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摘 要 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，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。 如果變電所發(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)帶來重大不便，還有可能給國家造成大經(jīng)濟(jì)損失，這就要求防雷措施必須十分可靠變電所的防雷設(shè)計(jì)應(yīng)做到設(shè)備先進(jìn)、保護(hù)動(dòng)作靈敏、安全可靠、維護(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)備進(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、防感應(yīng)雷以及變電所二次設(shè)備的防雷。通過對(duì)各種避雷器的性能對(duì)比，結(jié)合變電所實(shí)際情況，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，越來越受到電力行業(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，討論氧化鋅避雷器在變電所中的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞：變電所 避雷器 防雷保護(hù) 目 錄 1 引言 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 2 2.1雷電對(duì)變電所的危害 2 2.1.1雷的直擊和繞擊危害 2 2.1.2雷電反擊危害 2 2.1.3 感應(yīng)雷危害 3 2.1.4雷電侵入波危害 3 2.2變電所簡(jiǎn)介 4 2.2.1變電所概述 4 2.2.2變電所主要任務(wù) 4 2.2.3變電所主接線 4 2.3變電所防雷措施 5 2.3.1變電所遭受雷擊的來源 5 2.3.2變電所防雷具體措施 6 2.3.3變電所對(duì)直擊雷防護(hù) 6 2.3.4變電所對(duì)雷電侵入波的防護(hù) 6 2.3.5變電站的進(jìn)線防護(hù) 7 2.3.6變壓器的防護(hù) 7 2.3.7變電所的防雷接地 7 3 防雷保護(hù)裝置 7 3.1避雷針 7 3.1.1避雷針原理 7 3.1.2避雷針設(shè)置原則 8 3.1.3避雷針保護(hù)范圍的計(jì)算 8 3.2避雷器 14 3.2.1避雷器作用原理 15 3.2.2氧化鋅避雷器的研究與應(yīng)用 15 3.2.3氧化鋅避雷器的特性 15 3.2.4氧化鋅避雷器的優(yōu)勢(shì) 16 3.2.5氧化鋅避雷器在變電所中的發(fā)展前景 17 3.2.6氧化鋅避雷器的安裝要求 17 3.3主控室及屋內(nèi)配電裝置對(duì)直擊雷的防雷措施 18 3.4防雷接地 18 4 本設(shè)計(jì)的防雷方案 19 4.1 電工裝置的防雷設(shè)計(jì) 19 4.1.1進(jìn)線段保護(hù) 19 4.1.2 直擊雷的保護(hù) 20 4.1.3雷電入侵波的保護(hù) 21 4.1.4 變電所二次設(shè)備防雷保護(hù) 23 4.2 接地裝置 24 4.2.1 接地網(wǎng) 24 4.2.2接地線 26 4.2.3防雷接地 26 總結(jié) 27 致謝 28 參考文獻(xiàn) 29 1 引言 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，由電器設(shè)備及配電網(wǎng)絡(luò)按一定的接線方式所構(gòu)成，它從電力系統(tǒng)取得電能，通過其變換、分配、輸送與保護(hù)等功能，然后將電能安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的輸送到每一個(gè)用電設(shè)備。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，通過新技術(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)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)也同樣在新技術(shù)領(lǐng)域得到了充分的發(fā)展。作為電能傳輸與控制的樞紐，變電所的防雷保護(hù)也越來越得到重視。 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)車提供可靠的供電電源。 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—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)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。變電所設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活和經(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)備上時(shí),如沒有特殊保護(hù),雷云放電能產(chǎn)生數(shù)百萬伏的過電壓電波,這種過電壓足以使任何額定電壓的設(shè)備發(fā)生絕緣閃絡(luò)或擊穿。從而會(huì)使設(shè)備損壞，甚至危及人身安全，造成不可彌補(bǔ)的損失。電力設(shè)備的造價(jià)普遍較高，而且建造工期較長(zhǎng)，電力設(shè)備的損壞，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)重的后果。 雷電一直是危害電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素之一，如果變電所發(fā)生雷擊事故，將造成大面積停電,給社會(huì)生產(chǎn)和人民生活帶來不便，這就要求防雷措施必須十分可靠。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，通過新技術(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)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)也同樣在新技術(shù)領(lǐng)域得到了充分的發(fā)展。