1、本科生毕业论文论文题目110KV变电站的防雷设计学生姓名学号20110060专业电气自动化年级2011本科班学习形式函授层次专升本指导教师职称教授函授站点石河子职业技术学院2013年04月中国农业大学成人毕业论文122110KV变电站的防雷设计摘要变电所是电力系统重要组成部分，是电网传输电能的核心。一旦变电所遭受雷击，可能直接造成电网的瓦解，造成大面积的停电，给社会的安全和稳定以及人民的生活带来极大的负面影响，这就要求变电所的防雷措施必须十分可靠。高压变电站是供配电系统的中心枢纽，其正常运行直接关系到供电系统的连续性、可靠性和安全性。雷电对于变电站高压供配电以及由耐低压且传输信号为毫伏安级的弱
2、电设备组成的控制、保护信息系统的危害较大。本设计针对110KV变电站的防雷进行分析及研究，指出了110KV变电站防雷的特点，提出并解决了110KV变电站防雷应注意的一些问题和初步建议，从而防止雷电对控制、保护系统等装置产生干扰、损害等故障，保证设备正常可靠运行。本次设计通过研究变电站避雷针、避雷器的架设位置，加强了变电站防雷保护措施，提高了变电站主要设备的耐雷水平，从而确定了110KV变电站防雷设计模型。关键词变电所，避雷器，防雷ABSTRACTTRANSFORMERSTATIONISNOTONLYANIMPORTANTPARTOFELECTRICPOWERSYSTEM,BUTALSOTHEC
3、OREOFELECTRICENERGYTRANSMISSIONFORELECTRIFIEDWIRENETTINGONCETHETRANSFORMERSTATIONISSTRUCKBYLIGHTNING,THEELECTRIFIEDWIRENETTINGWILLPROBABLYBEDAMAGEDEVENDESTRUCTEDANDLARGEAREAPOWEROUTRAGEMAYBECAUSEDWHATSWORSE,THEDAMAGEORDESTRUCTIONHASNEGATIVEIMPACTONTHESECURITYANDSTABILITYOFSOCIETYANDONPEOPLESLIFETHER
4、EFORE,THETHUNDERPREVENTIONMEASUREROFTHETRANSFORMERSTATIONMUSTBEVERYDEPENDABLETHEHIGHVOLTAGETRANSFORMERSTATION,WHOSENORMALFUNCTIONINGISRELATEDDIRECTLYTOTHECONTINUITY,RELIABILITYASWELLASSECURITYOFTHEPOWERNETWORK,ISTHEPIVOTOFELECTRICPOWERSUPPLYANDDISTRIBUTIONSYSTEMWHILETHUNDERANDLIGHTNINGCANCAUSECONSID
5、ERABLEHARMTOINFORMATIONCONTROLANDPROTECTIONSYSTEMTHATCONSISTSOFHIGHVOLTAGEELECTRICPOWERSSUPPLYISTRIBUTIONDEVICESINTRANSFORMERSTATIONANDTHELOWVOLTAGERESISTANTDEVICESWHICH中国农业大学成人毕业论文123CANTRANSMITMILLIAMPHEREORMILLIVOLTSIGNALSTHEDESIGNINTHISTHESISANALYZESANDSTUDIESTHETHUNDERPREVENTION,WHOSECHARACTERS
6、AREPOINTEDOUT,FORTHE110KVTRANSFORMERSTATIONSSOMEPROBLEMSANDPRELIMINARYSUGGESTIONSABOUTTHUNDERPREVENTION,TOWHICHATTENTIONMUSTBEPAID,OF110KVTRANSFORMERSTATION,ARERAISEDHERETHETROUBLELIKEINTERFERENCEANDDAMAGETOCONTROLLINGPROTECTINGSYSTEMINSTALLATIONSCANBEPREVENTEDSOTHATTHEINSTALLATIONSAREABLETOFUNCTION
