35kV～110kV变电站_防雷保护设计毕业论文.doc

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1、 毕业论文题目： 35kV110kV防雷保护设计 学生姓名： 学 号： 班 级: 专 业： 指导教师： 3235kV110kV防雷保护设计摘要发电厂、变电所是电力系统的中心环节，如果发生雷击事故，将造成大面积停电，严重影响国民经济和人民生活，因此发电厂、变电所的防雷保护必须是十分可靠的。发电厂、变电所遭受雷害可能来自两个发面：雷直击于发电厂、变电所：雷击线路、沿线路向发电厂、变电所入侵的雷电波。对直击雷的保护，一般采用避雷针或避雷线。我国运行经验表明，凡装设符合规程要求的避雷针的发电厂和变电所，绕击和反击事故率是非常低的。 本次设计以110kV变电站为主要设计对象,主要解决以下问题：1.雷电放

2、电分析与计算；2.变电站防直击雷、入侵波的保护分析与设计；3.变电站进线段、气体绝缘变电站、变压器中性点的保护分析与设计；4.变电站设备绝缘选择。关键词：变电站；雷击方式；防雷设备；措施目 录1 绪论11.1雷电的发展11.2 防雷设备12 主要的雷击方式42.1雷的直击和绕击42.2雷击反击42.3感应雷53 变电站防雷措施63.1避雷针63.2避雷器74 变电站防雷保护方案与接地84.1防雷保护方案84.2防雷接地95 变压器中性点保护105.1变压器中性点的过电压105.2中性点过电压的保护措施126 变电站的入侵波过电压保护146.1避雷器与被保护设备之间的距离（l=0）146.2避雷

3、器与被保护设备之间的距离（ l0）166.3避雷器与保护设备最大允许电气距离217 绝缘配合与避雷器选择237.1电力系统绝缘配合237.2避雷器的选择248 气体绝缘变电站（GIS）的过电压保护278.1 GIS变电站278.2 GIS变电所中的暂态过电压问题278.3 GIS变电站过电压保护自身的特点298.4 GIS变电站雷电过电压保护接线方式30后 记32参考文献33 1 绪论1.1雷电的发展人们通过模拟地球原始大气在密室中进行放电的实验，结果由无机物合成了11种氨基酸。这些物质的出现，是生命起源的基础，因此，一些生命起源学说认为，是雷电孕育了地球上的生命。同理，地球上空有一层电离层，

4、它是由带正电荷的粒子组成，该电离层起着防止太阳和宇宙空间各种有杀害生命作用的射线进入地面，保护地球上的生命，如果没有这电离层，即使地球上本来已经有的生命，也会被来自太空的各种射线杀死，地球不可能出现现在的繁荣和文明。但是电离层的正电荷以平均约1800A的电流强度向大地放电，可想而知，如果得不到补充，电离层的电荷恨快便会放尽。由于雷电不断补充电离层放电失去的电荷，保持电离层总电荷量大体平衡，使这层生命的保护屏障得以保存，使地球上的生命不致被宇宙射线灭绝。因此，可以说，是雷电促使地球成为文明的星球。从这个角度来讲，人类有今天的文明应该感谢雷电。由于雷击会给人类带来灾害，因此，人类很早就与雷害进行斗

5、争。其中取得卓越成就的有18世纪中叶著名科学家富兰克林（Franklin）MB罗蒙诺索夫（JIOMOHOCOB），LB黎赫曼（PHXMAH）。他们通过大量实验建立了雷电学说，认为雷击是云层中大量阴电荷和阳电荷迅速中和而产生的现象；并且创立了避雷理论，发明了避雷针。1.2 防雷设备为保护变电站的设备安全，提高其供电可靠性，优化防雷设计方案，加强变电站的防雷安全措施。接闪器：直接截受雷击，及用作接闪的器具、金属构件和金属屋面等，称为接闪器。功能是把接引来的雷电流，通过引下线和接地装置从大地中泄放，保护建筑物免受雷害。从公元1753年，富兰克林发明了避雷针以来，避雷针作为接闪器唯一的形式，延续了上百

