110kv變電所防雷設(shè)計(jì)方案

1、110kv變電所防雷設(shè)計(jì)方案摘要依照設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，本次設(shè)計(jì)為110kV變電所的防雷設(shè)計(jì)，變電所是電 力系統(tǒng)中重要組成部分，而且變電所的電氣部分要裝設(shè)合理的避雷裝置和接地裝 置，因此，它是防雷的重要保護(hù)對(duì)象。若是變電所發(fā)生雷擊事故，將造成大面積的停電，給人民生活和社會(huì)生產(chǎn)帶 來(lái)重要不便，還有可能給國(guó)家造成大經(jīng)濟(jì)損失，這就要求防雷措施必定十分可靠 變電所的防雷設(shè)計(jì)應(yīng)做到設(shè)施先進(jìn)、保護(hù)動(dòng)作矯捷、安全可靠、保護(hù)方便，在此 前提下，力求經(jīng)濟(jì)合理的原則。本次設(shè)計(jì)，主要對(duì)變電所的主要設(shè)施進(jìn)行選擇，重點(diǎn)設(shè)計(jì)變電所的防雷部分， 包括變電所進(jìn)線段保護(hù)、防直擊雷、 防感覺(jué)雷以及變電所二次設(shè)施的防雷。 經(jīng)過(guò) 對(duì)各

2、種避雷器的性能比較，結(jié)合變電所實(shí)質(zhì)情況，確定變電所的避雷器的選擇， 并考慮變電所控制系統(tǒng)的防雷，提出防雷方案。氧化鋅避雷器以其優(yōu)越的性能， 越來(lái)越碰到電力行業(yè)的關(guān)注。本次設(shè)計(jì)，將 結(jié)合氧化鋅避雷器性能的優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合變電所設(shè)計(jì)的情況，議論氧化鋅避雷器在 變電所中的應(yīng)用遠(yuǎn)景。重點(diǎn)詞：變電所避雷器防雷保護(hù)目錄1 序言 1.1.1 課題背景 1.1.2 課題研究的意義 1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的研究 3.2.1 雷電對(duì)變電所的危害 3.2.1.1 雷的直擊和繞擊危害 3.2.1.2 雷電反擊危害 3.2.1.3 感覺(jué)雷危害 3.2.1.4 雷電侵入波危害 4.2.2 變電所簡(jiǎn)介 4.2.2.1 變電所歸納

3、 4.2.2.2 變電所主要任務(wù) 5.2.2.3 變電所主接線 5.2.3 變電所防雷措施 6.2.3.1 變電所碰到雷擊的本源 6.2.3.2 變電所防雷詳盡措施 7.2.3.3 變電所對(duì)直擊雷防范 7.2.3.4 變電所對(duì)雷電侵入波的防范 7.2.3.5 變電站的進(jìn)線防范 7.2.3.6 變壓器的防范 8.2.3.7 變電所的防雷接地 8.3 防雷保護(hù)裝置 9.3.1 避雷針 9.3.1.1 避雷針原理 9.3.1.2 避雷針設(shè)置原則 9.避雷針保護(hù)范圍的計(jì)算1.03.2 避雷器 1.6.3.2.1 避雷器作用原理1.63.2.2 氧化鋅避雷器的研究與應(yīng)用 1.7氧化鋅避雷器的特點(diǎn) 1.7

4、氧化鋅避雷器的優(yōu)勢(shì)1.83.2.5 氧化鋅避雷器在變電所中的發(fā)展遠(yuǎn)景1. 83.2.6 氧化鋅避雷器的安裝要求 1.93.3 主控室及屋內(nèi)配電裝置對(duì)直擊雷的防雷措施1. 93.4 防雷接地 2.0.4 本設(shè)計(jì)的防雷方案2.14.2 電工裝置的防雷設(shè)計(jì)2.14.1.1 進(jìn)線段保護(hù) 2.14.1.2 直擊雷的保護(hù)214.1.3 雷電入侵波的保護(hù) 234.1.4 變電所二次設(shè)施防雷保護(hù) 244.2 接地裝置264.2.1 接地網(wǎng)264.2.2 接地線27防雷接地28總結(jié)29致謝錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。參照文件30110kv變電所防雷設(shè)計(jì)方案1 序言1.1 課題背景變電所是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，由電器

5、設(shè)施及配電網(wǎng)絡(luò)按必定的接 線方式所組成，它從電力系統(tǒng)獲取電能，經(jīng)過(guò)其變換、分配、輸送與保護(hù)等功能， 此后將電能安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的輸送到每一個(gè)用電設(shè)施。隨著電力技術(shù)高新化、 復(fù)雜化的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)在從發(fā)電到供電的所有領(lǐng)域中，經(jīng)過(guò)新技術(shù)的使用， 都在不斷的發(fā)生變化。變電所作為電力系統(tǒng)中一個(gè)重點(diǎn)的環(huán)節(jié)也同樣在新技術(shù)領(lǐng) 域獲取了充分的發(fā)展。作為電能傳輸與控制的樞紐，變電所的防雷保護(hù)也越來(lái)越 獲取重視。本次設(shè)計(jì)為110kV牽引變電所防雷設(shè)計(jì)，牽引變電所是指主要向牽引系統(tǒng)供 電的變電所。牽引變電所主要應(yīng)用于工礦企業(yè)電氣化運(yùn)輸、城市公共交通、市郊電氣化鐵路、煤礦井下平巷運(yùn)輸和地面工業(yè)廣場(chǎng)運(yùn)輸，為運(yùn)輸機(jī)車

