高電壓技術(shù)課程設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 班級：電氣化鐵路1132班 姓名：XXX 學(xué)號：XXXXXXXX 指導(dǎo)老師：趙永君 摘要 綜合應(yīng)用高電壓技術(shù)，電力系統(tǒng)過電壓，接地系統(tǒng)等知識，采用理論和實(shí)踐相結(jié)合的方法，研究電力系統(tǒng)各種過電壓和防護(hù)措施，研究接地裝置的測量方法和降阻方式，設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)的接地裝置等。 前言 在特定條件下所出現(xiàn)的超過工作電壓的異常電壓升高，屬于電力系統(tǒng)中的一種電磁擾動(dòng)現(xiàn)象。電工設(shè)備的絕緣長期耐受著工作電壓，同時(shí)還必須能夠承受一定的過電壓，這樣才能保證電力系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。研究各種過電壓的起因，預(yù)測其幅值，并采取措施加以限制，是確定電力系統(tǒng)的前提，對于電工設(shè)備制造和都具有重要意義。 在供

2、電系統(tǒng)運(yùn)行中接地裝置起著至關(guān)重要的作用。它不僅是電力系統(tǒng)的重要組成部分，而且還是人身安全及保護(hù)用電器的主要措施。在日益發(fā)生的自然雷害面前我們特別論述防雷的危害性、重要性、必要性。 專心-專注-專業(yè) 一、電力系統(tǒng)過電壓 電力系統(tǒng)過電壓 在電力系統(tǒng)中，由于雷電、電磁能量的轉(zhuǎn)換會使系統(tǒng)電壓產(chǎn)生瞬間升高，其值可能大大超過電氣設(shè)備的最高工頻運(yùn)行電壓，這就是過電壓。 過電壓主要分為：外部過電壓（大氣過電壓或雷電過電壓）和內(nèi)部過電壓兩種類型。內(nèi)部過電壓又分為：工頻過電壓、操作過電壓、諧振過電壓類型。 1.外部過電壓（大氣過電壓或雷電過電壓） 由直擊雷或雷電感應(yīng)突然加到電力系統(tǒng)中，使電氣設(shè)備所承受的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超

3、過其額定值。大氣過電壓可以分為直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓。電力系統(tǒng)遭受大氣過電壓后，可使輸配電線路及電氣設(shè)備的絕緣發(fā)生擊穿或閃絡(luò)，造成停電以致危害人的生命安全。特點(diǎn)是持續(xù)時(shí)間短暫,沖擊性強(qiáng),與雷擊活動(dòng)強(qiáng)度有直接關(guān)系,與設(shè)備電壓等級無關(guān)。防止大氣過電壓，通常采取裝設(shè)避雷針、避雷線、避雷器，合理提高線路絕緣水平，采用自動(dòng)重合閘裝置等措施。 2.工頻過電壓 系統(tǒng)中在操作或接地故障時(shí)發(fā)生的頻率等于工頻(50 Hz)或接近工頻的高于系統(tǒng)最高工作電壓的過電壓。產(chǎn)生工頻過電壓的主要原因是：空載長線路的電容效應(yīng)，不對稱接地引起的正序、負(fù)序和零序電壓分量作用，系統(tǒng)突然甩負(fù)荷使發(fā)電機(jī)加速旋轉(zhuǎn)等。特點(diǎn)是持續(xù)時(shí)間長,

4、過電壓倍數(shù)不高,一般對設(shè)備絕緣危險(xiǎn)性不大,但在超高壓、遠(yuǎn)距離輸電確定絕緣水平時(shí)起重要作用。限制工頻過電壓應(yīng)針對具體情況采取專門的措施常用的方法有：采用并聯(lián)電抗器補(bǔ)償空載長線的電容效應(yīng)，選擇合理的系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式，對發(fā)電機(jī)進(jìn)行快速電壓調(diào)整控制等等。 3.操作過電壓由于操作(如斷路器的合閘和分閘)、故障或其他原因，使系統(tǒng)參數(shù)突然變化，系統(tǒng)由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)，在此過渡過程中系統(tǒng)本身的電磁能振蕩而產(chǎn)生的過電壓。操作過電壓特點(diǎn)是具有隨機(jī)性，但最不利情況下過電壓倍數(shù)較高。操作過電壓原因及避免措施（1） 電網(wǎng)的操作過電壓一般由下列原因引起A.線路合閘和重合閘； B.空載變壓器和并聯(lián)電抗器分閘；C.