7、NORMALLYTHROUGHRESEARCHINGONTHEERECTINGSITESOFLIGHTNINGAMESTERSANDLIGHTNINGRODS,THISDESIGNCANNOTONLYSTRENGTHENTRANSFORMERSTATIONSANDTHEMAINDEVICESABILITYOFPREVENTINGTHUNDERANDLIGHTNING,BUTALSOFIXESADESIGNINGMODELFORTHETRANSFORMERSTATIONTHUNDERPREVENTIONKEYWORDSTRANSFORMERSTATIONLIGHTNINGAMESTERSTHUN
8、DERPREVENTION目录第1章雷电的特性及危害111雷电的形成512雷电的种类6121直击雷6122感应雷击7123球雷7124雷电侵入波713雷电的威力及危害8131雷电的静电效应危害8132雷电的电磁效应危害8133雷电的热效应危害8134雷电的机械效应危害8135雷电的反击危害9136电位危害914雷电入侵途径9中国农业大学成人毕业论文124141对各种雷击的解决方案10142接地1115雷击电子设备的途径及其原理1216雷电日和雷电小时13第2章变电站的防雷设备1421避雷针1422避雷器15221避雷器的种类15222各避雷器的特点1623变电所建筑物的防雷18第3章变电站的防
9、雷区及系统设计原则1931第一级防护区的处理措施2032第二级防护区的处理措施21321进出所管线的处理21322二次电缆及端子箱21323所用电系统的保护2233第三级防护区的主要任务22331多重屏蔽22332地电位均压22333浮点电位牵制2334变电所综合防雷措施23341避雷针对直击雷的防护23342对雷电波侵入的防护24第4章变电站防雷保护的分类2541雷电过电压的保护2542变电站雷击电流的防护2643变电站对最大冲击电压和残压的防护2744变电站微波机房的接地保护2745变电站配电箱的保护2846变压器中性点接地的配置原则28461并联间隙的特性28462中性点间隙与继电保护2
10、947单相接地时的工频电压3048变电所配电变压器的保护30481正反变换过电压30482变压器不同接线对正反变换过电压的影响31483避雷器安装的具体要求31484接地装置的安装规则3249二次设备的防雷32第5章某变电站遭雷击实例分析3451设备损坏情况35511微机保护装置损坏情况35中国农业大学成人毕业论文125512远动设备与保护录波器损坏情况3552北郊变电站的防雷情况3653雷击原因分析36531主控室的地和设备区的地之间的电位差损坏设备37532流过微波塔的雷电流对主控室设备的感应电压37第6章110KV变电所综合设计3861变电站遭雷击时的电流计算3862避雷针保护范围的计算
11、4163避雷器的选择4864变电所进线段保护4965三绕组变压器和变压器中性点保护5066变电所的防雷接地5067自耦变压器的防雷保护5168旋转电机的防雷保护52参考文献53设计心得54致谢55第1章雷电的特性及危害11雷电的形成雷电放电是带电荷的雷云引起的放电现象，在某种大气和大地条件下，潮湿的热气流进入大气层冷凝而形成雷云，大气层中的雷云底部大多数带负电，它在地面上感应出大量的正电荷，这样，雷云和大地之间就形成了强大的电场，随着雷云的发展和运动，当空间电场强度超过大气游离放电的临界电场强度时，就会发生雷云之间或雷云对地的放电，形成雷电。按其发展方向可分为下行雷和上行雷。下行雷是在雷云产生
12、并向大地发展的，上行雷是接地物体顶部激发起，并向雷云方向发起的。雷电是一种极具破坏力的自然现象，其电压可高达数百万伏，瞬间电流更可高达数十万安培。千百年来，雷电所造成的破坏可谓不计其数。落雷后在雷击中心152KM范围内都可能产生危险过电压损害线路上的设备。雷电灾害如同暴雨、飓风一样都属于气象（自中国农业大学成人毕业论文126然）灾害，它与水、旱、刑事犯罪、交通事故统称为影响社会安全和经济发展的六大灾害。雷电是一种大气中规模巨大的火花放电现象,主要产生于积雨云中,积雨云在形成过程中,某些云团带正电荷,某些云团带负电荷，它们使大地地面或建筑物表面产生异性电荷,当电荷积累到一定程度时,不同云团之间、
