。全厂停产1出 检查后发现进线电源电压互感器柜A相严重烧吸，则瓷骨架堰裂。 二，事故分析 四次事故情况类似，说明存在共性月题。发生第四次事故后，分析有以下四种可能： (1)电题式电压互5器切登特性不良。 2)室内潮湿明起电压互感露绝缘击穿、匝间短路。 3)电压互感器二次侧负荷过大或归路。 《4)电磁式电压互感器起铁磁诺振过电压 经过一系列认真试验，电压互够器本身不存在质量日题。经过计算，电压互够器二次侧 负背并未超过额定容量，同时也判断二次回路无短路点。由此推测最大可能是铁磁蒂根引起 的。但铁延谐银存在银大随机性，银难明确判断。于是先恢复生产，进一步观察、分析。 此后一段时间操作人员时常反陕拉出电压互感器柜检查时，发观某一相或两相一次侧格 断福温很高（一次侧溶断渴阻值的1O0口左右，电流大时发热严重），推测电压互成渴一次 电流较大，仍存在隐患。要求值班人员监视系统电压和绝缘监察装置。后又发现发电机频率 曾在短时间内（钓持线5a1n)达到表盘最大值(55z),地缘监视三相相电压均达到8500W, 远远高于正常值。在此期间发电机与系统并网进行，转速稳定，励磁电流稳定。与上级供电 单位110kY变电所联系。得知大系统未出现异常。 根据上述一系列的情况，经仔细分析，推断为电磁式电压互感器月起铁磁谱振过电压所
钳位、削波及导线的衰减，雷电波不会入侵至变电站内造成危害。 雷电发生的机理十分复杂，我们还不能完全控制雷害的发生，但通过必要的防雷措施， 可以减少雷害的发生，为确保电网的安全运行，我们要不断总结经验教训，加强运行、检修、 维护各环节的工作，重视防雷的反措和技改工作，采取有针对性的防范措施。 案例二：电磁式电压互感器铁磁谐振引起的过电压事故 一. 事故经过 某厂自备发电机（l0kV、1.5MW）与系统并网运行，三次发生电压互感器一次侧熔断器 熔丝熔断事件，其中两次为 A 相熔断，一次为 B 相熔断。熔断器熔断使电压互感器开口三角 形绝缘监察继电器动作，接地光字牌、断线光字牌亮，同时引起低电压减载保护、低频率保 护动作，使两台变压器断路器和母联断路器跳闸。在退出保护拉出电压互感器柜小车之后换 上熔断器，一切恢复正常。110kV 变电所停电、约 3h 后恢复送电，送电时又发生电铃报警， 同时中央控制屏系统接地、系统断线光字牌亮，以及公共设备继电器屏低压减载保护、低频 率保护动作发出信号。立即到高压室检查，开门即闻到胶木、绝缘漆糊味，同时从进线电压 互感器柜发出“嘶嘶”燃烧声和间断电弧光。随即联系 110kV 变电所停电。全厂停产 12h， 检查后发现进线电源电压互感器柜 A 相严重烧毁，陶瓷骨架爆裂。 二．事故分析 四次事故情况类似，说明存在共性问题。发生第四次事故后，分析有以下四种可能： (1）电磁式电压互感器励磁特性不良。 (2）室内潮湿引起电压互感器绝缘击穿、匝间短路。 (3）电压互感器二次侧负荷过大或短路。 (4）电磁式电压互感器引起铁磁谐振过电压。 经过一系列认真试验，电压互感器本身不存在质量问题。经过计算，电压互感器二次侧 负荷并未超过额定容量，同时也判断二次回路无短路点。由此推测最大可能是铁磁谐振引起 的。但铁磁谐振存在很大随机性，很难明确判断。于是先恢复生产，进一步观察、分析。 此后一段时间操作人员时常反映拉出电压互感器柜检查时，发现某一相或两相一次侧熔 断器温很高（一次侧熔断器阻值约 100Ω左右，电流大时发热严重），推测电压互威器一次 电流较大，仍存在隐患。要求值班人员监视系统电压和绝缘监察装置。后又发现发电机频率 曾在短时间内（约持续 5min）达到表盘最大值（55Hz) ，绝缘监视三相相电压均达到 8500V， 远远高于正常值。在此期间发电机与系统并网进行，转速稳定，励磁电流稳定。与上级供电 单位 110kV 变电所联系，得知大系统未出现异常。 根据上述一系列的情况，经仔细分析，推断为电磁式电压互感器引起铁磁谐振过电压所 致