6、供應(yīng)可靠的供 電電源。1.2 課題研究的意義隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，作為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和先行官一電力工業(yè)，也隨之有了很大的發(fā)展。電力需求的大大增加，促使電力技術(shù)和電力工業(yè)進(jìn)一步向高 電壓，大機(jī)組，大電網(wǎng)的方向發(fā)展。110kV變電所是電力配送的重要環(huán)節(jié)，也是電網(wǎng)建設(shè)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。變電所設(shè) 計(jì)質(zhì)量的利害，直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全、牢固、靈便和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。變電所是 電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。雷電放電落于電氣設(shè)施上時(shí)，如沒(méi)有特別保護(hù)，雷云放電能產(chǎn)生數(shù)百萬(wàn)伏的 過(guò)電壓電波，這種過(guò)電壓足以使任何額定電壓的設(shè)施發(fā)生絕緣

7、閃絡(luò)或擊穿。從而 會(huì)使設(shè)施破壞，甚至危及人身安全， 造成不能夠填充的損失。電力設(shè)施的造價(jià)寬 泛較高，而且建筑工期較長(zhǎng)，電力設(shè)施的破壞，不但會(huì)造成發(fā)電廠或變電所的巨 大損失，更會(huì)影響到對(duì)用戶的供電，造成更大面積、更嚴(yán)重的結(jié)果。雷電素來(lái)是危害電力系統(tǒng)安全牢固運(yùn)行的重要因素之一，若是變電所發(fā)生雷擊事故，將造成大面積停電，給社會(huì)生產(chǎn)和人民生活帶來(lái)不便，這就要求防雷措 施必定十分可靠。隨著電力技術(shù)高新化、 復(fù)雜化的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)在從發(fā)電 到供電的所有領(lǐng)域中，經(jīng)過(guò)新技術(shù)的使用， 都在不斷的發(fā)生變化。變電所作為電 力系統(tǒng)中一個(gè)重點(diǎn)的環(huán)節(jié)也同樣在新技術(shù)領(lǐng)域獲取了充分的發(fā)展。 而防雷保護(hù)作 為變電所設(shè)計(jì)的一

8、個(gè)重要環(huán)節(jié)，同樣會(huì)有充分的發(fā)展空間。眾所周知，防雷的最有效方法就是架設(shè)避雷器。目前氧化鋅避雷器 (MOA在 電力系統(tǒng)中作為過(guò)電壓限制措施的應(yīng)用越來(lái)越寬泛，其雷電侵入波的保護(hù)能，特 別是對(duì)電氣設(shè)施的保護(hù)距離，已成為變電所工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行亟待解決的問(wèn) 題。110kv 變電所防雷設(shè)計(jì)方案2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的研究2.1 雷電對(duì)變電所的危害2.1.1 雷的直擊和繞擊危害雷云單體浮在大地上空， 其所帶電荷拖著地表相反電荷憂如一個(gè)影子隨風(fēng)搬動(dòng)。 若是經(jīng)過(guò)變電所的避雷針或地表其他突出物， 地電荷會(huì)以致突出物頂端電場(chǎng)畸變集中。 閃電開(kāi)始從前先是雷云底部的始發(fā)先導(dǎo)按間歇分級(jí)躍進(jìn)方式向地表發(fā)展，當(dāng)距地面50100

9、m時(shí)，由避雷針等地表突出物電場(chǎng)畸變集中的地方產(chǎn)生垂直向上的迎面先導(dǎo)。兩者相接，進(jìn)入直擊或繞擊的主放電階段。平時(shí)當(dāng)?shù)孛嫔贤怀鑫锏母叨葹?h ，雷云正下方的平均電場(chǎng)強(qiáng)度大于和等于580h-0.7kV/m 時(shí)，則該突出物將簡(jiǎn)單碰到直擊雷。原因是高為 h 的避雷針可影響雷云單體向下的始發(fā)先導(dǎo)發(fā)展方向的半徑，用公式表述為 : R=16.3h0.61m 。該式還表示，地表安裝獨(dú)立避雷針后， 將會(huì)在其周邊出現(xiàn)大量的散擊， 甚至對(duì)避雷針進(jìn)行直擊，對(duì)受避雷針保護(hù)范圍內(nèi)的物體進(jìn)行繞擊。一次雷擊主放電一般為幾萬(wàn)安培到十幾萬(wàn)安培。 剎時(shí)高熱和電動(dòng)力， 會(huì)造成混凝土桿炸裂，小截面金屬消融， 惹起火災(zāi)和大爆炸， 金屬導(dǎo)體

10、連接部分?jǐn)嗔哑茐模ㄖ锏固?，電氣設(shè)施破壞。2.1.2 雷電反擊危害直擊雷電流經(jīng)過(guò)地表突出物的電阻入地散流。若是地電阻為10Q,一個(gè)30kA的雷電流將會(huì)使地網(wǎng)電位上升至300kV。 若是受雷擊變電所輸電線路來(lái)自另一個(gè)不同樣樣地網(wǎng)的變電所，那么上升的地電位與輸電線上的電位將形成巨大反差，以致與輸電線路相連的電氣設(shè)施的破壞。不但是是輸電線路、動(dòng)力電纜， 凡是引進(jìn)變電所的金屬管線都會(huì)惹起雷電反擊。另一種雷電反擊， 對(duì)變電所的電子設(shè)施危害也不容忽視。 雷電流沿變電所的接地網(wǎng)散流， 支線上的雷電流和各點(diǎn)電位差異很大。 連接在不同樣樣樣電位地網(wǎng)上的電子設(shè)施。 若是此間有電信號(hào)聯(lián)系， 那么高出其同意承受能力