13、或云与大地之间的电场强度可以击穿空气开始游离放电,称之为“先导放电”。云对地的先导放电是云向地面跳跃式逐渐发展的,当到达地面或地面上的建筑物、架空输电线时,便会产生由地面向云团的逆导主放电在主放电阶段里,由于异性电荷的剧烈中和,会出现很大的电流,电流做功的结果,可使电流通过地方的气体瞬间温度急剧升高到30000左右,从而呈现强烈的火光,这就是我们看到的划破天空的闪电,同时受热的电离气体体积急剧膨胀而发出隆隆的雷声,这就是雷电。雷电的特点是电压高、电流大、频率高、时间短。12雷电的种类121直击雷雷云对地面或地面上凸出物的直接放电，称为直击雷，也叫雷击。直击雷放电过程的展开图见图11。图11雷云
14、放电图雷云放电过程的展开图可以这样解释当雷云对地面放电时，开始出现先驱放电，放电电流比较小，一经到达地面，就开始主放电，主放电由地面开始沿着先驱放电的通道直到云端，放电电流迅速增大。主放电时间很短，电流迅速衰减，以后是余光放电，电流变小。由于雷云中同时存在着多个电荷积聚中心，当第一个电荷集聚中心放电后，其电位迅速下降。第二个电荷集聚中心向第一个电荷集聚中心位置移动，并沿着上一次的放电通道开始先驱放电、主放电、余光放电。紧接着再来第三次、第四次放电。我们平时看到电光闪闪、雷声隆隆就是这个原因。中国农业大学成人毕业论文127当直击雷直接击于电气设备及线路时，雷电流通过设备或线路泄入大地，在设备或线
15、路上产生过电压，称为直击雷过电压。122感应雷击感应雷击是地面物体附近发生雷击时，由于静电感应和电磁感应而引起的雷击现象。例如，雷击于线路附近地面时，架空线路上就会因静电感应而产生很同的过电压，称为静电感应过电压。见图12图12感应雷过电压在雷云放电过程中，迅速变化的雷电流在其周围空间产生强大的电磁场，由于电磁感应，在附近导体上产生很高的过电压，称为电磁感应过电压。静电感应和电磁感应引起的过电压，我们称为感应雷击。123球雷球雷是一种发红色或白色亮光的球体，直径多在20CM左右，最大直径可达数米，以每秒数米的速度，在空气中飘行或沿地面滚动。这种雷存在时间为35S左右。时间虽短，但能通过门、窗、
16、烟囱进入室内。这种雷有时会无声消失，有时碰到人或牲畜或其它物体会剧烈爆炸，造成雷击伤害。124雷电侵入波当雷击空线路和或金属管道上。产生的冲击电压沿线路或管道向两个方向迅速传播的雷电侵入波，称为雷电侵入波。雷电侵入波的电压幅值愈高，对人身或设备造成的危害就愈大。中国农业大学成人毕业论文12813雷电的威力及危害雷电电流平均约为20000A甚至更大,雷电电压大约是1030V,一次雷电的时间大约为千分之一秒,平均一次雷电发出的功率达21013W200亿千瓦。雷电放电过程中，可能呈现出静电效应、电磁效应、热效应及机械效应，对建筑物或电气设备造成危害；雷电流泄入大地时，在地面产生很高的冲击电流，对人体
17、形成危险的冲击接触电压和跨步电压；人直接遭受雷击，必死无疑。下面简单介绍一下雷电的危害131雷电的静电效应危害当雷云对地面放电时，在雷击点主放电过程中，雷击点附近的架空线路、电气设备或架空管道上，由于静电感应产生静电感应过电压，过电压幅值可达几十万伏，使电气设备绝缘击穿，引起火灾或爆炸，造成设备损坏、人身伤亡。132雷电的电磁效应危害当雷云对地放电时，在雷击点主放电过程中，在雷击点附近的架空线路、电气设备或架空管道上，由于电磁感应产生电磁感应过电压，过电压幅值可达到几十万伏，使电气设备绝缘击穿，引起火灾或爆炸，造成设备损坏、人身伤亡。133雷电的热效应危害雷电流通过导体时，由于雷电流很大，雷电
18、流数值可达几十至几百千安，在极短的时间内使导体温度达几万度，可使金属熔化，周围易燃物品起火燃烧。烧毁电气设备、烧断导线、烧伤人员、引起火灾。134雷电的机械效应危害强大的雷电流通过被击物时，被击物缝隙中的水分急剧受热气化，体积膨胀，使被击物品遭受机械破坏、击毁杆塔、建筑物，劈裂电力线路的电杆和横担等。中国农业大学成人毕业论文129135雷电的反击危害当避雷针、避雷带、构架、建筑物等在遭受雷击时，雷电流通过以上物体及接地装置泄入大地，由于以上物体及接地装置具有电阻，在其上产生很高的冲击电位。当附近有人或其它物体时，可能对人或物体放电，这种放电称为反击。雷击架空线路或空中金属管道时，雷电波可能沿以
19、上物体侵入室内，对人身及设备放电，造成反击。反击对设备和人身都构成危险。136电位危害当将雷电流引入大地时，在引入处地面上产生很高的冲击电位，人在其周围时，可能遭受冲击接触电压和冲击跨步电压而造成电击伤害。变电站是电力系统的枢纽，一旦雷击破坏，影响严重，因此要求有可靠的防雷措施。变电站雷害来源有二一是雷直击变电站；二是沿线路传来过电压波。变电站防直击雷用避雷针（线）。装针后只有在绕击、反击或感应时会发生事故。每年每一百个变电站的绕击事故约为03次；反击事故也约为03次。由于线路落雷机会多，其绝缘又比变电站强，所以变电站必须对沿线路来波加以保护，主要措施为在变电站内采用阀式避雷器并在离变电站12