5、線路非對稱故障分閘和振蕩解列；D.空載線路分閘。 線路合閘和重合閘過電壓對電網(wǎng)設(shè)備絕緣配合有重要影響，應(yīng)采用有合閘電阻的斷路器對該過電壓加以限制。避雷器可作為變電所電氣設(shè)備操作過電壓的后備保護(hù)裝置，該避雷器同時(shí)是變電所的雷電過電壓的保護(hù)裝置。 設(shè)計(jì)時(shí)對A、C 類過電壓，應(yīng)結(jié)合電網(wǎng)條件加以預(yù)測。（2） 線路合閘和重合閘操作過電壓 空載線路合閘時(shí)，由于線路電感電容的振蕩將產(chǎn)生合閘過電壓。線路重合時(shí)，由于電源電勢較高以及線路上殘余電荷的存在，加劇了這一電磁振蕩過程，使過電壓進(jìn)一步提高。因此斷路器應(yīng)安裝合閘電阻，以有效地降低合閘及重合閘過電壓。 應(yīng)按電網(wǎng)預(yù)測條件，求出空載線路合閘、單相重合閘和成功、非

6、成功的三相重合閘(如運(yùn)行中使用時(shí))的過電壓分布，求出包括線路受端的相對地及相間統(tǒng)計(jì)操作過電壓。預(yù)測這類操作過電壓的條件如下：A.空載線路合閘，線路斷路器合閘前，電源母線電壓為電網(wǎng)最高電壓；B.成功的三相重合閘前，線路受端曾發(fā)生單相接地故障，非成功的三相重合閘時(shí)，線路受端有單相接地故障?？蛰d線路合閘、單相重合閘和成功的三相重合閘(如運(yùn)行中使用時(shí))，在線路受端產(chǎn)生的相對地統(tǒng)計(jì)操作過電壓大小。 （3） 分?jǐn)嗫蛰d變壓器和并聯(lián)電抗器的操作過電壓由于斷路器分?jǐn)噙@些設(shè)備的感性電流時(shí)強(qiáng)制熄弧所產(chǎn)生的操作過電壓，應(yīng)根據(jù)斷路器結(jié)構(gòu)、回路參數(shù)、變壓器(并聯(lián)電抗器)的接線和特性等因素確定。該操作過電壓一般可用安裝在斷

7、路器與變壓器(并聯(lián)電抗器)之間的避雷器予以限制。對變壓器，避雷器可安裝在低壓側(cè)或高壓側(cè)，但如高低壓電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式不同時(shí)，低壓側(cè)宜采用磁吹閥型避雷器。當(dāng)避雷器可能頻繁動(dòng)作時(shí)，宜采用有高值分閘電阻的斷路器。（4） 線路非對稱故障分閘和振蕩解列操作過電壓電網(wǎng)送受端聯(lián)系薄弱，如線路非對稱故障導(dǎo)致分閘，或在電網(wǎng)振蕩狀態(tài)下解列，將產(chǎn)生線路非對稱故障分閘或振蕩解列過電壓。 預(yù)測線路非對稱故障分閘過電壓，可選擇線路受端存在單相接地故障的條件，分閘時(shí)線路送受端電勢功角差應(yīng)按實(shí)際情況選取。 有分閘電阻的斷路器，可降低線路非對稱故障分閘及振蕩解列過電壓。當(dāng)不具備這一條件時(shí)，應(yīng)采用安裝于線路上的避雷器加以限制。限