11、的地電位差將以致設(shè)施破壞。2.1.3 感覺(jué)雷危害直擊雷放電的能量經(jīng)過(guò)電磁感覺(jué)和靜電感覺(jué)方式向周圍輻射， 以致設(shè)施過(guò)電壓放電，則為感覺(jué)雷。顯然，感覺(jué)雷危害是大面積的，是電子設(shè)施的克星。有資料計(jì)算表示，當(dāng)雷擊電流為 30kA 斜角波，雷云高度為 3 公里，導(dǎo)線高 度為10ml擊中距尾端般配的500m長(zhǎng)架空線路中點(diǎn)100m處地面時(shí)，線路上感覺(jué) 電壓為150kV 幅值的振蕩波。此波為電磁感覺(jué)和靜電感覺(jué)共同作用的結(jié)果。還有計(jì)算顯示， 一棟由工字鋼架構(gòu)且金屬部分連接成法拉第籠的 10層（ 60mX30mx 100m每層高10m）的建筑物，被-2.6/40US , 100kA的雷擊中樓頂，其 各層樓面1m高

12、處的感覺(jué)電場(chǎng)垂直重量達(dá)數(shù) kV/m,隨樓層降低感覺(jué)電場(chǎng)強(qiáng)度趨向 于平均，但強(qiáng)度整體上無(wú)大的衰減。事實(shí)上， 在生產(chǎn)實(shí)踐中，雷擊的靜電感覺(jué)破壞力數(shù)倍于電磁感覺(jué)。靜電感覺(jué)還可用雷擊的二次效應(yīng)理論來(lái)講解。 帶電雷云飄浮在地表上空， 地表帶上與雷云相反的等量電荷。當(dāng)雷擊過(guò)后， 雷擊點(diǎn)地表變成電荷的相對(duì)空穴， 周圍高電荷地區(qū)內(nèi)與地電位相對(duì)絕緣的導(dǎo)體上的電荷，將像受突然擊發(fā)的水波同樣沖向雷擊點(diǎn)，以致設(shè)施打火， 絕緣受損和電子設(shè)施無(wú)效。特別注意的是電子設(shè)施的高阻抗輸入回路，信號(hào)回路等引線較長(zhǎng)， 且直接連接的金屬體積較大處， 誠(chéng)然已作電磁 障蔽（采用障蔽電纜且障蔽層兩端接地）仍會(huì)碰到厄運(yùn)。2.1.4 雷電侵入波

13、危害遠(yuǎn)方落雷， 經(jīng)過(guò)直擊或電磁感覺(jué)和靜電感覺(jué)方式從高壓輸電線路、 配電線路、低壓電源線路、通信線、電纜線、金屬管道等路子侵入變電所，由于管線相對(duì)較長(zhǎng)，且存在著分布電感和電容， 使雷電流傳速度減慢， 這樣一種現(xiàn)象用波傳輸理論來(lái)說(shuō)明的看法稱作雷電波。 雷電波在傳輸過(guò)程中經(jīng)過(guò)不同樣樣參數(shù)的連接線段或線路端點(diǎn)時(shí)，波阻抗發(fā)生變化會(huì)產(chǎn)生反射、 折射， 能夠致波阻抗突變處的電壓 高升好多，加大了對(duì)設(shè)施的危害。2.2 變電所簡(jiǎn)介2.2.1 變電所歸納電力牽引的專用變電所。 牽引變電所把地區(qū)電力系統(tǒng)送來(lái)的電能， 依照電力牽引對(duì)電流和電壓的不同樣樣要求， 轉(zhuǎn)變成適用于電力牽引的電能， 此后分別送到沿鐵路線上空架設(shè)

14、的接觸網(wǎng)， 為電力機(jī)車供電， 也許送到地下鐵道等城市交通所需的供電系統(tǒng)， 為地鐵電動(dòng)車輛或電車供電。 一條電氣化鐵路沿線設(shè)有多個(gè)牽引變電所，相鄰變電所間的距離約為 4050公里。在長(zhǎng)的電氣化鐵路中，為了 把高壓輸電線分段以減小故障范圍，一般每隔200250公里還設(shè)有支柱牽引變 電所 , 它除了完成一般變電所的功能外，還把高壓電網(wǎng)送來(lái)的電能，經(jīng)過(guò)它的母線和輸電線分配給其他中間變電所。牽引變電所的主要電力設(shè)施是單機(jī)容量為 10000 千伏安以上的降壓變壓器,稱主變壓器或牽引變壓器。 工礦和城市交通大多采用直流電力牽引， 故直流牽引變電所里除降壓變壓器外，還有把交流電變成直流電的半導(dǎo)體整流器。其他，

15、 各種牽引變電所中還適用來(lái)接通和開(kāi)斷電力電路的主斷路器、 為了檢修和安全用的隔走開(kāi)關(guān)，以及為了自動(dòng)、遠(yuǎn)動(dòng)控制和保護(hù)用的自動(dòng)控制系統(tǒng)和斷電保護(hù)系統(tǒng)。2.2.2 變電所主要任務(wù)將電能從電力系統(tǒng)傳達(dá)給電力機(jī)車的電力裝置的總稱叫電氣化鐵路的供電系統(tǒng)，又稱牽引供電系統(tǒng)， 主要由牽引變電所和接觸網(wǎng)兩大部分組成。 牽引變電所將電力系統(tǒng)輸電線路電壓從110kV（或220kV）降到所需要的電壓，經(jīng)饋電線將電能送至接觸網(wǎng)；接觸網(wǎng)沿鐵路上空架設(shè)，電力機(jī)車升弓后即可從其獲取電能，用以牽引列車。 牽引變電所所在地的接觸網(wǎng)設(shè)有分相絕緣裝置， 兩相鄰牽引變電所之間設(shè)有分區(qū)亭， 接觸網(wǎng)在此也相應(yīng)設(shè)有分相絕緣裝置。 牽引變電所

