變電站的防雷保護研究

1、鄭州華信學院結(jié)課論文題目： 變電站的防雷保護研究 姓 名： 院 （系）： 機電工程學院 專業(yè)班級： 11級電氣工程1班 學 號： 1102120108 指導教師： 孫明慧 成 績： 時間： 2014 年 6 月 14 日目 錄摘要11 緒論21.1 課題研究的重要意義21.2 國內(nèi)外防雷保護發(fā)展及研究現(xiàn)狀32 雷電入侵的途徑62.1 電力線是雷電入侵電子設(shè)備的重要渠道62.2 雷電近點電力線的侵入72.3 錯相位雷害72.4雷電作用下，建筑物內(nèi)感應(yīng)雷害82.5雷電作用下的二次效應(yīng)-雷電高壓反擊雷82.6由雷擊引起的人身安全問題83 變電所設(shè)計原則93.1 一切為客戶著想原則93.2 可靠性原則

2、93.3 先進性原則93.4 實用性原則93.5開放性，可擴充、可維護性原則103.6 經(jīng)濟性原則104 變電所防雷的具體措施104.1 變電所裝設(shè)避雷針對直擊雷進行防護104.2 變電所的進線防護114.3變電站對侵入波的防護114.4變壓器的防護154.5 變電所的防雷接地16總結(jié)16參考文獻1718摘要 變電站是電力系統(tǒng)重要組成部分，是電網(wǎng)傳輸電能的核心。一旦變電站遭受雷擊，可能直接會造成電網(wǎng)的瓦解，城市大面積停電，給社會的安全和諧穩(wěn)定帶來極大的負面影響。因此，要求變電站必須配置安全可靠的防雷保護。  本文針對變電站防雷系統(tǒng)設(shè)計進行研究，提出并解決一些相關(guān)問

3、題，主要內(nèi)容包括變電站直擊雷防護、感應(yīng)雷防護、變配電設(shè)備的防護、變電站電源系統(tǒng)防雷保護及避雷器的選用、變電所弱電系統(tǒng)防雷保護、SPD的安裝方法、綜合自動化變電站二次系統(tǒng)防雷措施、電解離子接地系統(tǒng)在變電站接地網(wǎng)改造中的設(shè)計計算、二次系統(tǒng)的防護、建筑物的防護、接地技術(shù)等，如何應(yīng)用在工程中以及在應(yīng)用中需要注意哪些事項。 關(guān)鍵詞：變電站；雷電波；防雷保護1 緒論 1.1 課題研究的重要意義雷電災(zāi)害是十種最嚴重的災(zāi)害之一。全球每天約發(fā)生800萬次雷電，每年因雷擊造成的人員傷亡、財產(chǎn)損失不計其數(shù)。據(jù)美國國家雷電安全研究所關(guān)于雷電造成的經(jīng)濟損失影響的一份調(diào)查報告表明，美國每年因雷擊造成的

4、損失約5060億美元，每年因雷擊造成的火災(zāi)3萬多起，50野外火災(zāi)與雷電有關(guān)；30%的電力事故與雷電有關(guān)；45石油產(chǎn)品儲存和儲藏罐事故是由雷擊引起的；由于雷電和操作過電壓造成電力裝置的損失約占80% 。據(jù)德國一家重要的電子保險公司1996年到1997年對8722件案例損壞原因的分析，雷電浪涌造成的理賠1996年占26.6%，1997年占31.68%。 我國是雷電活動十分頻繁的國家，全國有21個省會城市雷暴日都在50天以上，最多可達134天。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每年因雷擊造成人員傷亡達30004000人，損失財產(chǎn)50100億元人民幣。近年來，隨著社會經(jīng)濟發(fā)展和現(xiàn)代化水平的提高，特

