【2019-2020年整理】110kV牽引變電所防雷接地設(shè)計

1、第1章雷1.1 雷電1.1 .1雷擊時的等值電路雷擊地面由先導(dǎo)放電轉(zhuǎn)變?yōu)橹鞣烹姷倪^程可以用一根已經(jīng)充電的垂直導(dǎo)線忽然于被擊物體接同來比較,如圖1.1(a)所示.圖中Z是被擊物體于大地(零地位)之間的阻抗,.是先導(dǎo)放電通道中電荷的線密度,開關(guān)S未閉合之前相當(dāng)于先導(dǎo)放電階段.當(dāng)先導(dǎo)通道到達地面或與地面目標(biāo)上發(fā)出迎面先導(dǎo)相遇時,主放電即開始,相當(dāng)于開關(guān)S(d)等值電路合上.此時將有大量的正、負電荷沿先導(dǎo)通道逆向運動,并使其中來自雷云的負電賀中和,如圖1.1(b)所示.與此同時,主放電電流即雷電流i流過雷擊點A并通過阻抗Z,此時A點電位u也忽然升至u=iZ.顯然,電流i的數(shù)值于先導(dǎo)通道的電荷密度燈及主

2、放電的開展速度v有關(guān),并且還受阻抗Z的影響.由于先導(dǎo)通道的電荷密度很難測定,主放電的開展速度也只能根據(jù)觀測大體判斷,唯一容易側(cè)知的量是主放電以后(相當(dāng)于S合上以后)流過阻抗Z的電流i.因此利用雷電放電過程簡化成一個數(shù)學(xué)模型,進而用到彼德遜等值電路如圖1.1(c)、(d)所示以求得比較統(tǒng)一的分析方法.圖1.1(c)、(d)中Z為主放電通道的波阻抗.uo和曲那么式從雷云向地面?zhèn)鱽淼男胁ǖ碾妷汉碗娏?(a)模擬電路(b)主放電電路(c)主放電通道電路圖1.1雷擊放電計算模型1.2 .2雷電流根據(jù)雷電放電的等值電路,可知流經(jīng)被擊物體的波阻抗為Z時的電流iZ與雷電流i的關(guān)系為：iZZo=lZoZ(1-1

3、)1)幅值雷電流的幅值與氣象、自然等條件等有關(guān),只有通過大量實測才能正確估計其概率分布規(guī)律.我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)推薦雷電流幅值分布的概率如下：igpT(1-2)我國西北地區(qū)內(nèi)蒙古等雷電活動較弱,雷電流幅值較小,p可按下式計算：igp=-I44(1-3)2)波形實測結(jié)果說明,雷電流的幅值、陡度、波頭、波尾雖然每次不同,但都是單極性的脈沖波,電力設(shè)備的絕緣強度實驗和電力系統(tǒng)的防雷保護設(shè)計,要求將雷電流波形等值為典型化、可用公式表達、便于計算的波形.常用的等值波形有三種,如圖1.2所示(a)(b)(c)1.010.5圖1.2雷擊主放電時的電流波形圖1.2(a)是標(biāo)準(zhǔn)沖擊波,它可表示為i=Io(e/-e/).

4、試中Io為某一固定電流值,白、P是兩個常數(shù),t為作用時間.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于電流波形i相同.雙指數(shù)波形也用做沖擊絕緣強度實驗的標(biāo)準(zhǔn)電壓波形.我過采用國際電工委員會(IEC)國際標(biāo)準(zhǔn).圖1.2(b)為斜角平頂波,其陡度a可由給定的雷電流幅值I和波頭時間決定,a二I/%在防雷保護計算中,雷電流波頭%采用2.6NS.這樣,a可取為I/2.6kA/pS.圖1.2(c)為等值余弦波,雷電流波形的波頭局部,接近半弦波,其表達式為(1-4)為角頻率,«=n/品=1.2黑106s%為波頭時間(2.6%)此時最大陡度出現(xiàn)波頭中間,即t=Tf/2,其值為u(di)ma

5、xmaxdt2(1-5)1.2沖擊電流流經(jīng)接地裝置入地時的根本現(xiàn)象防雷設(shè)備1高度為hx的被保護物距離避雷針的水平最大允許距離也是避雷針在hx高度截面的保護半徑僅可按下式計算:,1.當(dāng)hx>-h時2rx-(h-hx)p-haP(1-6)式中h一避雷針的高度;ha一避雷針的有效高度,rx=(1.5h-2hx)pha=hhx;(1-7)p一考慮避雷針的高度影響的校正系數(shù),h<30m,p=1,(1-8)i305.530MhM120m時,p="t=j=2兩支等高避雷針當(dāng)兩根避雷針距離不太遠時,由于兩根針的聯(lián)合屏蔽作用,使兩針中間局部的保護范圍比單針時有所擴大.圖1.3表示兩等高避雷