而防雷保護(hù)作為變電所設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，同樣會(huì)有充分的發(fā)展空間。 眾所周知，防雷的最有效辦法就是架設(shè)避雷器。目前氧化鋅避雷器(MOA）在電力系統(tǒng)中作為過電壓限制措施的應(yīng)用越來越廣泛，其雷電侵入波的保護(hù)能，尤其是對(duì)電氣設(shè)備的保護(hù)距離，已成為變電所工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行亟待解決的問題。 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猶如一個(gè)影子隨風(fēng)移動(dòng)。如果途經(jīng)變電所的避雷針或地表其它突出物，地電荷會(huì)導(dǎo)致突出物頂端電場(chǎng)畸變集中。閃電開始之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50～100m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。 通常當(dāng)?shù)孛嫔贤怀鑫锏母叨葹閔，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)，則該突出物將容易受到直擊雷。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 。該式還表明，地表安裝獨(dú)立避雷針后，將會(huì)在其附近出現(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安培到十幾萬安培。瞬間高熱和電動(dòng)力，會(huì)造成混凝土桿炸裂，小截面金屬熔化，引起火災(zāi)和大爆炸，金屬導(dǎo)體連接部分?jǐn)嗔哑茡p，建筑物倒坍，電氣設(shè)備損壞。 2.1.2雷電反擊危害 直擊雷電流通過地表突出物的電阻入地散流。假如地電阻為10Ω，一個(gè)30kA的雷電流將會(huì)使地網(wǎng)電位上升至300kV。如果受雷擊變電所輸電線路來自另一個(gè)不同地網(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，導(dǎo)致與輸電線路相連的電氣設(shè)備的損壞。不僅僅是輸電線路、動(dòng)力電纜，凡是引進(jìn)變電所的金屬管線都會(huì)引起雷電反擊。 另一種雷電反擊，對(duì)變電所的電子設(shè)備危害也不容忽視。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。連接在不同等電位地網(wǎng)上的電子設(shè)備。如果其間有電信號(hào)聯(lián)系，那么超過其容許承受能力的地電位差將導(dǎo)致設(shè)備損壞。 2.1.3 感應(yīng)雷危害 直擊雷放電的能量通過電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)方式向四周輻射，導(dǎo)致設(shè)備過電壓放電，則為感應(yīng)雷。顯然，感應(yīng)雷危害是大面積的，是電子設(shè)備的克星。 有資料計(jì)算表明，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10m，擊中距末端匹配的500m長(zhǎng)架空線路中點(diǎn)100m處地面時(shí)，線路上感應(yīng)電壓為150kV幅值的振蕩波。此波為電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)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（60m30m100m，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高處的感應(yīng)電場(chǎng)垂直分量達(dá)數(shù)kV/m，隨樓層降低感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度趨向于均勻，但強(qiáng)度整體上無大的衰減。 事實(shí)上，在生產(chǎn)實(shí)踐中，雷擊的靜電感應(yīng)破壞力數(shù)倍于電磁感應(yīng)。靜電感應(yīng)還可用雷擊的二次效應(yīng)理論來解釋。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)雷擊過后，雷擊點(diǎn)地表變?yōu)殡姾傻南鄬?duì)空穴，周圍高電荷區(qū)域內(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)的水波一樣沖向雷擊點(diǎn)，導(dǎo)致設(shè)備打火，絕緣受損和電子設(shè)備失效。特別注意的是電子設(shè)備的高阻抗輸入回路，信號(hào)回路等引線較長(zhǎng)，且直接連接的金屬體積較大處，雖然已作電磁屏蔽（采用屏蔽電纜且屏蔽層兩端接地）仍會(huì)遭受厄運(yùn)。 2.1.4雷電侵入波危害 遠(yuǎn)方落雷，通過直擊或電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)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、金屬管道等途徑侵入變電所，由于管線相對(duì)較長(zhǎng)，且存在著分布電感和電容，使雷電傳播速度減慢，這樣一種現(xiàn)象用波傳輸理論來說明的概念稱作雷電波。雷電波在傳輸過程中通過不同參數(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，可導(dǎo)致波阻抗突變處的電壓升高 許多，加大了對(duì)設(shè)備的危害。 2.2變電所簡(jiǎn)介 2.2.1變電所概述 電力牽引的專用變電所。牽引變電所把區(qū)域電力系統(tǒng)送來的電能，根據(jù)電力牽引對(duì)電流和電壓的不同要求，轉(zhuǎn)變?yōu)檫m用于電力牽引的電能，然后分別送到沿鐵路線上空架設(shè)的接觸網(wǎng)，為電力機(jī)車供電，或者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40～50公里。