16、至分區(qū)亭之間的接觸網(wǎng) （ 含饋電線 ） 稱供電臂。2.2.3 變電所主接線電氣主接線又稱為電氣一次接線，變電所主接線是變電所中的重要組成部分， 它的連接形式對(duì)于防范雷電入侵波有重視要的作用。 它是將電氣設(shè)施以規(guī)定的圖形和文字符號(hào)， 按電能生產(chǎn)、 傳輸、 分配序次及相關(guān)要求繪制的單相接線圖。它把各電源送來(lái)的電能齊集起來(lái)， 并分給各用戶。 它表示各種一次設(shè)施的數(shù)量和作用，設(shè)施間的連接方式， 以及與電力系統(tǒng)的連接情況。 因此電氣主接線是發(fā)電廠和變電所電氣部分的主體，對(duì)發(fā)電廠和變電因此及電力系統(tǒng)的安全、可靠、 經(jīng) 濟(jì)運(yùn)行起重視要作用，并對(duì)電氣設(shè)施選擇、配電裝置部署、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置和控制方式的擬訂有

17、較大影響。經(jīng)過(guò)查找相關(guān)資料，以及參照電力工程電氣手冊(cè) ，結(jié)合自己所學(xué)。對(duì)于本次設(shè)計(jì)的110kV牽引變電所的主接線設(shè)計(jì)為110kV側(cè)采用單母分段的連接方式，35kV側(cè)采用單母分段連接，10kV側(cè)采用單母分段連接。此方案設(shè)計(jì)的優(yōu)110kv 變電所防雷設(shè)計(jì)方案點(diǎn)是：110kV側(cè)采用單母分段的連接方式，供電可靠、調(diào)換靈便、擴(kuò)建方便，35kV、 10kV采用單母分段連線，對(duì)重要用戶可從不同樣樣段引出兩個(gè)回路，當(dāng)一段母 線發(fā)生故障，分段斷路器自動(dòng)將故障切除，保證正常母線供電不中止，因此此方案同時(shí)兼顧了可靠性，靈便性，經(jīng)濟(jì)性的要求。此方案電氣主接線圖以下：!J UOkvjokvJ JTff*J圖2.1電氣主

18、接線圖2.3 變電所防雷措施2.3.1 變電所碰到雷擊的本源由于變電所是電力系統(tǒng)防雷的重要保護(hù)設(shè)施，若是發(fā)生雷擊事故，將造成大 面積的停電，嚴(yán)重影響社會(huì)生產(chǎn)和人民生活。因此要求變電所的防雷措施必定十 分可靠。變電所碰到雷擊主要來(lái)自兩個(gè)方面：1 .雷直擊于變電所的設(shè)施上；2 .架空線路的雷電感覺(jué)過(guò)電壓和直擊雷過(guò)電壓形成的雷電波沿線路侵入變 電所。因此直擊雷和雷電侵入波對(duì)變電站進(jìn)線及變壓器的破壞的防范十分重要。2.3.2 變電所防雷詳盡措施變電所對(duì)于直擊雷的保護(hù)一般采用裝設(shè)避雷針或采用沿變電所進(jìn)線段必定距離內(nèi)架設(shè)避雷線的方法解決。架空線路的雷電感覺(jué)過(guò)電壓和直擊雷過(guò)電壓形成的雷電波沿線路侵入變電所，

19、是以致變電所雷害的主要原因， 若不采用防范措施， 必定造成變電所電氣設(shè)施絕緣破壞， 引舉事故。 在變電所內(nèi)裝設(shè)避雷器的目的在于限制入侵雷電波的幅值， 使電氣設(shè)施的過(guò)電壓不致于高出其沖擊耐壓值。 而變電所的進(jìn)線段上裝設(shè)保護(hù)段的主要目的，在于限制流經(jīng)避雷器的雷電流幅值及入侵雷電波的陡度。2.3.3 變電所對(duì)直擊雷防范裝設(shè)避雷針是直擊雷防范的主要措施避雷針是保護(hù)電氣設(shè)施、 建筑物不受直接雷擊的雷電接收器。 他將雷引到自己的身上， 并安全導(dǎo)入大地中從而保護(hù)了周邊絕緣水平比它低的設(shè)施免受雷擊。裝設(shè)避雷針時(shí)對(duì)于 35kv 變電站必定裝有獨(dú)立的避雷針，并滿足不發(fā)生反擊的要求對(duì)于 110kv 及以上的變電所，

20、 由于此類電壓等級(jí)配電裝置的絕緣水平比較高， 能夠?qū)⒈芾揍樦苯友b設(shè)在配電裝置的架構(gòu)上， 因此雷擊避雷針?biāo)a(chǎn)生的高電位不會(huì)造成電氣設(shè)施反擊事故。2.3.4 變電所對(duì)雷電侵入波的防范變電站對(duì)侵入波防范的主要措施是在其進(jìn)線上裝設(shè)閥型避雷器或保護(hù)縫隙。閥型避雷器的基本元件為火花縫隙和非線性電阻，目前，F(xiàn)S 系列閥型避雷器為火花縫隙和非線性電阻其主要用來(lái)保護(hù)小容量的配電裝置SFZ系列閥型避雷器，主要用來(lái)保護(hù)中等及大容量變電站的電氣設(shè)施;FCZ1 系列磁吹閥型避雷器，主要用來(lái)保護(hù)變電所的高壓電器設(shè)施。2.3.5 變電站的進(jìn)線防范對(duì)變電站進(jìn)線推行防雷保護(hù)， 其目的就是限制流經(jīng)避雷器的雷電電流幅值和雷電波的陡

