35kv變電所接地裝置與防雷的設(shè)計

1、 35kv變電所接地裝置與防雷的設(shè)計 目錄一. 前言1二. 設(shè)計任務(wù)1三. 設(shè)計方案及相關(guān)計算13.1 雷電參數(shù)13.1.1雷電流的幅值、波頭、波長和陡度13.1.2 雷電流極性及波形23.1.3雷電波阻抗(z0) 33.1.4地面落雷密度33.2變電所遭受雷擊的主要原因43.3變電所防雷的原則43.4變電站防雷具體措施分類53.4.1 避雷針或避雷線53.4.2避雷器83.4.3 直擊雷防護93.4.4變電站雷電侵入波防護 133.4.5變電站的進線段雷電防護設(shè)計163.5接地裝置的設(shè)計183.6 變電站弱電設(shè)備防雷措施28四. 結(jié)束語28五. 參考文獻28六. 調(diào)研報告29 一、前言變電所

2、是電力系統(tǒng)中對電能的電壓和電流進行變換、集中和分配的場所,是聯(lián)系發(fā)電廠與電力用戶的紐帶,擔(dān)負(fù)著電壓變換和電能分配的重要任務(wù)。如果變電所發(fā)生雷擊事故,會給國家和人民造成巨大的損失。所以變電所的防雷是不可忽視的問題。隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展,使得電能這一清潔能源在人民生產(chǎn)、生活中得到了普遍使用。但當(dāng)高壓輸電網(wǎng)在為人們提供動力和照明時,不能忽視自然界產(chǎn)生的雷電對高壓輸變電設(shè)備產(chǎn)生的大量危害。因此,必須加強變電所雷電防護問題的認(rèn)識與研究。 隨著電力工業(yè)的發(fā)展，自動化程度越來越高，對安全供電的要求也越來越高。為了防止各種電氣事故，保障人民生產(chǎn)、生活的正常有序進行，電氣安全已成為社會關(guān)注對象，各種電氣安全措

3、施也正在建立與完善。電氣安全工作是一項綜合性的工作，有工程技術(shù)的一面，也有組織管理的一面。工程技術(shù)和組織管理相輔相成，有著十分密切的聯(lián)系。電氣安全工作主要有兩方面的任務(wù)。一方面是研究各種電氣事故，研究電氣事故的機理、原因、構(gòu)成、特點、規(guī)律和防護措施；另一方面是研究用電氣的方法解決各種安全問題，即研究運用電氣監(jiān)測、電氣檢查和電氣控制的方法來評價系統(tǒng)的安全性或獲得必要的安全條件。二、設(shè)計任務(wù)本設(shè)計針對35kv變電站進行防雷接地保護設(shè)計；根據(jù)變電站國家防雷接地標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合35kv變電站電氣接線圖以及具體情況，學(xué)習(xí)利用各種防雷接地裝置等，實現(xiàn)對變電站的直擊雷防護、雷電侵入波防護以及變電站的接地保護設(shè)計。

4、三、設(shè)計方案及相關(guān)計算3.1雷電參數(shù)3.1.1雷電流的幅值、波頭、波長和陡度（1）雷電流幅值的概率分布我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)推薦按下式計算 lgp=-i88式中：i是雷電流幅值，ka；p是 幅值等于大于i的雷電流概率。例如幅值等于和超過50ka的雷電流，計算可得概率為33%。上述雷電流幅值累積概率計算公式適用于我國大部分地區(qū)。對于雷電活動很弱的少雷地區(qū)(年平均雷電活動20日以下)，例如陜南以外的西北地區(qū)及內(nèi)蒙古自治區(qū)的部分地區(qū)。雷電流幅值概率可按以下公式求得： lgp=-i44（2）雷電流的波頭和波長雖然雷電流幅值隨各國的自然條件不同而差別很大，但是各國側(cè)得的雷電流波形卻基本一致。據(jù)統(tǒng)計，波頭長度大多在

5、1s5s的范圍內(nèi)，平均2s2.5s。我國在防雷保護設(shè)計中建議采用2.6s的波頭長度。至于雷電流的波長，實測表明在20s100s范圍之內(nèi)，平均約為50s,大于50s的僅占18%30%。根據(jù)以上分析，在防雷保護計算中，雷電流的波形可采用2.6/50s。(3)雷電流陡度由于雷電流的波頭長度變化范圍不大，所以雷電流的陡度和幅值必然密切相關(guān)。我國采用2.6s的固定波頭長度，即認(rèn)為雷電流的平均陡度石和幅值線性相關(guān)： a=i2.6即幅值較大的雷電流同時也具有較大的陡度。雷電流的各項主要參數(shù)-幅值、波頭、波長和陡度的實測數(shù)據(jù)具有很大的分散性。許多研究者發(fā)表過各種結(jié)果，雖然基本規(guī)律大體相近，但其具體數(shù)值卻有差異

6、。其原因一方面在于雷電放電本身的隨機性受到自然條件多種因素的影響;另一方面也在于測量條件和技術(shù)水平的不同。我國幅員遼闊，各地自然條件千差萬別。雷電觀測工作的基礎(chǔ)還比較薄弱，有待于進一步加強。3.1.2 雷電流極性及波形國內(nèi)外實測結(jié)果表明，75%90%的雷電流是負(fù)極性，加之負(fù)極性的沖擊過電壓波沿線路傳播衰減，因此電氣設(shè)備的防雷保護中一般按負(fù)極性進行分析研究。在電力系統(tǒng)的防雷保護計算中，要求將雷電流波形用公式描述，以便處理,經(jīng)過簡化和典型化可得以下三種常用的計算波形，如圖3-1所示。 (a)標(biāo)準(zhǔn)沖擊波形 (b)等值斜角波頭 (c)等值半余弦波頭圖3-1 雷電流的等值波形圖3-1(a)標(biāo)準(zhǔn)波形，它是