6、針的保護范圍.兩針外側(cè)的保護范圍按式1-1和式1-2計算.兩針間保護范圍的上部邊緣應(yīng)按通過兩針頂點及中間最低點O的圓弧確定.點的高度h0按式1-9計算.(1-9)h0=h-D7pD/7Phx水平面上保護范圍的截面oh/2L1.5hP.圖1.3高度為h的二等高避雷針保護范圍hahxho兩針間hx水平面上保護范圍一側(cè)的保護范圍最小處的最大保護寬度bx按式1-10計bx=1.5(ho-hx)(1-10)3)兩支不等高避雷針其保護范圍按下法確定：如圖1.4兩針內(nèi)側(cè)的保護范圍先按單針作出高針1的保護范圍,然后經(jīng)過較低針2的頂點作水平線與之交于點3,再設(shè)點3為一假想針的頂點,'做出兩等高2和3的保

7、護范圍,圖中f=2,二針外側(cè)的保護范圍仍按單針計算.7pf32D'圖1.4兩支不等高避雷針保護范圍4)多支等高避雷針三支等高避雷針的保護見圖1.6,三針?biāo)纬傻娜切?、2、3的外側(cè)保護范圍分別按兩支等高的針的計算方法確定,如在三角形內(nèi)被保護物最大高度hX的水平面上各自相鄰避雷針間保護范圍的一側(cè)寬度bX之0時,那么全部面積受到保護圖1.5三支等高避雷針的保護范圍圖5避雷線單根避雷線的保護范圍如圖1.6所示.在hx水平面上每側(cè)保護范圍的寬度,可按下列公式計算：圖1.6單根避雷線的保護范圍h當(dāng)hx之3時rx=0.47(hhX)P(1-11)當(dāng)hx<h時rx=(h1.53hX)P(1-

8、12)式中僅一每側(cè)保護范圍的寬度,R!兩根等高避雷線外側(cè)的保護范圍仍按單根避雷線時確定.兩避雷線間橫截面的保護范圍應(yīng)由通過兩避雷線1、2及保護范圍邊緣最低點0的圓弧確定,.點的高度應(yīng)按式1-13計算.D%=h(1-13)4P式中ho一兩避雷線間保護范圍上部邊緣最低點的高度,成D一兩避雷線間的距離,mh一避雷線的高度,m圖1.7中u稱為避雷線的保護角,它是桿塔上避雷線的鉛垂線同桿塔處避雷線與導(dǎo)線連線間所組成的夾角,保護角愈小,避雷線就愈可靠地保護導(dǎo)線免受雷擊.單根避雷線的保護角不能做的太小,一般在20030°、220330kV雙避雷線線路,一般采用20°左右,500kV一股不

9、大于15°.Df=D/5_I圖1.7兩根平行避雷線的保護范圍第2章避雷器為了使避雷器到達預(yù)期的保護效果,必須正確選擇避雷器,一般有如下根本要求：(1)雷電擊于輸電線路上時,過電壓會沿導(dǎo)線入侵發(fā)電場或變電所,在危及被保護絕緣時,要求避雷器能瞬時動作.(2)避雷器一旦在沖擊電壓作用下放電,就造成對地短路,此時瞬間的雷電過電壓雖然已經(jīng)消失,但工頻電壓卻相繼作用在避雷器上,此時流經(jīng)間隙的工頻電弧電流,稱為工頻續(xù)流,此電流將是間隙安裝處的短路電流,為了不造成跳閘,避雷器應(yīng)具有能自行截斷工頻續(xù)流,恢復(fù)絕緣強度的水平,使電力系統(tǒng)能繼續(xù)正常運行.(3)應(yīng)具有平直的伏秒特性曲線,并與被保護設(shè)備的伏秒特

10、性曲線之間有合理的配合.這樣,在被保護物可能擊穿以前,避雷器便發(fā)生動作,將過電壓波截斷,從而起著可靠的保護.(4)具有一定通流容量,且其殘壓應(yīng)低于被保護物的沖擊耐壓.2.1 避雷器的分類及比較目前使用的避雷器主要有四種類型：保護間隙；排氣式避雷器；閥式避雷器;金屬氧化物避雷器.保護間隙和排氣式避雷器主要用于變電所進線段保護；閥式避雷表2.1各種避雷器的有關(guān)特性比較.y雷器類型比£工程保護間隙管式避雷器閥式避雷器普通閥式避雷器磁吹避雷器氧化鋅避雷器放電電壓的穩(wěn)定性由于火花間由中周圍的大有氣溫、濕度、放電電壓后景花間隙是不上在極,t暴露在大氣i條件氣壓、污穢等對彳響；由于火9勻電場,存生

11、效應(yīng)大氣條件和電壓極性對放電電壓無影響有葉分穩(wěn)定的起始動作電壓伏秒特性與絕緣配合保護間隙和管式避雷器的伏秒特性曲線很陡,難以與設(shè)備絕緣的伏秒特性曲線取得良好的配合,但能與線路絕緣的伏秒特性曲線取得配合此類避雷器的伏秒特性曲線很平坦,能與設(shè)備絕緣的伏秒特性曲線很好地配合具有最好的陡波響應(yīng)特性普通型閥式避雷器電氣特性參數(shù).器和金屬氧化物避雷器用于變電所和發(fā)電廠的保護表2.1是各種避雷器的有關(guān)特性總1殘壓Ur峰值,kV.放電電流通過避雷器時,其端子間的最大電壓值稱為避雷器的殘壓.220kV及以下避雷器的殘壓是以通過5kA的電流計；330550kV的避雷器那么以通過10kA的電流計,分別用U5ffiU