20、公里内的线路段上加强防雷措施。采取合理保护后，每年每一百个变电站沿线侵入雷电波造成的事故可控制在05067次。14雷电入侵途径雷电直接击在变电所设备上，这种情况几率比较小，因为设计和施工的时候都会考虑到安装独立的避雷针，避雷带和避雷网。雷电可能沿着电源线入侵，雷电波沿线路侵入到变电所，如避雷器动作，则是避雷器残压叠加两倍后，通过所用变的电磁感应耦合到低压网络，使微机保护、综合自动化的电源模块损坏的。此时，低压电网过电压的幅值主要与避雷器的残压，避雷器与变压器距离和避雷器接地引下线的长度有关。雷电可能沿着通讯线入侵，雷电引起的过电压在通信线路与设备之间有一定电位差直接作用于串行通信口，根本原因是
21、在10KV低压电源侧缺少必要的防雷保护措施，特别是中国农业大学成人毕业论文1210缺少相应电压等级的避雷器保护，使低压网络中的雷电过电压得不到有效的限制。同时，雷电对微机监控系统、调度自动化系统和通信系统的电源又沒有与其他电源分离，或采取特别的防止雷电干扰的措施而使雷害事故发生。141对各种雷击的解决方案直击雷对于直击雷主要是采用避雷针、避雷器、避雷线和避雷网作为接闪器，然后通过良好的接地装置迅速而安全地把雷电流引入大地。感应雷（1）等电位连接均衡电位使变电所内的各个部位都形成一个相等的电位，即等电位。若变电所内的结构钢筋与各种金属设置都能连接成统一的导电体，变电所内当然就不会产生不同的电位，
22、这样就可保证变电所内不会产生因电位不均衡所产生的反击和危及人身安全的接触电压或跨步电压，对防雷电电磁脉冲干扰微电子设备也有很大的好处。钢筋混凝土结构的建筑物最具有实现等电位的条件，因为其内部结构钢筋的大部分都是自然而然地焊接或绑扎在一起的。为满足防雷装置的要求，应有目的地把接闪器与梁、板、柱基础可靠地焊接、绑扎或搭接在一起，同时再把各种金属设备和金属管线以及局部等电位预留金属装置与之焊接卡接在一起，这就使整个建筑物成为良好的等电位体。（2）建筑屏蔽对于变电所内部的重要设备、设施，如大型计算机控制系统的主机，RTU、载波机等，应对建筑物采取屏蔽措施，用金属网箔壳、管等把保护对象包围起来，将闪电形
23、成的脉冲电磁场从空间入侵的通道阻隔起来，以达到保护的目的。（3）线缆屏蔽电源线、信号线要进行屏蔽，并采取适当的布线方式防止电磁脉冲干扰，在全线电气连通的情况下，把线路两端的金属屏蔽线缆进行良好的接地。针对架空电力线由站内终端引下后应更换为屏蔽电缆；室外通信电缆应采用屏蔽电缆，屏蔽层两端要接地；对于既有铠带又有屏蔽层的电缆，在室内应将铠带与屏蔽层同时接地，而在另一端也要同时接地。电缆进入室内前水平埋地10M以上，埋地深度应大于06M；非屏蔽电缆应穿镀锌铁管并水平埋地10M以上，铁管两端应接地。雷电侵入波（1）在变电所的低压侧安装相应电压等级的泄流型避雷器进行保护。对110KV低压网络要根据所带负
24、荷情况,在各主要用电设备或每一分支线路加装限压型浪涌保护器进行保护。中国农业大学成人毕业论文1211（2）把向微机监控系统、调度自动化系统和通信系统供电的电源与其它办公和生活电源分开,单独采取专用的变压器供电,或采用隔离变压器进行隔离。对向微机监控系统、调度自动化系统和通信系统供电的低压电源线路要采用电缆供电,最好采用屏蔽电缆,防止在变电所近区雷电活动时,在低压电源网络上产生感应雷过电压危及微机监控系统、调度自动化系统和通信系统的电源安全。（3）对变电所的中性线，要在变压器处接地并在低压网络各分支处重复接地,防止在雷电活动时,中性线带高电压,或雷害故障时中性线断线,相电压升高到线电压,烧坏微机
25、监控系统、调度自动化系统和通信系统的电源模块。（4）对微机监控系统、调度自动化系统和通信系统的电源加装浪涌保护器,雷电浪涌保护器利用电感、电容和避雷器组成浪涌吸收单元,能吸收和滤掉高频雷电脉冲,限制雷电过电压,能有效地保护微机监控系统、调度自动化系统和通信系统的电源,使其免受雷电过电压的破坏。142接地良好的接地是防雷系统中至关重要的一环。接地电阻值越小，过电压值越低。因此，在经济合理的前提下应尽可能降低接地电阻。（1）安全接地使用交流电的设备通过黄绿色安全地线接地，这里包含所有用电设备的机壳，金属框架及传输的金属管道等。（2）雷电接地设施的雷电保护系统是一个独立的系统，由避雷针通过引下线与接
