高电压技术课后习题答案详解(6)

针对不同电压等级的输电线路，具体要求如下：

a) 未沿全线架设避雷线的35kV～110kV架空送电线路，应在变电所1km～2km的进线段架设避雷线作为进线段保护，要求保护段上的避雷线保护角宜不超过20°，最大不应超过30°；

b) 110kV及以上有避雷线架空送电线路，把2km范围内进线作为进线保护段，要求加强防护，如减小避雷线的保护角α及降低杆塔的接地电阻Ri。要求进线保护段范围内的杆塔耐雷水平，达到表8-7的最大值，以使避雷器电流幅值不超过5kA(在330～500kV级为10kA)，而且必须保证来波陡度a不超过一定的允许值。

8-16试述变电所进线段保护的标准接线中各元件的作用。

答：在图8-32所示的标准进线段保护方式中，安装了排气式避雷器FE。 在雷季，线路断路器、隔离开关可能经常开断而线路侧又带有工频电压(热备用状态)，沿线袭来的雷电波(其幅值为U50%)在此处碰到了开路的末端，于是电压可上升到2U50%，这时可能使开路的断路器和隔离开关对地放电，引起工频短路，将断路器或隔离开关的绝缘支座烧毁，为此在靠近隔离开关或断路器处装设一组排气式避雷器FE。

图8-32 35kV～110kV变电所的进线保护接线

8-17某110kV变电所内装有FZ-110J型阀式避雷器，其安装点到变压器的电气距离为50m，运行中经常有两路出线，其导线的平均对地高度为10m，试确定应有的进线保护段长度。

解：略

8-18试述旋转电机绝缘的特点及直配电机的防雷保护措施。 答：旋转电机绝缘的特点：

（1） 在相同电压等级的电气设备中，旋转电机的绝缘水平最低；

（2） 电机在运行中受到发热、机械振动、臭氧、潮湿等因素的作用使绝缘容易老化。特别在槽口部分，电场极不均匀，在过电压作用下容易受伤；

（3） 保护旋转电机用的磁吹避雷器(FCD型)的保护性能与电机绝缘水平的配合裕度很小；

（4） 由于电机绕组的匝间电容K很小，所以当冲击波作用时，匝间所受电

a?l压为v，要使该电压低于电机绕组的匝间耐压，必须把来波陡度a限制得很低，

试验结果表明，为了保护匝间绝缘必须将侵入波陡度限制在5kV/μs以下；

（5） 电机绕组中性点一般是不接地的，三相进波时在直角波头情况下，中性点电压可达进波电压的两倍，因此必须对中性点采取保护措施。试验证明，侵入波陡度降低时，中性点过电压也随之减小，当侵入波陡度降至2kV/μs以下时，中性点过电压不超过进波的过电压。

直配电机的防雷保护措施：

（1) 发电机出线母线上装一组MOA或FCD型避雷器，以限制侵入波幅值，取其3kA下的残压与电机的绝缘水平相配合，保护电机主绝缘。

（2) 采用进线段保护，一般采用电缆段与排气式避雷器配合的典型进线段保护，它们联合作用以限制流经避雷器中的雷电流幅值使之小于3kA。

（3) 在发电机母线上装设一组并联电容器，包括电缆段电容在内一般每相电容应为0.25~0.5μF，可以限制雷电侵入波的陡度a使之小于2kV/μs，同时可以降低感应雷过电压使之低于电机冲击耐压强度，保护电机匝间绝缘和中性点绝缘。

（4) 发电机中性点有引出线时，中性点应加装避雷器保护，如电机绕组中性点并未引出，则每相母线并联电容应增至1.5~2.0μF。

8-19说明直配电机防雷保护中电缆段的作用。

答：有电缆段的直配电机保护接线如图8-37(a)所示，雷直击于电缆首端的架空线路，排气式避雷器FE2动作，电缆芯线与外皮经FE2短接在一起，雷电流流过FE2和接地电阻R1 所形成的电压iR1 同时作用在芯线和外皮上，沿着外皮将有电流i2 流向电机侧，于是在电缆外皮本身的电感L2上出现压降L2di2，dt此压降是由环绕外皮的磁力线变化所造成的，这些磁力线也必然全部环绕芯线，在芯线上同时感应出一个大小等于L2di2的反电动势来，它将阻止雷电流从电缆dt首端A点沿芯线向电机流动，也即限制了流经避雷器F的雷电流。

8-20试述气体绝缘变电所防雷保护的特点和措施。 答：气体绝缘变电所(GIS)防雷保护有以下特点：

（1）GIS绝缘具有比较平坦的伏秒特性。绝缘水平主要决定于雷电冲击水平，需采用性能优异的金属氧化物避雷器加以保护。

（2）GIS变电所的波阻抗一般在60~100Ω，约为架空线路的1/5，雷电侵入波从架空线路传入GIS，折射系数较小，折射电压也就较小，对GIS的雷电侵入波保护有利。