12、10<o2沖擊放電電壓U8i峰值,kV.避雷器的沖擊放電電壓時指雷電壓1.2/50ps作用下避雷器的放電電壓峰值.2滅弧電壓.指保證避雷器能夠在工頻續(xù)流第一次過零值時滅弧的條件,允許加在避雷器上的最高工頻電壓有效值.滅弧電壓應(yīng)當(dāng)大于避雷器工作母線上可能出現(xiàn)的最高工頻電壓,否那么避雷器可能因不能滅弧而爆炸.4工頻放電電壓.指在工頻電壓作用下,避雷器發(fā)生放電的電壓值.由于間隙擊穿的分散性,工頻放電電壓都是給出一個上、下限值.指明避雷器工頻放電電壓的上限不大于值,可使用戶了解工頻電壓超過這個數(shù)值時,避雷器將會擊穿放電；指明工頻電壓的下限值,可使用戶了解工頻電壓低于此值時,避雷器就不會擊穿放電.

13、普通避雷器不允許在內(nèi)部過電壓下動作,因此通常規(guī)定其工頻放電電壓的下限應(yīng)不低于該系統(tǒng)可能出現(xiàn)的內(nèi)部過電壓值.35kv及以下的系統(tǒng)和110kv及以上的系統(tǒng),此值一般分別取3.5和3.0倍的相電壓.5沖擊放電電壓.對額定電壓為220kv及以下的避雷器,指的是標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓作用下的放電電壓幅值的上限.對330kv及以上的超高壓避雷器,除了雷電沖擊放電電壓外,還包括標(biāo)準(zhǔn)操作沖擊電壓下的放電電壓幅值的上限.我國生產(chǎn)的避雷器具沖擊放電電壓與5KA«t330kv及以上的電網(wǎng)為10KA下的殘壓根本相同.2.2 金屬氧化物避雷器電氣特性參數(shù)1額定電壓Ube有效值,kV0氧化鋅避雷器的額定電壓仍按電網(wǎng)中

14、單相接地條件下健全相的最大暫態(tài)工頻過電壓選取.2最大持續(xù)運行電壓有效值,kVo指避雷器能長期持續(xù)運行的最大工頻電壓有效值.它一般應(yīng)等于系統(tǒng)的最高運行相電壓.3壓比.指避雷器在波形為8/20us的沖擊電流規(guī)定值例如10kA作用下的殘壓U0kA與起始動作電壓UmA之比.壓比UwRU1mA越小,說明非線性越好,通過沖擊大電流時的殘壓越低,避雷器的保護性能越好.目前產(chǎn)品制造水平所能到達的壓比約為1.62.0.4荷電率.指最大長期工作電壓的幅值與起始動作電壓之比.它是表示電阻片上電壓負荷程度的一個參數(shù).設(shè)計氧化鋅避雷器時為它選擇一個合理的荷電率是很重要的,應(yīng)綜合考慮電阻片特性的穩(wěn)定度、漏電流的大小、溫度

15、對伏安特性的影響、電阻片預(yù)期壽命等因素.選定的荷電率大小對電阻片的老化速度有很大的影響,一般選用45%-75喔£更大.2.3防雷接地的概述1 .3.1防雷接地的開展概況2 .天上下來的直雷擊.3 .各種金屬線路、管道感應(yīng)或引進的感應(yīng)雷.4 .地下出來的還擊雷.架設(shè)避雷針,避雷線防直擊雷.地面或室內(nèi)外各種天線、信號線、電源線進入室內(nèi)或設(shè)備前,裝設(shè)線路避雷器.各種金屬管線入戶處進行接地處理.埋地電纜用金屬裸線平行屏蔽.具有良好的接地裝置,包括盡可能小的接地沖擊阻抗、接地體的有效屏蔽及各種接地的聯(lián)通.5 .3.2接地與防雷接地(1)工作接地：電力系統(tǒng)為了運行的需要,將電網(wǎng)某一點接地,其目的

16、是為了穩(wěn)定對地電位與繼電保護上的需要.(2)保護接地：為了保護人身的平安,預(yù)防因電氣設(shè)備絕緣劣化,外殼可能帶電而危及工作人員平安.(3)靜電接地：在可燃物場所的金屬物體,蓄有靜電后,往往爆發(fā)火花,以致造成火災(zāi).因此要對這些金屬物(如儲油罐等)接地.(4)防雷接地：導(dǎo)泄雷電流,以消除過電壓對設(shè)備的危害.第3章沖擊電流流經(jīng)接地裝置入地時的根本現(xiàn)象3.1 土壤中的電位分布當(dāng)接地裝置流過電流時,電流從接地體向周圍土壤流散,由于大地并不是理想的導(dǎo)體,它具有一定的電阻率,接地電流將沿大地產(chǎn)生電壓降.在靠近接地體處,電流密度和電位梯度最大,距離接地體越遠,電流密度和電位梯度也越小,一般接地裝置約在2040m