7、由雙指數(shù)公式所表示的波形i=i0(e-at-e-bt)這種表示是與實際雷電流波形最為接近的等值波形，但比較繁瑣。當(dāng)被擊物體的阻抗只是電阻r時，作用在r上的電壓波形u和電流波形i是相同的。雙指數(shù)波形也取作沖擊絕緣強度試驗電壓的波形，對它定出標(biāo)準(zhǔn)波前和波長為1.2/50s。圖2-2-1（b）為斜角平頂波，其陡度可由給定的雷電流幅值i和波前時間定。斜角波的數(shù)學(xué)表達式最簡單，便于分析與雷電流波前有關(guān)的波程，并且斜角平頂波用于分析發(fā)生在10s以 ng=0.023td1.3式中，ng為每年每平方公里地面落雷數(shù)；td雷電日數(shù)；由此可得： 對td=40g=0.023td0.3 的地區(qū)，按我國標(biāo)準(zhǔn)取值g=0.0

8、7。3.2變電所遭受雷擊的主要原因供電系統(tǒng)在正常運行時,電氣設(shè)備的絕緣處于電網(wǎng)的額定電壓作用之下,但是由于雷擊的原因,供配電系統(tǒng)中某些部分的電壓會大大超過正常狀態(tài)下的數(shù)值,通常情況下變電所雷擊有兩種情況:一是雷直擊于變電所的設(shè)備上;二是架空線路的雷電感應(yīng)過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線路侵入變電所。其具體表現(xiàn)形式如下:（1）直擊雷過電壓。雷云直接擊中電力裝置時,形成強大的雷電流,雷電流在電力裝置上產(chǎn)生較高的電壓,雷電流通過物體時,將產(chǎn)生有破壞作用的熱效應(yīng)和機械效應(yīng)。（2）感應(yīng)過電壓。當(dāng)雷云在架空導(dǎo)線上方,由于靜電感應(yīng),在架空導(dǎo)線上積聚了大量的異性束縛電荷,在雷云對大地放電時,線路上的電荷被

9、釋放,形成的自由電荷流向線路的兩端,產(chǎn)生很高的過電壓,此過電壓會對電力網(wǎng)絡(luò)造成危害。因此,架空線路的雷電感應(yīng)過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線路侵入變電所,是導(dǎo)致變電所雷害的主要原因,若不采取防護措施,勢必造成變電所電氣設(shè)備絕緣損壞,引發(fā)事故。3.3變電所防雷的原則針對變電所的特點,其總的防雷原則是將絕大部分雷電流直接接閃引入地下泄散(外部保護);阻塞沿電源線或數(shù)據(jù)、信號線引入的過電壓波(內(nèi)部保護及過電壓保護);限制被保護設(shè)備上浪涌過壓幅值(過電壓保護)。這三道防線,相互配合,各行其責(zé),缺一不可。應(yīng)從單純一維防護(避雷針引雷入地?zé)o源保護)轉(zhuǎn)為三維防護(有源和無源防護),包括:防直擊雷,防感應(yīng)

10、雷電波侵入,防雷電電磁感應(yīng)等多方面系統(tǒng)加以分析。（1）外部防雷和內(nèi)部防雷避雷針或避雷帶、避雷網(wǎng)引下線和接地系統(tǒng)構(gòu)成外部防雷系統(tǒng),主要是為了保護建筑物免受雷擊引起火災(zāi)事故及人身安全事故;而內(nèi)部防雷系統(tǒng)則是防止雷電和其它形式的過電壓侵入設(shè)備中造成損壞,這是外部防雷系統(tǒng)無法保證的。為了實現(xiàn)內(nèi)部防雷,需要對進出保護區(qū)的電纜,金屬管道等都要連接防雷、及過壓保護器,并實行等電位連接。（2）防雷等電位連接為了徹底消除雷電引起的毀壞性的電位差,就特別需要實行等電位連接,電源線、信號線、金屬管道等都要通過過電壓保護器進行等電位連接,各個內(nèi)層保護區(qū)的界面處同樣要依此進行局部等電位連接,各個局部等電位連接棒互相連接

11、,并最后與主等電位連接棒相連。3.4變電站防雷具體措施分類3.4.1 避雷針或避雷線避雷針是防直接雷擊的有效裝置。它的作用是將雷電吸引到自身并泄放入地中，從而保護其附近的建筑物、構(gòu)筑物和電氣設(shè)備等免遭雷擊。1、避雷針的結(jié)構(gòu)和保護原理避雷針是由接閃器、支持構(gòu)架、引下線和接地體四部分構(gòu)成。（1）接閃器 是避雷針頂端12m長的一段鍍鋅圓鋼或焊接鋼管。圓鋼直徑應(yīng)大于1216mm；鋼管直徑應(yīng)大于2025mm。通過接閃器和雷云發(fā)生閃絡(luò)放電。（2）支持構(gòu)架 高度在1520m一下的獨立避雷針可采用水泥桿；較高時宜采用鋼結(jié)構(gòu)支柱；110kv及以上電壓級變電站，當(dāng)條件允許時，可將避雷針安裝在高壓門型構(gòu)上；對于建筑

12、物或構(gòu)筑物可裝于頂部。（3）引下線 采用經(jīng)過防腐處理的圓鋼或扁鋼。圓鋼直徑不得小于812mm；扁鋼截面不得小于12mm4mm。引下線應(yīng)沿支持構(gòu)架及建筑物外墻以最短路徑入地，以便盡可能減小雷電流通過時在引下線上產(chǎn)生的電感下降。（4）接地體 埋于地下的各種型鋼，工程中多采用垂直打入地中的鋼管、角鋼或水平埋設(shè)扁鋼、圓鋼。入l50505，長2.5m的角鋼和截面為4mm25mm的扁鋼。接地體是直接泄放雷電流的，所以其選用既要考慮經(jīng)濟，又要滿足接地電阻值的規(guī)定要求。避雷針的保護原理是：當(dāng)雷云中的先導(dǎo)放電向地面發(fā)展，距離地面一定高度時，避雷針能使先導(dǎo)通道所產(chǎn)生的電場發(fā)生畸變，此時，最大電場強度的方向?qū)⒊霈F(xiàn)在