21、度。當(dāng)線路上出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)， 將有行波沿著導(dǎo)線向變電站行進(jìn)， 其幅值為線路絕緣的50%沖擊閃絡(luò)電壓。線路的沖擊耐壓比變電所設(shè)施的沖擊耐壓要高好多。 因此， 在湊近變電所的進(jìn)線上加裝避雷線是防雷的主要措施， 若是沒(méi)有架設(shè)避雷線， 當(dāng)湊近變電所的進(jìn)線上碰到雷擊時(shí)， 流經(jīng)避雷器的雷電電流幅值可高出5KA且其陡度也會(huì)高出同意值，必定會(huì)對(duì)電路造成破壞。2.3.6 變壓器的防范變壓器的基本保護(hù)措施是湊近變壓器安裝避雷器， 這樣能夠防范線路侵入的雷電波破壞絕緣。裝設(shè)避雷器時(shí)， 要盡量湊近變壓器，盡量減少連線的長(zhǎng)度，以便減少雷電電流在連接線上的壓降。 同時(shí)， 避雷器的接線應(yīng)該與變壓器的金屬外殼及低壓側(cè)中性點(diǎn)連接

22、在一起，這樣， 當(dāng)侵入波使避雷器動(dòng)作時(shí)， 作用在高壓側(cè)主絕緣上的電壓就只剩下避雷器的殘壓了（不包括接地電阻上的電壓壓降） ，就減少了雷電對(duì)變壓器破壞的時(shí)機(jī)。2.3.7 變電所的防雷接地變電所防雷保護(hù)在滿足要求此后還要依照安全和工作接地的要求敷設(shè)一個(gè)一致的接地網(wǎng)， 此后避雷針和避雷器下面增加接地體以滿足防雷的要求， 也許在防雷裝置下敷設(shè)單獨(dú)的接地體。3 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置是指能使被保護(hù)物體防范雷擊， 而引雷于自己， 并順利地泄入大地的裝置。電力系統(tǒng)中最基本的防雷保護(hù)裝置有：避雷針、避雷線、避雷器和防雷接地等裝置。（ .1 避雷針3.1.1 避雷針原理避雷針由金屬制成， 構(gòu)造簡(jiǎn)單，安裝方便，

23、 其保護(hù)原理是當(dāng)雷云放電時(shí)使地面電場(chǎng)畸變, 在避雷針的頂端形成局部場(chǎng)強(qiáng)集中的空間以影響雷電先導(dǎo)放電的發(fā)展方向，使雷電對(duì)避雷針?lè)烹?, 再經(jīng)過(guò)接地裝置將雷電流引入大地，從而使被保護(hù)物體免受雷擊。避雷針的設(shè)計(jì)一般有一下幾各種類：（ 1）單支避雷針的保護(hù)（ 2）兩支避雷針的保護(hù)（ 3）多支避雷針的保護(hù)。變電所直擊雷保護(hù)的基本源則： 一是獨(dú)立避雷針（線）與被保護(hù)物之間應(yīng)有必定的距離，省得雷擊針（線）時(shí)造成反擊。二是獨(dú)立雷針的接地裝置與被保護(hù)物之間也應(yīng)保持必定的距離Sd省得擊穿，在一般情況下，不應(yīng)小于3ml有時(shí)由于部署上的困難Sd 無(wú)法保證，此時(shí)可將兩個(gè)接地裝置相聯(lián)，但為了防范設(shè)施反擊，該聯(lián)接點(diǎn)到35k

24、V 及以下設(shè)施的接地線入地址，沿接地體的地中距離應(yīng)大于15ml由于當(dāng)沖擊波7a地埋線流動(dòng)15后，P0 500Q - m時(shí)，幅值可衰減到原來(lái)的 22%左右，一般不會(huì)引舉事故了。3.1.2 避雷針設(shè)置原則對(duì)于110kV 以上的變電所，由于此類電壓等級(jí)配電裝置的絕緣水平較高， 能夠?qū)⒈芾揍樦苯友b設(shè)在配電裝置的構(gòu)架上， 因此雷擊避雷針?biāo)a(chǎn)生的高電位不會(huì)造成電氣設(shè)施的反擊事故。裝設(shè)避雷針的配電構(gòu)架，應(yīng)裝設(shè)輔助接地裝置， 該接地裝置與變電所接地網(wǎng)的連接點(diǎn)， 距主變壓器的接地裝置與變電所的接地網(wǎng)的連接點(diǎn)的電氣距離不應(yīng)小于15ml其作用是使雷擊避雷器時(shí)，在避雷器接地裝置上產(chǎn)生的高電位， 沿接地網(wǎng)向變壓器接地址