5、別是信息技術(shù)的快速發(fā)展，雷電災(zāi)害程度和造成的經(jīng)濟損失及社會影響也越來越大。如1990年7月30日鄭州、三門峽微波干線大溝口微波站因雷擊而損壞38塊盤，損失十分嚴重。據(jù)廣東省統(tǒng)計，在19961999年的四年間，全省發(fā)生雷擊事故6143起，傷亡699人，直接經(jīng)濟損失達15億元。在1998和1999年的兩年中，全國造成直接經(jīng)濟損失在百萬元以上的雷電災(zāi)害就有38起。 雷電也是一直危害電力系統(tǒng)安全可靠運行的重要因素之一。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，避雷器制造水平的提高以及金屬氧化物避雷器的推廣使用，使變電站一次高壓部分的雷電過電壓的保護得到了保證。但另一方面，隨著電力系統(tǒng)自動化程度的提高，以微電子為主

6、要元件的控制、保護、信號、通信、監(jiān)控等設(shè)備得到普遍應(yīng)用，在一些大型發(fā)變電站中，即使在采樣和計量系統(tǒng)中也普遍采用。由于常規(guī)電磁保護的裝置單元多為單元件的電阻、電感和電容等，耐熱容量大，對尖峰脈沖的耐受能力也比較強，所以能承受高能的雷電暫態(tài)沖擊，而對于運行電壓只有幾伏，信號電流只有微安級的這些電子設(shè)備來說，就不一定經(jīng)受的住。電氣和電子技術(shù)是現(xiàn)代物質(zhì)文明的基礎(chǔ)，雖然其迅猛發(fā)展促進了生產(chǎn)力的發(fā)展，加速了社會繁榮與進步的進程，但同時也帶來了麻煩問題:一方面，電氣和電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用造成了嚴重的環(huán)境電磁噪聲干擾；另一方面，電子技術(shù)正向高頻率、高速度、微型化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向發(fā)展，電磁干擾、特別是雷電干擾

7、對這些備和系統(tǒng)的影響越來越突出，對這些設(shè)備造成的損壞事故的發(fā)生率逐年增高。電子信息系統(tǒng)受損后，除直接損失外，間接損失往往很難估量，這是90年代以來雷電災(zāi)害最顯著的特征。1.2 國內(nèi)外防雷保護發(fā)展及研究現(xiàn)狀19世紀7080年代是電力網(wǎng)發(fā)展的初期階段，幾乎無任何過電壓保護裝置。80年代末期，在電力網(wǎng)中才采用了電話的保護裝置-導雷器，實際就是保護間隙串聯(lián)一個熔斷器，或只裝間隙。后來在20世紀30年代初，發(fā)展成去游離避雷器，即由纖維管制成的管型避雷器，可以說，現(xiàn)代避雷器、MOA SPD的“老祖母”是在電報、電話上首先應(yīng)用的。由于電力系統(tǒng)迅速發(fā)展，它才在高電壓電力系統(tǒng)上不斷發(fā)展和完善?，F(xiàn)在20

8、多萬元一組(5m多高)500kV的MOA，正在制造即將安裝運行的30萬元一組的750kV(高8m左右)MOA，以及保護電子回路的各型SPD都是它的后代。 19世紀90年代初期，E. Tomson制出了磁吹間隙，用來保護直流電力設(shè)備，可以說，這是現(xiàn)代磁吹避雷器的前身。20世紀初，開始注意限制工頻續(xù)流問題。1901年德國制成用串聯(lián)線性電阻限流的角形間隙，這是現(xiàn)代閥型避雷器的前身。上述保護裝置，實際上主要是用來防止感應(yīng)雷造成的事故。如果是直擊雷，或是擊于線路上的近區(qū)雷擊，電氣設(shè)備多數(shù)還會被擊毀。值得注意的是，近年德國一公司自稱造出吸收能量最大的MOA過電壓保護器（多數(shù)是40kA6