13、從雷電先導(dǎo)到避雷針頂端（接閃器）的連線上，致使雷云中的電荷被吸引到避雷針，并安全泄放入地。2、避雷針的保護范圍（1）單根針的保護范圍 如圖3-2所示。 圖3-2 單根避雷針的保護范圍由上圖有，在被保護高度為hx水平面上, 其保護半徑rx為hxh2時， rx=(h-hx)ph2時， 當(dāng) 當(dāng)hxrx=(1.5h-2hx)p20式中，p為考慮避雷針太高時，保護半徑不成正比增大的系數(shù)。當(dāng)h30m時，p=1；當(dāng)30120m時，按120m計算。 時，（2）兩根等高避雷針的保護范圍 如圖3-3所示。 圖3-3 兩根等高避雷針的保護范圍首先根據(jù)被保護物的長、寬和高度及避雷針理想的安裝位置等客觀情況，初步確定兩

14、等高針之間的距離，并按照d7ha，初步選取ha。根據(jù)d和ha，進行兩等高針聯(lián)合保護范圍驗算：兩針之間保護范圍如圖2-4所示，計算公式有：h0=h- d7p bx=1.5(h0-hx)式中: h0為等高雙針的聯(lián)合保護范圍上部邊緣最低點的高度(m )，p同上。3、避雷線避雷線是由懸掛在保護物上空的鍍鋅鋼絞線（即接閃器，截面不得小35mm2）、接地引下線和接地體組成。（1）單根避雷線的保護范圍 如圖3-4所示。 圖3-4 單根避雷線的保護范圍單根避雷線的一側(cè)，在高度為hx平面上的保護寬度rx按下式計算：hx12h當(dāng)hx時，rx=0.47(h-hx)p 12h當(dāng)時，rx=(h-1.53hx)p（2）兩

15、條平行架設(shè)的避雷線的保護范圍 圖3-5 雙避雷線的保護范圍 在兩根避雷線的外側(cè)的保護范圍按單根線方法確定；而兩避雷線內(nèi)側(cè)保護范圍的橫截面，是由通過避h0=h-d4p（h為避雷線懸雷線1和2及保護范圍上部 邊緣的最低點o的圓弧來確定，o點的高度掛高度；d為兩避雷線的水平間距；p的意義同前）。兩避雷線端部的保護范圍分別按單根避雷線確定端部的保護范圍，兩線間端部保護范圍最小寬度有：bx=h0-hx=h-d4p-hx bx為兩避雷線端部最小保護寬度；hx為被保護物高度；h0為兩避雷線間保護最低點高度。3.4.2避雷器避雷器能將侵入變電所的雷電波降低到電氣裝置絕緣強度允許值以 對于有間隙的避雷器以上兩條

16、都適宜，這類避雷器主要有保護間隙、管式避雷器及帶間隙的閥式避雷器。對于無間隙的金屬氧化物避雷器，基本技術(shù)要求則不同，它沒有滅弧問題，相應(yīng)的卻產(chǎn)生了獨特的熱穩(wěn)定性問題。目前大部分變電站防雷電侵入波使用的氧化鋅避雷器的保護效果如圖3-8所示： t 圖 3-8 氧化鋅避雷器的保護效果 3.4.3 直擊雷防護裝設(shè)避雷針是直擊雷防護的主要措施, 避雷針是保護電氣設(shè)備、建筑物不受直接雷擊的雷電接受器。它將雷吸引到自己的身上, 并安全導(dǎo)人地中, 從而保護了附近絕緣水平比它低的設(shè)備免遭雷擊。變電站裝設(shè)避雷針時, 應(yīng)該使站-6=5040+2(50+40)20(200-20)+3.1420(200-20)10=0

17、.024104k=1；td=40；td1.3=401.3=120.97故 n=0.0241120.970.0241=0.0700次/a 1=14.286由于0.0700（2） 反擊 年/次，即該變電站可能平均運行14年就要遭受一次雷擊。所謂反擊是指雷擊避雷針（線）瞬間，強大的雷電流通過避雷針頂端的接閃器及引下線和接地體向大地泄放時產(chǎn)生的高電位。如果避雷針（線）與附近的金屬物體的空間距離，或者其接地裝置與其 圖3-9 雷擊獨立避雷針時的高電位分析如圖3-9所示，高度為h的a點電位記為uk，避雷針輔助接地裝置上的電位記為ud，則有：uk=irch+ldidtud=irch式中，i為雷電流，ka，幅

18、值取150ka，斜角波長2.6s；rch為獨立避雷針輔助接地裝置的沖擊接地電阻，；l為a點到地面，接地引下線h長度上的電感,h,可取l0=1.6h/m，l=l0h。為防止發(fā)生反擊，避雷針距金屬物體空間間隙sk應(yīng)滿足：skukek避雷針輔助接地裝置與其他接地裝置的地中間隙sd應(yīng)滿足：sdudedek 和ed分別為空氣間隙和土壤的擊穿場強，單位kv/m，可取ek=500kv/m，ed=300kv/m。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：sk0.3rch+0.1hsd0.3rch一般情況下，要求 。對于35kv及以下電壓級的配電裝置和土壤電阻率sk5m；sd3m大于500m的地區(qū)，不宜采用構(gòu)架式避雷針。裝設(shè)避雷針的構(gòu)架應(yīng)埋設(shè)

19、輔助集中接地裝置。輔助接地裝置與變電站的主接地網(wǎng)相連接時，其連接點距離變壓器與主接地網(wǎng)的連接點不得小于15m，目的是保證雷擊避雷針時，在接地裝置上產(chǎn)生的高電壓波經(jīng)過這段距離的衰減，傳播到變壓器連接點不會對變壓器造成反擊。特別指出，變壓器的進線門型構(gòu)不允許裝設(shè)避雷針，因為變壓器是變電站的重要電氣設(shè)備，其絕緣較弱，萬一發(fā)生反擊，必將造成嚴(yán)重后果。(3)35kv變電站直擊雷防護避雷針設(shè)計變電站所處地區(qū)土壤電阻率210m，雖然不大于500m，但由于是35kv電壓級的配電裝置，故不宜采用構(gòu)架式避雷針。采用兩根等高避雷針進行防護設(shè)計由于此35kv變電站，占地面積長50m，寬40m,變電站的最高點高度為20

