13.1.3 电力系统的过电压水平[16]
13.1.3.1 工频过电压的允许水平
110kV及以下电力系统的工频过电压一般不超过下列数值：
110kV 1.3p.u.
35~66kV p.u.
3~6kV 1.1 p.u.
13.1.3.2 操作过电压的允许水平
目前，在选择配电装置及电气绝缘水平时，计算用操作过电压水平如下：
相对地：110kV（直接接地系统） 3.0p.u.
66kV及以下（除低电阻接地系统外的非直接接地系统） 4.0p.u.
35kV及以下（低电阻接地系统） 3.2p.u.
相间：3~110kV 相间操作过电压取相对地过电压的1.5倍。
13.2 交流电气装置过电压保护设计要求及限制措施
13.2.1 雷电过电压及其对保护设计的要求[16]
13.2.1.1 雷电过电压
（1）设计和运行中应考虑直接雷击、雷电反击和感应雷电过电压对电气装置的危害。
（2）架空线路上的雷电过电压。
1）距架空线路 m处，雷云对地放电时，线路上产生的感应过电压最大值可按式（13−2−1）计算
（13−2−1）
式中 ——雷击大地时感应过电压最大值，kV；
——雷电流幅值（一般不超过100），kA；
——导线平均高度，m；
——雷击点与线路的距离，m。
线路上的感应过电压为随机变量，其最大值可达300~400kV，一般仅对35kV及以下线路的绝缘有一定威胁。
2）雷击架空线路导线产生的直击雷过电压，可按式（13−2−2）确定
（13−2−2）
式中 ——雷击点过电压最大值，kV。
雷直击导线形成的过电压易导致线路绝缘闪络。架设避雷线可有效地减少雷直击导线的概率。
3）因雷击架空线路避雷线、杆顶形成作用于线路绝缘的雷电反击过电压，与雷电参数、杆塔型式、高度和接地电阻等有关。
宜适当选取杆塔接地电阻，以减少雷电反击过电压的危害。
（3）变电所内的雷电过电压来自雷电对配电装置的直接雷击、反击和架空进线上出现的雷电侵入波。
1）应该采用避雷针或避雷线对高压配电装置进行直击雷保护并采取措施防止反击。
2）应该采用措施防止或减少发电厂和变电所近区线路的雷击闪络并在厂、所内适当配置阀式避雷器以减少雷电侵入波过电压的危害。
3）按本标准要求对采用的雷电侵入波过电压保护方案校验时，校验条件为保护接线一般应该保证2km外线路导线上出现雷电侵入波过电压时，不引起发电厂和变电所是气设备绝缘损坏。