在長(zhǎng)的電氣化鐵路中，為了把高壓輸電線分段以縮小故障范圍,一般每隔200～250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)送來的電能，通過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)備是單機(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。此外，各類牽引變電所中還有用來接通和開斷電力電路的主斷路器、為了檢修和安全用的隔離開關(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)傳送給電力機(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)車升弓后便可從其取得電能，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)于防護(hù)雷電入侵波有著重要的作用。它是將電氣設(shè)備以規(guī)定的圖形和文字符號(hào)，按電能生產(chǎn)、傳輸、分配順序及相關(guān)要求繪制的單相接線圖。它把各電源送來的電能匯集起來，并分給各用戶。它表明各種一次設(shè)備的數(shù)量和作用，設(shè)備間的連接方式，以及與電力系統(tǒng)的連接情況。所以電氣主接線是發(fā)電廠和變電所電氣部分的主體，對(duì)發(fā)電廠和變電所以及電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著重要作用，并對(duì)電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置和控制方式的擬定有較大影響。 通過查找相關(guān)資料，以及參考《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)點(diǎn)是：110kV側(cè)采用單母分段的連接方式，供電可靠、調(diào)度靈活、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間斷，所以此方案同時(shí)兼顧了可靠性，靈活性，經(jīng)濟(jì)性的要求。此方案電氣主接線圖如下： 圖2.1電氣主接線圖 2.3變電所防雷措施 2.3.1變電所遭受雷擊的來源 由于變電所是電力系統(tǒng)防雷的重要保護(hù)設(shè)施，如果發(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須十分可靠。 變電所遭受雷擊主要來自兩個(gè)方面： 1. 雷直擊于變電所的設(shè)備上； 2. 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。 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護(hù)十分重要。 2.3.2變電所防雷具體措施 變電所對(duì)于直擊雷的保護(hù)一般采取裝設(shè)避雷針或采用沿變電所進(jìn)線段一定距離內(nèi)架設(shè)避雷線的方法解決。 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(hù)措施，勢(shì)必造成變電所電氣設(shè)備絕緣損壞，引發(fā)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)備的過電壓不致于超過其沖擊耐壓值。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)直擊雷防護(hù) 裝設(shè)避雷針是直擊雷防護(hù)的主要措施避雷針是保護(hù)電氣設(shè)備、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)了附近絕緣水平比它低的設(shè)備免受雷擊。 裝設(shè)避雷針時(shí)對(duì)于35kv變電站必須裝有獨(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，由于此類電壓等級(jí)配電裝置的絕緣水平比較高，可以將避雷針直接裝設(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)備反擊事故。 2.3.4變電所對(duì)雷電侵入波的防護(hù) 變電站對(duì)侵入波防護(hù)的主要措施是在其進(jìn)線上裝設(shè)閥型避雷器或保護(hù)間隙。閥型避雷器的基本元件為火花間隙和非線性電阻，目前，F(xiàn)S系列閥型避雷器為火花間隙和非線性電阻其主要用來保護(hù)小容量的配電裝置SFZ系列閥型避雷器，主要用來保護(hù)中等及大容量變電站的電氣設(shè)備;FCZ1系列磁吹閥型避雷器，主要用來保護(hù)變電所的高壓電器設(shè)備。 2.3.5變電站的進(jìn)線防護(hù) 對(duì)變電站進(jìn)線實(shí)施防雷保護(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度。當(dāng)線路上出現(xiàn)過電壓時(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)備的沖擊耐壓要高很多。因此，在靠近變電所的進(jìn)線上加裝避雷線是防雷的主要措施，如果沒有架設(shè)避雷線，當(dāng)靠近變電所的進(jìn)線上遭受雷擊時(shí)，流經(jīng)避雷器的雷電電流幅值可超過5KA，且其陡度也會(huì)超過允許值，勢(shì)必會(huì)對(duì)電路造成破壞。 2.3.6變壓器的防護(hù) 變壓器的基本保護(hù)措施是靠近變壓器安裝避雷器，這樣可以防止線路侵入的雷電波損壞絕緣。 裝設(shè)避雷器時(shí)，要盡量靠近變壓器，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)變壓器破壞的機(jī)會(huì)。 2.3.7變電所的防雷接地 變電所防雷保護(hù)在滿足要求以后還要根據(jù)安全和工作接地的要求敷設(shè)一個(gè)統(tǒng)一的接地網(wǎng)，然后避雷針和避雷器下面增加接地體以滿足防雷的要求，或者在防雷裝置下敷設(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)物體避免雷擊，而引雷于本身，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。 