110kV变电站防雷毕业论文

3 变电站防雷措施

3.1避雷针

为免遭直击雷破坏，变电站一般采用独立避雷针和构架避雷针进行防雷保护。其结构均分为接闪器、引下线和接地体，防雷原理相同。

独立避雷针的保护范围对地面为1.5h（针高），对超过针高一半的空间其保护范围只能在45 角内校核。目前国际上流行的一种滚球法理论校核独立避雷针的保护范围比较符合实际。滚球法理论认为直击和绕击与雷云带电量有关，能量越小的雷越易产生绕击。可形象地解释为一个半径与雷云带电量成比例的以雷云先导为圆心的球，滚落在地面上。到碰到避雷针尖为止。球与地面接触点到针尖这段弧，如果碰不到被保护物体，则被保护物处在保护范围内。如中等强度的雷云(U0=50MV),按雷电先导的闪击距离公式rs=1.63 U01.75，可得球的半径为133m，在此情况下得出的保护半径比有关设计规程的大一些。按防雷规范核保护范围，一般110kV中等规模变电站采用3～5根，35 kV变电站1～4根30m左右避雷针，即可以覆盖全站被保护区范围。

避雷针的年雷击次数，可按经验公式N=0.015·n·k(l+5h)(b+5h)10-6计算。其中n为年雷暴日数，k为校正系数，金属结构取2，l、b、h分别为建筑物的长、宽、高。按该式在年雷暴日为40的地区，35kV室外终端变电站，母线构架5.5m高，受雷击概率为每年0.000454次，而加1根30m高避雷针后，则每年将受0.027次雷击。如果一个变电站有4根针，每边相距50m，雷击概率则为0.048次/年。由于避雷针的存在，建筑物上落雷机会反倒增加，内部设备遭感应雷危害的机会和程度一般来说是增加了。

限流式避雷针——主要用于直击雷的防护。因为避雷针将强大的直击雷电流，通过建筑钢筋或引下线泄放置地网，可能会造成附近设备遭受雷电电磁脉冲的干扰。雷击避雷针时，雷电流流经避雷针及其接地装置，避雷针与被保护设备或构架之间的空气间隙被击穿而造成跳火事故，雷电流越大，跳火的可能性越大。

消弱空间雷电电磁脉冲强度、降低跳火的有效方法，就是减小雷电流的强度。安装限流式避雷针系统有以下特点：采用阻抗限流等综合技术，降低雷电泄放时

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产生的危险；降低雷电流幅值、上升沿陡度减缓；降低对周围的二次电磁感应；引下线高端电位降低，防止侧向跳火；抑制地电位反击。

表3-1 限流型避雷针性能指标

型号 雷电通流容量KA 陡度衰减倍率 幅值衰减倍率(％) 电阻Ω 高度m 质量KG 最大抗风强度

200 ≥25 ≤80 ≤1 3 20 40 300 ≥33 ≤80 ≤1 2 42 40 3.2避雷器

为了防护感应雷和输电线路的雷电侵入波的危害，变电站内采用了避雷器。以前装设的避雷器大多为装在线路端的管型避雷器和装在母线、设备处的阀型避雷器，目前均由性能更好的金属氧化物避雷器所取代。

由于雷电侵入波主要对35kV以下系统危害较大，变电站着重对35kV和10kV线路入侵波进行了防护。对35kV架空进线，一般是采用进线段1～2km的架空避雷线配其两端的管型避雷器进行防护。对10kV线路，则每条进线均采用一组阀型或氧化锌避雷器进行防护。上述防护措施均未考虑低压部分过电压，未考虑雷电入侵波或危险电位通过进所金属管线引入构成对电子设备的威胁。

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4 变电站防雷保护方案与接地

4.1防雷保护方案

变电所是重要的电力枢纽,一旦发生雷击事故,就会造成大面积停电。一些重要设备如变压器等,多半不是自恢复绝缘,其内部绝缘如故发生闪络,就会损坏设备。因此,变电所实际上是完全耐雷的。

变电所的雷害事故来自两个方面:一是雷直击变电所;二是雷击输电线路产生的雷电波沿线路侵入变电所。

对直击雷的防护一般采用避雷针或避雷线。对雷电侵入波的防护的主要措施是阀式避雷器限制过电压幅值,同时辅之以相应措施,以限制流过阀式避雷器的雷电流和降低侵入波的陡度。

为了防止变电所遭受直接雷击,需要安装避雷针、避雷线和辅设良好的接地网。装设避雷针(线)应该使变电所的所有设备和建筑物处于保护范围内。还应该使被保护物体与避雷针(线)之间留有一定距离，因为雷直击避雷针(线)瞬间的地电位可能提高。如果这一距离不够大，则有可能在它们之间发生放电，这种现象称避雷针(线)对电气设备的反击或闪络。逆闪络一旦出现,高电位将加到电气设备上，有可能导致设备绝缘的损坏。为了避免这种情况发生,被保护物体与避雷针间在空气中以及地下接地装置间应有足够的距离。

按实际运行经验校验后，我国标准 目前推荐d1和d2应满足下式要求:

d1≥0.2Ri＋0.1h, d2≥0.3Ri

d2≥0.3×4.5 (4-1)

在对较大面积的变电所进行保护时,采用等高避雷针联合保护要比单针保护范围大。因此，为了对本站覆盖,采用四支避雷针。被保护变电所总长108.5m,宽79.5m,查手册，门型架构高15m。

D12＝D34＝79.5m;D23＝D14＝108.5m (4-2)

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Dmax＝108.52?79.52＝135m (4-3)

7135hh所以,需要避雷针的高度为: ＝15＋＝34.3m

7四只避雷针分成两个三只避雷针选择

h0 ＝h－D (4-4)

4.2防雷接地

“防雷在于接地”,这句话含义说明各种防雷保护装置都必须配以合适的接地装置。将雷电泄入大地，才能有效地发挥其保护作用。

接地是指将地面上的金属物体或电气回路中的某一节点通过导体与大地保持等电位,电力系统的接地按其功用可分三类:

工作接地:根据电力系统正常运行的需要而设置的接地，它所要求的接地电阻值约在0.5-10?的范围内。

保护接地:不设这种接地，电力系统也能正常运行,但为了人身安全而将电气设备的金属外壳等加以接地,它是在故障的条件下才发挥作用的,它所要求的接地电阻值处于1-10?的范围内。

防雷接地:用来将雷电流顺利泄入大地,以减小它所引起的过电压,它的性质似乎介于前两种接地之间,它防雷保护装置不可缺少的组成部分，它有些像工作接地;但它又是保障人身安全的有力措施,而且只有在故障下才发挥作用，它又有些像保护接地,它的阻值一般在1-30?的范围内。

由此可见,接地电阻取10?较合适。查接地装置 ?i(冲击系数)与 ?i(接地装置的冲击利用系数)表,选用一字形的接地体。

?查得: i ＝0.45

?i＝Ri (4-5)

Re(式中:Ri—冲击电流下的电阻; Re—工频电流下的电阻) Ri＝0.45×10＝4.5?

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