1、 - 1 - 本科毕业设计 (论文 )文献综述 电气工程及自动化 变电所的防雷监控系统设计 摘要： 在科学技术日益发展的今天，虽然人类不可能完全控制暴烈的雷电，但是经过长期的摸索与实践，已积累起很多有关防雷的知识和经验，形成一系列对防雷行之有效的方法和技术，这些方法和技术对各行各业进行行之有效地预防雷电灾害具有普遍的指导意义。 关键词： 变电所；雷电；保护； 浪涌 干扰；电源干扰； 1925-1926 年， Peek 第一个在实验室内利用冲击电压发生器造成“人工雷”对避雷针模型放电，研究了雷云极性对保护系数的影响。 1930-1934 年，各国开始广泛利用避雷针保护发电厂和变电所。美国煤气和电
2、力公司 (AGE)1934 年开始用避雷针、避雷线保护变电所 ,.我国 50 年代因担心避雷线断线会波及全厂和全变电所而只采用避雷针。到 70 年代中期，才明确避雷线可用于发电厂和变电所的保护。 雷电直击 变电所 造成雷击浪涌 ， 雷电击中 建筑物 的外部避雷系统（避雷针、避雷带）或击中屋顶的接地的金属构件，但是并不是说建筑物内的设备就安全了，原因来自于阻抗。当雷电流通过时，引下线的阻抗以及接地电阻把整个接地装置的电位抬升了起来，接地装置的电位可以上升到数十千伏或者 更高。因此雷电流不但通过该建筑物的接地装置泄放入地，而且也会通过该建筑物附近的其它接地装置泄放入地，例如附近其它建筑物的接地装置
3、、电力变压器的接地装置等，这被称之为雷电流的分流。而雷电流流到 变电所 相连的电源线、通信线等。这一通路的建立是以破坏线路绝缘或损坏设备为代价的。还有一种情况是雷电击中低压架空电缆，与雷电击中建筑物类似，雷电流沿着电源线流动，有一部分雷电流沿着电源线进入建筑物，通过绝缘击穿或损坏设备的方式进入建筑物的接地装置。雷击浪涌的能量很高，直击建筑物的雷电流值可以达到 200KA（ 10/350）； 通过架空线引入的雷电流值可以达到100KA（ 10/350）。 针对雷电的危害，我们认为防雷必须是全面的。主要包括有：控制雷击点（采用大保护范围的避雷针），安全引导雷电流入地网，完善的低阻地网，消除地面回路
4、，电源的浪涌冲击防护， 信号及数据线的瞬变保护。 1 对防雷有效的方法和技术 - 2 - 1.1 接闪 接闪就是让在一定范围内出现的闪电能量按照人们设计的通道泄放到大地中去。地面通信台站的安全在很大程度上取决于能不能利用有效的接闪装置，把一定保护范围的闪电放电捕获到，纳入预先设计的对地泄放的合理途径之中。避雷针是一种主动式 接闪装置，其功能就是把闪电电流引导入大地。避雷线和避雷带是在避雷针基础上发展起来的。采用避雷针是最首要、最基本的防雷措施。 1.2 均压连接 接闪装置在捕获雷电时，引下线立即升至高电位，会对防雷系统周围的尚处于地电位的导体产生旁侧闪络，并使其电位升高，进而对人员和设备构成危
5、害。为了减少这种闪络危险，最简单的办法是采用均压环，将处于地电位的导体等电位连接起来，一直到接地装置。完善的等电位连接还可以防止闪电电流入地造成的地电位升高所产生的反击 。 1.3 接地 接地就是让已经纳入防雷系统的闪电能量泄放入大地，良好的 接地才能有效地降低引下线上的电压 ,避免发生反击。 90年代以前，部队的通信导航装备以电子管器件为主，采用模拟通信方式，模拟通信对干扰特别敏感，为了抗干扰，所以都采取电源与通信 接地分开的办法。现在，防雷工程领域不提倡单独接地。接地是防雷系统中最基础的环节。接地不好，所有防雷措施的防雷效果都不能发挥出来。防雷接地是地面通信台站安装验收规范中最基本的安全要
6、求 。 1.4 分流 分流就是在一切从室外来的导线（包括电力电源线、电话线、信号线、天线的馈线等）与接地线之间并联一种适当的避雷器。当直接雷或感应雷在线路上产生的过电 压波沿着这些导线进入室内或设备时，避雷器的电阻突然降到低值，近于短路状态，将闪电电流分流入地。分流是现代防雷技术中迅猛发展的重点，是防护各种电气电子设备的关键措施。由于雷电流在分流之后，仍会有少部分沿导线进入设备，这对于不耐高压的微电子设备来说仍是很危险的，所以对于这类设备在导线进入机壳前应进行多级分 级。 2 目前 变电站防雷设施现状 2.1 直击雷防护 变电站对直击雷的仿防护方法是装设避雷针，将变电站的进线杆塔和室外电气设备