9、0kA ），而且可通過10/350µs長波通流試驗，其特點就是MOA串聯(lián)一個磁吹角型間隙，其基本原理是早已有之的。因為它與避雷器的IEC所用8/20µs波形不符，目前國際上除德國外，很少應(yīng)用。美國近年來只采用幾百安和最大1.5kA，10/350µs波形，那是防感應(yīng)雷的標準，美國軍隊電子計算機等信號回路的電纜進線，其保護器試驗波形曾采用10/1000µs波形。 1908年瑞士Moscick提出利用高壓電容器作防雷元件的方案，通常是與電抗線圈配合使用，構(gòu)成防雷吸波器。30年代初，前蘇聯(lián)莫斯科電力系統(tǒng)曾用電感線圈保護幾個33kV變電所，但因

10、閥型避雷器裝于電感線圈外側(cè)，電感與變壓器入口電容諧振，使變壓器損壞，可惜未很好總結(jié)經(jīng)驗，后來多數(shù)電感元件沒有繼續(xù)使用。只是到了60年代，波蘭才在35110kV變電所，利用裝于進線入口的電感元件取得良好的防雷效果(閥型避雷器裝于變壓器與電感元件之間，防止了L-C諧振)。直到現(xiàn)在，電容電感元件還是我國和國外保護旋轉(zhuǎn)電機的有效保護裝置。 1907年在美國出現(xiàn)了鋁電解避雷器，它曾用于100kV高壓電網(wǎng)。1922年美國西屋公司（WH）制出了自動閥型避雷器。1929年美國通用電力公司（GE）制出契得特閥型避雷器，使系統(tǒng)雷擊損壞率下降，包括它的危害程度，但因工程規(guī)模小而未引人注目。例如，Singe

11、r.Holmyard，Hall& Williams主編著名的科技著“A History of Technology ”， “Oxford At the Clearendon Press”，以及國內(nèi)電工史專著，對于電工發(fā)展前期的防雷也是或不涉及，或語焉不詳。從避雷針到出現(xiàn)簡單間隙、電容、線圈，經(jīng)過了漫長的158年，到制出原始型避雷器，又經(jīng)過了10年。這絕非因為人類智慧貧困，而是電力工業(yè)的發(fā)展，才有了防雷的需要。直到出現(xiàn)幾千萬和上億千瓦的聯(lián)合電力系統(tǒng)(如華北500kV網(wǎng)架連接的系統(tǒng)裝機容量已

12、近4000萬千瓦，與華東、東北聯(lián)網(wǎng)后超過1億千瓦)，其一次雷擊足以導致大面積的災(zāi)難，如美國有名的雷擊35kV線路引起的紐約大停電和芝加哥大停電，才迫使人們利用幾千萬元的高壓試驗設(shè)備進行不斷的研究，使防雷系統(tǒng)日臻完善。與此相似，正是由于早期室內(nèi)只有電燈和馬達這類電器，其防雷要求不高，建筑物獨特之處不多。近年電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，而且多數(shù)裝在戶內(nèi)，才使防雷逐漸引起人們的重視，其防雷理論和防雷手段才與日俱增。對變電站的防雷保護的研究最早是從電磁兼容角度出發(fā)的，上世紀60年代美國電力工程技術(shù)人員對變電站的電磁干擾問題主要從電子電路到電纜的電磁干擾禍合過程進行研究，其成果后來形成了美國國家標準協(xié)會（ANS

13、I-American National Standards Institute）的ANSI C37.90標準的一部分。1978年美國電力科學研究啟動了編號為RP1359的研究項目，建立了一套新的變電站開關(guān)柜的電磁干擾進行了研究。全部工作歷時十余年，分為兩個階段完成。 第一階段的研究工作于1983年結(jié)束，并提出了研究報告。該報告介紹了測量系統(tǒng)的研制、變電站電磁環(huán)境的測量和數(shù)據(jù)分析方法以及初步結(jié)果，其中的測量數(shù)據(jù)包括一個345kV變電站、一個500kV變電站的實測結(jié)果和一個高壓實驗室的模擬測量結(jié)果?；诖隧椆ぷ?，發(fā)表了一系列的論文。文獻介紹了瞬態(tài)測