17、處電位便趨于零.電位分布曲線如圖3.1所示.u'20101020l(m)圖3.1接地裝置在地外表電位分布接地點電位u與接地電流i的關(guān)系服從歐姆定律,即u=Ri,R稱為接地體的接地電阻,根據(jù)接地電流i的性質(zhì),假設(shè)沖擊電流或工頻電流,接地電阻R可分別稱為沖擊接地電阻或工頻接地電阻.當(dāng)i為定值時,接地電阻愈小,電位u愈低,反之就愈高,這時地面上的接地物也具有了電位uo由于接地點電位u的升高,有可能引起大的接觸電壓和跨步電壓,從而不利于電氣設(shè)備的絕緣以及人身平安,這就是為什么要力求降低接地電阻的原因.3.2 土壤中的電場強度當(dāng)沖擊電流流經(jīng)接地裝置時,在接地裝置附近的土壤中出現(xiàn)了很大的電流密度,

18、因而在接地裝置附近的土壤中產(chǎn)生很大的電場強度E,土壤中的電場強度E由下式?jīng)Q定E=6P(3-1)由式3-1可知,沖擊電流愈大(即6愈大)、土壤電阻率愈大,那么土壤中的電場強度也愈大；土壤中的火花擊穿程度愈劇烈,沖擊接地電阻下降得就愈多3.3 接地裝置的電感效應(yīng)及利用率綜上述可知,流經(jīng)沖擊電流時接地裝置的接地電阻?與雷電流幅值、土壤電阻率和接地裝置的長度及其結(jié)構(gòu)形狀有關(guān),通常將沖擊接地電阻Rh與工頻接地電阻R之比ach=Rh稱為接地裝置的沖擊系數(shù),由于考慮到雷電流幅值大,土壤中會發(fā)生局部火Rg花放電,使土壤電導(dǎo)率增加,接地電阻減小,所以其值一般小于1；但由于雷電流頻率高,對于伸長接地裝置因有電感效

19、應(yīng),阻礙電流向接地體遠端流去,故沖擊系數(shù)可能大于1.3.4防雷接地裝置的形式及其電阻的算法1 .接地裝置的形式接地裝置一般可分為人工接地體裝置和自然接地體裝置2 .接地體的選擇人工接地體的規(guī)格,水平鋪設(shè)的接地體可用圓鋼、扁鋼,垂直接地體可用鋼管、角鋼,接地體和接地引線的截面應(yīng)不小于下表所列規(guī)格.表3.1鋼接地體和接地線的最小規(guī)格種類規(guī)格及單位地上地下屋內(nèi)屋外圓鋼直徑mm6810扁鋼截面mm厚度mm484484484角鋼厚度mm2.5343.發(fā)電廠和變電所的防雷接地接地網(wǎng)由扁鋼水平連接,埋入地下0.60.8m處,其面積S大體與變電所的面積相同,如圖3-2所示,這種接地網(wǎng)的總接地電阻可按下式估算:

20、(3-2)0.44：PR0.5-、SL、Sm式中L一接地體包括水平的與垂直的總長度,S一接地網(wǎng)的總面積.(a)長孔(b)方孔圖3.2接地網(wǎng)示意圖接地網(wǎng)構(gòu)成網(wǎng)孔形的目的,主要在于均壓.接地網(wǎng)中兩水平接地帶之間的距離,般可取為310m然后校核接觸電位差Ui和跨步電位差Uk后給予以調(diào)整.A縮小為方形和矩形地網(wǎng)接地電阻的計算方形地網(wǎng).考慮到保持周長不變將圓環(huán)變?yōu)榉娇蚝?占地面積將由原來的-A,把計算圓環(huán)或圓盤的接地電阻公式4ppR=0.22(1B)(ln.A2二Lhd-0.452-5B)(3-3)(3-4)中的A用±A取代,在考慮方板的修正后,得方形地網(wǎng)的接地電阻共公式為4：A(3-5)Re

21、=0.213.(1B)(ln-A-5B).A2二L9hd式中(3-6)l0一地網(wǎng)周長;l水平接地體長度;d一接地體直徑；P一土壤電阻率；R=%Re3-73.5牽引變電所防雷接地的必要性牽引變電所是鐵路供電系統(tǒng)的樞紐,它擔(dān)負著電網(wǎng)供電的重要任務(wù).在電力系統(tǒng)中的各種電氣設(shè)備,都是按一定電壓制造的,都有一定的絕緣強度.當(dāng)電壓過高,超過其絕緣強度時,就要產(chǎn)生閃絡(luò)擊穿,它能使絕緣破壞,引起事故.這種對絕緣有危險的電壓和高于正常運行時的電壓,均稱為過電壓.根據(jù)產(chǎn)生過電壓的原因,我們把過電壓分為內(nèi)部過電壓和大氣過電壓兩種.內(nèi)部過電壓,是指由于電力系統(tǒng)內(nèi)部的原因如閉合空載線路、空載變壓器,以及發(fā)生單相接地故障