20、m,在變電站寬兩側(cè)對稱位置上距5m處設(shè)立兩等高避雷針。如圖3-10所示。 2 2 圖3-10 兩等高避雷針位置圖據(jù)題有：兩針間距d=5+50+5=60m。設(shè)避雷針高度為h，又變電站的最高點為20m，故hx=20m。在避雷針1或2的一側(cè)按單避雷針來計算顯然有 hx<h/2 rx=(1.5h-2hx)p 且要rx20m ，故h42m。在避雷針1號2號之間，d12=60m, 兩等高避雷針針在hx=20m高度處的最小保護寬度有bx=(25+5)+2022，故有bx36m；d7p 所以h56 m。 又 bx=1.5(h0-hx)h0=h-且綜上所述，只用兩根等高避雷針實現(xiàn)對變電站的直擊雷防護，需要

21、求避雷針高度不小于56m。 由于不宜采用構(gòu)架式避雷針，只能用兩根60m的避雷針按圖3-4-1設(shè)計聯(lián)合保護。其中支架高58m，接閃器選2m長，直徑為1216mm的圓鋼，引下線選截面12mm4mm扁鋼。接閃器和引下線要做防腐處理。采用四根等高避雷針進行防護設(shè)計變電站的最高建筑物是門型框架，高度為20m，35kv與10.5kv母線架高度都為15m,變電裝置屋高為8m。采用四根等高避雷針對變電站進行防護，避雷針1號與2號，3號與4號處于水平位置上，如圖3-11所示。 圖3-11 四等高避雷針的位置圖門型框架兩側(cè)，1號和2號針之間，假設(shè)選高度為40m的避雷針，即40m,20m。顯然 hx=h/2 故1號

22、2號單根保護半徑rx為：50m 60m 避雷針1 10.5kv母線架 避雷針3 35kv母線架 避雷針4 變配電裝置 門型框架 避雷針2 rx=(h-hx)p= （40-20）0.79=15.8m兩等高避雷針針聯(lián)合保護范圍 d12=60m h0=40-60/(70.79)=29.2mbx=1.5(29.2-20)=13.8m35kv側(cè)，3號和4號之間，選用40m高的避雷針即h=40m,hx=15m。顯然 hx<h/2 故3號4號單根保護半徑rx為：rx=(1.5h-2hx)p=（1.540-215）0.79=23.7m兩等高避雷針針聯(lián)合保護范圍 d34=60m h0=40-60/(70.

23、79)=29.2mbx=1.5(29.2-15)=21.3m35kv與10.5kv同一側(cè)，2號與4號避雷針之間，選用40m 高的避雷針即h=40m , hx= 15m。顯然 hx<h/2 故2號4號單根保護半徑rx為：rx=(1.5h-2hx)p=（1.540-215）0.79=23.7m兩等高避雷針針聯(lián)合保護范圍 d24=36m h0=40-36/(70.79)=33.5mbx=1.5(33.5-15)=27.8m35kv與10.5kv對角線一側(cè)，2 號和3 號針之間, 選用40m 高的避雷針即h=40m，hx= 15m。顯然 hx<h/2 故2號3號單根保護半徑rx為：rx=(

24、1.5h-2hx)p=（1.540-215）0.79=23.7m兩等高避雷針針聯(lián)合保護范圍 d24=62m h0=40-62/(70.79)=28.8mbx=1.5(28.8-15)=20.7m由以上計算結(jié)果可見, 這四根針可以將整個變電站站都保護到位。所以可選四根40m的避雷針按圖3-4-2設(shè)計聯(lián)合保護。其中支架高38.5m，接閃器選1.5m長，直徑為1216mm的圓鋼，引下線選截面12mm4mm扁鋼。接閃器和引下線要做防腐處理。 3.4.4變電站雷電侵入波防護（1）變電站對雷電侵入波防護概述雷擊輸電線路的次數(shù)遠多于雷擊變電站，所以沿線路侵入變電站的雷電侵入波較常見。再加上輸電線路的絕緣水平

25、（即絕緣子串50%沖擊放電電壓u50%）比變壓器及其他電氣設(shè)備的沖擊絕緣水平高得多，因此，變電站對雷電侵入波的防護顯得很重要。在變電站內(nèi)裝設(shè)避雷器是變電站對侵人波防護的主要措施?，F(xiàn)階段, 大部分變電站都采取使用氧化鋅避雷器代替原來的閥型避雷器。主要由于氧化鋅避雷 器除具有較理想的非線性伏安特性外, 還有無間隙、無續(xù)流、電氣所受過電壓可以降低和通流容量大, 可以用來限制分析避雷器保護距離的簡單回路當(dāng)雷電波入侵時,變壓器上的電壓具有振蕩性質(zhì),其振蕩軸為避雷器的殘壓uc5。主要原因是由于避雷器動作后產(chǎn)生的電壓波在避雷器和變壓器之間多次反射引起,因此,只要變壓器離避雷器有一段距離,變壓器所受沖擊電壓的

26、最大值必然要超過避雷器的殘壓uc5 , 有時會對變壓器絕緣造成威脅,因此變um壓器與避雷器之間的安裝距離l要進行限制,該距離不能太遠；變壓器上所受沖擊電壓的最大值um=uc5+2al/u=uc5+2a0llmax(um-uc5)/2a0。a0式中，波速u為定值；a為侵入波的時間陡度（kv/s）；為侵入波的空間陡度（kv/m）。在平常的設(shè)計要求中,根據(jù)上述公式,只要距離l滿足要求即認(rèn)可,但是,隨著變電站設(shè)備的老化,其耐雷水平或承受過電壓的能力都會存在不同程度的下降,對變電站來說,最重要的設(shè)備是變壓器,其承受過電壓的能力相應(yīng)低于其他設(shè)備,因此,在電氣設(shè)備的絕緣配合中,通常應(yīng)以變壓器作為絕緣配合的核