14、量系統(tǒng)的組成及其技術(shù)指標，描述了在一個115kV變電站進行的實際測量工作，給出了典型的電雷電干擾波形。文獻論述了通過模擬變電站的雷電瞬態(tài)干擾對二次設(shè)備進行抗擾度測試的問題，比較了時域和頻域測試的特點，給出了在變電站實測的典型雷電干擾波形，總結(jié)了高壓實驗室模擬測試的優(yōu)缺點。文獻提出了一種分析變電站雷電瞬態(tài)電磁干擾問題的時域模型，利用斜坡函數(shù)對時域雷電干擾波形進行分解，并計算空間的時域電場和磁場，將預(yù)測分析的結(jié)果與實測數(shù)據(jù)做了對比。 第二階段的研究工作從1986年至1993年。測量工作涉及7個空氣絕緣變電站和2個氣體絕緣變電站，共組織了13次集中現(xiàn)場測試，測得近800多次事件的3000多

15、個雷電電磁干擾波形，數(shù)據(jù)量約500MB?；诖隧椆ぷ鳎岢隽送暾难芯繄蟾?，發(fā)表了一系列的論文。文獻介紹了變電站的瞬態(tài)電磁場的測量工作，總結(jié)了微脈沖的特點，給出了部分測量結(jié)果，并對不同頻率和不同場強產(chǎn)生的原因進行了定性分析。文獻給出了變電站雷電產(chǎn)生的瞬態(tài)電磁干擾對幾種變電站電纜和內(nèi)部電纜線影響的測量結(jié)果，介紹了通過CT的場禍合和直接禍合的模型。將預(yù)測分析的結(jié)果與實測數(shù)據(jù)進行了對比。文獻總結(jié)了變電站瞬態(tài)電磁干擾的建模方法和測量技術(shù)，并將預(yù)測分析的結(jié)果與實測數(shù)據(jù)進行了對比。分析比較了開關(guān)操作、雷擊和故障二種瞬態(tài)電磁干擾波形的特點，少與現(xiàn)有抗擾度試驗標準中的限值進行了對比。但是上述工作并未對二次設(shè)備

16、所處的電磁環(huán)境進行研究。 在分析雷擊效應(yīng)和對GIS變電站的瞬態(tài)電磁干擾研究方面，瑞士科學家的工作較為突出，瑞士洛桑聯(lián)邦土業(yè)大學的M.Ianoz教授在文獻中介紹了分析雷擊效應(yīng)的建模方法，以及分析GIS變電站和AIS變電站電磁干擾問題時建模的考慮因素。J.Meppelink在文獻中對GIS變電站內(nèi)、外過電壓現(xiàn)象作了概述，提出了利用球形電場傳感器測量實際GIS外殼過電壓的方法，給出了部分實測結(jié)果。ABB公司的P.Knapp在文獻劉中介紹了對工業(yè)設(shè)備電磁兼容性的技術(shù)要求，提出把電磁干擾問題按界面劃分處理的方法。 其他國家的研究工作也各具特色。德國的W.A.Heib在文獻中介紹了針對

17、一座GIS變電站開關(guān)操作產(chǎn)生的雷電干擾所采取的屏蔽設(shè)計工程，并給出了屏蔽效能的部分實測結(jié)果。南非的P. H. Pertorus在文獻中給出了在132kV，275kV和400kV二個電壓等級的變電站測量的雷電瞬態(tài)電磁干擾的初步結(jié)果。英國的C. S.Barrack在文獻中對現(xiàn)有變電站瞬態(tài)電磁干擾測量方法進行了綜述，特別是對不同測量系統(tǒng)的特性進行了分析比較。日本和意大利等國科學家也在該領(lǐng)域開展了研究工作。 我國的廣播、郵電、交通、船舶、航大和軍工等行業(yè)在電磁兼容研究方面起步較早，結(jié)合各自的行業(yè)特點開展了許多很有成效的研究工作。20世紀80年代，隨著基于微電子技