13.2.1.2 变电所的直击雷过电压保护
（1）变电所的直击雷过电压保护可采用避雷针或避雷线。下列设施应装设直击雷保护装置：
1）屋外配电装置；
2）油处理室、燃油泵房、露天油罐及其架空管道、装卸油台、易燃材料仓库等建筑物；
3）乙炔发生站、制氢站、露天氢气罐、氢气罐储存室、天然气调压站、天然气架空管道及其露天贮罐。
（2）为保护其他设备而装设的避雷针，不宜装在独立的控制室和35kV及以下变电所的屋顶上。但采用钢结构或钢筋混凝土结构等有屏蔽作用的建筑物的车间变电所可不受此限制。
雷电活动特别强烈地区的控制室和配电装置室宜设直击雷保护装置。
控制室、配电装置室和35kV及以下变电所的屋顶上如装设直击雷保护装置时，若为金属屋顶或屋顶上有金属结构，则将金属部分接地；若屋顶为钢筋混凝土结构，则将其焊接成网接地；若结构为非导电的屋顶时，则采用避雷带保护，该避雷带的网格为8~10m，每隔10~20m设引下线接地。
上述接地引下线应与主接线网连接，并在连接处加装集中接地装置。
峡谷地区的变电所宜用避雷线保护。
已在相邻高建筑物保护范围内的建筑物或设备，可不装设直击雷保护装置。
屋顶上的设备金属外壳、电缆金属外皮和建筑物金属构件均应接地。
（3）露天布置的GIS的外壳不需装设直击雷保护装置，但应接地。
（4）变电所有爆炸危险且爆炸后可能波及变电所内主设备或严重影响供电的建筑物（如制氢站、坫在氢气贮罐、氢气罐储存室、易燃油泵房、露天易燃油贮罐、架空易燃油管道、装卸油台和天然气管道以及露天天然气贮罐等），应用独立避雷针保护，并应采取防止雷电感应的措施。
避雷针与剔燃油贮罐和氢气天然气等罐体及其呼吸阀等之间的空气中距离，避雷针及其接地装置与罐体、罐体的接地装置和地下管道的地中距离应符合13.2.1.2（1）的要求。避雷针与呼吸阀的水平距离不应小于3m，避雷针尖高出呼吸阀不应小于3m。避雷针的保护范围边缘高出呼吸阀顶部不应小于2m。避雷针的接地电阻不宜超过10Ω。在高土壤电阻率地区，如接地电阻难于降到10Ω，允许采用较高的电阻值，但空气中距离和地中距离必须符合13.2.1.2的要求。避雷针与5000m3以上贮罐呼吸阀的水平距离不应小于5m，避雷针尖高出呼吸阀不应小于5m。
露天贮罐周围应设闭合环形接地体，接地电阻不应超过30Ω（无独立避雷针保护的露天贮罐不应超过10Ω），接地点不应小于两处，接地点间距不应大于30m。架空管道每隔20~25m应接地一次，接地电阻不应超过30Ω。易燃油贮罐的呼吸阀、易燃油和天然气贮罐的热工测量装置应进行重复接地，即与贮罐的接地体用金属线相连。不能人持良好电气接触的阀门、法兰、弯头等管道连接处应跨接。
（5）13.2.1.2（1）中所述设施上的直击雷保护装置包括兼作接闪器的设备金属外壳、电缆金属外皮、建筑物金属构件等，其接地可利用变电所的主接地网，但应在直击雷保护装置附近装设集中接地装置。
（6）独立避雷针（线）宜设独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区，其接地电阻不宜超过10Ω。当有困难时，该接地装置可与主接地网连接，但避雷针与主接地网的地下连接点至35kV及以下设备与主接地网的地下连接点之间，沿接地体的长度不小得小于15m。
独立避雷针不应设在经常通行的地方，避雷针及其接地装置与道睡或出入口等的距离不宜小于3m，否则应采取均压措施，或铺设砾石或沥青地面，也可铺设混凝土地面。
（7）110kV配电装置，一般将避雷针装在配电装置的架构或房顶上，但在土壤电阻率大于1000Ω·m的地区，宜装设独立避雷针。否则，应通过验算，采取降低接地电阻或加强绝缘等措施。
66kV的配电装置，允许将避雷针装在配电装置的架构或房顶上，但在土壤电阻率大于500Ω·m的地区，宜装设独立避雷针。
35kV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针。
装在架构上的避雷针应与接地网连接，并应在其附近装设集中接地装置。装有避雷针的架构上，接地部分与带电部分间的空气中距离不得小于绝缘子串的长度；但在空气污秽地区，如有困难，空气中距离可按非污秽区标准绝缘子串的长度确定。
装设在架构（不包括变压器门型架构）上的避雷针与主接地网的地下连接点至变压器接地线与主接地网的地下连接点之间，沿接地体的长度不得不于15m。
（8）在变压器门型架构上和在离变压器主接地线小于15m的配电装置的架构上，当土壤电阻率大于350Ω·m时，不允许装设避雷针、避雷线；如不大于350Ω·m，则应根据方案比较确有经济效益，经过计算采取相应的防止反击措施，并至少遵守下列规定，方向在变压器门型架构上装设避雷针、避雷线：
1）装在变压器门型结构上的避雷针应与接地网连接，并应沿不同方向引出3~4根放射形水平接地体，在每根水平接地体上离避雷针架构3~5m处装设一根垂直接地体；
2）直接在3~35kV变压器的所有绕组出线上或在离变压器电气距离不大于5m条件下装设阀式避雷器。
高压侧电压35kV