27、心,站內(nèi)母線避雷器的安裝,要盡可能做到與主變壓器之間的距離最短；在一些變電站, 比如10 kv (35kv) 母線避雷器與tv 安裝于同一間隔內(nèi),該間隔可以安裝于該母線段的任何位置,但從其與主變最小距離考慮,該間隔盡可能做到挨著主變側(cè)開關(guān)間隔安裝,在實際設(shè)計、施工中也是容易做到的,對保護變壓器側(cè)的絕緣是有好處的。以此35 kv電壓等級為例進行說明:由于此變電站1km 進線段有避雷線，若取a0= 1.0 kv/ m ,若l與變壓器減小5 m ,則變壓器所受沖擊電壓將減少10 kv ,這對保護變壓器的絕緣是很有利的。同時,還應(yīng)對被保護設(shè)備與避雷器之間的安裝距離l 進行校核,即雷電防護要有一定裕度。

28、 ubil/umk ubil/kum而不應(yīng)當(dāng)用公式的電壓明顯要高于uc5ubil/(uc5+2a0l)kubil/uc5kuc5來校核,因為只要被保護設(shè)備與避雷器有一定距離,被保護設(shè)備上 ,若用進行校核,在l 較大的情況下可能存在沒有保護裕度。ubilk 是一個大于1的配合系數(shù), 可取1.051.1；器的雷電沖擊殘壓；um被保護設(shè)備的雷電沖擊耐受電壓；uc5避雷設(shè)備上所受沖擊電壓的最大值。避雷器與變壓器的最大電氣距離35kv變壓器允許的距離lmaxum=uc5+2al/u=uc5+2a0la0 當(dāng)運行進線為1條時：根據(jù)，令um=ubli（35kv變壓器的雷電沖擊耐受電壓為185kv，35kv進

29、線1km有避雷線，其陡度185=134+21lmax取1.0kv/m）。 lmax=25（m）35kv進線2km或全線有避雷線，其陡度185=134+20.5當(dāng)進線數(shù)增加時，lmaxlmaxa0取0.5kv/m。 lmax =51（m） 可參考表3-1的數(shù)據(jù)。lmax 表3-1 進線數(shù)與 的關(guān)系lmax 10.5kv變壓器允許的距離當(dāng)運行進線為1條時：根據(jù)um=uc5+2al/u=uc5+2a0l，令um=ubil（10kv 變壓器的雷電沖擊耐受電壓為75kv,10kv全線無避雷線,其陡度a0取1kv/ m）。75 = 45 + 2 1 當(dāng)進線增加，lmaxlmax lmax = 15 (m)

30、 參照表3-2的數(shù)據(jù)lmax 表3-2 進線數(shù)與的關(guān)系故由計算可知，在35kv變電站里面距變壓器（35/10.5kv、35/0.4kv）25m內(nèi)必須要安裝避雷器，距變壓器（10.5/0.4kv）15m內(nèi)須安裝避雷器。依據(jù)分析和運行經(jīng)驗，對于本35kv電壓級的變電站，實際上只要保證在每一段（包括分段母線）可能單獨運行的母線上都裝設(shè)一組避雷器，就可以使整個變電站得到保護。3.4.5變電站的進線段雷電防護設(shè)計進線段防護必要性當(dāng)lmax一經(jīng)確定，為使避雷器能可靠地保護設(shè)備，還必須設(shè)法限制侵入波陡度。對于已安裝好的a=(ujcf-uchf)2l電氣距離l，可求出最大允許陡度。同時，應(yīng)限制流過避雷器的雷電

31、流的大小，以降低殘壓，尤其不能超過避雷器的額定通流能力，否則避雷器就會燒壞。變電站因雷電侵入波形成的雷害事故有50%是離變電站1km以內(nèi)雷擊線路引起的，約有71%是3km以內(nèi)雷擊線路引起的。說明加強變電站進線段的雷電防護的必要性和重要性。雷電侵入波沿導(dǎo)線傳播時有損耗。具體是雷電壓在線路上感應(yīng)產(chǎn)生的地點離變電站愈遠，它流動到變電站時的損耗就愈大，其波陡度和幅值就降得愈低。為此，可以在變電站進線段，即距變電站12km的這段線路上加強防雷保護。對全線無架設(shè)避雷線的，應(yīng)在這段線路增設(shè)避雷線；當(dāng)全線有避雷線時，應(yīng)使該段線路具有更高的耐壓水平，減少進線段內(nèi)繞擊和反擊形成侵入波的概率。這樣，侵入變電站的雷電

32、過電壓波主要來自進線段外，并經(jīng)過12km線路的沖擊電暈影響，不但削弱了侵入波的幅值和陡度，而且因進線段波阻抗的作用，也限制了通過避雷器的雷電流，使其不超過規(guī)定值，保證了避雷器的良好配合，這一措施就是變電站進線段保護。進線保護段接線設(shè)計 圖3-13 35kv進線保護段接線圖由于此35kv變電站全線無避雷線線路，故變電站進線保護段接線方案可根據(jù)圖3-13設(shè)計。方案中架設(shè)12km避雷線可防止進線段遭受直接雷擊和屏蔽雷電感應(yīng)。圖中管型避雷器gb1和gb2在一般線路不必裝設(shè)，但對于沖擊絕緣強度特別高的木桿線路或者鋼筋混凝土桿木橫擔(dān)線路，應(yīng)在進線保護段首端加裝一組管型避雷器gb1，其工頻接地電阻一般不得超

33、過10。gb1的作用是限制從進線段外沿導(dǎo)線侵入的雷電流幅值。在進線保護末端裝設(shè)一組gb2的目的是保護斷路器qf。當(dāng)雷雨季節(jié)，qf處于開斷狀態(tài)，且線路側(cè)帶工頻電壓，無gb2保護時會出現(xiàn)較高的折射波電壓（2倍的侵入波電位），引起觸頭閃絡(luò)，甚至燒壞觸頭。母線上裝設(shè)一組閥型避雷器fz的作用是保護變壓器及其他電氣設(shè)備。 圖3-14 3150kva以下35kv變電站的簡化進線保護由于此變電站容量在3150kva以下（本變電站容量為2560kva），可采用圖3-14兩種簡化接線。管型避雷器gb1、gb2可采用保護間隙jx代替，其工頻接地電阻應(yīng)小于或等于5。假設(shè)對此35kv變電站，當(dāng)在進線區(qū)域架設(shè)避雷線較困難