3.1避雷針 3.1.1避雷針原理 避雷針由金屬制成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，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)避雷針放電,再經(jīng)過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)一般有一下幾種類型： （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)的基本原則：一是獨(dú)立避雷針（線）與被保護(hù)物之間應(yīng)有一定的距離，以免雷擊針（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)保持一定的距離Sd以免擊穿，在一般情況下，不應(yīng)小于3m。有時(shí)由于布置上的困難Sd無法保證，此時(shí)可將兩個(gè)接地裝置相聯(lián)，但為了避免設(shè)備反擊，該聯(lián)接點(diǎn)到35kV及以下設(shè)備的接地線入地點(diǎn)，沿接地體的地中距離應(yīng)大于15m，因?yàn)楫?dāng)沖擊波沿地埋線流動(dòng)15后，ρ≤500Ωm時(shí)，幅值可衰減到原來的22%左右，一般不會(huì)引起事故了。 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，可以將避雷針直接裝設(shè)在配電裝置的構(gòu)架上，因而雷擊避雷針?biāo)a(chǎn)生的高電位不會(huì)造成電氣設(shè)備的反擊事故。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15m。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)向變壓器接地點(diǎn)傳播的過程中逐漸衰減，使侵入的雷電波在達(dá)到變壓器接地點(diǎn)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同時(shí)變壓器又是變電所的重要設(shè)備，故不應(yīng)在變壓器的門型構(gòu)架上裝設(shè)避雷針。 3.1.3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。就國際電工委員會(huì)（IEC）推薦的滾球法對(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滾動(dòng)，當(dāng)球體只觸及接閃器（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），而不觸及需要保護(hù)的部位時(shí)，則該部分就得到接閃器的保護(hù)。不同類別的防雷建筑物的滾球半徑如（表3.1） 表3.1建筑物防雷的滾球半徑 一、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，從針尖向地面畫弧。如圖3.1所示，則圖中曲線就是避雷針保護(hù)范圍的邊界，保護(hù)范圍是一個(gè)對(duì)稱的錐體。 圖3.1單根避雷針保護(hù)范圍剖面圖 以圖1中O點(diǎn)為原點(diǎn)，地面為X軸，避雷針為Y軸，建立直角坐標(biāo)系。那么B點(diǎn)坐標(biāo)為： ，即 以B為圓心，為半徑的圓的方程為： 那么，避雷針在高度為的水平面上的保護(hù)半徑為： （因弧在下半圓上，故取負(fù)號(hào)） 2、 當(dāng)避雷針的高度h≥hr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，其余做法同上。 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，其保護(hù)范圍按單根避雷針的方法確定。若<，其保護(hù)范圍按下列方法確定： 在地面上，分別以兩根避雷針為圓心，為半徑做弧，兩弧相交于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） 因?yàn)椋海? 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）為半徑，在A、B兩點(diǎn)間畫弧。若以中心線OO′為y軸，地面為x軸，建立直角坐標(biāo)系，則O′的坐標(biāo)為（0，hr），弧所在的圓方程為： 因?yàn)?，所以根?jù)勾股定理 （1）式 那么，距中心線任一距離x處，其保護(hù)范圍邊緣上的保護(hù)高度hr可以由（1）式求得，即 三、兩根不等高避雷針的保護(hù)范圍 當(dāng)各避雷針的高度h1和h2均≤hr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 若其保護(hù)范圍按單根避雷針方法確定。 若D<其保護(hù)范圍按下列方法確定。 （1） 首先在距離地面高度為hr的水平線上找一點(diǎn)O’，使O’A=O’B即（勾股定理）如圖3.4。 （因?yàn)椋珹H=D1，HO’=hr-h1，GO’=hr-h2,GB=D-D1） （2） 在地面上以避雷針A為圓心，為半徑所作的弧與以B為圓心，為半徑作的弧相交于E、C兩點(diǎn)，如圖3.5，則在AEBC外側(cè)的保護(hù)范圍，按單根避雷針方法確定：在地面每側(cè)的最小保護(hù)寬度b0為： （勾股定理） （ AO=D1） 圖3.5兩根不等高避雷針保護(hù)范圍剖面圖 （3） 在AOB軸線上的保護(hù)范圍的邊緣是以O(shè)’為圓心，O’A=O’B=為半徑所作的弧，如圖3.4，若以O(shè)O′為y軸，地面為x軸，建立直角坐標(biāo)系，則O′坐標(biāo)為（0，hr），該弧所在的圓方程為： 那么距離OO’軸線x處，其保護(hù)范圍邊緣上的保護(hù)高度為： 四、矩形布置的四根等高避雷針的保護(hù)范圍 見圖3.6，若，其保護(hù)范圍各按兩根等高避雷針的方法確定若D2<，其保護(hù)范圍按下列方法確定： （1） 四根避雷針外側(cè)的保護(hù)范圍各按兩根等高避雷針的方法確定。 　　（2）B、E避雷針連線上的保護(hù)范圍分別以B、E為圓心，hr為半徑作弧線相交于O′點(diǎn)，如圖3.7。又以O(shè)′為圓心，hr為半徑，在B、E間作弧，這段弧即為針尖的保護(hù)范圍。 圖3.6 矩形布置四根避雷針地面保護(hù)范圍截面圖 圖3.7 B、E避雷針連線上保護(hù)范圍剖面圖 若以B、E垂直平分線為y軸，地面為x軸，建立直角坐標(biāo)系則該弧所在的圓的方程為： 因?yàn)锽O’=hr GB=，GO’=， 所以O(shè)O’=O’G+GO= 則保護(hù)范圍的最低點(diǎn)為： （因弧在下半圓上，故取負(fù)號(hào)） （3） 分別以A、B兩針之間的垂直平分線上的O點(diǎn)（距地面高度hr＋h0）為圓心，hr為半徑作弧，如圖3.8。