22、等所引起的過電壓.產(chǎn)生內(nèi)部過電壓的根本原因是由于系統(tǒng)內(nèi)能量分布發(fā)生瞬間突變.內(nèi)部過電壓分為兩大類：一類是由于在操作如斷路器的合閘、分閘或故障斷線、接地等時的過渡過程中所產(chǎn)生的過電壓叫操作過電壓,其持續(xù)時間較短；另一類是在某些操作或故障后所形成的回路中,由于電感和電容相等而產(chǎn)生的諧振過電壓叫做諧振過電壓或稱共振過電壓,其持續(xù)時間較長.大氣過電壓又叫外部過電壓.它是由于雷電放電而引起的過電壓,所以又叫做雷電過電壓.大氣過電壓又分為直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓.直擊雷過電壓指帶電的雷云直接對架空電力線路和電氣設(shè)備放電.具過電壓數(shù)值可達幾百萬伏,對電氣設(shè)備的危害極大.感應(yīng)雷過電壓指當(dāng)雷擊于線路附近地面時

23、在雷電放電的先導(dǎo)階段,先導(dǎo)路徑中充滿了電荷,因而對導(dǎo)線產(chǎn)生靜電感應(yīng),在先導(dǎo)路徑附近的導(dǎo)線上積累了大量的異性束縛電荷.當(dāng)雷擊大地后,主放電開始,先導(dǎo)路徑中的電荷自上而下被迅速中和,這時導(dǎo)線上的束縛電荷變?yōu)樽杂呻姾?沿導(dǎo)線兩側(cè)流動.由于主放電的速度很快,所以導(dǎo)線中的電流很大,感應(yīng)電壓就會到達很大的數(shù)值,這就是感應(yīng)雷過電壓.第4章10kv牽引變電所防雷保護和接地設(shè)計發(fā)電廠、變電站及輸電線是電力系統(tǒng)的重要組成局部,如果遭受雷擊,會在系統(tǒng)中產(chǎn)生幅值很高的雷電過電壓,從而嚴(yán)重危及線路和電氣設(shè)備的絕緣.一旦系統(tǒng)中某處絕緣遭到破壞,就可以引起跳閘或其他設(shè)備事故.因此,電力系統(tǒng)的雷電過電壓及其防護問題一直是人類

24、研究的一項重要課題.4.1 直擊雷保護4.1.1 保護對象屋外配電裝置,包括組合導(dǎo)線、母線廊道.4.1.2 保護舉措110KV配電裝置裝設(shè)避雷針或裝設(shè)獨立避雷針；主變壓器裝設(shè)獨立避雷針；屋外組合導(dǎo)線裝設(shè)獨立避雷針.4.1.3 避雷針裝設(shè)應(yīng)注意的問題應(yīng)妥善采用獨立避雷針和構(gòu)架避雷針,其聯(lián)合保護范圍應(yīng)覆蓋全所保護對象.根據(jù)?電力設(shè)備過電壓保護技術(shù)規(guī)程?SDJ7-76規(guī)定：獨立避雷針(線)宜設(shè)獨立的接地裝置,避雷針及其接地裝置與道路或出入口等的距離不宜小于3m.110KV及以上的配電裝置,一般將避雷針裝在其構(gòu)架或房頂上；6KV及以上的配電裝置,允許將避雷針裝在其構(gòu)架或房頂上；35KV及以下高壓配電裝

25、置,構(gòu)架或房頂上不宜裝設(shè)避雷針.裝在構(gòu)架上的避雷針應(yīng)與接地網(wǎng)連接,并應(yīng)在其附近裝設(shè)集中接地裝置.避雷針與主接地網(wǎng)的地下連接點至變壓器接地線與主接地網(wǎng)的地下連接點,沿接地體的長度不得小于15m0在主變壓器的門型構(gòu)架上,不應(yīng)裝設(shè)避雷針、避雷線.我國規(guī)程規(guī)定：(1)110KV及以上的配電裝置,一般將避雷針在構(gòu)架上.但是在土壤電阻率p>1000Q*m的地區(qū),仍宜裝設(shè)獨立避雷針,以免發(fā)生還擊；(2)35KV及以下的配電裝置應(yīng)采用獨立避雷針來保護；(3)10KV的配電裝置,在p>500Q*m的地區(qū)宜采用獨立避雷針,在p<5000Q*m的地區(qū)容許采用構(gòu)架避雷針.4.2 雷電侵入波保護4.2

26、.1 保護舉措避雷器結(jié)合進線段保護.裝設(shè)閥式避雷器是變電站對雷電過電壓波進行防護的主要舉措,它的保護作用主要是限制過電壓波的幅值.但是為了使閥式避雷器不至與負荷過重(流過的沖擊電流過大)和有效的發(fā)揮其保護功能,還需要有進線段保護與之配合,這是現(xiàn)代變電站防雷接線的根本思路.閥式避雷器的保護作用基于三個前提：它的伏秒特性與被保護絕緣的伏秒特性有良好的配合在一切電壓波形下,前者均處于后者之下它的伏安特性應(yīng)保證其殘壓低于被保護絕緣的沖擊電氣強度被保護絕緣必須處于該避雷器的保護距離之內(nèi).4.2.2 避雷器的設(shè)置參考?電力設(shè)備過電壓保護技術(shù)規(guī)程?SDJ79中的規(guī)定:第78條：變電站的每相母線上都應(yīng)裝設(shè)閥型

