11过电压保护和绝缘配合案例题历年真题.docx

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11过电压保护和绝缘配合案例题历年真题

11章案例题讲解【卞铠生】

【案例13】某新建项目，包括生产车间、66KV变电所、办公建筑等。

当地的平均雷暴日为20d/a,预计雷击次数为0.2次/a。

请解答下列问题：

16、该项目厂区内有一一类防雷建筑，电源由500m外10KV变电所通过架空线路引来，在距离该建筑物18m处改由电缆穿钢管埋地引入该建筑物配电室。

电缆由室外引入室内后沿电缆沟敷设，长度为5m，电缆规格为YJV-10KV,3X35mm2。

电缆埋地处土壤电阻率为200Ω•m。

电缆穿钢管埋地的最小长度宜为下列哪项数值？

（A）29m（B）23m（C）18m（D）15m

答案：

[A]

解答过程：

依据GB50057-2010式4.2.3，埋地长度

28.3m。

【点评】规范还要求：

架空线与建筑物的距离不应小于15m；本题为18m,满足要求。

为满足埋地长度要求，应改变终端杆位置或电缆迂回敷设。

室内沟中的电缆不是“直接埋地”，无助于电涌衰减。

“长度5m”当为干扰项。

17、该项目厂区有一烟囱建筑，高20m，防雷接地的水平接地体形式为近似边长为6m的正方形。

测得引下线的冲击接地电阻为35Ω，土壤电阻率为1000Ωm。

请确定是否需要补加水平接地体，若需要，补加的最小长度宜为下列哪项数值？

（A）需要1.61m（B）需要5.16m

（C）需要16.08m（D）不需要

答案：

[A]

解答过程：

依据GB50057-2010第3.0.4和4.4.6条，烟囱为第三类防雷建筑物；环形接地体等效半径小于5m时，应补加接地体。

水平接地体最小长度按式4.2.4-1计算。

等效直径

最小长度

=1.615m

18、该项目66KV变电所内有A、B两个电气设备。

室外布置，设备的半径均为0.3m,且与地面平行，高度分别为16.5m和11m，拟在A设备中心距15m，距B设备25m的位置安装32m高的避雷针一座，请采用折线法计算避雷针在A、B两个设备顶端高度上的保护半径为下列哪组数值？

并判断A、B两个电气设备是否在避雷针的保护范围内？

（A）11.75m,18.44m,均不在（B）15.04m,25.22m,均在

（C）15.04，25.22m,均不在（D）15.50m,26.0m,均在

答案：

[C]

解答过程：

依据DL/T620-1997式4、5、6（或《配电手册》P858式13-47、48）

h=32m＞30m,

0.97

高度16.5m≥0.5h，rx=（h-hx）p=（32-16.5）×0.97=15.04m＜15+0.3

高度11m＜0.5h,rx=（1.5h-2hx）p=（1.5×32-2×11）×0.97=25.22m＜25+0.3

【点评】考点是hx≥0.5h和hx＜0.5h应采用不同的计算式；保护半径应不小于中心距加物体半径。

19、该项目66kV变电所电源线路采用架空线，线路全线程架设避雷线。

其中有两档的档距分别为500m和180m，试确定当环境条件为15℃无风时这两档中央导线和避雷线间的最小距离分别宜为下列哪组数值？

（A）3.10m,3.10m（B）6.00m,3.16m

（C）6.00m,6.00m（D）7.00m,3.16m

答案：

[B]

解答过程：

依据DL/T620-1997第6.1.6条，S=0.012L+1，但S大于表10要求时可按后者。

S500=0.012×500+1=7m；S180=0.012×180+1=3.16m

S500大于表10要求的6.0m，取后者。

【点评】有人不引用DL/T620；有人忽视6.1.6末段条文，并质疑500m是否算大跨距。

请注意，最小距离是防反击的要求，其源头在过电压标准。

选项中有“6.00m”，绝非空穴来风。

20、该项目厂区某普通办公建筑，低压电源线路采用带内屏蔽层的4芯电力电缆架空引入，作为建筑内用户0.4kV电气设备的电源。

电缆额定电压为1kV，土壤电阻率为500Ω•m;屏蔽层电阻率为17.24×10-9Ω•m，屏蔽层每公里电阻为1.4Ω,电缆芯线每公里的电阻为0.2Ω，电缆线路总长度为100m,电缆屏蔽层在架空前接地，架空距离为80m,通过地下和架空引入该建筑物的金属管道和线路总数为3，试确定电力电缆屏蔽层的最小截面积宜为下列哪项数值？