與B、C和A、E兩根避雷針?biāo)鞒龅脑撈拭娴耐鈧?cè)保護(hù)范圍延長(zhǎng)圓弧相交于F、H點(diǎn)。若以避雷針A所在的直線為y軸，地面為x軸，建立直角坐標(biāo)系，則O點(diǎn)的坐標(biāo)為。 圖3.8 A、B避雷針連線上保護(hù)范圍剖面圖 弧FH所在的圓方程為： 弧FG的圓心在G’，G’的坐標(biāo)為（-b0，hr），弧FG所在的圓的方程為： 那么F點(diǎn)位置及高度可按下列兩式計(jì)算確定 3.2避雷器 避雷器是一種過電壓限制器，它實(shí)質(zhì)上是過電壓能量的接受器，它與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)運(yùn)行，當(dāng)作用電壓超過一定的幅值以后避雷器總是先動(dòng)作，泄放大量能量,限制過電壓,保護(hù)電氣設(shè)備。在電力系統(tǒng)中廣泛采用的主要是閥式避雷器。根據(jù)額定電壓(正常運(yùn)行時(shí)作用在避雷器上的工頻工作電壓，也是使用該避雷器的電網(wǎng)額定電壓)和滅弧電壓有效值(指避雷器應(yīng)能可靠地熄滅續(xù)流電弧時(shí)的最大工頻作用電壓)選擇。 3.2.1避雷器作用原理 避雷器通常接在導(dǎo)線和地之間，與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)。當(dāng)被保護(hù)設(shè)備在正常工作電壓下運(yùn)行時(shí)，避雷器不動(dòng)作，即對(duì)地視為斷路。一旦出現(xiàn)過電壓，且危及被保護(hù)設(shè)備絕緣時(shí)，避雷器立即動(dòng)作，將高電壓沖擊電流導(dǎo)向大地，從而限制電壓幅值，保護(hù)電氣設(shè)備絕緣。當(dāng)過電壓消失后，避雷器迅速恢復(fù)原狀，使系統(tǒng)能夠正常供電。 避雷器的作用是通過并聯(lián)放電間隙或非線性電阻的作用，對(duì)入侵流動(dòng)波進(jìn)行削幅，降低被保護(hù)設(shè)備所受過電壓值。 避雷器既可用來防護(hù)大氣過電壓，也可用來防護(hù)操作過電壓。避雷器的作用是限制過電壓以保護(hù)電氣設(shè)備。 避雷器是使雷電流流入大地，電氣設(shè)備不產(chǎn)生高壓的一種裝置，主要類型有保護(hù)間隙、管型避雷器、閥型避雷器和氧化鋅避雷器等。 3.2.2氧化鋅避雷器的研究與應(yīng)用 氧化鋅避雷器（MOA）是將相應(yīng)數(shù)量的氧化鋅電阻片（MOV）密封在陶瓷或其他絕緣體內(nèi)而組成的。若因某些特殊需要，也可類似于傳統(tǒng)的碳化硅電阻片避雷器（SCA）一樣，采用串聯(lián)間隙隔離工頻電壓。但一般都是充分利用MOV本身所具有的優(yōu)異的非線性，而不用串聯(lián)間隙，制作成無間隙MOA。在選擇MOA的參數(shù)時(shí)， 要求電力系統(tǒng)最高運(yùn)行相電壓低于參考電壓，留有一定的差值。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓時(shí)，MOA將工作于大電流區(qū)，MOV呈現(xiàn)低阻態(tài)，能有效地抑制過電壓。 3.2.3氧化鋅避雷器的特性 （1）氧化鋅避雷器的通流能力大這主要體現(xiàn)在避雷器具有吸收各種雷電過電壓、工頻暫態(tài)過電壓、操作過電壓的能力。 （2）氧化鋅避雷器的保護(hù)特性優(yōu)異氧化鋅避雷器是用來保護(hù)電力系統(tǒng)中各種電器設(shè)備免受過電壓損壞的電器產(chǎn)品，具有良好保護(hù)性能。因?yàn)檠趸\閥片的非線性伏安特性十分優(yōu)良，使得在正常工作電壓下僅有幾百微安的電流通過，便于設(shè)計(jì)成無間隙結(jié)構(gòu)，使其具備保護(hù)性能好、重量輕、尺寸小的特征。當(dāng)過電壓侵入時(shí)，流過閥片的電流迅速增大，同時(shí)限制了過電壓的幅值，釋放了過電壓的能量，此后氧化鋅閥片又恢復(fù)高阻狀態(tài)，使電力系統(tǒng)正常工作。 (3)氧化鋅避雷器的密封性能良好避雷器元件采用老化性能好、氣密性好的優(yōu)質(zhì)復(fù)合外套，采用控制密封圈壓縮量和增涂密封膠等措施，陶瓷外套作為密封材料，確保密封可靠，使避雷器的性能穩(wěn)定。 (4)氧化鋅避雷器的機(jī)械性能 主要考慮以下三方面因素： 1、承受的地震力； 2、作用于避雷器上的最大風(fēng)壓力； 3、避雷器的頂端承受導(dǎo)線的最大允許拉力。 (5)氧化鋅避雷器的良好的解污穢性能 無間隙氧化鋅避雷器具有較高的耐污穢性能。 目前國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的爬電比距等級(jí)為： II級(jí)中等污穢地區(qū)：爬電比距20mm/KV III級(jí)重污穢地區(qū)：爬電比距25mm/KV IV級(jí)特重污穢地區(qū)：爬電比距31mm/KV 3.2.4氧化鋅避雷器的優(yōu)勢(shì) 1、串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器對(duì)暫態(tài)過電壓的承受能力強(qiáng)。 2、氧化鋅避雷器具有連續(xù)雷擊保護(hù)能力。 3、氧化鋅避雷器可以避免工頻能源的浪費(fèi)。 無間隙氧化鋅避雷器與傳統(tǒng)有間隙SCA相比的特點(diǎn) 無間隙MOA與有間隙SCA兩特性的比較如表3.2 表3.2無間隙MOA與有間隙SCA兩者特性比較 3.2.5氧化鋅避雷器在變電所中的發(fā)展前景 氧化鋅避雷器的各項(xiàng)性能在各類型避雷器中都是處于領(lǐng)先地位，并且具有理想的非線性伏安特性，可以做成無間隙，保護(hù)性優(yōu)越，無續(xù)流，通流變量大，體積小重量輕等優(yōu)點(diǎn)。從這些優(yōu)點(diǎn)可以看出，氧化鋅避雷器在變電所中是有廣闊的發(fā)展空間的。但目前氧化鋅避雷器的造價(jià)要高于其他類型避雷器，從而制約了氧化鋅避雷器的發(fā)展。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看來，氧化鋅避雷器以其優(yōu)越的性能將會(huì)成為變電所防雷保護(hù)的一項(xiàng)重要設(shè)備。 本次設(shè)計(jì)為牽引變電所的防雷保護(hù)，牽引變電所作為向牽引設(shè)備提供可靠電能的變電所，因此，對(duì)于其供電可靠性要求很高。