GBT50064-2014 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范

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    less thunderstormregion

    平均年雷暴日数不超过15d或地面落雷密度不超过0.78次7 (km · a)的地区。

    民用航空标准2. 0. 7 中雷区

    平均年雷暴日数超过15d但不超过40d或地面落雷密度超过

    0. 78 次/(km" · a)但不超过 2. 78 次/(km · a)的地区

    平均年雷暴日数超过40d但不超过90d或地面落雷密度超过 2.78次/(km·a)但不超过 7.98次/(km·a)的地区

    平均年雷暴日数超过90d或地面落雷密度超过7.98次 (km·a)以及根据运行经验雷害特殊严重的地区

    shielding angle

    地线对导线的保护角指杆塔处,不考虑风偏,地线对水平面的 垂线和地线与导线或分裂导线最外侧子导线连线之间的来鱼

    3系统中性点接地方式和电气装置

    3.1系统中性点接地方式

    3.1系统中性点接地方式

    3.1.1中性点有效接地方式应符合下列规定: 1110kV~750kV系统中性点应采用有效接地方式。在各 种条件下系统的零序与正序电抗之比(X。/X,)应为正值并且不应 大于3,而其零序电阻与正序电抗之比(R/X,)不应大于1; 2110kV及220kV系统中变压器中性点可直接接地;部分 变压器中性点也可采用不接地方式; 3330kV~750kV系统变压器中性点应直接接地或经低阻 抗接地。 3.1.2中性点非有效接地方式可分为中性点不接地方式、中性点 低电阻接地方式、中性点高电阻接地方式和中性点谐振接地方式 3.1.3中性点不接地方式应符合下列规定: 135kV、66kV系统和不直接连接发电机,由钢筋混凝土杆 或金属杆塔的架空线路构成的6kV~20kV系统,当单相接地故 障电容电流不大于10A时,可采用中性点不接地方式;当大于 10A又需在接地故障条件下运行时,应采用中性点谐振接地方式 2不直接连接发电机、由电缆线路构成的6kV~20kV系 统,当单相接地故障电容电流不大于10A时,可采用中性点不接 地方式;当大于10A又需在接地故障条件下运行时,宜采用中性 点谐振接地方式。 3发电机额定电压6.3kV及以上的系统,当发电机内部发 生单相接地故障不要求瞬时切机时,采用中性点不接地方式时发

    3.1.1中性点有效接地万式应符合下列规定: 1110kV~750kV系统中性点应采用有效接地方式。在各 种条件下系统的零序与正序电抗之比(X。/X,)应为正值并且不应 大于3,而其零序电阻与正序电抗之比(R/X,)不应大于1; 2110kV及220kV系统中变压器中性点可直接接地;部分 变压器中性点也可采用不接地方式; 3330kV~750kV系统变压器中性点应直接接地或经低阻 抗接地。

    135kV、66kV系统和不直接连接发电机,由钢筋混工杆 或金属杆塔的架空线路构成的6kV~20kV系统,当单相接地故 障电容电流不大于10A时,可采用中性点不接地方式;当大于 10A又需在接地故障条件下运行时,应采用中性点谐振接地方式。 2不直接连接发电机、由电缆线路构成的6kV~20kV系 统,当单相接地故障电容电流不大于10A时,可采用中性点不接 地方式;当大于10A又需在接地故障条件下运行时,宜采用中性 点谐振接地方式。 3发电机额定电压6.3kV及以上的系统,当发电机内部发 生单相接地故障不要求瞬时切机时,采用中性点不接地方式时发 电机单相接地故障电容电流最高允许值应按表3.1.3确定;大于

    该值时,应采用中性点谐振接地方式,消弧装置可装在厂用变压器 中性点上或发电机中性点上。

    表3.1.3发电机单相接地故障电容电流最高允许值

    注:*对额定电压为13.80kV~15.75kV的氢冷发由切

    80kV~15.75kV的氢冷发电机,电流允许值为2.5A。 4发电机额定电压6.3kV及以上的系统,当发电机内部发 生单相接地故障要求瞬时切机时,宜采用中性点电阻接地方式,电 阻器可接在发电机中性点变压器的二次绕组上。 3.1.46kV35kV主要由电缆线路构成的配电系统、发电厂厂 用电系统、风力发电场集电系统和除矿井的工业企业供电系统,当 单相接地故障电容电流较大时,可采用中性点低电阻接地方式。 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较大值。 3.1.56kV和10kV配电系统以及发电厂厂用电系统,当单相接 地故障电容电流不大于7A时,可采用中性点高电阻接地方式,故 章总电流不应大于10A