26、地系统相连组成。该接地系统通常与用做电源参考地及黄绿色安全地线的接地是共用的。（3）电磁兼容接地出于电磁兼容设计而要求的接地，包括屏蔽接地为了防止电路之间由于寄生电容存在产生相互干扰、电路辐射电场或对外界电场敏感，必须进行必要的隔离和屏蔽，这些隔离和屏蔽的金属必须接地。滤波器接地滤波器中一般都包含信号线或电源线到地的旁路电容，当滤波器不接地时，这些电容就处于悬浮状态，起不到旁路的作用。雷电对自动化系统造成干扰和破坏的主要原因，是过去人们对低压电源网络的防雷不重视。在变电所低压网络缺少必要的防雷保护措施，存在有较多的漏洞和缺陷，使低压电网的雷电过电压得不到有效限制，对微机监控系统、调度自动化系统
27、和通信系统的电源造成了严重干扰和破坏，从而影响了微机监控系统、调度自动化系统和通信系统的安全运行。中国农业大学成人毕业论文121215雷击电子设备的途径及其原理雷击过电压损坏设备可分为两种情况，一种是受雷电直击，另一种受感应雷影响所致。据统计电子设备受雷电直击而损坏的机率很小，而绝大多数损坏为感应雷造成，雷电行波通过传输信息的电路线传至电子设备使其某些电子元件受损。还有一种情况值得重视的是电子设备附近的大地或其他设备的接地体，因受直击雷引起的电位升高，会使电子设备造成反击，使之对地绝缘击穿。根据传统经验电子设备的地线与电源设备的地线分开设置是减少这种雷电侵入途径的有效措施之一。所以凡联结有输人
28、或输出线路的电子设备应考虑以上三条侵入途径。不论那种途径侵入的雷击过电压加在电子设备上冲击引起两种过电压，一种是使平衡电路某点出现超过允许的对地过电压，称为纵向过电压，地电位上升引起的反击也属于从地系统侵入的纵向过电压；另一种是平衡电路线间或不平衡电路线对地出现的过电压称为横向过电压。使用对称传输线的设备，横向过电压是因线路两线间存在不同的纵向过电压；或因纵向防护元件放电性能的分散性如动作时间有快慢的差别是造成横向过电压的原因，如果在平衡线路上的两个纵向防护元件，其中一路故障或失效这就造成了横向过电压的极限情况。对不平衡电路如对连接同轴电缆的电子设备其纵向过电压即横向过电压。雷电冲击过电压可导
29、致绝缘击穿，也可产生过电流。进行纵向雷击试验的目的，在于检验设备在纵向过电压下元器件对地的绝缘。横向雷击试验则是检验两线间出现冲击过电压时设备耐受冲击的能力。在电子设备中，易受雷击过电压损坏的元部件，大多数是靠近设备的入口端，如纵向过电压会击穿线路和设备间起匹配作用的变压器匝间、层间、或线对地绝缘等。横向过电压可随信息同时传至设备内部，损坏设备内的阻容元件及固体元件。设备中元器件受损的程度，取决于元器件绝缘水平，即耐受冲击的强度，对具有白复能力的绝缘，击穿只是暂时的，一旦过压消失，即可恢复。有些非自复性的绝缘介质，冲击时只有小电流流过，一次冲击不会立即中断设备，但经过多次冲击，随着多次冲击的累
30、积可能会使元件逐渐受损最终导致毁坏，这就是为什么在试验时要试验冲击次数，极性和间隔的原因所在。电子元件受雷击损坏的情况，概括起来不外下列三种1受过电压损坏的，如电容器、变压器及电子元件的反向耐压。2受过电压冲击能量损坏的，如二极管PN结正向损坏，冲击危险程度在于流过元器件的过电流大小和持续时间，即能量大小。3易受冲击功率损坏的，对元件的危害决定于冲击电压峰值和由此而产生的过电流。中国农业大学成人毕业论文121316雷电日和雷电小时为了表征不同地区雷击活动的频繁程度，通常采用年平均雷电日作为计量单位我国亦是如此雷电日是指该地区一年四季中有雷电放电的天数，一天中只要听到一次以上雷声就算一个雷电日。
31、由于不同年份的雷电日数变化较大，所以要采用多年平均值年平均雷电日。我国各地年平均雷电日数的多少和所处的纬度及距离海洋的远近有关。北回归线北纬325以南，平均雷电日数一般在08以上；广东的雷州半岛和海南岛雷电活动频繁而强烈，高达10133。北纬325至长江以南大部分地区在4008之间。长江以北大部分地区，包括华北东北地区，多在0204之间。西北地区多数在20以下。根据雷电活动的频度和雷害的严重程度我国把年平均雷电日数超过09的地区称为强雷区，超过04的称为多雷区，不足巧的称为少雷区，以便防雷设计因地制宜。为了区别不同地区每个雷电日内雷电活动持续时间的差别，也有用雷电小时数作为雷电活动频度的统计单