（A）0.37mm2（B）2.22mm2

C）2.77mm2（D）4.44mm2

答案：

[B]

解答过程：

依据GB50057-2010。

按3.0.4条，该办公楼为第三类防雷建筑物。

按式4.2.4-7，

4.02kA

按式H.0.1，

2.22mm2

【点评】按表H.0.1-1，“屏蔽层与土壤隔离或敷设在大气中，Lc=建筑物与屏蔽层最近接地点之间的距离”；本题Lc应取80m。

“电缆线路总长度100m”是干扰项。

【选择题12】2012年无过电压和防雷的案例题，但上午的选择题中有3题涉及计算：

20、27题：

单支避雷针保护范围计算，考过多次，不赘述。

25题：

某湖边一座高层住宅，其长、宽、高分别为50m、23m、90m，该地年平均雷暴日为47.4d/a。

在建筑物年预计雷击次数计算，与建筑物截收相同雷击次数的等效面积为下列哪项数值？

（A）0.2547km2（B）0.0399km2（C）0.0469km2（D）0.0543km2

我猜测，该题是由案例题改为选择题的。

建议大家按题面给出的条件完成年预计雷击次数计算。

（答案：

0.3335或0.3336。

注意按“湖边”这一条件取校正系数。

）

【案例11】图示为一座110kV/35kV/10kV变电站，110kV和35kV采用敞开式配电装置，10kV采用户内配电装置，变压器三侧均采用架空套管出线。

正常运行方式下任一路110kV电源线路带全所负荷，另一路热备用，两台主变压器分列运行，避雷器选用阀式避雷器。

其中：

110kV电源进线为架空线路约5km，进线段设有2km避雷线，主变压器距110kV母线避雷器最大电气距离为60m。

35kV系统以架空线路为主，架空线路进线段设有2km避雷线，主变压器距35kV母线避雷器最大电气距离为60m。

10kV系统以架空线路为主，主变压器距10kV母线避雷器最大电气距离为20m。

请回答下列问题，并列出解答过程：

1.请说明下列关于110kV侧避雷器的设置哪一项是正确的？

（A）只设置LA3、LA4

（B）只设置LA1、LA2、LA3、LA4

（C）只设置LA1、LA2

（D）设置LA1、LA2、LA3、LA4、LA5、LA6

答案【B】

解答过程：

按DL/T620-1997之7.3.2，110kV进线开关可能经常断路带电运行，应装设LA1、LA2。

按上述标准之7.3.4表11，110kV进线路数为1的允许距离为100m（大于60m），可不装设LA5和LA6。

2.主变压器低压侧有开路运行的可能，下列关于10kV侧、35kV侧避雷器的设置哪一项是正确的？

（A）只设置LA7、LA8、LA9、LA10

（B）采用独立避雷针保护，不设置避雷器

（C）只设置LA11、LA12、LA13、LA14

（D）设置LA7、LA8、LA9、LA10、LA11、LA12、LA13、LA14

答案【D】

解答过程：

按DL/T620-1997之7.3.8，三绕组变压器低压侧有开路运行的可能，应在低压绕组和母线上装设避雷器。

3.设35kV系统以架空线路为主，架空线路总长度约为60km，其单相接地电容电流约为0.1A/km。

10kV系统以钢筋混凝土杆塔架空线路为主，架空线路总长度约为30km，其单相接地电容电流约为0.03A/km；电缆线路总长度约为8km，其单相接地电容电流约为1.6A/km。