27、避雷器,應(yīng)以最短的接地線與配電裝置的主接地網(wǎng)連接,同時應(yīng)在其附近架設(shè)集中接地裝置.第80條：大接地短路電流系統(tǒng)中的中性點不接地變壓器如中性點絕緣按線電壓設(shè)計,應(yīng)在中性點裝設(shè)保護裝置.第83條：與架空線聯(lián)絡(luò)連接的三繞組變壓器的10KV繞組,如有開路運行的可能,應(yīng)采用預(yù)防靜電感應(yīng)電壓危害該繞組絕緣的舉措.在其一相出線上裝設(shè)一只閥型避雷器.第85條：變電站310KV配電裝置應(yīng)在每相母線和每路架空線上裝設(shè)閥型避雷器；110KV35KM10KV每段母線上均裝一組避雷器；變壓器35KV側(cè)每一相上裝一個避雷器,10KV側(cè)在一相上裝一個避雷器；110KV中性點為分級絕緣且裝有隔離開關(guān),故需裝一個避雷器；35K

28、V架空出線連接處應(yīng)裝設(shè)一組避雷器.4.2.3 變電站的保護根據(jù)該變電站的實際情況需要設(shè)置四只避雷針分布在四周.由于土壤電阻率p=1000.*m,仍宜裝設(shè)獨立避雷針,以免發(fā)生還擊；選取避雷針高h=50mt目令口兩針的距離D=60m寸角的兩針相距D=60£,Em被保護物高hx=10mh當(dāng)hx=10m<萬=25m時(4-1)相鄰兩針間外側(cè)保護半徑為：rx=(1.5h-2hx)p(1.550-210)5.5人5.5=42.78m(4-2)相鄰兩針間保護范圍為：%=h-D/(7P)=50-60/(75.5/50)=39m相鄰兩針高hx水平面上的保護范圍為：bx-1.5(h0-hx)-1.

29、5(39-10)-43.5m對角兩針間的保護范圍為：(4-5)M二h-.2D/7P=50-26050/(75.5)-34.4m對角兩針高hx水平面上的保護范圍為:(4-6)bx=1.5(h0-hx)=1.5(34.4-10)=36.6m4.3 110KV高壓輸電線路的防雷保護4.3.1 線路雷擊跳閘分析4.3.1.1雷電參數(shù)雷電流幅值概率：雷電流幅值超過I概率P可由下式表示：IgP=-I/88式中：p-雷電流幅值概率：I雷電流幅值,KA當(dāng)平均年雷暴日在20及以下的地區(qū).雷電流幅值較小.可由下式求得：IgP=1/44卜表給出不同雷電流幅值下,超過該值的概率:表4-1I(KA)1208866442

30、2115.5>20雷電日的P0.0430.10.1780.3160.5620.7500.866w20雷電日的P0.0020.0010.0320.10.3160.5620.7504.3.1.2線路雷擊次數(shù)對高度小于、等于20米的線路,每年每百公里的雷擊次數(shù)N=rX1Oh/1000x100xT次/百公里.年式中T:每年平均雷電日；h:輸電線路高度m:r：落雷密度,為每平方公里雷電日對地落雷次數(shù).對20米高線路,在每年30雷電日地區(qū),每百公里落雷次數(shù)為9次.對高度大于20米的線路,每年每百公里雷擊次數(shù)為：N=rX2R+V/1000x100x砍/百公里.年=O1rXf2R+WTt中w:為雙避雷線

31、間距離：R:吸引半徑,R=i6.3hO61m0根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn),按40雷暴日計,每年每百公里落雷次數(shù)為：N=0.28fb+4h式中b為架空地線間距離；h為輸電線路高度n1.對20米高線路,在每年40雷電日地區(qū).每百公里落雷次數(shù)為22.4次.對30米高線路,在每年40雷電日地區(qū),每百公里落雷次數(shù)為33.6次.4.3.2 有避雷線的線路雷擊跳閘率確實定1在以下情況下線路將要跳閘雷擊桿塔頂部發(fā)生閃絡(luò)并建立電?。焕讚衾@過避雷線擊于導(dǎo)線發(fā)生閃絡(luò)并建立電2)耐雷水平確實定雷繞擊導(dǎo)線時的耐雷水平：U50%是絕緣子用的50%沖擊放電電壓：z是雷擊導(dǎo)線處的波阻抗約為4001:4是雷擊點左右兩側(cè)導(dǎo)線波阻并聯(lián)和雷擊到波阻