32、位。一个小时以内听到一次以上雷声就算一个雷电小时。每一个雷电日平均大约有3个雷电小时。西北一些少雷区一个雷电日稍少于2个雷电小时；而像广东那样的强雷区，一个雷电日至少4个雷电小时以上。要做好防雷保护工作，还要注意观察当地雷电活动季节的开始和终了日期，我国南部雷电季节从2月开始长江流域一般在3月，华北、东北在月，西北较迟到5月。01月以后，除江南以外，雷电活动就几乎停止了。雷电日和雷电小时的统计，并没有区分雷云之间的放电和雷云对地的放电。实际上云间放电远多于云地放电。雷电日数越多，云间放电的比重越大云间放电与云地放电之比，在温带约为1530，在热带约为36。对防雷保护设计研究更有实际意义的，还是
33、雷云对地放电的年平均次数。可惜目前还缺乏这方面的比较充分可靠的统汁资料，观测手段也还未能准确区分出对地雷击。雷云对地放电的频繁和强烈程度，由地面落雷密度来表示是指每个雷电日每平方公里地面上的平均落雷次数实际上，值与年平均雷电日数DT有关一般，DT较大的地区，其值也较大。关于地面落雷密度与雷电日数的关系，我国标准推荐采用国际大电网会议CIGRE1980年提出的以下关系式中国农业大学成人毕业论文1214310230DGTN（11）式中为每年每平方公里地面落雷数DT为雷电日数；由此可以推得300230DT（12）根据式（12，对DT40的地区，按我国标准取值007。据统计，目前新疆首府乌鲁木齐雷电发
34、生日数呈上升趋势，每年高达3040天。第2章变电站的防雷设备21避雷针为免遭直击雷破坏，变电所一般设有独立避雷针和构架避雷针，有些峡谷地带变电所则采用避雷线保护。其结构均分为接闪器、引下线和接地体，防雷原理相同。为了防止反击，要求避雷针与被保护设备之间空中距离不小于5M，地中距离不小于3M。构架避雷针一般用于110KV及以上，且装设集中接地装置后与主地网连接。独立避雷针的保护范围对地面为15H（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。可中国农
35、业大学成人毕业论文1215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（0U50MV），按雷电先导的闪击距离公式SR1630U175，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。按防雷规范校核保护范围，一般110KV中等规模变电所采用35根，35KV变电所1根30M左右避雷针，以覆盖全所被保护区。微波塔也是一种独立避雷针。对于所内设有微波塔的，规程规定微波塔必须与通信室地网连接。通讯室和主控室地网一体，雷电流通过主控室地网泄
36、放。按前面分析，如果高压配电室、主控室、通讯室内保护、监控、计量表、RTU等接于相距较远的地网，且之间又有电的联系时，所内电子设备遭受的反击机率更大。避雷针的年雷击次数，可按经验公式N0015NK（L5H）（B5H）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室外终端变电所，母线构架55M高，受雷击概率为每年0000454次，而加根30M高避雷针后，则每年将受0027次雷击。如果一个变电所有4根针，每边相距50M，雷击概率则为0048次年。避雷针大大增加雷击概率，使得依附于一次设备的目前正在大量更新的保护、监控、
37、综自及通讯等微电子设备感受雷害的机率大大增加，损坏方式也多种多样，使电力生产带来很大的损失。22避雷器避雷器的作用是限制过电压以保护电气设备。为了防护感应雷和输电线路的雷电侵入波的危害，变电所采用了避雷器。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。221避雷器的种类从组合结构分；现在市场上的避雷器有几下几种1）间隙类；开放式间隙、密闭式间隙2）放电管类开放式放电管密封式放电管中国农业大学成人毕业论文12163）压敏电阻类单片、多片4）抑制二极管类5）压敏电阻/气体放电管组合类简单组合、复杂组合6）碳化硅类按照其保护性质
38、有可以分为开路式避雷器、短路式避雷器或开关型、限压型；按照工作状态（安装形式）又可分为并联避雷器和串联式避雷器。222各避雷器的特点1、开放式间隙避雷器间隙避雷器的工作原理基于电弧放电技术，当电极间的电压达到一定程度时，击穿空气电弧在电极上进行爬电。优点放电能力强，通流量大（可以达到100KA）漏电流小热稳定性好缺点残压高，反映时间慢，存在续流工艺特点由于金属电极在放电时承受较大电流，所以容易造成金属的升华，使放电腔内形成金属镀膜影响避雷器的启动和正常使用。放电电极的生产主要还是集中在国外一些避雷器生产企业，电极的主要成分是钨金属的合金。工程应用该种结构的避雷器主要应用在电源系统做B级避雷器使