氧化鋅避雷器憑借其各項(xiàng)領(lǐng)先的性能，在牽引變電所中，可以優(yōu)先考慮使用。 3.2.6氧化鋅避雷器的安裝要求 正確選擇安裝金屬氧化物避雷器安裝使用與維修應(yīng)注意的事項(xiàng)： 　　(1) 安裝前應(yīng)校對(duì)銘牌，避雷器的系統(tǒng)額定電壓應(yīng)與安裝點(diǎn)的系統(tǒng)電壓符合； 　　(2) 避雷器固定在支架上，其上端子與高壓線相聯(lián)結(jié)，下端子要可靠接地； 　　(3) 不能將避雷器作為承力支持絕緣子使用，應(yīng)盡量靠近被保護(hù)設(shè)備安裝，以減小距離對(duì)保護(hù)效果的影響； 　　(4) 終端避雷器宜安裝在跌落式熔斷器之后，以利于開斷時(shí)對(duì)它也起保護(hù)作用，變壓器低壓側(cè)應(yīng)裝低壓避雷器，以防止正反變換引起的過電壓損壞變壓器； 　　(5) 使用避雷器應(yīng)注意使用地點(diǎn)的環(huán)境溫度，金屬氧化物避雷器不適合安裝在有振動(dòng)或嚴(yán)重污穢的地方及有嚴(yán)重腐蝕氣體的場(chǎng)所； 　　(6) 合成金屬氧化物避雷器投入運(yùn)行前和每運(yùn)行滿兩年后，都應(yīng)做預(yù)防性試驗(yàn)； 　　(7) 金屬氧化物避雷器采用黃銅雙層底蓋密封，投入運(yùn)行后，每隔5年應(yīng)進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，測(cè)量泄漏電流時(shí)，在避雷器兩側(cè)應(yīng)施加10kV直流電壓(交流脈動(dòng)不大于1.5%)，要求泄漏電流符合其產(chǎn)品規(guī)定值； 　　(8) 避雷器接地應(yīng)符合接地規(guī)程要求。 3.3主控室及屋內(nèi)配電裝置對(duì)直擊雷的防雷措施 （1）若有金屬屋頂或屋頂上有金屬結(jié)構(gòu)時(shí)，將金屬部分接地； （2）若屋頂有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)將其鋼筋焊接成網(wǎng)接地； （3）若結(jié)構(gòu)為非導(dǎo)電體屋頂采用避雷保護(hù)，避雷帶網(wǎng)格為8~10m，每格10~20m設(shè)引下線接地； 上述接地可與總接地網(wǎng)聯(lián)接，并在連接處加裝集中接地裝置，其接地電阻應(yīng)不大于10Ω。 3.4防雷接地 “防雷在于接地”，這句話含義說明各種防雷保護(hù)裝置都必須配以合適的接地裝置。將雷電泄入大地，才能有效地發(fā)揮其保護(hù)作用。接地是指將地面上的金屬物體或電氣回路中的某一節(jié)點(diǎn)通過導(dǎo)體與大地保持等電位，電力系統(tǒng)的接地按其功用可分三類: 1、工作接地:根據(jù)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的需要而設(shè)置的接地，它所要求的接地電阻值約在0.5~10Ω的范圍內(nèi)。 2、保護(hù)接地:不設(shè)這種接地，電力系統(tǒng)也能正常運(yùn)行，但為了人身安全而將電氣設(shè)備的金屬外殼等加以接地,它是在故障的條件下才發(fā)揮作用的，它所要求的接地電阻值處于1~10Ω的范圍內(nèi)。 3、防雷接地:用來將雷電流順利泄入大地，以減小它所引起的過電壓,它的性質(zhì)似乎介于前兩種接地之間，它是防雷保護(hù)裝置不可缺少的組成部分，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發(fā)揮作用它又有些像保護(hù)接地，它的阻值一般在1~30Ω的范圍內(nèi)。由此可見，接地電阻取10Ω較合適。查接地裝置αi(沖擊系數(shù))與ηn(接地裝置的沖擊利用系數(shù))表,選用一字形的接地體。查得: αi＝0.45 αi＝ （式中：—沖擊電流下的電阻;—工頻電流下的電阻） ＝0.4510＝4.5Ω 4 本設(shè)計(jì)的防雷方案 4.1 電工裝置的防雷設(shè)計(jì) 4.1.1進(jìn)線段保護(hù) 進(jìn)線段保護(hù)是指在線路進(jìn)入變電所的一段距離上（1~2km）安裝避雷線，以防止雷直擊在導(dǎo)線上。如果線路全線有避雷線，那么這一段距離的避雷線也稱為進(jìn)線段保護(hù)。保護(hù)接線如圖4.1所示： 圖4.1 進(jìn)線段保護(hù) 因?yàn)楫?dāng)線路導(dǎo)線上出現(xiàn)雷電過電壓時(shí)，將有行波沿導(dǎo)線向變電所運(yùn)動(dòng)，其幅值為線路絕緣的50％沖擊閃絡(luò)電壓，而線路的沖擊耐壓比變電所設(shè)備的沖擊耐壓要高很多，這對(duì)變電所設(shè)備絕緣以及避雷器的可靠動(dòng)作都是很危險(xiǎn)的；如果沒架設(shè)避雷線，當(dāng)靠近變電所的進(jìn)線上遭受雷擊時(shí)，進(jìn)入變電所的雷電電流幅值可超過5kA，且其陡度也會(huì)超過允許值，勢(shì)必會(huì)對(duì)站內(nèi)設(shè)備造成破壞。所以對(duì)變電所進(jìn)線實(shí)施防雷保護(hù)，其目的就是限制進(jìn)入變電所、流經(jīng)避雷器的雷電電流幅值和雷電波的陡度，而且也是變電所防雷的主要環(huán)節(jié)。 4.1.2 直擊雷的保護(hù) 變電所是重要的電力樞紐，一旦發(fā)生雷擊事故,就會(huì)造成大面積停電。一些重要設(shè)備如變壓器等，多半不是自恢復(fù)絕緣，其內(nèi)部絕緣如故發(fā)生閃絡(luò)，就會(huì)損壞設(shè)備。因此，變電所實(shí)際上是完全耐雷的。 變電所的雷害事故來自兩個(gè)方面：一是雷直擊變電所；二是雷擊輸電線路產(chǎn)生的雷電波沿線路侵入變電所。 對(duì)直擊雷的防護(hù)一般采用避雷針或避雷線。 按實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)校驗(yàn)后，我國標(biāo)準(zhǔn)目前推薦d1和d2應(yīng)滿足下式要求: 在對(duì)較大面積的變電所進(jìn)行保護(hù)時(shí)，采用等高避雷針聯(lián)合保護(hù)要比單針保護(hù)范圍大。因此，為了對(duì)本站覆蓋，采用四支避雷針。被保護(hù)變電所總長(zhǎng)108.5m寬79.5m，查手冊(cè)，門型架構(gòu)高15m。避雷針的擺放如圖4.2所示。 