13.2.1.3 范围Ⅰ变电所高压配电装置的雷电侵入波过电压保护
（1）变电所应采取措施防止或减少近区雷击闪络。未沿全线架设避雷线的35~110kV架空送电线路，应在变电所1~2km的进线架设避雷线。
35kV线路在1~2km进线保护段范围内的杆塔耐雷水平应该符合表12−2−4的要求。
进线保护段上的避雷线保护角宜不超过20°，最大不应超过30°。


图13−2−1 35~110kV变电所的进线保护接线
（2）未沿全线架设避雷线的35~110kV线路，其变电所的进线段应采用图13−2−1所示的保护接线。
在雷季，如变电所35~110kV进线的隔离开关或断路器可能经常断路运行，同时线路侧又带电，必须在靠近隔离开关或断路器处装设一组排气式避雷器FE。FE处间隙距离的整定，应使其在断路运行时，能可靠地保护隔离开关或断路器，而在闭路运行时不动作。如FE整定有困难，或无适当参数的排气式避雷器，则可用阀式避雷器代替。
全线架设避雷线的35~110kV变电所，其进线的隔离开关或断路器与上述情况相同时，宜在靠近隔离开关或断路器处装设一组保护间隙或阀式避雷器。
（3）变电所的35kV及以上电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设阀式避雷器，其接地端应与电缆金属外皮连接。对三芯电缆，末端的金属外皮应直接接地[图13−2−2（a）]；对单芯电缆，应经金属氧化物电缆护层保护器（FC）或保护间隙（FG）接地[图13−2−2（b）]。


图13−2−2 具有35kV及以上电缆段的变电所进线保护接线
（a）三芯电缆段的变电所进线保护接线；
（b）单芯电缆段的变电所进线保护接线
如电缆长度不超过50m或虽超过50m，但经校验，装一组阀式避雷器即能符合保护要求，图13−2−2中可只装F1或F2。
如电缆长度超过50m，且断路器在雷季可能经常断路运行，应在电缆末端装设排气式避雷器或阀式避雷器。
连接电缆段的1km架空线路应架设避雷线。
全线电缆——变压器组接线的变电所内是否需装设阀式避雷器，应视电缆另一端有无雷电过电压波侵入的可能，经校验确定。
（4）具有架空进线的35kV及以上变电所敞开式高压配电装置中阀式避雷器的配置。
1）每组母线上应装设阀式避雷器，阀式避雷器与主变压器及其他被保护设备的电气距离超过

表13−2−1或表13−2−2的参考值时，可在主变压器附近增设一组阀式避雷器。
表13−2−1 普通阀式避雷器至主变压器间的最大电气距离 m
系统标称电压（kV） 进线长度（km） 进线路数
1 2 3 ≥4
1 25 40 50 55
35 1.5 40 55 65 75
2 50 75 90 105
1 45 65 80 90
66 1.5 60 85 105 114
2 80 105 130 145
1 45 70 80 90
110 1.5 70 95 115 130
2 100 135 160 180

注 1. 全线有避雷线进线长度取2km，进线长度在1~3km间时的距离按补插法确定，表13−2−2同此。
2. 35kV也适用于有串联间隙金属氧化物避雷器的情况。
变电所内所有阀式避雷器应以最短的接地线与配电装置的主接地网连接，同时应在其附近装设集中接地装置。
2）35kV及以上装有标准绝缘水平的设备和标准特性阀式避雷器且高压配电装置采用单母线、双母线或分段的电气主接线时，碳化硅普通阀式避雷器与主变压器间的最大电气距离可参照表13−2−1确定。对其他电器的最大距离可相应增加35%。
金属氧化物避雷器与主变压器间的最大电气距离可参照表13−2−2确定。对其他电器的最大距离可相应增加35%。
表13−2−2 金属氧化物避雷器至主变压器间的最大电气距离
系统标称电压（kV） 进线长度（km） 进线路数
1（m） 2（m） 3（m） ≥4（m）
1 55 85 105 115
110 1.5 90 120 145 165
2 125 170 205 230