39、用。但由于避雷器自身的原因容易引起火灾，避雷器动作后飞出）脱离配电盘等事故。根据型号的不同适合与各种配电制式。2、密闭式间隙避雷器现在国内市场有一种多层石墨间隙避雷器，这种避雷器主要利用的是多层间隙连续放电，每层放电间隙相互绝缘，这种叠层技术不仅解决了续流问题而且是逐层放电，无形中增大了产品自身的通流能力。优点放电电流大测试最大50KA（实际测量值）漏电流小无续流无电弧外泻热稳定性好缺点残压高，反映时间慢工艺特点石墨为主要材料，产品内采用全铜包被解决了避雷器在放电时的散热问题，不存在后续电流问题，最大的特点是没有电弧的产生，且残压与开放式间隙避雷器比较要低很多。工程应用该种避雷器应用在各种B、
40、C类场合，与开放式间隙比较不用考虑电弧问中国农业大学成人毕业论文1217题。根据型号的不同该种产品适合与各种配电制式。3、简单组合避雷器组合式避雷器典型结构是NPE结构形式，这种避雷器与单一结构的避雷器相比，综合了两种不同产品的优点，而减少了单一器件的缺点。优点通流量大反应时间快缺点残压相对较高工程应用仅在NPE制式使用的避雷器，适合电压波动率较大地区使用。4、复杂型组合式避雷器这种避雷器充分发挥各种元器件的优点，再结构上一般使用数量较多的压敏电阻和气体放电管。这种结构的避雷器一般具有较高的通流能力，且残压较低。行业内也称这种结构的避雷器为一体化避雷器。优点通流量大反映时间快残压低无续流热稳定
41、性好缺点无声音报警无计数器工艺特点一体化避雷器的电路结构紧凑，充分发挥了氧化锌电阻反映时间快的特点，有结合了气体放电管具有较高通流能力的优点。在电路上避雷器使用了较多的氧化锌电阻来提高整体避雷器的通流能力，用气体放电管作为备用放电通道。基于这种完善的电路结构使避雷器的使用寿命大大提高。5、碳化硅避雷器（阀式避雷器）碳化硅避雷器主要应用于高压电力防雷，目前仍是电力系统使用率较高的电力防雷产品。由于雷电侵入波主要对35KV以下系统危害较大，变电所着重对35KV和10KV线路入侵波进行防护。对35KV架空进线，一般是采用进线段12KM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
42、线均采用一组阀型或氧化锌避雷器进行防护。对310KV配电变压器，一般只规定了高压侧采用阀型避雷器的保护，对多雷区外送的Y/Y0连接的变压器的只规定了装设以防变波及低压侧雷电入侵波击穿变压器高压侧绝缘的避雷器。6、氧化锌避雷器氧化锌避雷器是目前国际最先进的过电压保护器。由于其核心元件采用氧化锌电阻片，与传统碳化硅避雷器相比，改善了避雷器的伏安特性，提高了过电压通流能力，从而带来避雷器具特征的根本变化。避雷器是电力系统中主要的防雷保护装置之一，只有正确地选择避雷器，方能发挥其应有的防雷保护作用。中国农业大学成人毕业论文1218优点无间隙通流容量大体积小重量轻结构简单运行维护方便使用寿命长23变电所
43、建筑物的防雷室外变电所的建筑物一般有高压室、主控室、通讯室以及部分附属住宅楼办公楼等。按建筑物防雷等级划分，变电所生产性建筑物一般被划分为第三类工业建筑。由于设计时一般将此类建筑物置于变电所避雷针保护范围，因此除通讯室按相关标准进行过防雷处理外，其它部分因不设屋面避雷针和避雷带，故均压带以及利用建筑物钢筋作分流线和组成法拉第笼屏蔽网等措施均未采用。对于防雷电波入侵，引入建筑物内的缆线等一般均通过与接地网连成一体的电缆沟支架和电缆竖井支架引入，且部分电缆作了两端屏蔽接地处理。因变电所建筑物未考虑直击雷泄流通路，其地网处理一般是与所内主接地网相连。虽然许多规程中分出了防雷地、交流地、直流地、保护地
44、、数据地，但是执行起来很不易，一是条件苛刻，场地狭小；二是所用设备规模不大，没有必要分得太清，于是造成了事实上的联合地网。现代研究认为，这种联合地网经济有效，并且可以解决各地网在内外过电压时产生的电位差，造成对耐受水平低的电子设备的反击。不过联合地网必须通过合理布置接地线和等电位处理技术及装置本身的电磁兼容防护来解决设备的安全问题。目前变电所的联合地网从主控室到高压室以及到室外高压配电装置，因为距离远、面积大，各种电子设备之间的联系复杂，地网各点电位不同易造成设备工作出错和损坏。其中影响最大的是高频电缆、长距离导引电缆、控制电缆，以及就地布置电子设备与主控制室之间的网络线等。建筑物内金属门窗、