6、年的历史，从十九世纪以后，逐渐有出现了避雷线、避雷带和避雷网。其分类如下：避雷针、避雷线、避雷带、避雷网,下面逐一介绍。避雷针的英文名字Lightningrod，直译为闪电棍更准确些，本无避免雷击之意。这个名词望文生义就会产生误解。我们国内许多物理课本，甚至大学的教课书也把避雷针的原理说成是靠尖端放电中和云层电荷从而消除闪电的，这是错误的。实际上，在富兰克林发明避雷针的时候，提出了两种避雷针工作机理的解析；第一种解析认为，避雷针是靠其针尖电晕放电发出与雷雨云相反的电荷，使雷雨云的电荷得到中和，从而免除建筑物的雷害。第二种解析认为，避雷针是靠把雷雨云所带的异种电荷引导到自身上来，通过良好的接地装

7、置，把雷电流泄入大地，保护建筑物不受雷击。至1753年富兰克林明确倾向于避雷针引雷的理论了，所以说避雷针是靠尖端放电消除闪电而能避雷的提法是错误的，避雷针是消除不了闪电的。工作原理雷雨云形成以后对大地的电压，低则几百万伏，高则数千伏甚至更高，雷雨云对大地的一次闪击放电的峰值电流平均为30多KA，它的瞬时功率为109-1012W以上。由于瞬时功率很大，所以它的破坏力是相当大的。当高空出现雷雨云的时候，大地上由于静电感应作用，必然带上与雷雨云相反的电荷，避雷针处于地面建筑物的最高处，与雷雨云的距离最近，由于它与有良好的电气连接，所以它于大地有相同的电位，使避雷针附近空间的电场强度比较大，容易吸引雷

8、电先驱，使主放电都集中到它的上面，从而保护附近比它低的物体遭受雷击的几率大大减少。而避雷针被雷击的几率却大大的提高。避雷针不但不能避雷反而引雷，它是自身的多受雷击而保护周围免受雷击。由于避雷针与大地有良好的电气连接，能把大地积存的电荷能量迅速传递到雷雨云层中泄放；或把雷雨云层中积存的电荷能量传递到大地中泄放，使雷击而造成的过电压时间大大的缩短，从很大程度上降低了雷击的危害性，这就是避雷针的工作原理。但需要说明，避雷针必须有足够可靠，并且有接地电阻尽量小的引下线接地装置与其配套，否则，它不但起不到避雷的作用，反而增大雷击的损害程度。当人类社会进入电子信息时代后，雷灾出现特点与以往有极大的不同，可

9、以概括为：（1）受灾面大大扩大，从电力、建筑这两个传统领域扩展到几乎所有行业，特点是与高新技术关系最密切的领域，如航天、航空、国防邮电通信、计算机、电子工业、石油化工、金融证券等；（2）从二维空间入侵变为三维空间入侵。从闪电直击和过电压波沿线传输变为空间闪电的脉冲电磁场从三维空间入侵到任何角落，无空不入地造成灾害，因而防雷工程已从防直击雷、感应雷进入防雷电电磁脉冲（LEMP）。前面是指雷电的受灾行业面扩大了，这儿指雷电灾害的空间范围扩大了。例如二000年七月二十五日14点40分左右，一次闪电造成漕宝路桂菁路附近二家单位同时受到雷灾，而不是以往的一次闪电只是一个建筑物受损。（3）雷灾的经济损失和

10、危害程度大大增加了，它袭击的对象本身的直接经济损失有时并不太大，而由此产生的间接经济损失和影响就难以估计。例如一九九九年八月二十七日凌晨2点，某寻呼台遭受雷击，导致该台中断寻呼数小时，其直接损失是有限的，但间接损失将大大超过直接损失。（4）产生上述特点的根本原因，也就是关键性的特点是雷灾的主要对象已集中在微电子器件设备上。雷电的本身并没有变，而是科学技术的发展，使得人类社会的生产生活状况变了。微电子技术的应用渗透到各种生产和生活领域，微电子器件极端灵敏，这一特点很容易受到无孔不入的LEMP的作用，造成微电子设备的失控或者损坏。为此，当今时代的防雷工作的重要性、迫切性、复杂性大大增加了，雷电的防