8、制操作過電壓的措施有：選用滅弧能力強(qiáng)的高壓開關(guān)；提高開關(guān)動(dòng)作的同期性；開關(guān)斷口加裝并聯(lián)電阻；采用性能良好的避雷器，如氧化鋅避雷器；使電網(wǎng)的中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行。 4.諧振過電壓 電力系統(tǒng)中一些電感、電容元件在系統(tǒng)進(jìn)行操作或發(fā)生故障時(shí)可形成各種振蕩回路,在一定的能源作用下,會產(chǎn)生串聯(lián)諧振現(xiàn)象,導(dǎo)致系統(tǒng)某些元件出現(xiàn)嚴(yán)重的過電壓。 諧振過電壓分為以下幾種:(1) 線性諧振過電壓。諧振回路由不帶鐵芯的電感元件(如輸電線路的電感,變壓器的漏感)或勵(lì)磁特性接近線性的帶鐵芯的電感元件(如消弧線圈)和系統(tǒng)中的電容元件所組成。(2) 鐵磁諧振過電壓。諧振回路由帶鐵芯的電感元件(如空載變壓器、電壓互感器)和系統(tǒng)的電

9、容元件組成。因鐵芯電感元件的飽和現(xiàn)象,使回路的電感參數(shù)是非線性的,這種含有非線性電感元件的回路在滿足一定的諧振條件時(shí),會產(chǎn)生鐵磁諧振。(3) 參數(shù)諧振過電壓。由電感參數(shù)作周期性變化的電感元件和系統(tǒng)電容元件(如空載線路)組成回路,當(dāng)參數(shù)配合時(shí),通過電感的周期性變化,不斷向諧振系統(tǒng)輸送能量,造成參數(shù)諧振過電壓。 限制諧振過電壓的主要措施有: (1) 提高開關(guān)動(dòng)作的同期性 由于許多諧振過電壓是在非全相運(yùn)行條件下引起的,因此提高開關(guān)動(dòng)作的同期性,防止非全相運(yùn)行,可以有效防止諧振過電壓的發(fā)生。 (2)在并聯(lián)高壓電抗器中性點(diǎn)加裝小電抗，用這個(gè)措施可以阻斷非全相運(yùn)行時(shí)工頻電壓傳遞及串聯(lián)諧振。 (3)破壞發(fā)電

10、機(jī)產(chǎn)生自勵(lì)磁的條件,防止參數(shù)諧振過電壓。二、電力系統(tǒng)接地裝置 埋入地下與土壤有良好接觸的金屬導(dǎo)體稱為接地體，連接接地體和電氣裝置接地部分的導(dǎo)線稱為接地線。接地裝置是接地體和接地線的總稱。在供電系統(tǒng)運(yùn)行中接地裝置起著至關(guān)重要的作用。它不僅是電力系統(tǒng)的重要組成部分，而且還是人身安全及保護(hù)用電器的主要措施。在日益發(fā)生的自然雷害面前我們特別論述防雷的危害性、重要性、必要性。 1、接地分類及作用 （1）工作接地 在正常或異常情況下，為了保證正常且可靠地運(yùn)行，必須將供電系統(tǒng)中的某點(diǎn)與地做可靠的金屬連接，稱為工作接地。如變壓器的中性點(diǎn)與接地裝置的可靠金屬連接等。 其作用：降低人體的接觸電壓，在中性點(diǎn)對地絕緣

11、的系統(tǒng)中，當(dāng)一相接地，而人體又觸及另一相時(shí)，人體將受到線電壓，但對中性點(diǎn)接地系統(tǒng)，人體受到的為相電壓。迅速切斷故障設(shè)備。在中性點(diǎn)絕緣的系統(tǒng)中，一相接地時(shí)，接地電流僅為電容電流和泄漏電流，數(shù)值很小，不足以使保護(hù)裝置動(dòng)作以切斷故障設(shè)備。在中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中，發(fā)生碰地時(shí)將引起單相接地短路，能使保護(hù)裝置迅速動(dòng)作以切斷故障。減輕高壓竄人低壓的危險(xiǎn)。 （2）保護(hù)接地 在正常工作狀態(tài)下，各種電器的外殼是不帶電的。但由于某些原因，造成設(shè)備絕緣損壞后可能使外殼帶電，人或動(dòng)物一旦接觸到這種外殼帶電的設(shè)備就有觸電的危險(xiǎn)。為了防止這種現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)危及人身安全，將電器設(shè)備正常時(shí)不帶電的金屬外殼、配電裝置的金屬部分同大地做良