请通过计算选择10kV系统和35kV系统的接地方式（假定10kV和35kV系统在接地故障条件下仍需短时运行）。

确定下列哪一项是正确的？

（A）10kV和35kV系统均采用不接地方式

（B）10kV和35kV系统均采用经消弧线圈接地方式

（C）10kV系统采用高电阻接地方式，35kV系统采用低电阻接地方式

（D）10kV系统采用经消弧线圈接地方式，35kV系统采用不接地方式

答案【D】

解答过程：

按《配电手册》P153表4-20’计入变电所增加的接地电流：

10kV系统接地电容电流：

IC=（30×0.03+8×1.6）×1.16=15.9A，超过10A，按DL/T620-1997之3.1.2（或《配电手册》P873），应采用消弧线圈接地方式。

35kV系统接地电容电流：

IC=60×0.1×1.13=6.8A，不超过10A，按DL/T620-1997之3.1.2（或《配电手册》P873），应采用不接地方式。

【注意】

1、GB50065-2011中，“经消弧线圈接地”改称“谐振接地”。

2、线路接地电容电流不包括变电所的增加值。

系统接地电容电流应包括线路接地电容电流和变电所的增加值。

请注意区分题目中的用词。

4.假定10kV系统接地电容电流为36.7A，消弧线圈的计算容量为下列哪一项数值？

（A）275kVA（B）286kVA

（C）332kVA（D）1001kVA

答案【B】

解答过程：

依据DL/T5222-2005之18.1.4条（或《配电手册》P222式5-42），按过补偿计算：

286kVA。

【说明】也可依据DL/T620-1997之3.1.6计算:

286kVA

5、接地电阻简易计算，见12章案例题讲解。

【案例10A】某企业的110kV变电所，地处海拔高度900m，110kV采用半高型室外配电装置，110kV母线高10m，35kV和10kV配电装置选用移开式金属封闭开关柜，室内单层布置，主变压器布置在室外。

请回答下列问题：

1.计算变电所的110kV系统工频过电压一般不超过下列哪一项数值？

并说明依据和理由。

（A）94.6kV（B）101.8kV

（C）126kV（D）138.6Kv

答案【A】

解答过程：

依据DL/T620-1997之4.1.1条b）款，110kV系统工频过电压一般不超过1.3p.u.。

又依据3.2.2条，工频过电压的1p.u.=Um/

。

∴该工频过电压一般不超过1.3×126/

=94.6kV。

2.该变电所110kV配电装置的防直击雷采用单支独立避雷针保护，如果避雷针的高度为30m，计算其在地面上和离地面10m高的平面上的保护半径分别为下列哪一项？

（A）45m、20m（B）45m、25m

（C）45.2m、20.1m（D）45.2m、25.1m

答案【B】

解答过程：

依据DL/T620-1997之5.2.1条或《配电手册》P857、858式13-46、13-48：

当h≤30m时，高度影响系数P=1

地面上的保护半径r=1.5hp=1.5×30=45m

10m高（hx

0.5h）平面上的保护半径

rx=（1.5h-2hx）p=（1.5×30-2×10）=25m

【评论】

计算单支针的保护范围本不困难，但《配电手册》P858有一个笔误。

高度影响系数：

当h≤30m时，P=1（书中误为h＜30m）；30＜h≤120m时，

。

如将30m代入式中，得P=1.004；则保护范围分别增大0.2m和0.1m。

避雷针的保护范围是实测结果；所有的“计算方法”都是用一条近似曲线来描绘它。

（如直线、折线、圆弧等。

）

在30m这一点，保护范围应该是连续的，不可能有“跳空缺口”。

1.004不过是经验回归式的微小误差而已，既不应把它作为“考点”，也不应以此方式纠正手册的错误。

我们向因手册错误被扣两分而落榜的工程师深表歉意！

3.该变电所10kV出线带有一台高压感应电动机，其容量为600kW，确定开断空载高压感应电动机的操作电压一般不超过下列哪项数值？

并说明依据和理由。

（A）19.6kV（B）24.5kV

（C）39.2kV（D）49kV

答案【B】

解答过程：

依据DL/T620-1997之4.2.7条，开断空载高压感应电动机的操作电压一般不超过2.5p.u.；又依据3.2.2条，操作过电压的1p.u.=

Um/

。

∴该操作电压一般不超过2.5×

×12/

=24.5kV。

4.该变电所的10kV系统为中性点不接地系统，当连接有中性点接地的电磁式电压互感器的空载母线，因合闸充电或在运行时接地故障消除等原因的激发，使电压互感器饱和而铁磁谐振过电压，请判断下列为限制此过电压的措施哪项是错误的？