18、術(shù)的繼電保護裝置的應(yīng)用與推廣，變電站的電磁兼容問題在電力部門開始得到關(guān)注。由于歐共體從1996年1月1口起執(zhí)行“89/336/EEC!電磁兼容性指令”，使得我國各行業(yè)加大了對電磁兼容問題的研究力度。改革開放以來我國電力工業(yè)迅猛發(fā)展的趨勢也迫切要求盡快解決電力系統(tǒng)的電磁兼容問題。在此背景下，國家電力公司所屬的中國電力科學研究院、南京自動化研究院、武漢高壓研究所和華北電力大學等單位，以及四方公司、清華大學和武漢大學等單位相繼開展了有關(guān)的研究工作。其中，中國電力科學研究院對高壓線路的電磁環(huán)境進行了深入研究巨，還組織出版了發(fā)電廠和變電站電磁兼容導則。清華大學則針對電力線路干擾臨近通信線路或金屬管線的問

19、題在數(shù)學建模和計算方法方面開展了深入研究。南京自動化研究院和四方公司的研究工作則主要側(cè)重在二次弱電設(shè)備的抗干擾問題研究方面。 由于我國在建的變電站在電壓等級和主接線結(jié)構(gòu)等方面的技術(shù)特點與國外不同，因此，國外的測量與分析結(jié)果僅能作為參考。要想搞清我國變電站雷電瞬態(tài)電磁環(huán)境的實際情況，必須進行獨立的測量和分析工作。2 雷電入侵的途徑2.1 電力線是雷電入侵電子設(shè)備的重要渠道我國電力線輸電方式是由發(fā)電廠通過升壓變壓器升壓后，輸電至低壓變壓器，經(jīng)低壓變壓器的輸出給用戶。由于我國的電壓基本波形是每秒50Hz的正弦波形曲線，在電力線上形成每秒50次的交變磁場。如遇雷害發(fā)生時，在雷電未擊穿大氣時，

20、將呈現(xiàn)出高壓電場形式。根據(jù)電學基本原理，磁場與電場之間是相互共存可逆變化的，那么，雷擊高壓電場通過靜電吸收原理，向大地方向運動。假設(shè)電力線桿有5米高，那么在相對濕度25時，要擊穿5米空氣，需要15×106V雷擊高壓（3000V/mm）。如果在相對濕度95時（下雨時），擊穿5米空氣需要5×106V雷擊高壓（1000V/mm）。電力線上的交變磁場對雷云的吸引小于大地的靜電吸引。如果，雷云擊穿5米空氣入地，需要很高的電壓，雷電首先擊在電力線上，并從電力線的負載保護地線入地釋放，這樣就擊穿了設(shè)備。在高壓線上的表現(xiàn)為擊穿變壓器的絕緣，在變壓器低壓端與負載的連線上遭雷擊，損失的是用電器

21、。由于變壓器低壓輸出端是三條相線，做一條地線，當作零地合一線，變成三相四線制零地合一方式給用電器供電，雷電擊在火線與大地放電，就等于火線與零線放電通過電力線直接擊穿用電器的電子元件。一般電子設(shè)備線與外殼的耐壓為每分鐘VAC1500V，火線與零線耐壓為工業(yè)級Vdc550650V，這么低的耐壓一旦遭受遠點雷擊，必將擊壞用電器。為此，在選擇防雷器時，首先考慮遠點雷擊。 2.2 雷電近點電力線的侵入 所謂雷電近點襲擊電力線，實際上是雷電襲擊用電器所在的建筑物避雷針，從而引起的雷電電磁脈沖的保護問題。雷電打在建筑物避雷裝置上，按照GB5005794建筑物防雷設(shè)計規(guī)范規(guī)定，定義大樓接閃

22、電能力為波形10´350mS三角波，雷擊電流為150KA。避雷針引下線由于線路電感的作用，IEC1312定義最多只能將50的電流引入大地。100余米高的大樓它的引下線電感為155mH左右（1.55mH/米），IEC1312定義電感大于37.5mH，則發(fā)生測閃雷擊，也就是說，10´350mS直擊雷引下線只能引下50%的電流，余下的電流將通過電力線屏蔽槽、水管、暖氣管、金屬門窗等與地面有連接的金屬物質(zhì)聯(lián)合引雷，但也只引下少部分雷電流，余下總電流的25在大樓流竄至輸入輸出負載的電源線、局域網(wǎng)線等，擊穿用電設(shè)備最終由邏輯地線處下泄入地。對設(shè)備而言，部分雷電流將由輸入電源線對交流地線