25、流傳的過(guò)程中逐漸衰減， 使侵入的雷電波在達(dá)到變壓器接地址時(shí)， 不會(huì)造成變壓器的反擊事故。 由于變壓器的絕緣較弱110kv變電所防雷設(shè)計(jì)方案同時(shí)變壓器又是變電所的重要設(shè)施，故不應(yīng)在變壓器的門型構(gòu)架上裝設(shè)避雷針。避雷針保護(hù)范圍的計(jì)算避雷針是一種簡(jiǎn)單的防直擊雷的裝置。就國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）介紹的滾 球法對(duì)避雷針的保護(hù)范圍進(jìn)行了精確的計(jì)算。所謂滾球法是以hr為半徑的一個(gè)球體，沿需要防直擊雷的部位轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)球體只波及接閃器（包括被利用作為接閃 器的金屬物）或接閃器和地面（包括與大地接觸能承受雷擊的金屬物），而不波 及需要保護(hù)的部位時(shí)，則該部分就獲取接閃器的保護(hù)。不同樣樣類其他防雷建筑 物的滾球半徑如（

26、表3.1）座筑物的時(shí)舞村諛加羋狡、（加第一心防青建筑物第二一類酬離尊筑物心第三助善表3.1建筑物防雷的滾球半徑、1根避雷針的保護(hù)范圍1、當(dāng)避雷針的高度h&hr時(shí)距地面hr處作一條平行于地面的平行線，以避雷針的針尖為圓心， hr為半 徑畫(huà)弧，交水平線于 A、B兩點(diǎn)，又分別以A、B兩點(diǎn)為圓心，hr為半徑，從針 尖向地面畫(huà)弧。如圖3.1所示，則圖中曲線就是避雷針保護(hù)范圍的界線，保護(hù)范以圖1中。點(diǎn)為原點(diǎn)，地面為X軸，避雷針為Y軸，成立直角坐標(biāo)系。那 么B點(diǎn)坐標(biāo)為：（Jhr2-（hr-h）2 ,?。?，即（而而不，%）以B為圓心，hr為半徑的圓的方程為：222x - h 2hr - hy- hr hr那么

27、，避雷針在高度為hx的水平面上的保護(hù)半徑rx為：rx- . h 2hr- hhx- hr 2 hr2rxh 2hr- hhx 2hr- hxrx-Jh 2hr-h-Jhx 2hr-hx （因弧在下半圓上，故取負(fù)號(hào)）rxh 2hr - h - hx 2hr - hx2、當(dāng)避雷針的高度hhr時(shí)：在避雷針上取高度為hr的一點(diǎn)代替單根避雷 針針尖作圓心，其他做法同上。二、兩根等高避雷針的保護(hù)范圍當(dāng)避雷針的高度h&hr時(shí)，若兩針之間的距離D 2h 2hr-h ,其保護(hù)范圍按單根避雷針的方法確定。若 D 2jh 2hr-h ,其保護(hù)范圍按以下方法確定：在地面上，分別以兩根避雷針為圓心，Jh2hr-h為半徑

28、做弧，兩弧訂交于E、C兩點(diǎn)，如圖3.2圖3.2兩根等高避雷針地面保護(hù)范圍截面圖圖3.3兩根避雷針保護(hù)范圍剖面圖（1）在AEBC外側(cè)的保護(hù)范圍，按單根避雷針的方法確定。（2）在地面每側(cè)的最小保護(hù)寬度 b0為：（勾股定理）bo co OE由于：OB D, BE Jh 2hr-h在AOB軸線上，如圖3.3, O距地面高度為hr,以O(shè)為圓心，O A （O A=O B為半彳全,在A、B兩點(diǎn)問(wèn)畫(huà)弧。若以中心線 O。為y軸，地面為x軸，成立直角坐標(biāo)系，則。的坐標(biāo)為（0, hr）,弧所在的圓方程為:2222 Dx2h 2hr-h - 0 y-hrhr-h2由于AH D, OH hr-h因此依照勾股定理OA J

29、 hr-h 2 D (1)式那么，距中心線任一距離x處，具保護(hù)范圍邊緣上的保護(hù)高度 hr能夠由（1）2式求得，即 X2 hx - hr 2 hr - h 22.2 D 22hx hr-. hr-h- -x2三、兩根不等高避雷針的保護(hù)范圍當(dāng)各避雷針的高度hi和卜2均卻時(shí)，如圖3.4所示:圖3.4兩根不等高避雷針地面保護(hù)范圍截面圖若D1小1 2hr-hi Jh2 2hr-h2其保護(hù)范圍按單根避雷針?lè)椒ù_定。若D fhi 2hr-hi Jh2 2h-h2其保護(hù)范圍按以下方法確定。(1)第一在距離地面高度為hr的水平線上找一點(diǎn)O,使OA=OB即而一hr - hi 2 h hr-h22D-D1 2 (勾

30、股定理)如圖 3.4。(由于，AH=Di, HO=hr-hi, GO=hr-h2,GB=D-D i) _22222 _22Di2 hr2-2hrhi hi2 hr2-2hh2 h22 D2-2DDi Di2_22_22DDi 2hrhi-2hrh2-hi h2 D_22_ 2c 2hr hi-h2 - hi h2 D Di2D(2)在地面上以避雷針 A為圓心，Jhi2hr-hi為半徑所作的弧與以B為圓心，h2 2hr-h2為半徑作的弧訂交于 E、C兩點(diǎn)，如圖3.5,則在AEBC外側(cè)的保護(hù)范圍，按單根避雷針?lè)椒ù_定：在地面每側(cè)的最小保護(hù)寬度bo為：bo CO OE vhi 2hr-hi - D2