由于该厂自备电站共有发电机，进线电源、【段和川母线四个电压互感器柜，与110kV 变电所所有电压互感器相并联，其并联电感与导线对地电容组成一个接近谐振网路。当系统 突然送电威是雷器对地做电时，有可能满足藩振条件而出现谐振过电压，如果谐振时同较短， 会使电压互感器一次侧熔断器发热甚至培断：如果诺振白保林时间较长，则可能会使电压可 感落燃烧爆炸， 三，改进措施 该厂在主控室装设了两台微型电脑多功能涓游装置.该装置能在电网谐振时使零序目路 短接，而向电料施加阻尼达到清谐目的，谐振清除后自动复位，装设消谐装置后，该厂来再 出现英以故项。 案例三；电流互感器过电压烧殿故障 1.事故经过 配电盘后发出一声巨响，并随着光亮，盘后A相电流互感器着火、冒烟，变压器二次 熔断器烧断，立即将一次熔断器拉开，并用友服和黄土将火扑灭。将A相电流互感器拆下， 互感器一、二次击穿。部分烧吸。 A相电流互感器，击穿烧毁的原因是绝峰强皮低。在雷击前，天气湘湿，有时听到互感 器有微弱的做电声。发现此种情况。未引起重视。互感器长年没有进行绝峰试验。 2.事故分析 进入配电室遥视检查意后，发现电流互感器起火冒咽。立即停电，用泡沫灭火器将火扑 灭。停电后检查，电流互感器外绝修烧焦，一次接头外部裹紧的胶布烧毁。与互感器连接爆 栓严重松动。接头接触面烧有大量麻点，并有过火现象。这生现象证明。起火原因系螺栓连 接不紧，日路负荷较大，过热引起。先将接头外部胶布烧着，并蔓延到互感器，使电流互感 器起火 (1)加强黄工工艺培别和我工验收制度。认真猛视检查，该接头连接缺府可能早被发现。 (2)扑灭电气火突时，授备带电，不允许用导电的液体灭火（泡沫灭火器培液导电） 设备停电也不允许用泡沫灭火器灭火，因为溶液含水，浇在线圈绝缘上，会破坏其绝缘强度。 其绝蜂必须进行干燥处理，族复绝缘性能。 3.改进措选 (1)电流互感器运行后应定期进行绝缘试的，发现有异常现象应及时查找原因，进行处 理。 (2)运行中发现设备有异常情况应及时进行分析和查找异常观象的原因。 (3)配电室应备有砂箱暖细砂授（用纸粘成的口授）并经常检查，长期保持干燥。一旦 发生电气火灾，即可用沙子扑灭。有条件可准备一些灭火器，或其他适用电气灭火的化学 灭火剂。扑灭电气火实时，要严禁使用水浇或溲水，以防人身电击事檀
由于该厂自备电站共有发电机、进线电源、Ι 段和Ⅱ母线四个电压互感器柜，与 110kV 变电所所有电压互感器相并联，其并联电感与导线对地电容组成一个接近谐振回路。当系统 突然送电或避雷器对地放电时，有可能满足谐振条件而出现谐振过电压。如果谐振时间较短， 会使电压互感器一次侧熔断器发热甚至熔断；如果谐振自保持时间较长，则可能会使电压互 感器燃烧爆炸。 三.改进措施 该厂在主控室装设了两台微型电脑多功能消谐装置。该装置能在电网谐振时使零序回路 短接，而向电网施加阻尼达到消谐目的。谐振消除后自动复位。装设消谐装置后，该厂未再 出现类似故障。 案例三： 电流互感器过电压烧毁故障 1. 事故经过 配电盘后发出一声巨响，并随着光亮，盘后 A 相电流互感器着火、冒烟，变压器二次 熔断器烧断，立即将一次熔断器拉开，并用衣服和黄土将火扑灭。将 A 相电流互感器拆下， 互感器一、二次击穿，部分烧毁。 A 相电流互感器，击穿烧毁的原因是绝缘强度低。在雷击前，天气潮湿，有时听到互感 器有微弱的放电声。发现此种情况，未引起重视。互感器长年没有进行绝缘试验。 2．事故分析 进入配电室巡视检查盘后，发现电流互感器起火冒烟。立即停电，用泡沫灭火器将火扑 灭。停电后检查，电流互感器外绝缘烧焦，一次接头外部裹紧的胶布烧毁。与互感器连接螺 栓严重松动。接头接触面烧有大量麻点，并有过火现象。这些现象证明，起火原因系螺栓连 接不紧，回路负荷较大，过热引起。先将接头外部胶布烧着，并蔓延到互感器，使电流互感 器起火。 (1）加强施工工艺培训和竣工验收制度。认真巡视检查，该接头连接缺陷可能早被发现。 (2）扑灭电气火灾时，设备带电，不允许用导电的液体灭火（泡沫灭火器熔液导电） , 设备停电也不允许用泡沫灭火器灭火。因为溶液含水，浇在线圈绝缘上，会破坏其绝缘强度。 其绝缘必须进行干燥处理，恢复绝缘性能。 3．改进措施 (1）电流互感器运行后应定期进行绝缘试验，发现有异常现象应及时查找原因，进行处 理。 (2）运行中发现设备有异常情况应及时进行分析和查找异常现象的原因。 (3）配电室应备有砂箱或细砂袋（用纸粘成的口袋）并经常检查，长期保持干燥。一旦 发生电气火灾，即可用沙子扑灭。如有条件可准备一些灭火器，或其他适用电气灭火的化学 灭火剂。扑灭电气火灾时，要严禁使用水浇或泼水，以防人身电击事故