12、好的電氣連接，稱作保護(hù)接地。變電所（站）中需要保護(hù)接地的的部分一般有變壓器及各種電器設(shè)備的底座和外殼、開關(guān)電器的操作機(jī)構(gòu)、互感器副邊繞組、配電屏與控制屏的框架、屋外配電裝置的金屬架構(gòu)、鋼筋混凝土架構(gòu)、電纜金屬支架以及靠近帶電部分的金屬遮欄、金屬門等。 （3）防雷接地 為了使雷電流安全地向大地泄放，以保護(hù)被擊建筑物或電力設(shè)備而采取的接地，稱為防雷接地。 （4）防靜電接地 靜電是由于摩擦等原因而產(chǎn)生的積累電荷，為防止靜電產(chǎn)生事故或影響電子設(shè)備的正常工作，需要有讓靜電荷迅速向大地泄放的接地，這種接地稱為防靜電接地。 （5）等電位接地 醫(yī)院的某些特殊的檢查室、治療室、手術(shù)室和病房中，病人所能接觸到的金

13、屬部分(如床架、床燈、醫(yī)療電器等)，不應(yīng)有危險(xiǎn)的電位差存在，因此要把這些金屬部分相互連接起來成為等電位體并予以接地，這種接地方式稱為等電位接地。高層建筑中為了減少雷電流造成的電位差，將每層的鋼筋網(wǎng)及大型金屬物體連接在一起并接地，也是等電位接地。 （6）屏蔽接地 一方面為了防止外來電磁波的干擾和侵入，造成電子設(shè)備的誤動(dòng)作或通信質(zhì)量的下降，另一方面為了防止電子設(shè)備產(chǎn)生的高頻能量向外部泄放，而將線路的濾波器、變壓器的靜電屏蔽層、電纜的金屬屏蔽等進(jìn)行的接地，稱為屏蔽接地。為減少高層建筑豎井內(nèi)垂直管道受雷電流感應(yīng)所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢，而將豎井混凝土壁內(nèi)的鋼筋予以接地，也屬于屏蔽接地。 2、接地電阻的降阻方法

14、 上面我們談?wù)摿私拥匮b置的知識，但是通常接地電阻過大，達(dá)不到規(guī)程規(guī)定值，雷電流不能迅速泄入大地，造成避雷器自身殘壓過 高 ，或在接地電阻上產(chǎn)生很高的電壓降，引起變壓器燒毀事故。因此，接地裝置的接地電阻必須符合規(guī)程規(guī)定值。 降阻方法 （1）敷設(shè)水平外延接地。 因?yàn)樗椒旁O(shè)施工費(fèi)用低，不但可以降低工頻接地電阻，還可以有效地降低沖擊接地電阻。 （2）深埋式接地極。 在地電阻率隨地層深度增加而減小較快的地方，可以采用深埋接地體的方法減小接地電阻。因此利用大地性質(zhì)，深埋接地體后，使接地體深入到地電阻率低的地層中，通過小的地電阻率來達(dá)到減小接地電阻的目的。在埋設(shè)地點(diǎn)選擇時(shí)，應(yīng)考慮選擇地下水較豐富及地下水位

15、較高的地方；接地網(wǎng)附近如有金屬礦體，可將接地體插入礦體上，利用礦體來延長或擴(kuò)大人工接地體的幾何尺寸；深埋接地體的間距宜大于20m，可不計(jì)互相屏蔽的影響。但施工困難，土方量大，造價(jià)高，在巖石地帶困難更大。 （3）利用接地電阻降阻劑 在接地極周圍敷設(shè)了降阻劑后，可以起到增大接地極外形尺寸，降低接觸電阻的作用。降阻劑是由幾種物質(zhì)配制而成的化學(xué)降阻劑，是具有導(dǎo)電性能良好的強(qiáng)電解質(zhì)和水分。這些強(qiáng)電解質(zhì)和水分被網(wǎng)狀膠體所包圍，網(wǎng)狀膠體的空格又被部分水解的膠體所填充，使它不致于隨地下水和雨水而流失，因而能長期保持良好的導(dǎo)電作用。而降阻劑的主要作用是降低與地網(wǎng)接觸的局部土壤電阻率,換句話說,是降低地網(wǎng)與土壤的