圖4.2 避雷針的擺放 所以,需要避雷針的高度h為: 四只避雷針分成兩個(gè)三只避雷針選擇 驗(yàn)算:首先驗(yàn)算123號(hào)避雷針對(duì)保護(hù)的高度: 1﹑2號(hào)針之間的高度：＞15m 2﹑3號(hào)針之間的高度：＞15m 1﹑3號(hào)針之間的高度:＞15m 由上可見,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:＞0 2﹑3號(hào)針之間的寬度:＞0 由此可見,對(duì)保護(hù)物的寬度是能滿足要求的。 所以,123針是滿足要求的。 由于4針的擺放是長(zhǎng)方形,所以，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)問題： 1、 獨(dú)立避雷針的設(shè)立點(diǎn)應(yīng)避開人員經(jīng)常通行的地方，應(yīng)距離道路3m以上，否則應(yīng)采取均壓措施，或鋪設(shè)碎石路瀝青路面（厚5到8cm），以保證人身安全。 2、 為避免雷擊避雷針時(shí)，雷電波沿電線傳入室內(nèi)，嚴(yán)謹(jǐn)將架空照明線、電話線、廣播線、無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，往往需要在獨(dú)立避雷針或裝有避雷針的架構(gòu)上安裝照明燈，這些 燈的電源必須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，或者與屋內(nèi)低壓配電裝置相連接。 4.1.3雷電入侵波的保護(hù) 因?yàn)槔讚艟€路機(jī)會(huì)比雷擊變電所多，所以沿線路侵入變電所的雷電過電壓行波是很常見的。又因?yàn)榫€路的絕緣水平要比變壓器或其它設(shè)備的沖擊試驗(yàn)電壓高許多，所以變電所對(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配合的進(jìn)線段保護(hù)。 (1)常用避雷器的特點(diǎn)： 1、保護(hù)間隙：保護(hù)間隙構(gòu)造簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，但其自行滅弧能力較差。在正常情況下，保護(hù)間隙對(duì)地是絕緣的，并且絕緣強(qiáng)度低于所保護(hù)線路的絕緣水平， 因此，當(dāng)線路遭到雷擊時(shí)，保護(hù)間隙首先因過電壓而被擊穿，將大量雷電流泄入大地，使過電壓大幅度下降，從而起到保護(hù)線路和電氣設(shè)備的作用?？蓪⒈Ｗo(hù)間隙配合自動(dòng)重合閘使用。管型避雷器：管型避雷器實(shí)際是一種具有較高熄弧能力的保護(hù)間隙，伏秒特性較陡且放電分散性較大。一般的變壓器和絕緣的沖擊放電伏秒特性較平，二者不能很好的配合；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性而防雷的：在雷電波侵入時(shí)，由于電壓很高（即發(fā)生過電壓），間隙被擊穿，而非線性電阻阻值很小，雷電流便迅速進(jìn)入大地，從而防止雷電波的侵入。當(dāng)過電壓消失之后，非線性電阻阻值很大，間隙又恢復(fù)為斷路狀態(tài)。隨時(shí)準(zhǔn)備阻止雷電波的入侵。閥型避雷器分為普通型（FS和FZ）和磁吹型(FCZ和FCD)。 氧化鋅避雷器：氧化鋅避雷器是具有良好保護(hù)性能的避雷器。利用閥片良好的非線性伏安特性，使在正常工作電壓時(shí)流過避雷器的電流極?。ㄎ不蚝涟布?jí)）；當(dāng)過電壓作用時(shí)，電阻急劇下降，泄放過電壓的能量，達(dá)到保護(hù)的效果。這種避雷器和傳統(tǒng)的避雷器的差異是它沒有放電間隙，利用氧化鋅的非線性特性起到泄流和開斷的作用。 （2）變電所入侵波保護(hù)方案設(shè)計(jì)牽引變電所以其的特殊性，對(duì)于防雷保護(hù)的要求更高，并且可以以更高的預(yù)算來保護(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)的位置如下： 1、在變電所每組母線上設(shè)避雷器； 2、在變壓器附近及變壓器中性點(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)避雷器； 4、 SF6全封閉電器的架空線路側(cè)必須裝設(shè)避雷器。 4.1.4 變電所二次設(shè)備防雷保護(hù) (1)二次設(shè)備過電壓防雷保護(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。但其抗電磁干擾、抗過壓和雷擊的能力卻變得十分脆弱。例如：電磁型繼電器的摧毀能量為0.1J，而現(xiàn)在普遍使用的微機(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)備的應(yīng)用越來越廣泛，如果不采取有效的防護(hù)措施，這些脆弱的控制自動(dòng)化設(shè)備就無法正常工作，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)變電所所采用的外部防雷措施是有效的，它們保護(hù)一次設(shè)備免受直接雷擊。但是單憑這些外部避雷設(shè)施，還遠(yuǎn)不足以消除間接雷電或一次設(shè)備事故、操作對(duì)二次設(shè)備及微電子設(shè)備的危險(xiǎn)影響，因此，變電所必須有一個(gè)完整的一、二次防雷防電磁沖擊的保護(hù)網(wǎng)。 (3)設(shè)備防雷保護(hù)的設(shè)計(jì)思想根據(jù)這一原則，為變電所內(nèi)二次設(shè)備和電子設(shè)備創(chuàng)造一個(gè)良好的電磁環(huán)境，同時(shí)也是變電所運(yùn)行人員人身安全的保爐。通過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)備免受沖擊。IEC061312《雷電電磁脈沖的防護(hù)》及GB500571994《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》提出和規(guī)定了系統(tǒng)防護(hù)的概念和方法。要求在建筑物內(nèi)外建立均壓等電位系統(tǒng)，指出現(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；強(qiáng)調(diào)綜合冶理、整體防御、分級(jí)泄流、層層設(shè)防的思路，把防雷看成一個(gè)系統(tǒng)工程。 (4) 變電所二次設(shè)備防雷保護(hù)的設(shè)計(jì)原則 經(jīng)過國內(nèi)外專家學(xué)者大量的研究和試驗(yàn)工作，國際電工委員會(huì)（IEC）、國際電信聯(lián)盟（ITU）等組織制定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。 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)防雷工作總結(jié)為DBSE技術(shù)，即分流、均壓、屏蔽、接地四項(xiàng)技術(shù)加之有效的防雷設(shè)備的綜合。變電所外部防雷設(shè)施在接閃過程中，約泄放50%的雷電能量，其余的50%將通過建筑物本身的金屬結(jié)構(gòu)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)備防雷保護(hù)設(shè)計(jì)遵循以下原則： 1、 根據(jù)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10/2μs/350μs的電涌保護(hù)器。表3.2中的數(shù)據(jù)說明，低壓配電第一級(jí)防雷保護(hù)所選用的電涌保護(hù)器必須能承受真是雷電電流沖擊。 2、 根據(jù)雷電保護(hù)區(qū)的劃分，變電所建筑物外部是暴露區(qū)，區(qū)內(nèi)的設(shè)備最容易 受雷擊損壞，危險(xiǎn)性最高，定為0區(qū)。建筑物內(nèi)部及傳輸機(jī)房所處的位置為非暴露區(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 無論是工作接地還是保護(hù)接地，都是經(jīng)過接地裝置與大地連接，接地裝置包括接地體和接地線兩部分。 4.2.1 接地網(wǎng) 接地網(wǎng)由扁鋼水平連接，埋入地下0.5至1m，其面積S大體與變電所的面積相同，如圖3.11所示： 圖4.3接地網(wǎng)的示意圖 接地網(wǎng)總電阻可以按下式估算: 式中L—接地體的總長(zhǎng)度（包括水平與垂直接地體）； S—接地網(wǎng)的總面積。 接地體構(gòu)成網(wǎng)孔的目的，主要在于均壓，接地網(wǎng)中的兩條水平接地帶之間的距離一般可取3-10m，然后再校核接觸電壓和跨步電壓后予以調(diào)整。方形接地網(wǎng)接地電阻的計(jì)算： 考慮到周長(zhǎng)不變，將圓環(huán)變?yōu)榉娇蚝?，占地面積將由原來的A變?yōu)?，把?jì)算圓環(huán)的接地電阻公式 中的A用取代，得方形接地網(wǎng)的接地電阻計(jì)算公式為： 式中：A——接地網(wǎng)面積 l0——接地網(wǎng)周長(zhǎng) l——水平接地體長(zhǎng)度 d——接地體直徑 ρ——土壤電阻率 如前所述，變電所工頻接地電阻的數(shù)值一般大于0.5-5W范圍內(nèi)，這主要是為了滿足工作和安全接地的要求，但隨著電力系統(tǒng)容量不斷增大，短路電流也猛增，IR>2000V，這就要求R<0.5W，才能保證運(yùn)行的安全。本例中的垂直接地體采用直徑為50mm，管壁厚為4mm，長(zhǎng)度為2.5m的鋼管，水平接地體采用寬度為40mm，厚度為5mm的扁鋼。埋在地下0.8m。根據(jù)變電所大小，確定接地網(wǎng)的大小為7200m2，接地體總長(zhǎng)度L為5600m，接地網(wǎng)外長(zhǎng)度為480m，水平接地體所埋深度h為0.8m，土壤電阻率為100Wm，等效直徑因此，可以根據(jù)以上公式計(jì)算。 =0.958 =0.508 =0.883 4.2.2接地線 接地線是連接接地體和電氣設(shè)備接地部分的金屬導(dǎo)體，=0.5080.883=0.449W<0.5W滿足要求。 一般接地不小于4mm20mm扁鋼或直徑不應(yīng)小于6mm的圓鋼。 4.2.3防雷接地 變電所需要有良好的接地裝置，以滿足工作安全和防雷保護(hù)接地要求。一般的做法是根據(jù)安全和工作接地的要求，設(shè)置一個(gè)統(tǒng)一的接地網(wǎng)，然后再在避雷針和避雷器下面增加接地體，以滿足防雷接地的要求。 總結(jié) 這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，時(shí)間長(zhǎng)、內(nèi)容多，幾乎涵蓋了大學(xué)中所學(xué)的知識(shí)。我經(jīng)過了從收集資料、設(shè)計(jì)、繪圖、審核的整個(gè)過程。三個(gè)月的時(shí)間既充實(shí)又緊張。設(shè)計(jì)過程中，我獲得了綜合運(yùn)用過去所學(xué)過的大部分課程進(jìn)行設(shè)計(jì)的基本能力。本次設(shè)計(jì)中，主要完成了以下工作： （1）介紹了各種雷擊的危害 （2）各種防雷裝置的使用與計(jì)算 （3）討論了氧化鋅避雷器的應(yīng)用前景。 （4）解決了變電所防直擊雷、雷電入侵波的問題。 （5）對(duì)于變電所的二次系統(tǒng)防雷提出了方案。 （6）分析了變電所的防雷接地的可行性。 （7）對(duì)變電所防雷設(shè)計(jì) 在這個(gè)過程中，我做到了學(xué)以致用，使設(shè)計(jì)思維在設(shè)計(jì)中得到鍛煉和發(fā)展。在相關(guān)資料的幫助下，能結(jié)合自己的思路去設(shè)計(jì)。有許多地方是不懂的，但在老師的指導(dǎo)與幫助下得以解決。 在設(shè)計(jì)期間，自己動(dòng)手查閱了大量的資料，一方面，充分地檢驗(yàn)自己的設(shè)計(jì)能力，豐富了自己在電氣設(shè)計(jì)特別是變電所設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，為自己將來從事該專業(yè)工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；另一方面，使我體會(huì)到搞設(shè)計(jì)或科研需要具備嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、一絲不茍和勇于獻(xiàn)身的精神。這次的設(shè)計(jì)，我最大的收獲就是學(xué)到了變電所的設(shè)計(jì)步驟與方法，還有學(xué)會(huì)了如何使用資料。 參考文獻(xiàn) [1] 江日洪、張兵、羅曉宇.發(fā)、變電所防雷保護(hù)及應(yīng)用實(shí)例[M]. 北京：中國電 力出版社，2005:34-58. 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