31、 (勾股定理)(AE hi 2hr-hiAO=D i)(3)在AOB軸線上的保護(hù)范圍的邊緣是以。為圓心，OA=O B= Di2 hr-hi 2為半徑所作的弧,如圖3.4,若以。為y軸，地面為x軸，成立直角坐標(biāo)系，則 O坐標(biāo)為(0,hr),該弧所在的圓方程為:2,2xy - hr22Dihr-hiy- hr 2 Di2 hr2 - hi 2hr- hi那么距離OO軸線x處,其保護(hù)范圍邊緣上的保護(hù)高度hx為:hxhr - Di2 hr2 - hi 2hr- hi -x2四、矩形部署的四根等高避雷針的保護(hù)范圍見(jiàn)圖3.6,若D2 2jh2hr-h ,其保護(hù)范圍各按兩根等高避雷針的方法確定 若D2 15

32、m72 、3號(hào)針之間的高度：h0 34.3-1085 18.8m 15m 7221、3號(hào)針之間的高度：h0 34.3-08.5 7 79.534.3-19 15.1m 15m由上可見(jiàn)，對(duì)保護(hù)物的高度是能滿足要求的。對(duì)保護(hù)寬度：1、2號(hào)針的保護(hù)寬度：bx 1.5 h0-hx 1.523-15 12 02、3號(hào)針之間的寬度：bx 1.5 ho-hx 1.518.8-15 5.7 0因此可知，對(duì)保護(hù)物的寬度是能滿足要求的。因此,123針是滿足要求的。由于4針的擺放是長(zhǎng)方形，因此，134針也是滿足要求的。即：四只高度選為 35m的避雷針能保護(hù)整個(gè)變電所。裝設(shè)避雷針時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題：1、獨(dú)立避雷針的成

33、立點(diǎn)應(yīng)避開(kāi)人員經(jīng)常通行的地方，應(yīng)距離道路3m以上，否則應(yīng)采用均壓措施，或鋪設(shè)碎石路瀝青路面(厚 5到8cm),以保證人身安全。2、為防范雷擊避雷針時(shí)，雷電波沿電線傳入室內(nèi)，慎重將架空照明線、電 話線、廣播線、無(wú)線電天線等架在避雷針上或其下的架構(gòu)上。3、現(xiàn)場(chǎng)中，經(jīng)常需要在獨(dú)立避雷針或裝有避雷針的架構(gòu)上安裝照明燈，這 些 燈的電源必定采用金屬外皮電纜或?qū)?dǎo)線穿入金屬管，并應(yīng)將電纜或金屬管 直接埋入地中10m以上，才能與35KV及以下配電裝置的接地網(wǎng)相連， 也許與屋內(nèi) 低壓配電裝置相連接。4.1.3 雷電入侵波的保護(hù)由于雷擊線路時(shí)機(jī)比雷擊變電所多，因此沿線路侵入變電所的雷電過(guò)電壓行 波是很常有的。又

34、由于線路的絕緣水平要比變壓器或其他設(shè)施的沖擊試驗(yàn)電壓高 好多，因此變電所對(duì)行波的保護(hù)十分重要。雷電侵入波保護(hù)是利用避雷器以及與 避雷器相當(dāng)合的進(jìn)線段保護(hù)。(1)常用避雷器的特點(diǎn)：1 、保護(hù)縫隙：保護(hù)縫隙構(gòu)造簡(jiǎn)單，保護(hù)方便，但其自行滅弧能力較差。在 正常情況下，保護(hù)縫隙對(duì)地是絕緣的，而且絕緣強(qiáng)度低于所保護(hù)線路的絕緣水平，因此，當(dāng)線路碰到雷擊時(shí)，保護(hù)縫隙第一因過(guò)電壓而被擊穿，將大量雷電流 泄入大地，使過(guò)電壓大幅度下降，從而起到保護(hù)線路和電氣設(shè)施的作用?？蓪⒈Ｗo(hù)縫隙配合自動(dòng)重合閘使用。管型避雷器：管型避雷器實(shí)質(zhì)是一種擁有較高熄弧 能力的保護(hù)縫隙，伏秒特點(diǎn)較陡且放電分別性較大。 一般的變壓器和絕緣的沖

35、擊 放電伏秒特點(diǎn)較平，兩者不能夠夠很好的配合；管型避雷器動(dòng)作后工作母線直接 接地形成截波，對(duì)變壓器縱絕緣不利。目前只用于線路保護(hù)。閥型避雷器：閥型避雷器非線性電阻阻值很大，而在過(guò)電壓時(shí)，其阻值又很小，避雷器正是利用 非線性電阻這一特點(diǎn)而防雷的：在雷電波侵入時(shí)，由于電壓很高（即發(fā)生過(guò)電壓）， 縫隙被擊穿，而非線性電阻阻值很小， 雷電流便迅速進(jìn)入大地，從而防范雷電波 的侵入。當(dāng)過(guò)電壓消失此后，非線性電阻阻值很大，縫隙又恢復(fù)為斷路狀態(tài)。隨 時(shí)準(zhǔn)備阻截雷電波的入侵。閥型避雷器分為一般型（FS和FZ）和磁吹型（FCZ和 FCD氧化鋅避雷器：氧化鋅避雷器是擁有優(yōu)異保護(hù)性能的避雷器。利用ZnO閥片 優(yōu)異的非