16、接觸電阻,而不是降低地網(wǎng)本身的接地電阻。這是目前采用的一種較新和積極推廣普及的方法。降阻劑已有超過二十年的工程運(yùn)用歷史，經(jīng)過不斷的實(shí)踐和改進(jìn)，現(xiàn)在無論是性能還是使用施工工藝都已經(jīng)是相當(dāng)成熟的產(chǎn)品了。 （4）利用電解離子接地系統(tǒng)（Ionic Earthing Array，簡稱IEA）。 IEA近幾年在新建變電所中得到廣泛的應(yīng)用，并取得一定的效果。有研究和實(shí)踐證明：土壤電阻率過高的直接原因是因?yàn)槿狈ψ杂呻x子在土壤中的輔助導(dǎo)電作用，IEA能在土壤中提供大量的自由離子，從而有效的解決接地問題。IEA由先進(jìn)的陶瓷復(fù)合材料、合金電極、中性離子化合物組成，以確保能提供穩(wěn)定的、可靠的接地保護(hù)。IEA的主體是銅

17、合金管，以確保較高的導(dǎo)電性能及較長的使用壽命，其內(nèi)部含有特制的、無毒的電解離子化合物，能夠吸收空氣中的水分，通過潮解作用，將活性電解離子有效釋放到周圍土壤中，正是因?yàn)镮EA不斷的自動(dòng)釋放活性電解離子使得周圍土壤的導(dǎo)電性能能始終保持在較高水平，于是故障電流能順暢的擴(kuò)散到周圍的土壤中，從而充分發(fā)揮接地系統(tǒng)的保護(hù)作用。另外，IEA所包含的特制回填料具有非常好的膨脹性、吸水性及離子滲透性，使IEA與周圍的土壤保持良好的接觸界面，無論天氣或周圍環(huán)境如何變化，都能使IEA保持最佳的接地保護(hù)效果。但投資相對也是比較大的。 （5）其他方法。 如何降低接地電阻目前已成為工程建設(shè)的難點(diǎn)之一，除了以上方法外，增加地

18、網(wǎng)的埋設(shè)深度、利用深孔爆破接地技術(shù)自然接地體、局部換土、深井接地、擴(kuò)大接地面積和采用兩層水平接地網(wǎng)等等也都有一定的可行性。根據(jù)各個(gè)工程的不同情況可以選擇適合的降阻措施，而各種方法也不是孤立的，可以相互配合，以取得更好的實(shí)際效果。 單支避雷針的保護(hù)范圍 設(shè)單支避雷針的高度為h（m），被保護(hù)物體的高度為hx（m）,則避雷針的幼小高度ha=h-hx。在hx高度上避雷針保護(hù)范圍的半徑rx可按下式計(jì)算 當(dāng)時(shí)， 當(dāng)時(shí)， 式中-高度影響系數(shù)。當(dāng)時(shí)，=1；當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，取其等于120m。某小型變所電的接地裝置如下圖： hx水平面上保 rx 避雷針 護(hù)范圍的截面 450 ha設(shè)備 設(shè)備h hx 1.5h 接地體 接地線設(shè)計(jì)中的學(xué)習(xí)心得 通過本次課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，我大致上了解了電力系統(tǒng)過電壓的產(chǎn)生原理以及各種過電壓的來源、特點(diǎn)、防護(hù)等，還了解了電力系統(tǒng)的接地裝置及接地電阻的重要性和降阻方法。我通過翻閱課本、上網(wǎng)、讀報(bào)等多種形式，對于相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)進(jìn)行了補(bǔ)充，從整體上對電網(wǎng)過電壓監(jiān)測與分析這個(gè)課題有了一定的認(rèn)識。首先，了解到電網(wǎng)過電壓是如何產(chǎn)生的：雷電過電壓是由于雷電沖擊