并说明依据和理由。

（A）选用励磁特性饱和点较高的电磁式电压互感器

（B）用架空线路代替电缆以减少XCo，使XCo≤0.06Xm（Xm为电压互感器在线电压作用下单相绕组的励磁电抗）

（C）装设专门的消谐装置

（D）10kV电压互感器高压绕组中性点经Rp.n≥0.06Xm（容量大于600W）的电阻接地

答案【B】

解答过程：

依据DL/T620-1997之4.1.5条d）款,。

选项B有两处错：

0.06应为0.01。

用架空线将增加而不是减少电抗；应改为“用电缆代替架空线路以减少XCo”。

【提示】XCo为系统每相的对地分布容抗。

5.确定在选择110kV变压器时，变压器的内绝缘相对地和相间的雷电冲击耐受电压应为下列哪项？

请说明依据和理由。

（A）200kV、200kV（B）395kV、395kV

（C）450kV、450kV（D）480kV、480kV

答案【D】

解答过程：

依据DL/T620-1997之10.4.5条表19，变压器内绝缘的雷电冲击耐受电压应为480kV（内绝缘取分母数据）。

【案例10B】某110kV变电站采用全户内布置，站内设三台主变压器，110kV采用中性点直接接地方式。

变电站内仅设一座综合建筑物，建筑物长54米，宽20米，高18米；全围墙长73米，宽40米。

变电站布置如图所示，请回答下列问题。

1.假定该变电站所在地区年平均雷暴日为87.6d/a，变电站综合楼的年预计雷击次数为下列哪一项？

（A）0.319d/a（B）0.271d/a

（C）0.239d/a（D）0.160d/a

答案【D】

解答过程：

依据GB50057-1994（2000版）附录一或《配电手册》P783式13-6和13-8：

（1）雷击大地的年平均密度

Ng=0.024Td1.3=0.024×（87.6）1.3=8.04次/km2.年

（2）建筑物的等效面积

Ae=[LW+2（L+W）

+

H（200-H）]×10-6

=[54×20+2×（54+20）

+3.14×18×182]×10-6=[1080+8471+10292]×10-6=19843×10-6km2。

（3）建筑物年预计雷击次数（校正系数k取1）

N=kNgAe=8.04×0.02=0.16次/年。

【提示】

GB50057-2010修订：

Ng=0.1Td！

注意计算次序；主计算式用到的量，要先计算出来。

2.该电站综合楼为第三类防雷建筑物，设两支等高的避雷针进行防雷保护，当避雷针针尖距地面最小距离应为下列哪项数值？

（避雷针位置如上图所示，要求按滚球法计算，按四舍五入取小数点后一位。

）

（A）50m（B）52m（C）54m（D）56m

答案【B】

解答过程：

依据GB50057-1994（2000版）附录四之2或《配电手册》P799，用针高52m试算：

保护范围上边线的高度（保护范围最小处为x=0）：

m

两针间的保护范围：

以hx=0作为假想避雷针，按单支避雷针的方法确定，即公式（附4.1）。

rx=0=

=

=53–42.8=10.16m；

保护范围最小宽度为2rx=0=20.3＞20m，符合要求。

【点评】A.通常是已知针高，计算保护范围。

此题要按保护范围反推针高，不知有无简便的方法？

我只能用笨办法—试算。

建议各位再用针高50m计算一次，验证其不符合要求。

B.本案例为变电站，避雷针的保护范围本应依据DL/T620-1997按折线法计算。

题目要求用滚球法，违反了电力行业标准！

C.既然允许在屋顶上装针，宜采用4或6支针。

装两支五十多米高的针，很不合理。

【案例09】某110/10kV变电站基本情况如下：

1）电源取自地区110kV电网（无限大电源容量）；

2）主变采用2×31.5MVA三相双绕组自冷有载调压变压器，户外布置，高、低压侧均采用架空套管进线；

3）每台变压器低压侧配置2组2400kvar的10kV并联电容器；采用单星形接线，配12%干式空芯电抗器，选用无重燃的真空断路器进行投切；