32、為Z/2的導(dǎo)線上其阻抗近似等于雷電通道波阻ZO寸的雷電流比雷擊零歐時減半而構(gòu)成的.雷繞擊導(dǎo)線時的耐雷水平如下：110Kx線路桿塔每用瓷并為耐雷水平為7KA一旦有超過上述耐雷水平的雷電繞擊與導(dǎo)線都會出現(xiàn)瓷瓶用閃絡(luò),跟隨而來的工頻續(xù)流建立電弧,造成線路跳閘.4.4 牽引變電所進線段保護進線段保護是指在臨近變電所12km的一段線路上增強防累保護舉措,如圖所示.當(dāng)線路全線無避雷線時,此段必須架設(shè)避雷線.這樣,就可以認為侵入變電所的雷電波主要是來自“進線保護段之外,使它經(jīng)過這段距離后才能到達變電所.在這一過程中由于進線波阻抗的作用減小了通過避雷器的雷電流,同時由于導(dǎo)線沖擊電暈的影響削弱了侵入波的陡度.進

33、線段的耐雷水平如表4.2所示.表4.2進線段的耐雷水平額定電壓(kV)3560110220330500耐雷水平(kA)306075120140175FZGGBGB|j圖4.1無避雷線線路的變電所進線段的變電所進線段保護接線圖1)進線段首端落雷,流經(jīng)避雷器電流的計算最不利情況是在進線段首端落雷,由于進線段波阻抗的作用,流經(jīng)避雷器的沖擊電流減小.設(shè)侵入波的幅值為線路絕緣的50%中擊閃絡(luò)電壓,那么行波在長度12km的進線段內(nèi)往返一次所用的時間為t=2l/v=6.713.3Nsl為進線保護段的長度,而入侵波的波前又較短.故避雷器動作后,產(chǎn)生的負電壓曲折回雷擊點產(chǎn)生的反射波到達避雷器前,流經(jīng)避雷器的雷電

34、流已過了峰值.因此,可用圖中的等效電路按下式計算流過避雷器雷電流的最大值八：ZI11Umu.*IZ_2U.FBIbFBTJ圖4.2流經(jīng)避雷器的雷電流計算用等效電路(4-7)(4-8)25.UcmUcm=9)不同電壓等級的Ib如表4.3所示uAtu(0.53)1hd(kV/s)(4-9)表4.3進線段外落雷流經(jīng)單路進線變電所避雷器雷電流的最大值額定電壓kV避雷器型號線路名勰的U50%kAIb(kA)35FZ-353501.4110FZ110J7002.6220FZ220J120014004.355.38500FCZ-500206023108.63102進入變電所的雷電波陡度的計算(4-10)aa

35、a=二(kV/m)300在最不利的情況下,計算出的變電所侵入波陡度如表4.4所示.表4.4變電所入侵波計算陡度額定電壓kV入侵波陡度kV/m1km進線段2km進線段或全線有避雷線351.00.5601.10.61101.50.754.5 牽引變電所內(nèi)變壓器的防雷接地保護4.5.1 自藕變壓器的防雷保護自藕變壓器除有高、中壓自耦繞組外,還采用三角形連接的低壓非自藕繞組,以減小零序阻抗和改善電壓波形.在低壓非自藕繞組上,為限制靜電感應(yīng)電壓需裝一臺避雷器.此外,當(dāng)雷電波從高、中壓繞組的一側(cè)侵入而另一側(cè)開路時,將在開路側(cè)出現(xiàn)過電壓,因此,必須在自藕變壓器的兩個自耦合的繞組出線上裝設(shè)避雷器,此避雷器應(yīng)該

36、裝在自藕變壓器和斷路器之間.如圖4.3所示.Arh(FZ3匚旺A1|FZ1rfzE圖4.3自藕變壓器的防雷保護接線圖自藕變壓器過度過程如下：當(dāng)無窮長直角波Uo加在高壓端A點時,那么由于中壓開路,電位起始分布、穩(wěn)態(tài)分布以及最大包絡(luò)線都和中性點接地的繞組相同,如圖4.3a所示.在開路的中壓端A上出現(xiàn)的最高電位即對地電壓約為高壓側(cè)電壓Uo的2k倍k是高壓側(cè)與中壓側(cè)的變比,這可能使處于開路狀態(tài)的中壓端套管閃絡(luò).因此中壓端與斷路器之間應(yīng)裝設(shè)一組避雷器進行保護.當(dāng)高壓側(cè)開路,中壓端子上出現(xiàn)幅值為Uo的侵入波時,繞組電位的起始分布如圖中4.3b曲線1,穩(wěn)態(tài)分布曲線如曲線所示.由A'到0這段繞組的電位