45、玻璃幕墙、吊顶龙骨架、灯线、管线等，常常予以忽视，未作接地。还有二次回路使用的直流蓄电池作浮点运行（特别是旧式电池体积庞大），这些都是雷电二次效应的推波助澜者，是电子设备潜在的杀手。中国农业大学成人毕业论文1219第3章变电站的防雷区及系统设计原则变电所传统防雷措施对高压电气设备的防护是有效的，但对电子设备的防护并不恰当，为了适应智能化变电所的发展要求，必须在原定防雷措施基础上，更进一步进行防范。采取措施的原则是分区防护、三级过压保护、多重屏蔽、均衡电位、浮点电位牵制。根据1992年国际建筑物防雷会议上IEC/TC81中提出的防雷保护区的新概念，对变电的的防雷化分为三个区进行分级防护，根据设备
46、的敏感性和重要性进行加强屏蔽可以起到事半功倍的效果。雷击对变电所电子设备的危害主要表现在感应过电压，侵入波过电压、地电位反击，雷电二次效应等。电子设备的防雷保护重点是感应雷。中国农业大学成人毕业论文1220对变电所电子设备的防雷应分区分级防护，引雷、分流、散流、屏蔽、均压、隔离、限幅、嵌位、滤波相结合，充分利用当代先进技术，根据电子设备工作特点选用低压避雷器，如高频避雷器、数据避雷器、放电管、硅瞬变二极管、瞬态过电压保护器、组合式避雷器等，将整个系统的雷电防护看成是一个系统工程，综合考虑，全方位保护，将雷害事故和干扰减少到最低程度。变电所的防雷设计总的原则应做到选型设备先进,保护系统灵敏、安全
47、、可靠,设备维护方便。针对雷电侵害的3种形式,进行变电所的防雷设计,其中防直击雷和雷电波侵入是主要任务。31第一级防护区的处理措施第一级防护区为全所范围内的高压设备部分和高压线路的进线段保护范围。主要措施为独立避雷针、构架避雷针、架空避雷线、高压避雷器、设备引下线、主接地网和微波塔及其接地。其主要任务为引雷、泄流、限幅、均压，完成基本的防雷功能。由于避雷针的采用增加了雷击概率，感应雷对电子设备的危害机率增加。为了减轻雷击感应幅射，有些工程采用了带屏蔽作用的引下线，有的采用多条引下线分流，这些措施均可起到一定作用。另外有些变电所以前选用了导体消雷器、半导体消雷器、少长针消雷器等多种类型的无源消雷
48、器。其评价褒贬不一，不过有一个不争的事实消雷器的保护范围至少与同等高度避雷针一样。对于消雷器的运行，只要其接地满足防雷规范要求，空间和地中安全距离以及保护范围满足规程要求，就应当继续使用作好观察记录。如能够消雷或部分消雷，都将会对电子设备有益。一级防过电压区防护措施1对主接地网的接地电阻、接地网之间的连通、设备的接地引下线进行大电流测试；2逐级分别泄流，微波塔加装独立接地体，独立接地体的接地电阻小于5，如果微波塔或独立避雷针与主接地相接，微波塔与主接地网的连接点距35KV及以下设备与主地网的连接点的距离大于15M，以使其在遭雷击时主要通过自身的接地极泄放雷电流，尽量少地波及到其它设备；3均匀地
49、网系统电压，各个设备区之间建立良好的等电位接地，各设备区之间连接良好，主控室的低压控制部分加装均压带，使各点的接地为等电位。防护位置据IEC1312雷电电磁脉冲的防护中的雷电保护区域的划分原则。避雷器的安装位置应在不同保护区的交界处,对于此网络即第一级防护应设在交流母线中国农业大学成人毕业论文1221处。在两根母线上各加装一个同型号的B级三相电源避雷器。安装位置交流母线机柜内。32第二级防护区的处理措施第二级防护区包括进出变电所管线、二次电缆、端子箱、所用电系统及微波天馈线。其主要任务是防感应雷过电压和侵入波过电压的传递，以及危险电位内引外送。二级防过电压区防护措施1加强屏蔽，将进入变电站的电缆线全部使用屏蔽电缆，并将屏蔽层可靠接地；2对低压电源限制，对低压供电电源加装金属氧化锌避雷器或加装电源电压瞬变抑制器，限制电源电压的抬高，加装隔离变压器；3将微波馈线的屏蔽与微波塔实现两点以上相接。对于较为重要的交流馈线上的设备,此处为直流充电屏,加装C级三相电源避雷器。由于直流充电屏是两路交流供电,所以在直流充电屏处加装两个同型号的C级三相电源避雷器。安装位置空气开关机柜内。321进出所管线的处理进出所管线包括水管、煤气管、热力管、电源线、纵联保护导引线、信息传输线等。进所金属管类均应直埋进所，并与地网分几处连接，且宜在进所前经绝