    3.1.66kV~66kV系统采用中性点谐振接地方式时应符合下列

    1谐振接地宜采用具有自动跟踪补偿功能的消弧装置; 2正常运行时,自动跟踪补偿消弧装置应确保中性点的长时 间电压位移不超过系统标称相电压的15%; 3采用自动跟踪补偿消弧装置时,系统接地故障残余电流不 应大于10A; 4自动跟踪补偿消弧装置消弧部分的容量应根据系统远景 年的发展规划确定,并应按下式计算:

    U. W=1.35I. /3

    3.2.1交流电气装置绝缘上作用

    3.2电气装置绝缘上作用的电压

    流电气装置绝缘上作用的电压有

    1持续运行电压,其值不超过系统最高电压,持续时间等于 设备设计寿命; 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)。 3.2.27 相对地暂时过电压和操作过电压标么值的基准电压应符 合下列规定: 1当系统最高电压有效值为U㎡时,工频过电压的基准电压 (1.0p.u.)应为Um/V3; 2谐振过电压、操作过电压和VFTO的基准电压(1.0p.u.) 应为/2Um/V3。 .2.3本规范中系统最高电压的范围分为下列两类: 1范围I,7.2kV≤Um≤252kV; 2范围IⅡ,252kV

    1持续运行电压,其值不超过系统最高电压,持续时间等于 设备设计寿命; 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)。 8.2.27 相对地暂时过电压和操作过电压标么值的基准电压应符 合下列规定: 1当系统最高电压有效值为U㎡时,工频过电压的基准电压 1.0p.u.)应为Um//3; 2谐振过电压、操作过电压和VFTO的基准电压(1.0p.u.) 立为/2Um/V3。 .2.3本规范中系统最高电压的范围分为下列两类: 1范围I,7.2kV

    4.1暂时过电压及限制

    成局部不接地系统产生较高的工频过电压,其措施应付合下夕 求:

    1当形成局部不接地系统,且继电保护装置不能在一定时间 内切除110kV或220kV变压器的低、中压电源时,不接地的变压 器中性点应装设间隙。当因接地故障形成局部不接地系统时,该 间隙应动作;系统以有效接地系统运行发生单相接地故障时,间隙 不应动作。间隙距离还应兼顾雷电过电压下保护变压器中性点标 准分级绝缘的要求。 2当形成局部不接地系统,且继电保护装置设有失地保护可 在一定时间内切除110kV及220kV变压器的三次、二次绕组电 源时,不接地的中性点可装设无间隙金属氧化物避雷器(MOA) 应验算其吸收能量。该避雷器还应符合雷电过电压下保护变压器 中性点标准分级绝缘的要求。 4.1.5对于线性谐振和非线性铁磁谐振过电压,应采取防止措施 避免其产生,或用保护装置限制其幅值和持续时间。 4.1.6对于发电机自励磁过电压,可采用高压并联电抗器或过 电压保护装置加以限制。当同步发电机容量小于自励磁的判据 时,应避免单机带空载长线运行。不发生自励磁的判据可按下 式确定

    式中:W、 不发生自励磁的发电机额定容量(MV·A); Q。一—计及高压并联电抗器和低压并联电抗器的影响后的 线路充电功率(Mvar); X。一一发电机及升压变压器等值同步电抗标么值,以发电 机容量为基准。

    4.1.7装有高压并联电抗器线路的非全相谐振过电压的限制应 符合下列要求: 1在高压并联电抗器的中性点接人接地电抗器,接地电抗器 电抗值宜按接近完全补偿线路的相间电容来选择,应符合限制潜 供电流的要求和对并联电抗器中性点绝缘水平的要求。对于同塔 双回线路,宜计算回路之间的耦合对电抗值选择的影响

    2在计算非全相谐振过电压时,宜计算线路参数设计值和买 际值的差异、高压并联电抗器和接地电抗器的阻抗设计值与实测 值的偏差、故障状态下的电网频率变化对过电压的影响

    4.1.8范围Ⅱ的系统中,限制2次谐波为主的高次谐波谐振过电

    1不宜采用产生2次谐波谐振的运行方式、操作万式,在故 障时应防止出现该种谐振的接线;当确实无法避免时,可在变电站 线路继电保护装置内增设过电压速断保护,以缩短该过电压的持 续时间。 2当带电母线对空载变压器合闸出现谐振过电压时,在操作 断路器上宜加装合闸电阻