（3）GIS变电所结构紧凑，各电气设备之间的距离较小，避雷器离被保护设备较近，因此可使雷电过电压限制在更低的水平。

（4）GIS绝缘中完全不允许产生电晕，因为一旦产生电晕，绝缘会立即发生击穿，这样将会导致整个GIS变电所绝缘的破坏。因此，要求GIS过电压保护有较高的可靠性，并且在设备的绝缘配合上要留有足够的裕度。

（5）由于GIS变电所的封闭性，所以电气设备不会因受大气污秽、降水等的影响而降低绝缘强度。但需指出，对SF6气体的洁净程度和所含水分却要求极严，同时对导体和内壁的光洁度也要求极高，否则绝缘强度将大幅度下降。

气体绝缘变电所(GIS)的防雷措施有以下几点：

1) 66kV及以上进线无电缆段的GIS变电所 66kV及以上进线无电缆段的GIS变电所，在GIS管道与架空线路连接处应装设无间隙金属氧化物避雷器(FMO1)，其接地端应与管道金属外壳连接；

2).66kV及以上进线有电缆段的GIS变电所 66kV及以上进线有电缆段的GIS变电所，在电缆与架空线路的连接处应装设金属氧化物避雷器(FMO1)，其接地端应与电缆的金属外皮连接。对三芯电缆，末端的金属外皮应与GIS管道金属外壳连接接地，如图8-41(a)所示。对单芯电缆，末端的金属护层应经金属氧化物电缆护层保护器(FC)接地，如图8-41(b)所示。

8-21什么是接地？接地有哪些类型？各有何用途？

答：接地——指将电力系统中电气装置和设施的某些导电部分，经接地线连接至接地极。埋入地中并直接与大地接触的金属导体称为接地极，电气装置、设施的接地端子与接地极连接用的金属导电部分称为接地线。

接地按用途可分为：

（1）工作接地——为运行需要所设的接地，如中性点直接接地、中性点经消弧线圈、电阻接地；

（2）保护接地——电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等，由于绝缘损坏有可能带电，为防止其危及人身和设备的安全而设的接地；

（3）防雷接地——为雷电保护装置（避雷针、避雷线和避雷器等）向大地泄放雷电流而设的接地；

（4）静电接地——为防止静电对易燃油、天然气贮罐、氢气贮罐和管道等的危险作用而设的接地。

8-22什么是接地电阻，接触电压和跨步电压？

答：接地装置对地电位u与通过接地极流入地中电流i的比值称为接地电阻。 人在地面上离设备水平距离为0.8m处于设备外壳、架构或墙壁离地面的垂直距离1.8m处两点间的电位差，称为接触电位差，即接触电压Ut。

当人在分布电位区域内跨开一步，两脚间（水平距离0.8m）的电位差，称为跨步电位差，即跨步电压Us。

8-23试计算如图8-44所示接地装置的冲击接地电阻。已知垂直接地极是由6根直径为1.8cm、长3m的圆管组成，土壤电阻率为200??m，雷电流为40A时冲击系数?为0.5，冲击利用系数?i为0.7。

解：查表８－１９可得，对于长度为3m左右的垂直接地极，其工频接地电阻为

Re?0.3??0.3?200?60?

单根垂直接地极的冲击接地电阻为：

Rih??Re?0.5?60?30?

由６根等长水平放射形接地极组成的接地装置，其冲击接地装置可按下式计算

Ri?Rih1301????7.14? n?i60.7

8-24某220kV变电所，采用?型布置，变电所面积为194.5m×201.5m，土壤电阻率为300??m，试估算其接地网的工频接地电阻。

解：查表８－１９，对于复合接地网，其工频接地电阻的简易计算式如下：

R?0.5?S?0.5?300?0.76?

194.5?201.5

9-1试用集中参数等值电路来分析切空载线路过电压。

答：我们用单相集中参数的简化等效电路来进行分析，如图9-1所示，在S断开之前线路电压UC(t)=e(t),设第一次熄弧（设时间为t1）发生断路器的工频电容电流ic(t)过零时，如图所示，线路上电荷无处泄放，uc(t)保留为Em，触头间电压ur（t）为Ur(t)=e(t)-Em=Em(coswt-1)经过半个周期以后，e(t)变为-Em，这时两触头间的电压，即恢复电压2Em。此时，如果触头间的介质的绝缘强度没有得到很好恢复，或绝缘恢复强度的上升速度不够快，则可能在t2时刻发生电弧重燃，相当于一次反极性重合闸，UCmax将达到-3Em，设在t＝t3时，高频(重合闸过程，回路振荡的角频率为?0?1/LCT，大于工频下的M)电容电流第一次过零时熄弧，则uc(t)将保持-3Em，又经过T／2后，e(t)又达最大值，触头间电压ur(t)为4Em。若此时触头再度重燃，则会导致更高幅值的振荡，UCmax将达+5 Em。依此类推，每工频半周重燃一次，线路电压将达很高数值，直至触头间绝缘足够高，不再重燃为止。线路上的过电压将不断增大，一直达到很高的数值。

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