34、，為此不能保證要求的耐雷水平。在這種情況下，可以在進線終端桿上安裝一組1000h的電抗器（l），以限制雷電侵入波的陡度a和雷電流幅值i，起到進線段保護的作用。接線見圖3-15所示。另外，35kv變電站有進線段采用電纜線路，在電纜線與架空線連接處，考慮波過程可能產(chǎn)生過電壓，故應(yīng)裝設(shè)一組避雷器保護，并且使避雷器的接地端與電纜的金屬外皮連接。如圖3-16所示。 或jx 圖3-15 用電抗器代替進線段保護 圖3-16 35kv變電站電纜進線段的保護接線3.5接地裝置的設(shè)計接地按其作用分兩類，一位功能（或工作）接地，二為保護接地。功能接地為電力系統(tǒng)正常運行需要設(shè)置的接地，如三相交流系統(tǒng)中的發(fā)電機和變壓器

35、中性點接地，雙極直流輸電系統(tǒng)的中性點接地等。保護接地，也稱為安全接地，是為保證人身和設(shè)備安全，將電氣設(shè)備的金屬外殼、底座。配電裝置的金屬框架和輸電線路桿塔等外露導(dǎo)電部分接地，防止一旦絕緣損壞或產(chǎn)生漏電，人員觸及發(fā)生電擊。保護接地，是在故障條件下發(fā)揮作用的。另外，屬于功能接地范疇的還有：在電子設(shè)備中，為獲得穩(wěn)定的參考電位（零電位）所設(shè)置的邏輯接地；為防止電磁干擾的屏蔽接地；為保證信號有穩(wěn)定基準(zhǔn)電位所設(shè)置的信號接地。而屬于接地保護的還有防靜電接地（將靜電聚積電荷引入大地）和防電蝕接地（在地下埋設(shè)金屬體作為犧牲陽極或犧牲陰極，以保護與其連接的金屬體）等。1、接地計算：大地并非理想的導(dǎo)體，它具有一定的

36、電阻率。所以當(dāng)外界強制施加于大地 2于是，大地中呈現(xiàn)出相應(yīng)的電場分布，其電場強度為：ex=dxr在地中沿電流散流方向，在dx段 =exdx=dxrdx=idr2px2dx所以，在距離球心為x的球面上的電位為：ux=rxdux=idr2px2rxdx=idr2prx而在半球接地體表面上的電位應(yīng)為：ud=idr2pr0故散流電阻為： rd=ud/id由此可知，距離接地體（即電流注入點）越遠，電流密度越小，電場強度越弱，電位越低。若在相當(dāng)遠處（一般距球心20m以外），地中電流密度很?。山茷榱悖妶鰪姸瓤梢暈榱?，則該處的電位仍保持為零電位。假設(shè)條件：土壤電阻率取280歐米，考慮季節(jié)系數(shù)k=2，土

37、壤電阻率按560歐米考慮。變電站最大短路電流為三相短路電流20.45ka；最大接地短路電流imax為單相接地短路電流15.04ka（有效值）；最大接地短路電流時，流經(jīng)變電站接地中性點的最大接地短路電流為3.88 ka（有效值）。根據(jù)公式i = (imax - in )kf ，（kf取0.5）求得入地短路電流為5.58ka，再由公式r=2000/i可得，變電站接地電阻應(yīng)不大于0.36歐姆。根據(jù)電力工程電氣設(shè)計手冊(電氣一次部分)912頁表16-8的估算公式：r=0.5rs計算（r=560，s=62*44=2728平米），求得變電站復(fù)合接地網(wǎng)自身接地電阻為5.36歐姆，大于0.36歐姆，達不到要求

38、,必須采取降阻措施。因為變電站面積只有62米*44米共2728平方米，站區(qū)面積有限，而且變電站四周均為已建設(shè)的城市用地，變電站外引接地線非常困難，因此變電站考慮盡量在所址范圍 ut=174+0.17rtt174+0.7rtt us=式中：ut接觸電位差，v；us跨步電位差，v；rt人腳站立處地表面的土壤電阻率，歐m；t接地短路(故障)電流的持續(xù)時間，s。t取值：為保護動作時間加相應(yīng)的斷路器全分閘時間。取1.12s。rt取值：在未做任何提高接觸電壓和跨步電位允許值的措施之前，變電站的土壤電阻率實測為280歐m，考慮季節(jié)系數(shù)后取560歐m。 174+0.17rt174+0.17*560=經(jīng)計算ut

39、=254.4(v)（允許值） t174+0.7rt174+0.7*560=534.8 (v)（允許值） us=t3、接地方案及計算從降低工程造價以及技術(shù)與經(jīng)濟性相結(jié)合的角度出發(fā)，變電站接地電阻設(shè)計值為1歐，全所接地網(wǎng)沿水平接地體、垂直接地體敷設(shè)降阻劑，必要時可加打垂直接地樁；全所做絕緣高阻地面，以滿足接觸電位差及跨步電位差的要求。施加降阻劑后的接地電阻：在具體施工中施加降阻劑后，有效地擴大接地體與土壤接觸面積，施加cfj-1型降阻劑，按18公斤/米計算，按接地極總長度1563米計算，約需30噸。根據(jù)： r=：平均土壤電阻率560m。 r2phllnl2dhl：接地極的總長度 .水平加垂直l=1

40、563m。d：接地極的等效直徑0.025m。h：接地極的埋深 .0.8m。：降阻劑的利用率.50。r=56023.140.51563ln156320.0250.8r=2.12()加打接地深井后的接地電阻：在站：深40米土壤電阻率估計1200m。l：深井接地極的總長度 .40m。d：深井接地極的等效直徑0.20m。h：深井接地極的埋深 .0.8m。n：深井?dāng)?shù)4口。r=10.994()。并接水平地網(wǎng)后，根據(jù)：r=r1r2r1+r2k （k為屏蔽系數(shù)，取1.1）r=1.95()外沿接地體后的接地電阻：在站 560m1: 降阻劑的電阻率 0.4md1: 圓柱形的等效直徑 0.3md：接地體（圓鋼管）的