37、穩(wěn)態(tài)分布和末端接地的變壓器繞組相同.由A'到A這段繞組的電壓穩(wěn)態(tài)分布是由與A'到0段穩(wěn)態(tài)分布的電磁感應(yīng)所行成的,高電壓的穩(wěn)態(tài)分布為kUoo在震蕩過程中A點的電位最高可到達2kUo,這將危及處于開路狀態(tài)的高壓端絕緣套管,因此在高壓端與斷路器之間也裝設(shè)一組避雷器.另外,當(dāng)中壓側(cè)有出線時,由于出線才波阻抗較變壓器要小的多,當(dāng)高壓側(cè)有雷電時,A端相當(dāng)與接地,雷電波大局部加在自藕變壓器繞組的AA之間,可能使其絕緣破壞,同理,當(dāng)高壓側(cè)有出線時,而中壓側(cè)有侵入波時也有類似的情況,這中情況在變比越小的自藕變壓器中越嚴(yán)重.因此,當(dāng)變比小于1.25時,在AA間還應(yīng)該裝一組避雷器如圖4.3中虛線的F

38、Z30FZ3的滅弧電壓應(yīng)大于高壓或者中壓側(cè)接地短路條件下AA的出線的最高工頻電壓.4.5.2 變壓器中性點的防雷保護1)中性點絕緣水平中性點絕緣水平可分為全絕緣和分級絕緣兩種.凡中性點絕緣與相線端的絕緣水平相等,叫全絕緣.一般在60kV及以下的電力變壓器的中性點是全絕緣的.如果中性點絕緣低于相線端絕緣水平,叫分級絕緣.一般在110kV及以上時,大多中性點是分級絕緣的.本次設(shè)計中變壓器中性點即為分級絕緣.2)不同電壓等級的中性點保護(1) 60kV及以下的電網(wǎng)中的變壓器 流過避雷起器的雷電流小于5kV,一般只有1.42.0kV; 實際上變電所進線不只是一條,它是多路進線,一條線的來波可由其他的線

39、路流走一局部電流,這就減少了流經(jīng)避雷器的雷電流； 大多數(shù)來波是以線路遠處襲來的,其陡度很?。蛔儔浩鹘^緣有一定的裕度； 避雷器到變壓器的距離實際值比允許值近一些；三相來波的概率很小.(2) 110kV及以上電網(wǎng)其沖擊放電電壓應(yīng)低于中性點沖擊絕緣水平；避雷器的滅弧電壓應(yīng)大于因電網(wǎng)一相接地而引起的中性點電位升高的穩(wěn)態(tài)值,以免避雷器爆炸.保護間隙的放電電壓應(yīng)大于電網(wǎng)一相接地而引起的中性點電位升高的暫態(tài)最大值,以免繼電保護不能正確動作.對110kV分級絕緣變壓器中性點來說,如選用FZ35或FCZH35,那么其滅弧電壓低于電網(wǎng)單相接地時中性點的電位升高穩(wěn)態(tài)值,因此一般不可采用,因考慮選用FZ40閥型避雷器

40、或氧化鋅避雷器.本文首先論述了牽引變電所防雷接地的必要性,并對我國防雷接地的開展情況進行了概述.接著講述了雷電、雷電壓和雷電流的形成過程,并給出了雷電參數(shù),闡述了防雷裝置如避雷針、避雷器的防雷原理以及保護范圍,給出了直擊雷和感應(yīng)雷的防護方案,介紹了目前我國牽引變電所防雷接地設(shè)計中常用的幾種舉措,如：合理選擇牽引變電所修建的地理位置,架設(shè)避雷針、敷設(shè)接地網(wǎng),在進線段裝設(shè)避雷器,同時對幾種防雷舉措進行了深入的論述和定量的計算分析.最后基于常用的防雷接地的設(shè)計方法,對110kV牽引變電所進行了詳細的防雷接地設(shè)計.通過對上述內(nèi)容的研究分析,可得出以下結(jié)論：(1)牽引變電所是鐵路供電系統(tǒng)的樞紐,因此牽引

41、變電所一旦發(fā)生雷擊事故時,就有可能造成鐵路運輸系統(tǒng)的癱瘓,給生產(chǎn)和生活造成巨大的損失,所以應(yīng)十分的重視牽引變電所的防雷接地.(2)要實現(xiàn)有效的防雷平安,那么要建立一套完善而健全的綜合立體的防雷系統(tǒng).一套完善而健全的綜合立體防雷系統(tǒng)包括：直擊雷的防護；感應(yīng)雷的防護；接地網(wǎng).(3)牽引變電所直擊雷的防護應(yīng)在變電所范圍內(nèi)架設(shè)避雷針,使?fàn)恳冸娝娜娣e都在避雷針的保護范圍之內(nèi).(4)牽引變電所感應(yīng)雷的防護應(yīng)在進線段、變壓器的高壓側(cè)和低壓側(cè)和饋線段裝設(shè)避雷器,并在進線段12km處裝設(shè)避雷線.(5)地網(wǎng)的工頻接地電阻值應(yīng)小于0.5Q,假設(shè)由于環(huán)境因素不能到達這一要求,應(yīng)綜合采用敷設(shè)外延地網(wǎng)和換土等方法降低接地網(wǎng)的工頻接地電阻值.(6)為了保護變電所電氣設(shè)備的平安運行,在裝設(shè)避雷器時一定要限制避雷器的殘壓,也就是對流過避雷器的電流必須加以限制,使之不大于5kA,同時要限制入侵波的陡度.(7)要使所有的設(shè)備到避雷器的電氣距離