7、全部置于避雷针的保护范围之内。为了防止在避雷针上落雷时对被保护物产生“反击” 过电压，- 3 - 避雷针与被保护物之间应保持一定的距离。 2.2 对雷电入侵波的防护 变电站内安装使用着各种类型的高、低压变、配电设备，这些设备均直接和供电系统的线路相连，而线路上发生雷电过电压的机会较多，因此入侵波常常是变电站主要雷害，所以必须对入侵波有足够的防护措施。变电站中防护入侵波的主要装置是阀型避雷器，为了保证避雷器的工作条件，必须采取措施对入侵波的陡度和幅值加以限制。 2.3 变电站进线段的防护 变电站的进线段杆塔上装设一段（ 1 km 2 km）避雷线，使感应过电压产生在 1 km 2 km 以外，侵
8、入的冲击波沿导线走过这一段路程后，波幅值和陡度均将下降，使雷电流能限制在5 kv，这对变电站的防雷保护有极大的好处。 2.4 对输电线路的防护 输电线路暴露于野外，距离长，落雷几率多，故电网中的雷害事故线路占绝大部分。只有对输电线路采取妥善的防雷措施，才能保证供电的安全。 2.5 防雷装置的接地 为了使雷电流能畅通地泄漏入地，所有防雷设备都必须有良好的接地，才能起到应有的效果。接地电阻的大小是衡量接地好坏的参数。 3 低压供电系统浪涌过电压和电流的防护方法 对电源线上的雷击浪涌和开 关浪涌的保护措施就是建立浪涌保护系统。浪涌保护系统的建立原则是在防雷保护区之下的分级防护。以下就防雷保护分区和分
9、级防护的具体问题分别作分析。 3.1 防雷保护区 防雷保护区这一概念的提出是基于逐渐减少浪涌的强度直到安全水平这样一个防护思路。通过浪涌保护器的配置，使浪涌在到达终端设备前被减小到安全的范围内。为了达到这一目的，建筑物的整个供电网络被划分在不同的防雷保护区中。 3.2 区分浪涌保护器的级别 在确定好防雷保护分区后，需要分级安装浪涌保护器。浪涌保护器的级别根据 EN 61643-11 分为三类 ，分别是一级、二级、三级浪涌保护器。三种级别的浪涌保护器的性能参数要求各不相同，安装位置也不一样。例如：即使一级浪涌保护器的保护水平 2.5kV，也不能作为二级浪涌保护器使用，因为一级浪涌保护器对电源线上
10、的开关浪涌是无效的。同样，- 4 - 不可以用二级浪涌保护器充当三级浪涌保护器，因为其电路结构和性能指标差异很大，第三级浪涌保护器主要用于限制开关浪涌，可以有效保护末端设备并延长其使用寿命。另外，在雷电灾害比较严重场合，有的观点认为应多增加浪涌保护器的级别，如采用四级防护等。实际上这样的做法并不能产生明显的效果。在雷电 严重的场合，有必要增加的是一级浪涌保护器的通流量，使其不因过载或频繁动作而损坏，从而提高整个浪涌保护系统的寿命和可靠性。 从整体上来讲，建筑物防护雷电直击及其感应的保护装置共有四大组成部分。一为雷击保护系统，由接闪器、引下线组成，它的作用是安全接闪雷击电流，传送入地；二为接地系
11、统，由接地体、接地连接线组成，它的作用是使雷电流消散入地；第三是等电位连接系统，由汇流排和连接电缆、建筑物内的金属构件、设备壳体、机柜等连接组成的网络，作用是保证该区域内共同的电位；第四是浪涌保护系统，浪涌保护系统由不同级别的浪涌保护 器（防雷器）组成，作用是减小电源线、信息线路上的浪涌危害。 参考文献 1 赖世能，慕家骁 .通信系统防雷接地技术 M.北京：人民邮电出版社， 2008， 6. 2 周志敏，周纪海 .电子信息系统防雷接地技术 M.北京：人民邮电出版社， 2004， 7. 3 梁曦东，陈昌渔，周远翔 .高电压工程 M.北京：清华大学出版社， 2003,9. 4 李全利 .单片机原理及应用技术 M.北京：高等教育出版社， 2004,5. 5 金发庆 .传感器技术与应用 M.北京：机械工业出版社， 2004,11. 6 唐兴祚 .高电压技术 M.重庆 : 重庆大学出版社 , 1990,5. 7 解广润 .电力系统过电压 M.北京 : 水利电力出版社 ,1999,2. 8 于秀涛 .浅谈电力设备的防雷保护 J.农村电气化 ,2010, 2,36(6):1315. 9 向方明 .变电所防雷保护的探讨 J.江苏电器 ,2003,1,20(16):3238. 10 吴颖波 .如何做好变电所的防雷保护 J.农村电气化 ,2002,4,24(5):712.