41、直徑 0.1mk1、k2: 為接地體和降阻劑的計算系數(shù)，從有關(guān)列表中查得k1=0.98，k2=1。l: 接地體埋設(shè)在地面下的長度 6根5m/根30m，外延6根80m/根=480m。合計510m。r=4510560-0.445100.4ln+ln 23.145100.981010.3r=13203r=1(0.408132035.318+559.68.825) 4940.5=1.54(w)深井地網(wǎng)與原變電站地網(wǎng)并接后 根據(jù)：r=r1r2r1+r2k （k為屏蔽系數(shù)，取1.1）r=0.95()并接部分模塊：考慮在實際施工中存在不良因素，確保接地電阻達到r1.0,并且在2030年保持穩(wěn)定性,在水平接地

42、網(wǎng)中并接部分模塊，根據(jù)經(jīng)驗估算：選用fmy-1209型模塊約150個。4、變電所的接地設(shè)計（1）在變電站集中安裝了最重要的電氣設(shè)備和電氣裝置，如變壓器、斷路器及各種控制屏、保護柜等。這些設(shè)備需要避雷針（線）和避雷器來實現(xiàn)防雷保護；同時，這些電氣設(shè)備帶電運行時，還要考慮值班人員的人身安全。因此，在變電站就需要有良好的接地裝置，以實現(xiàn)綜合滿足工作接地、保護接地及防雷接地等的要求。在實際工程中，為保證安全及工作需要，一般是統(tǒng)一敷設(shè)接地網(wǎng)，而在避雷針（線）和避雷器附近下面，在加設(shè)一組集中的防雷接地體，加強泄放雷電流作用，從而構(gòu)成了變電站完整的接地裝置。變電站的接地裝置要充分利用自然接地體，若自然接地體

43、滿足不了接地電阻值要求，則要加設(shè)人工接地體，而且多數(shù)是敷設(shè)以水平接地體為主的人工接地體。對大電流接地系統(tǒng)的變電站，不管自然接地體情況如何，必須裝設(shè)人工接地體。對面積較大的接地網(wǎng)來說，裝設(shè)水平人工接地體對均壓、散流、降阻以及減小跨步電壓和接觸電壓效果最好。變電站的接地網(wǎng)常采用40mm4mm的扁鋼或直徑為20mm的圓鋼排列成方孔形或長孔形，埋地0.60.8m，在北方應(yīng)埋在凍土層以下，其面積與變電站的面積相同或稍大，埋在變電站的圍墻外側(cè)，距墻1.52m，四周外緣應(yīng)閉合，外緣各角做成圓弧形，圓弧的半徑不宜小于接地網(wǎng) 為考慮季節(jié)變化時的最大接地電阻值，；i為流經(jīng)接地裝置入地的計算短路電流，a，其大小按下

44、式計算。當(dāng)變電站 為發(fā)生最大接地短路電流時，流經(jīng)變電站接地中性為接地短路電流的最大值，a；kf1in點的最大接地短路電流，a；為變電站 kf2為發(fā)生最大短路電流時，流經(jīng)變電站接地中性點的最大短路電流，a；為在變電站外發(fā)生接地短路時避雷線的工頻分流系數(shù)。在中性點不接地、經(jīng)消弧線圈接地的變電站中，保護接地電阻應(yīng)符合如下要求。當(dāng)高、低壓電氣裝置及設(shè)備共用接地裝置時：rd120i且應(yīng)使rd4。僅供高壓電氣裝置接地保護用時：rd250i且要求rd10rd 。 兩式中，a，有： 都是考慮季節(jié)變化時的最大接地電阻值，；i為經(jīng)接地裝置入地的計算短路電流，i=up(35lx+lb)350lx 式中，up為相電壓

45、，kv；總長，km。 lb為有電氣連接的電纜線路總長，km；為有電氣連接的架空線路對變電站電氣裝置及設(shè)備防雷保護接地電阻要求：獨立避雷針（線）在一般土壤電阻率地區(qū)（r500m）其沖擊電阻應(yīng)滿足：rch10 但在高土壤電阻率地區(qū)，接地電阻達到要求值很有困難，允許采用較高電阻值，但必須滿足： 獨立避雷針與電氣裝置帶電部分及電氣設(shè)備接地部分和構(gòu)架接地部分的空間距離為：sk0.2rch+0.1h同時，獨立避雷針的集中接地體與變電站接地網(wǎng)之間的地中距離應(yīng)為： 兩式中，rchsd0.3rch sk為防雷電過電壓的沖擊接地電阻值， ；為防雷電反擊的空間距離，m；為sd防雷電反擊的地中距離，m；h為避雷針上用

46、來校驗反擊的高度，m。（3）35kv變電站接地設(shè)計該35kv變電站主變壓器容量2500kva，電壓為35/10.5kv，中性點不接地，經(jīng)消弧線圈接地。最大運行方式下，低壓母線三相短路電流為4.25ka，單相短路電流為10.8ka。低壓側(cè)主保護動作時限為0.7s。變電站范圍為長為50m,寬為40m。變電站電源進線為一回35kv架空線路，導(dǎo)線型號為lj-95，3km長。電源變電站35kv母線最大運行方式下短路容量500mva，單相接地電容電流為15a。35kv出線繼電保護動作時限為1.4s。功率因數(shù)要求不小于0.9。垂直接地體； 水平接地體及均壓帶； 接地線 圖3-18 35/10.5kv變電站接

47、地網(wǎng)示意圖最熱月平均溫度27.9oc，最熱月平均最高溫度31.9oc，極端最高溫度38.9oc，極端最低溫度-9.4oc，最熱月地下0.8m深處平均溫度27.2oc，年平均雷電日數(shù)40日/年。土壤電阻率2104cm，中等含水量，土壤熱阻系數(shù)80ccm/w。接地設(shè)計步驟如下。接地電阻要求值 因為中性點不接地、經(jīng)消弧線圈接地，僅供高壓電氣裝置接地保護用時，要rd250io求 ，rd10確定土壤電阻率 考慮季節(jié)變化，土壤電阻率應(yīng)乘以季節(jié)系數(shù)y=1.3，所以最大電阻率為： r=2101.3=2.61044cm選擇接地體及確定接地裝置型式 選角鋼l50505，長3.5m做垂直接地體；并選扁鋼40mm5m