    4.1.9系统采用带有均压电容的断路器开断连接有电磁式

    压互感器的空载母线,经验算可产生铁磁谐振过电压时,宜选用 电容式电压互感器。当已装有电磁式电压互感器时,运行中应 避免引起谐振的操作方式,可装设专门抑制此类铁磁谐振的装 置

    1经验算断路器非全相操作时产生的铁磁谐振过电压,危 及110kV及220kV中性点不接地变压器的中性点绝缘时,变压 器中性点宜装设间隙,间隙应符合本规范第4.1.4条第1款的 要求。 2当继电保护装置设有缺相保护时,110kV及220kV变压 器不接地的中性点可装设无间隙MOA,应验算其吸收能量。该 避雷器还应符合雷电过电压下保护变压器中性点标准分级绝缘的 要求,

    分,产生的谐振过电压有: 1中性点接地的电磁式电压互感器过饱和; 2配电变压器高压绕组对地短路;

    3输电线路单相断线且一端接地或不接地。 4限制电磁式电压互感器铁磁谐振过电压宜选取下列措 1)选用励磁特性饱和点较高的电磁式电压互感器; 2)减少同一系统中电压互感器中性点接地的数量,除电源 侧电压互感器高压绕组中性点接地外,其他电压互感器 中性点不宜接地; 3)当Xco是系统每相对地分布容抗,Xm为电压互感器在线 电压作用下单相绕组的励磁电抗时,可在10kV及以下 的母线上装设中性点接地的星形接线电容器组或用一段 电缆代替架空线路以减少Xco,使Xco小于0.01Xm; 4)当K13是互感器一次绕组与开口三角形绕组的变比时, 可在电压互感器的开口三角形绕组装设阻值不大于 (Xm/Ki3)的电阻或装设其他专门消除此类铁磁谐振的 装置; 5)电压互感器高压绕组中性点可接入单相电压互感器或消 谐装置。 12谐振接地的较低电压系统,运行时应避开谐振状态;非谐 地的较低电压系统,应采取增大对地电容的措施防止高幅值 移过电压。

    4.2操作过电压及限制

    4.2.1对线路操作过电压绝缘设计起控制作用的空载线路合闸 及单相重合闸过电压设计时,应符合下列要求: 1对范围Ⅱ线路,应按工程条件预测该过电压。预测内容可 包括线路各处过电压幅值概率分布、统计过电压、变异系数和过电 压波头长度。 2预测范围Ⅱ线路空载线路合闸操作过电压的条件应符合 下列要求:

    1)由孤立电源合闸空载线路,线路合闸后的治线电压 超过系统最高电压; 2)由与系统相连的变电站合闸空载线路,线路合闸后的沿 线电压不宜超过系统最高电压。 3对于范围Ⅱ同塔双回线路,一回线路的单相接地故障后的 单相重合闸过电压宜作为主要工况。 4范围Ⅱ空载线路合闸和重合闸产生的相对地统计过电压, 对330kV、500kV和750kV系统分别不宜大于2.2p.u.、2.0p.u. 和1.8p.u.。 5范围Ⅱ空载线路合闻、单相重合闸过电压的主要限制措施 应为断路器采用合闻电阻和装设MOA,也可使用选相合闸措施。 限制措施应符合下列要求: 1)对范围IⅡI的330kV和500kV线路,宜按工程条件通过 校验确定仅用MOA限制合闻和重合闸过电压的可行 性; 2)为限制此类过电压,也可在线路上适当位置安装MOA。 6当范围I的线路要求深度降低合闸或重合闸过电压时,可 采取限制措施

    1工程的设计条件宜选用线路单相故障接地故障消除后,任 故障线路或相邻线路上产生的过电压; 2对于两相短路、两相或三相接地故障,可根据预测结果采 取相应限制措施; 3对于线路上较高的故障清除过电压,可在线路中部装设 MOA或在断路器上安装分闸电阻予以限制。 田MOA生

    4.2.4对振荡解列操作下的过电压应进行预测。预测振汤解列

    4.2.6空载线路开断时,断路器发生重击穿产生的空裁线路分闻

    过电压的限制措施应符合下列要求: 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,过电压不宜大于3.Op.u.。 2对66kV及以下不接地系统或谐振接地系统,开断空载线 路应采用重击穿概率极低的断路器。6kV~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。 4.2.76kV~66kV系统中,开断并联电容补偿装置应采用重击 穿概率极低的断路器。限制单相重击穿过电压宜将并联电容补偿 装置的MOA保护(图4.2.7)作为后备保护。断路器发生两相 重击穿可不作为设计的工况