23、進行LPE、NPE泄放，輸出饋線LPE（邏輯地）、NPE泄放，局域網(wǎng)線對邏輯地線等進行泄放。最終結(jié)果，將擊穿進線柜輸出對地線和輸入對地線端、網(wǎng)口對邏輯地線。為此，必須對進線柜輸入輸出火線零線對交流地和直流邏輯地進行保護，必須對進線柜、保護柜及其它重要終端進行等電位保護，只有堵死一切雷電導入的端口，才能有效的保護設(shè)備免受雷電的侵害。2.3 錯相位雷害美國空軍電磁兼容手冊中，描述雷電發(fā)生時用肉眼可識別閃電為一組雷擊，每次不少于26個雷，它有大小和發(fā)生先后的區(qū)別，如果一個高能量雷打在一條火線上，而另一個低能量雷打在另一條火線上，線線之間就會產(chǎn)生一個電壓差，侵入設(shè)備。這種侵害設(shè)備的現(xiàn)象，稱錯相位雷擊，

24、又稱雷電的二次破壞，對三相進線柜而言，它的輸入和輸出端，應(yīng)安裝線與線之間的保護，才能更全面更立體的保護用電設(shè)備。小結(jié)：堵死雷電由電力線入侵電力電子設(shè)備，應(yīng)該從遠點雷擊、近點雷擊和錯相位雷擊三種雷擊現(xiàn)象入手，實施全方位的保護，才能在發(fā)生雷擊時，有效的保護設(shè)備。2.4雷電作用下，建筑物內(nèi)感應(yīng)雷害 雷電擊在建筑物避雷針上，由避雷針通過引下線，將雷電流泄放大地，引下線自上而下產(chǎn)生一個變化旋轉(zhuǎn)快速運動磁場，建筑物內(nèi)的電源線、網(wǎng)絡(luò)線等相對切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)高壓并沿線路傳輸擊毀設(shè)備。2.5雷電作用下的二次效應(yīng)-雷電高壓反擊雷 雷電襲擊建筑物避雷針，由引下線將雷電流引入大地，由于大地電阻

25、的存在，雷電電荷不能快速全部的與大地負電荷中和，必然引起局部地電位升高，交流配電地和直流邏輯地將這種高電位引入機房，電源柜輸出、輸入端被擊穿，保護柜及其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接斷口被擊穿。這種反擊電壓少則數(shù)千伏，多則數(shù)萬伏，直接燒壞用電器的絕緣部分。2.6由雷擊引起的人身安全問題 雷電泄放大地，由于地電阻較大，不能馬上泄放，從而引起地電位升高，由于機房直流邏輯地線和交流配電保護地線不在一點入地，將兩個電位值引入電站，這時，一個操作人員的一只手摸在直流輸出負載外殼上（如繼保柜），而另一只手（或身體）摸在交流配電地線上（如空調(diào)），兩個電位值將通過操作人員的身體短路，造成操作人員傷亡。美國1996年

26、為此而死亡198人，廣東省1997年在報導雷擊死亡的170人中，有相當一部分是為此而傷亡的。所以防雷保護設(shè)備的確很重要，但是保護人身安全更重要。3 變電所設(shè)計原則 3.1 一切為客戶著想原則 無論是多大或多小的系統(tǒng)防護工程，都應(yīng)以一切為用戶著想的原則做事，以用戶需求作為準繩, 本著務(wù)實, 不追求豪華的思想, 但又具擴展性, 通過相互間誠懇的交流, 協(xié)助用戶, 使其需求最終達到盡善盡美。3.2 可靠性原則 設(shè)計系統(tǒng)防雷保護工程應(yīng)最先考慮的問題就是可靠性。在工程的設(shè)計中不一定要求最先進，但一定要用最成熟可靠的