48、m做水平接地體，構(gòu)成以垂直接地體為主的復(fù)式接地裝置。接地裝置在距變電站建筑物外墻1.5m處，呈環(huán)路閉合的長孔型布置，中間加一條均勻帶。垂直接地體間距取67m，沿閉合環(huán)路垂直打入地中，上端用扁鋼連接，扁鋼埋地0.50.7m。高、低壓配電裝置角鋼基礎(chǔ)及變壓器底部鋼軌均通過不少于2根的接地線連接到接地裝置上。變電站各室出入口敷設(shè)帽檐式均壓帶或鋪設(shè)瀝青路面（變電站無自然接地體）。接地裝置計算1）單根垂直接地體的接地電阻 rcd=r2plln4ld=2.610223.143.5ln43.50.840.05=68.722）初定垂直接地體根數(shù)，確定屏蔽系數(shù) 因閉合接地裝置的周長l=(1.52+50)+(1.

49、52+40)2=192m，接地體間距a=67m，故垂直接地體根數(shù)約為 n=l/a=3227.5根實取 n=30 根h=0.6 按n=30及a/l=2，查得c接地裝置的接地線（即連接扁鋼）熱穩(wěn)定性校驗 smin=ijdctd=210.8107030.7=129.6 mm2 實選接地線405=200mm>smin 合格防雷接地35kv變電站用獨立避雷針, 避雷針接地引下線埋在地中部分與配電裝置構(gòu)架的接地導(dǎo)體埋在地中部分在土壤中的距離大于3m, 變電站電氣裝置的接地裝置采用水平接地極為主的人工接地網(wǎng), 水平接地極采用扁鋼50mm5mm, 垂直接地極采用角鋼50mm5mm, 垂直接地極間距5m6

50、m, 主接地網(wǎng)接地裝置電阻不大于4, 主接地網(wǎng)埋于凍土層1m 以下。人工接地網(wǎng)的外緣應(yīng)閉合, 外緣各角應(yīng)做成圓弧形。 5、接地網(wǎng)的腐蝕由于地網(wǎng)腐蝕引起的安全事故屢有發(fā)生,如接地引下線斷開使高壓運行設(shè)備處于無接地狀態(tài),地下主網(wǎng)腐蝕斷裂使地網(wǎng)分割成幾塊,發(fā)生接地時使二次設(shè)備燒壞等。另外,由于地網(wǎng)屬隱蔽工程,埋于地下后不易檢查、修復(fù)等,因此,從設(shè)計的角度應(yīng)加大對地網(wǎng)腐蝕的調(diào)查研究,以便有利于系統(tǒng)的安全運行。一般變電所的設(shè)計年限按2530年考慮,但地網(wǎng)的實際安全壽命只有1015年左右,與變電所的設(shè)計年限極不配套。加之,由于系統(tǒng)容量的增加,短路水平的提高,腐蝕后的地網(wǎng)更不能滿足安全運行的要求。接地網(wǎng)的防

51、腐設(shè)計接地網(wǎng)的材料一般為扁鋼和圓鋼,其腐蝕狀態(tài)應(yīng)根據(jù)變電所當(dāng)?shù)氐母g參數(shù)進行計算。但一般情況下其腐蝕參數(shù)很難測定。因此,在工程設(shè)計沒有實際數(shù)據(jù)時(參見表1： 接地線和接地體年平均最大腐蝕速度(總厚度)土壤電阻率(.m)腐蝕速度(mm/a)扁鋼圓鋼熱鍍鋅扁鋼50300 0.20.1 0.30.2 0.065 >300 0.10.07 0.20.07 0.065)。在計算時,還應(yīng)考慮不同敷設(shè)部位腐蝕情況不同的影響,可參考表2有關(guān)數(shù)據(jù)。（表2采用扁鋼接地網(wǎng)的年腐蝕率接地網(wǎng)部位水平接地體設(shè)備引下線電纜溝中的接地帶年腐蝕率mm/a(總厚度)0.10.12 0.20.3 0.47）。對于一般變電所地

52、網(wǎng)的設(shè)計年限不應(yīng)小于30年,對于重要樞紐變電站的地網(wǎng)壽命應(yīng)按50年考慮。這兩種情況都不大于規(guī)程規(guī)定的設(shè)計年限,但更接近于實際。關(guān)于地網(wǎng)材料的選用問題,常規(guī)選用扁鋼和圓鋼兩種,相同截面的扁鋼與圓鋼與周圍土壤介質(zhì)的接觸面不一致,扁鋼約為50%左右,但由于其腐蝕機理不完全一致,腐蝕結(jié)果基本上一致。這從陜西電網(wǎng)和青海電網(wǎng)地網(wǎng)腐蝕調(diào)查中已得到確認(rèn),而且規(guī)程中也提供了不同的腐蝕數(shù)據(jù)。因此,關(guān)于接地材料選用扁鋼還是圓鋼沒有很大差別。關(guān)于防腐的設(shè)計問題,一般應(yīng)考慮在設(shè)計年限內(nèi),采用熱鍍鋅材料。6、接地網(wǎng)敷設(shè)深度接地網(wǎng)敷設(shè)深度對最大接觸系數(shù)的影響最大接觸電勢是地網(wǎng)設(shè)計中的一個重要參數(shù),地網(wǎng)設(shè)計的問題之一就是如何降低地網(wǎng)的最大接觸電勢。地網(wǎng)的接觸電勢的最大接觸系數(shù)kjm與地網(wǎng)的埋深有如圖2所示的關(guān)系。從圖2可以看出,接地網(wǎng)的埋深由零開始增加時,其接觸系數(shù)是減少的,但埋深超過一定范圍后,kjm又開始增大。這是因為地網(wǎng)圖2 最大接觸系數(shù)kjm和埋深h的關(guān)系