4）110kV设备采用GIS户外布置，10kV设备采用中置柜户内双列布置；

5）接地网（略），见12章案例题讲解。

请回答下列问题：

1、在本站过电压保护中，哪一项无需采取限制措施？

（A）工频过电压（B）谐振过电压

（C）线路合闸和重合闸过电压（D）雷电过电压

答案【C】

解答过程：

依据DL/T620-1997的4.2.1条d）

范围I（系统最高电压3.6kV~252kV）的线路合闸和重合闸过电压一般不超过3.0p.u.，通常无需采取限制措施。

2、当需要限制电容器极间和电源侧对地过电压时，10kV并联电容器组过电压可采用哪一个图的接线方式？

图1图2

图3图4

（A）图1（B）图2

（C）图3（D）图4

答案【D】

解答过程：

依据GB50227-1995的4.2.10.3款：

当需要限制电容器极间和电源侧对地过电压，且电抗率为12%及以上时，可采用避雷器与电抗器并联和中性点避雷器的接线。

【说明】本题也可依据DL/T620-1997的4.2.5条：

可采用图1（a）中F1作为限制单相重击穿过电压的后备保护，条件是当电源侧有单相接地故障时不能开断补偿装置，否则可采用F2。

（按当时的看法，F2接线的缺点是避雷器易老化、击穿，甚至爆炸。

）

采用图1（b）接线用以限制电容器极间过电压，当电抗率不低于12%时，宜采用F4。

新标准已否定这些条款，详见【注意】。

【点评】题干中“选用无重燃的真空断路器”这一条件，与本小题矛盾。

因为电容器极间过电压是开断时两相重击穿引起的，所以GB50227的4.2.10.3款就已明确指出两相击穿概率极低时，可不设置极间过电压保护。

【注意】新标准GB50227-2008之4.2.8条的规定如下：

“并联电容器装置应装设抑制操作过电压的避雷器，避雷器连接方式应符合下列规定：

避雷器连接应采用相对地方式。

避雷器接入位置应紧靠电容器组的电源侧。

不得采用三台避雷器星形连接后经第四台避雷器接地的接线方式。

”

条文说明中明确指出，设置极间过电压保护既无必要也无合适的手段。

新版GB50064的征求意见稿中，避雷器接线也改为相对地方式。

3、变电站采用独立避雷针进行直击雷保护，下列有关独立避雷针设计的表述哪一项是不正确的？

（A）独立避雷针宜设独立的接地装置。

在非高土壤电阻率地区，其接地电阻不应超过10Ω；

（B）独立避雷针宜设独立的接地装置，接地电阻难以满足要求时，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，沿接地体的长度不得小于10m；

（C）独立避雷针不应设在人经常通行的地方，避雷针及其接地装置与道路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；

（D）110kV及以上的配电装置，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。

答案：

【B】

解答过程：

依据DL/T620-1997的7.1.6条，上述沿接地体的长度不得小于15m。

【点评】配电装置防雷电过电压的难点是防止反击，见规范7.1.7~7.1.11条，参看13章课件。

【案例08】某变电所有一只高40m的独立避雷针，欲对高25m的建筑物进行直击雷保护，计算其保护半径。

（A）8.7m（B）13m（C）16m（D）21m

答案【B】

解答过程：

依据《配电手册》P858式13-47:

高度影响系数

0.87

hx≥0.5h,保护半径

13m

【点评】

1）避雷针保护范围的计算，要分清是变电所还是建筑物。

前者用折线法；后者用滚球法。

2）DL/T620规定：

“当避雷针高度30＜h≤120m时，高度影响系数

；当h＞120m时，取其等于120m。

”这种表述不够严密（当h＞120m时也要用这个算式）。

宜改为：

h＞120m时，取p等于0.5。

3）当hx＜0.5h时，

。

4）建议各位掌握两支等高避雷针保护范围的计算。