36、線性伏安特點(diǎn)，使在正常工作電壓時(shí)流過(guò)避雷器的電流極?。ㄎ不蚝涟布?jí)）；當(dāng)過(guò)電壓作用時(shí)，電阻急劇下降，泄放過(guò)電壓的能量，達(dá)到保護(hù)的奏效。 這種避雷器和傳統(tǒng)的避雷器的差異是它沒(méi)有放電縫隙，利用氧化鋅的非線性特點(diǎn) 起到泄流和開(kāi)斷的作用。（2）變電所入侵波保護(hù)方案設(shè)計(jì)牽引變電因此其的特別性，對(duì)于防雷保護(hù) 的要求更高，而且能夠以更高的估計(jì)來(lái)保護(hù)變電所。因此本次設(shè)計(jì)中，所用避雷器選擇氧化鋅避雷器。避雷器裝設(shè)的地址以下：1、在變電所每組母線上設(shè)避雷器；2、在變壓器周邊及變壓器中性點(diǎn)各增設(shè)一組氧化鋅避雷器，三繞組變壓器 低 壓側(cè)的一相上設(shè)置一臺(tái)避雷器；3、35KV及以上電纜進(jìn)線段，在電纜與架空線的連接處應(yīng)裝設(shè)

37、避雷器；4、SF除封閉電器的架空線路側(cè)必定裝設(shè)避雷器。4.1.4 變電所二次設(shè)施防雷保護(hù)（1） 二次設(shè)施過(guò)電壓防雷保護(hù)的必要性隨著大規(guī)模集成電路的使用，電子元 器件的性能大大提高。但其抗電磁攪亂、抗過(guò)壓和雷擊的能力卻變得十分纖弱。 比方：電磁型繼電器的摧毀能量為0.1J ,而現(xiàn)在寬泛使用的微機(jī)保護(hù)摧毀能量?jī)H 為0.001J。隨著變電所綜合自動(dòng)化繼電保護(hù)微機(jī)化改造， 微電子設(shè)施的應(yīng)用越來(lái) 越寬泛，若是不采用有效的防范措施，這些纖弱的控制自動(dòng)化設(shè)施就無(wú)法正常工 作，甚至成為電力系統(tǒng)的安全隱患。（2） 變電所二次系統(tǒng)防雷保護(hù)原則現(xiàn)時(shí)變電所所采用的外面防雷措施是有效的，它們保護(hù)一次設(shè)施免受直接雷擊。

38、但是單憑這些外面避雷設(shè)施，還遠(yuǎn)不足 以除掉間接雷電或一次設(shè)施事故、操作對(duì)二次設(shè)施及微電子設(shè)施的危險(xiǎn)影響，因 此，變電所必定有一個(gè)圓滿的一、二次防雷防電磁沖擊的保護(hù)網(wǎng)。（3） 設(shè)施防雷保護(hù)的設(shè)計(jì)思想依照這一原則，為變電所內(nèi)二次設(shè)施和電子設(shè) 施創(chuàng)立一個(gè)優(yōu)異的電磁環(huán)境，同時(shí)也是變電所運(yùn)行人員人身安全的保爐。 經(jīng)過(guò)安 裝在低壓配電線路和信號(hào)線路上的電涌保護(hù)器(SPD,把能量較大的雷電流在納秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)泄放入大地，使自動(dòng)化系統(tǒng)通信和配電設(shè)施免受沖擊。IEC061312雷電電磁脈沖的防范及 GB500571994建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范提出和規(guī)定了 系統(tǒng)防范的看法和方法。要求在建筑物內(nèi)外成立均壓等電位系統(tǒng)， 指

39、出現(xiàn)代意義 的防雷工作應(yīng)從以建筑物為保護(hù)重點(diǎn)， 發(fā)展到以電子信息系統(tǒng)為保護(hù)核心； 重中 綜合冶理、整體防守、分級(jí)泄流、層層設(shè)防的思路，把防雷看作一個(gè)系統(tǒng)工程。(4)變電所二次設(shè)施防雷保護(hù)的設(shè)計(jì)原則 經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者大量的研究 和試驗(yàn)工作，國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)、國(guó)際電信締盟(ITU)等組織擬訂了防雷 電及防電磁沖擊的標(biāo)準(zhǔn)，將建筑物防雷分為三類，表4.1為建筑物防雷分類列表。建就物魴香分類首次閃電幅TKA波頭時(shí)間*1刖渡品時(shí)間3電荷量單位能量1j堂10350100LD二關(guān)1501035075“6三類10010350502.5表4.1建筑物防雷分類列表IEC/TC-81的技術(shù)定義將系統(tǒng)防雷工作

40、總結(jié)為 DBS豉術(shù)，即分流、均壓、障 蔽、接地四項(xiàng)技術(shù)加之有效的防雷設(shè)施的綜合。變電所外面防雷設(shè)施在接閃過(guò)程 中，約泄放50%勺雷電能量,其他的50%等經(jīng)過(guò)建筑物自己的金屬構(gòu)造件、電源進(jìn)線、通信信號(hào)線、網(wǎng)絡(luò)線進(jìn)入建筑物內(nèi)部。變電所二次設(shè)施防雷保護(hù)設(shè)計(jì)依照以下原則：1、依照GB500571994建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范要求，建筑物配電入戶處加裝波形為10/2 ps/350 ns的電涌保護(hù)器。表3.2中的數(shù)聽(tīng)聞明，低壓配電第一級(jí) 防雷保護(hù)所采用的電涌保護(hù)器必定能承受真是雷電電流沖擊。2、依照雷電保護(hù)區(qū)的劃分，變電所建筑物外面是裸露區(qū)，區(qū)內(nèi)的設(shè)施最簡(jiǎn) 單 受雷擊破壞，危險(xiǎn)性最高，定為0區(qū)。建筑物內(nèi)部及傳輸機(jī)房所處的地址為非 裸露區(qū)，可定為1區(qū)。越往內(nèi)部，危險(xiǎn)程度越低。4.2接地裝置無(wú)論是工作接地還是保護(hù)接地，都是經(jīng)過(guò)接地裝置與大地連接