注 1. 标准绝缘水平指35kV、66kV、110kV变压器、电压互感器标准雷电冲击全波耐受电压分别为200kV、325kV、480kV。
2. 110kV金属氧化物避雷器在标称放电电流下的残压为260kV。
3）架空进线采用双回路杆塔，有同时遭到雷击的可能，确定阀式避雷器与变压器最大电气距离时，应按一路考虑，且在雷季中宜避免将其中一路断开。
4）对电气接线比较特殊的情况，可用计算方法或通过模拟试验确定最大电气距离。
（5）有效接地系统中的中性点不接地的变压器，如中性点采用分级绝缘且未装设保护间隙，应在中性点装设雷电过电压保护装置，且宜选变压器中性点金属氧化物避雷器。如中性点采用全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行，也应要中性点装设雷电过电压保护装置。
不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统中的变压器中性点，一般不装设保护装置，但多雷区单进线变电所且变压器中性点引出时，宜装设保护装置；中性点接有消弧一圈的变压器，如有单进线运行可能，也应要中性点装设保护装置。该保护装置可任选金属氧化物避雷器或碳化硅普通阀式避雷器。
（6）自耦变压器必须在其两个自耦合的绕组出线上装设阀式避雷器，该阀式避雷器应装在自耦变压器和断路器之间，并采用图13−2−3的保护接线。
（7）与架空线路连接的三绕组自耦变压器、变压器（包括一台变压器与两台电机相连的三绕变压器）的低压绕组如有开路运行的可能时，应在变压器低压绕组三相出线上装设阀式避雷器，以防来自高压绕组的雷电波的感应电压危及低压绕组绝缘；但如该绕组连有25m及以上金属外皮电缆段，则可不必装设避雷器。


图13−2−3 自耦变压器的典型保护接线


图13−2−4 3~10kV配电装置雷电侵入波的保护接线
（8）变电所的3~10kV配电装置（包括电力变压器），应在每组母线和架空进线上装设阀式避雷器（分别采用电站和配电并式避雷器），并应采用图13−2−4所示的保护接线。母线上阀式避雷器与主变压器的电气距离不宜大于表13−2−3所列数值。

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如电缆段的架空线路，阀式避雷器应装设在电缆头附近，其接地端应和电缆金属外皮相连。如各架空进线均有电缆段，则阀式避雷器与主变压器的最大电气距离不受限制。
阀式避雷器应以最短的接地线与变电所、配电所的主接地网连接（包括通过电缆金属外皮连接）。阀式避雷器附近应装设集中接地装置。
3~10kV配电所，当无所用变压器时，可仅在每路架空进线上装设阀式避雷器。
注：配电所指所内仅有起开闭和分配电能作用的配电装置，而母线上无主变压器。
13.2.1.4 气体绝缘全封闭组合电器（GIS）变电所的雷电侵入波过电压保护
（1）66kV及以上进线无电缆段的GIS变电所，在GIS管道与架空线路的连接处，应装设金属氧化物避雷器（FMO1），其接地端应与管道金属外壳连接，如图13−2−5所示。


图13−2−5 无电缆段进线的GIS变电所保护接线
如变压器或GIS一次回路的任何电气部分至FMO1间的最大电气距离不超过下列参考值或虽超过，但经校验，装一组避雷器即能符合保护要求，则图13−2−5中可只装设FMO1：
66kV 50m
110kV 130m
连接GIS管道的架空线路进线保护段的长度应不小于2km。
（2）66kV及以上进线有电缆段的GIS变电所，在电缆段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[图13−2−6（a）]；对单芯电缆，应经金属氧化物电缆护层保护器（FC）接地[图13−2−6（b）]。


图13−2−6 有电缆段进线的GIS变电所保护接线
（a）三芯电缆段进线的GIS变电所保护接线；
（b）单芯电缆；段进线的GIS变电所保护接线
电缆末端至变压器或GIS一次回路的任何电气部分间的最大电气距离不超过13.2.1.4（1）中的参考值或虽超过，但经校验，装一组避雷器即能符合保护要求，图13−2−6中可不装设FMO2。
对连接电缆段的2km架空线路应架设避雷线。
（3）进线全长为电缆的GIS变电所内是否需装设金属氧化物避雷器，应视电缆另一端有无雷电过电压波侵入的可能，经校验确定。