27、產(chǎn)品和技術(shù)，有些新技術(shù)確實在某些方面有優(yōu)勢，但還需用更多的時間去考驗，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的防雷保護中盡選擇被廣泛應(yīng)用和證實的可靠產(chǎn)品和技術(shù)。 提高系統(tǒng)可靠性的方法很多,一般的做法如下:  （1）選用備份回路，出現(xiàn)故障時能夠迅速恢復(fù)并有適當?shù)膽?yīng)急措施。 （2）采用熱插拔功能，故障處理無須停機。（3）采用聲光報警功能。3.3 先進性原則  采用當今國內(nèi)、國際上最先進和成熟的技術(shù),使新建立的系統(tǒng)能夠最大限度地適應(yīng)今后技術(shù)發(fā)展變化和業(yè)務(wù)發(fā)展變化的需要,從目前國內(nèi)發(fā)展來看,系統(tǒng)總體設(shè)計的先進性原則主要體現(xiàn)在以下幾個方面：  （1）&

28、#160;采用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)當是先進的、開放的體系結(jié)構(gòu)。 （2）采用的技術(shù)應(yīng)當是先進的,可擴充的，能滿足今后日益擴充的需要。3.4 實用性原則  本著一切從用戶實際角度出發(fā)，配置防雷保護系統(tǒng)不是給用戶花錢，而是在保護用戶的投資，保證電站系統(tǒng)的正確運行；實用性就是能夠最大限度地滿足實際工作要，從實際應(yīng)用的角度來看,這個性能更加重要。3.5開放性，可擴充、可維護性原則  防雷保護技術(shù)是不斷發(fā)展變化的，為了保證用戶的投資，所選產(chǎn)品必須符合國際標準及流行的工業(yè)標準。這樣才能對電站的未來發(fā)展提供保證。3.6 經(jīng)濟性原則  整個防雷保護的

29、建設(shè)要堅持實用為主，根據(jù)投資的強度選擇有實用價值，在滿足系統(tǒng)需求的前提下,應(yīng)盡可能選用性能價格最好，可靠性高,可維護性好的產(chǎn)品，選用性能價格比高的設(shè)備,盡快投入使用,并使整個系統(tǒng)能安全可靠地運行，以便節(jié)省投資,以最低成本來完成計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)防雷保護的建設(shè)。4 變電所防雷的具體措施4.1 變電所裝設(shè)避雷針對直擊雷進行防護架設(shè)避雷針是一般變電所防直擊雷的常用保護措施,避雷針是防護電氣設(shè)備、建筑物不受直接雷擊的雷電接收器,其作用是把雷電吸引到避雷針身上并安全地將雷電流引入大地中,從而起到保護設(shè)備效果。變電所裝設(shè)避雷針時應(yīng)使所有設(shè)備都處于避雷針保護范圍之內(nèi),此外,還應(yīng)采取措施,防止雷擊避雷針時的反擊事

30、故。對于35 kV變電所,保護室外設(shè)備及架構(gòu)安全,必須裝有獨立的避雷針。獨立避雷針及其接地裝置與被保護建筑物及電纜等金屬物之間的距離不應(yīng)小于五米, 主接地網(wǎng)與獨立避雷針的地下距離不能小于三米,獨立避雷針的獨立接地裝置的引下線接地電阻不可大于10,并需滿足不發(fā)生反擊事故的要求;對于110kV及以上的變電所,裝設(shè)避雷針是直擊雷防護的主要措施。由于此類電壓等級配電裝置的絕緣水平較高,可將避雷針直接裝設(shè)在配電裝置的架構(gòu)上,于此同時避雷針與主接地網(wǎng)的地下連接點,沿接地體的長度應(yīng)該大于十五米。因此,雷擊避雷針所產(chǎn)生的高電位不會造成對電氣設(shè)備的反擊事故。避雷針由金屬制成，其保護原理是當雷云放電時使地面電場畸