11、御已从直击雷防护到系统防护，我们必须站到历史时代的新高度来认识和研究现代防雷技术。2 主要的雷击方式随着我国现代化建设的不断提高，各类先进的电子设备广泛地运用到了各电压等级的变电站内。但是一方面由于电子设备内部结构高度集成化，从而造成设备耐压、耐过电流的水平下降，对雷电（包括感应雷及操作过电压浪涌）的承受能力下降，另一方面由于信号来源路径增多，系统较以前更容易遭受雷电波侵入。2.1雷的直击和绕击 雷云单体浮在大地上空，其所带电荷拖着地表相反电荷犹如一个影子随风移动。如果途经变电站的避雷针或地表其他突出物，地电荷会导致突出物顶端电场畸变集中。闪电开展之前先是雷云底部的始发先导按间歇分级跃进方式向

12、地表发展，当距地面50100m时，由避雷针等地表电场畸变集中的地方产生垂直向上的迎面先导。两者相接，进入直击或绕击的主放电阶段。通常当地面上突出物的高度为h，雷云正下方的平均电场强度大于和等于580h-0.7 kV/m时，则该突出物将容易受到直击雷。原因是高为h的避雷针可影响雷云单体向下的始发先导发展方向的半径，用公式表述为：R16.3h0.61m。该式还表明，地表安装独立避雷针后，将会在其附近出现大量的散击，甚至对避雷针进行直击，对受避雷针保护范围内的物体进行绕击。一次雷击主放电一般为几万安培到十几万安培，释放的能量相当大，瞬间所产生的强大电流、灼热的高温、猛烈的冲击波、剧变的静电场和强烈的

13、电磁辐射等物理效应给人们的生产生活带来多种危害，如引起火灾和大爆炸，金属导体连接部分断裂破损，建筑物倒塌，电气设备损坏等等。2.2雷击反击直击雷电流通过地表突出物的电阻入地散流。假如地电阻为10，一个30kA的雷电流将会使地网电位上升至300kV。如果受雷击变电站输电线路来自另一个不同地网的变电站，那么上升的地电位与输电线上的电位将形成巨大反差，导致与输电线路相连的电气设备的损坏。不仅仅是输电线路、动力电缆，凡是引进变电站的金属管线都会引起雷电反击。另一种雷电反击，对变电站的电子设备危害也不容忽视。雷电流沿变电站的接地网散流，支线上的雷电流和各点电位差异很大。连接在不同等电位地网上的电子设备，

14、如果其间有电信号联系，那么超过其容许承受能力的地电位差将导致设备损坏。2.3感应雷直击雷放电的能量通过电磁感应和静电感应方式向四周辐射，导致设备过电压放电，则为感应雷。感应雷虽然没有直接雷猛烈，但其发生的几率比直击雷高得多。感应雷的破坏也称为二次破坏。雷电流变化梯度很大，会产生强大的交变磁场，使得周围的金属构件产生感应电流，这种电流可能向周围物体放电，如附近有可燃物就会引发火灾和爆炸，而感应到正在联机的导线上就会对设备具有强烈的破坏性。显然，感应雷危害是大面积的，是电子设备的克星。有资料计算表明，当雷电电流为30 kA斜角波，雷云高度为3 km，导线高度为10m，击中距末端匹配的500m长架空

15、线路中点100m处地面时，线路上感应电压为150 kV幅值的振荡波。此波为电磁感应和静电感应共同作用的结果。事实上，在生产实践中，雷击的静电感应破坏力数倍于电磁感应。静电感应还可用雷电的二次效应理论来解释。带电雷云飘浮在地表上空，地表带上与雷云相反的等量电荷。当雷击过后，雷击点地表变为电荷的相对空穴，周围高电荷区域内与地电位相对绝缘的导体上的电荷，将像受突然击发的水波一样冲向雷击点，导致设备打火，绝缘受损和电子设备失效。特别注意的是电子设备的高阻抗输入回路，信号回路等引线较长，且直接连接的金属体积较大处，虽然已作电磁屏蔽（采用屏蔽电缆且屏蔽层两端接地）仍会遭受厄运。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