13.2.1.5 小容量变电所雷电侵入波过电压的简易保护
（1）3150~5000kVA的变电所35kV侧，可根据负荷的重要性及雷电活动的强弱等条件适当简化保护接线，变是所进线段的避雷线长度可减少到500~600m，但其首端排气式避雷器或保护间隙的接地电阻不应超过5Ω（图13−2−7）。
（2）小于3150kVA供非重要负荷的变电所35kV侧，根据雷电活动的强弱，可采用图13−2−8（a）的保护接线：容量为1000kVA及以下的变电所，可采用图13−2−8（b）的保护接线。


图13−2−7 3150kVA~5000kVA、35kV变电所的简易保护接线


图13−2−8 小于3150kVA变电所的简易保护
（a）采用避雷线保护的接地；
（b）不采用避雷线保护的接地


图13−2−9 小于3150kVA分支变电所的简易保护
（a）分支线较短时的保护接线；
（b）分支线较长时的保护接线
（3）小于3150kVA供非重要负荷的35kV分支变电所，根据雷电活动的强弱，可采用图13−2−9的保护接线。
（4）简易保护接线的变电所35kV侧，阀式避雷器与主变压器或电压互感器间的最大电气距离不宜超过10m。
13.2.1.6 配电系统的雷电过电压保护
（1）3~10kV配电系统中的配电变压器应装设阀式避雷器保护。阀式避雷器应尽量靠近变压器装设，其接地线应与变压器低压侧中性点（中性点不接地时则为中性点的击穿保护器的接地端）以及金属外壳等连在一起接地。
（2）3~10kVY，yn和Y，y（低压侧中性点接地和不接地）接线的配电变压器，宜在低压侧装设一组阀式避雷器或击穿保险器，以防止变换波和低压侧雷电侵入波击穿高压侧绝缘。但厂区内的配电变压器可根据运行经验确定。
低压侧中性点不接地的配电变压器，应在中性点装设击穿保护器。
（3）0.4~35kV配电变压器，其高代压侧均应装设阀式避雷器保护。
（4）~10kV柱上断路器和负荷开关应装设阀式避雷器保护。经常断路运行而又带电的柱上断路器、负荷开关或隔离开关，应在带电侧装设阀式避雷器，其接地线应与柱上断路器等的金属外壳连接，且接地电阻不应超过10Ω。
装设在架空线路上的电容器宜装设阀式避雷器保护。

13.2.1.7 旋转电机的雷电过电压保护
（1）与架空线路直接连接的旋转电机（变频机和电动机，简称直配电机）的保护方式，应根据电机容量、雷电活动的强弱和对运行可靠性的要求确定。
（2）在多雷区，经变压器与架空线路连接的非直配电机，如变压器高压侧的系统标称电压为66kV及以下时，为防止雷电过电压经变压器绕组的电磁传递而危及电机的绝缘，宜在电机出线上装设一组旋转电机阀式避雷器。变压器高压侧的系统标称电压为110kV时，电机出线上是否装设避雷器可经校验确定。
13.2.1.8 高压架空线路的雷电过电压保护（35kV及以下）
（1）一般线路的保护：
1）送电线路的雷电过电压保护方式，应根据线路的电压等级、负荷性质、系统运行方式，当地原有线路的运行经验、雷电活动的强弱、地形地貌的特点和土壤电阻率的高低等条件，通过技术经济比较确定。
各级电压的送、配电线路，应尽量装设自动重合闸装置。35kV及以下的厂区内的短线路，可按需要确定。
2）各级电压的线路，一般采用下列保护方式：
a）35kV及以下线路，一般不沿全线架设避雷线。
b）除少雷区外，3~10kV钢筋混凝土杆配电线路，宜采用瓷或其他绝缘材料的横担；如果用铁横担，对供电可靠性要求高的线路宜采用高——电压等级的绝缘子，并应尽量以较短的时间切除故障，以减少雷击跳闸和断线事故。
3）有避雷线的线路，在一般土壤电阻率地区，其耐雷水平不宜低于表13−2−4所列数值。
4）有避雷线的线路，每基杆塔不连避雷线的工频接地电阻，在雷季干燥时，不宜超过表13−2−5所列数值。
表13−2−4 有避雷线线路的耐雷水平