    4.2.7并联电容补偿装置的MOA保折

    4.2.8开断并联电抗器时,宜采用截流数值较低的断路器,并宜

    4.2.10对66kV及以下不接地系统发生单相间歇性电弧接地 障时产生的过电压,可根据负荷性质和工程的重要程度进行必 的预测

    4.2.11为监测范围ⅡI系统运行中出现的暂时过电压和操作过电

    4.2.11为监测范围I系统运行中出现的暂时过电压和操作过 压,宜在变电站安装自动记录过电压波形或幅值的装置,并宜定 收集实测结果。

    4.3.1范围ⅡGIS和HGIS变电站应预测隔离开关开合管线产 生的VFTO。当VFTO会损坏绝缘时,宜避免引起危险的操作方 式或在隔离开关加装阻尼电阻

    UR≥UT Ur≥1. 25Ul

    的规定时,各种系统MOA的持续运行电压和额定电压可按表 4. 4. 3 选择。

    5.1.1雷电过电压保护设计应包括线路雷电绕击、反击或感应过 电压以及变电站直击、雷电侵入波过电压保护的设计。 5.1.2输电线路和变电站的防雷设计,应结合当地已有线路和变 电站的运行经验、地区雷电活动强度、地闪密度、地形地貌及土壤 电阻率,通过计算分析和技术经济比较,按差异化原则进行设计。

    1避雷针在地面上的保护半径,应按下式计算:

    5.2避雷针和避雷线的保护范围

    图5.2.1单支避雷针的保护范围 一保护角(°)

    5.5/Vh;h>120m,P=0.5

    2在被保护物高度hx水平面上的保护半径应按下列方法确 定: 1)当hx≥0.5h时,保护半径应按下式确定:

    1)当hx≥0.5h时,保护半径应按下式确定,

    rx=(h二h)P=h,P

    式中:rx一 避雷针或避雷线在hx水平面上的保护范围(m); hx一一被保护物的高度(m); ha避雷针的有效高度(m)。 2)当hx<0.5h时,保护半径应按下式确定:

    1两针外侧的保护范围应按单支避雷针的计算方法确定。 2两针间的保护范围应按通过两针顶点及保护范围上部边 缘最低点O的圆弧确定,圆弧的半径为R。O点为假想避雷针 的顶点,其高度应按下式计算:

    4两针间距离与针高之比D/h不宜大于5。 5.2.3 多支等高避雷针的保护范围(图5.2.3),应按下列方法确 定:

    (a)三支等高避雷针在h.水平面上的保护范围

    (b)四支等高避雷针在h.水平面上的保护范围

    1三支等高避雷针所形成的三角形的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hx水平面上,各相邻避雷针间保护范围的一侧最小宽度bx≥0 时,全部面积可受到保护。 2四支及以上等高避雷针所形成的四角形或多角形,可先将 其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。 5.2.4单根避雷线在hx水平面上每侧保护范围的宽度(图5.2.4), 应按下列方法确定:

    图5.2.4单根避雷线的保护范围 注:当h不大于30m时,0为25°

    当h,≥h/2时,每侧保护范围的宽度应按下式计算:

    r=0.47(hh)P

    /2时,每侧保护范围的宽度应按下

    5.2.5两根等高平行避雷线的保护范围(图5.2.5),应按下列万 法确定:

    图5.2.5两根等高平行避雷线的保护范围 h、水平面上保护范围的截面

    1两避雷线外侧的保护范围应按单根避雷线的计算方法确定。 2两避雷线间各横截面的保护范围应由通过两避雷线及保 护范围边缘最低点()的圆弧确定。()点的高度应按下式计算:

    2)当h

    b.=0.47(hohx)P

    b.=(ho1.53hx)P

    5.2.6不等高避雷针、避雷线的保护范围(图5.2.6),应按下列 方法确定:

    图5.2.6两支不等高避雷针的保护范围

    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。 2两支不等高避雷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避雷针的 计算方法确定避雷针2和3间的保护范围。通过避雷针2、3顶点 及保护范围上部边缘最低点的圆弧,其弓高应按下式计算:

    5.2.7山地和坡地上避雷针的保护范围应有所减小,应按

    4利用山势设立的远离被保护物的避雷针不得作为主要保 护装置。 5.2.8相互靠近的避雷针和避雷线的联合保护范围可按下列方

    4利用山势设立的远离被保护物的避雷针不得作为主要保

    5.2.8相互靠近的避雷针和避雷线的联合保护范围可按下列

    1避雷针、线外侧保护范围可分别按单针、线的保护范围确定。 2内侧保护范围可将不等高针、线划为等高针、线,再将等高 针、线视为等高避雷线计算,

    高压架空输电线路的雷电过电店

    5.3.1线路的雷电过电压保护应符合下列要求:

    1输电线路防雷电保护设计时,应根据线路在电网中的重要 性、运行方式、当地原有线路的运行经验、线路路径的雷电活动情 况、地闪密度、地形地貌和土壤电阻率,通过经济技术比较制订出 差异化的设计方案。 2少雷区除外的其他地区的220kV~750kV线路应沿全线 架设双地线。110kV线路可沿全线架设地线,在山区和强雷区, 宜架设双地线。在少雷区可不沿全线架设地线,但应装设自动重 合闸装置。35kV及以下线路,不宜全线架设地线。 3除少雷区外,6kV和10kV钢筋混凝土杆配电线路,宜采 用瓷或其他绝缘材料的横担,并应以较短的时间切除故障,以减少 雷击跳闸和断线事故。

    8有地线的线路应防止雷击档距中央地线反击导线,档距中 央导地线间距应符合下列要求: 1)范围I的输电线路,15℃无风时档距中央导线与地线间 的最小距离宜按下式计算:

    S,==0.012l+1

    式中 . S, 导线与地线间的距离(m); l档距长度(m)。 2)范围Ⅱ的输电线路,15℃无风时档距中央导线与地线间 的最小距离宜按下式计算:

    市政管理S, =0. 015/+1

    9钢筋混凝土杆铁横担和钢筋混凝土横担线路的地线支架、 导线横担与绝缘子固定部分或瓷横担固定部分之间,宜有可靠的 电气连接并与接地引下线相连。主杆非预应力钢筋已用绑扎或焊 妾连成电气通路时,可兼作接地引下线。利用钢筋兼作接地引下 线的钢筋混凝土电杆,其钢筋与接地螺母、铁横担间应有可靠的电 气连接。 10中雷区及以上地区35kV及66kV无地线线路宜采取措 施,减少雷击引起的多相短路和两相异点接地引起的断线事故,钢 筋混凝士杆和铁塔宜接地。在多雷区接地电阻不宜超过302,其 余地区接地电阻可不受限制。钢筋混凝土杆和铁塔应充分利用其 自然接地作用,在土壤电阻率不超过1002·m或有运行经验的地 区,可不另设人工接地装置。 11两端与架空线路相连接的长度超过50m的电缆,应在其 两端装设MOA;长度不超过50m的电缆,可只在任何端装设 MOA。 12绝缘地线放电间隙的型式和间隙距离,应根据线路正常 运行时地线上的感应电压、间隙动作后续流熄弧和继电保护的动 作条件确定。

    5.3.2线路交叉部分的保护应符合下列要求:

    1当导线运行温度为40℃或当设计允许温度80℃的导线运 行温度为50℃时,同级电压线路相互交叉或与较低电压线路、通 信线路交叉时的两交叉线路导线间或上方线路导线与下方线路地 线间的垂直距离,不得小于表5.3.2所列数值。对按允许载流量 计算导线截面的线路,还应校验当导线为最高允许温度时的交文 距离,此距离应大于操作过电压要求的空气间隙距离,且不得小于 0.8m。

    .3.2同级电压线路相互交叉或与较低电压线路、通信线路交叉时的 两交叉线路导线间或上方线路导线与下方线路地线间的垂直距离

    无缝钢管标准注:括号内为至输电线路杆顶或至通信线路之交叉距离

    26kV及以上的同级电压线路相互交叉或与较低电压线 路、通信线路交叉时,交叉档应采取下列保护措施: 1)交叉档两端的钢筋混凝土杆或铁塔,不论有无地线,均应 接地。 2)交叉距离比表5.3.2所列数值大2m及以上时,交叉档 可不采取保护措施。 3交叉点至最近杆塔的距离不超过40m,可不在此线路交叉 档的另一杆塔上装设交叉保护用的接地装置

    5.3.3大跨越档的雷电过电压保护应符合下列要求

    ....
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