31、變,在避雷針的頂端形成局部場強集中的空間以影響雷電先導放電的發(fā)展方向，使雷電對避雷針放電,再經(jīng)過接地裝置將雷電流引入大地，從而使被保護物體免受雷擊。 避雷針的設(shè)計一般有以下幾種類型： (1) 單支避雷針的保護； (2) 兩針避雷針的保護； (3) 多支避雷針的保護。 變電站直擊雷保護的基本原則：一是獨立避雷針（線）與被保護物之間應(yīng)有一定的距離，以免雷擊針（線）時造成反擊。二是獨立雷針的接地裝置與被保護物之間也應(yīng)保持一定的距離Sd 以免擊穿，在一般情況下，SK 不應(yīng)小于3m。有時由于布置上的困難Sd 無法保證，此時可將兩個接地裝置相聯(lián)，但為了避免設(shè)備反擊，該聯(lián)接點到35kV 及以下設(shè)備的接地線入

32、地點，沿接地體的地中距離應(yīng)大于15m，因為當沖擊波沿地埋線流動15m 后，在500·m 時，幅值可衰減到原來的22%左右，一般不會引起事故。 避雷器是一種過電壓限制器，它實質(zhì)上是過電壓能量的接受器，它與被保護設(shè)備并聯(lián)運行，當作用電壓超過一定的幅值以后避雷器總是先動作，泄放大量能量,限制過電壓,保護電氣設(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(正常運行時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)流電弧時的最大工頻作用電壓)選擇。 4.2 變電所的進線防護要限制流經(jīng)避雷器的雷電電流幅值和雷電波的陂度就必須對

33、變電所進行進線的實施保護。當導電線路上出現(xiàn)過電壓的情況時,將有行波導線向變電所運動,起幅值為線路絕緣的50%，它會沖擊閃絡(luò)電壓,線路的沖擊耐壓比變電所設(shè)備的沖擊耐壓要高出許多倍。因此,我們要在接近變電所的進在線上加裝避雷線是防雷保護的主要保護措施。例如不架設(shè)避雷線等等,當遭受到雷擊時,勢必會對線路造成破壞。4.3變電站對侵入波的防護因為雷擊線路機會比雷擊變電站多，所以沿線路侵入變電站的雷電過電壓行波是很常見的。又因為線路的絕緣水平要比變壓器或其它設(shè)備的沖擊試驗電壓高許多，所以變電站對行波的保護十分重要。雷電侵入波保護是利用避雷器以及與避雷器相配合的進線段保護 。 (1)常用避雷器的特點： 保護

34、間隙：保護間隙構(gòu)造簡單，維護方便，但其自行滅弧能力較差。在正常情況下，保護間隙對地是絕緣的，并且絕緣強度低于所保護線路的絕緣水平，因此，當線路遭到雷擊時，保護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，從而起到保護線路和電氣設(shè)備的作用?？蓪⒈Ｗo間隙配合自動重合閘使用。 管型避雷器：管型避雷器實際是一種具有較高熄弧能力的保護間隙，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；管型避雷器動作后工作母線直接接地形成截波，對變壓器縱絕緣不利。目前只用于線路保護。 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，其阻值又很小，

35、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，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，雷電流便迅速進入大地，從而防止雷電波的侵入。當過電壓消失之后，非線性電阻阻值很大，間隙又恢復(fù)為斷路狀態(tài)。隨時準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性能的避雷器。利用ZnO閥片良好的非線性伏安特性，使在正常工作電壓時流過避雷器的電流極?。ㄎ不蚝涟布墸?；當過電壓作用時，電阻急劇下降，泄放過電壓的能量，達到保護的效果。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

36、泄流和開斷的作用。 (2)變電站入侵波保護方案設(shè)計 牽引變電站以其的特殊性，對于防雷保護的要求更高，并且可以以更高的預(yù)算來保護變電站。因此本次設(shè)計中，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在變電站每組母線上設(shè)避雷器； 2在變壓器附近及變壓器中性點各增設(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)置一臺避雷器； 335KV及以上電纜進線段，在電纜與架空線的連接處應(yīng)裝設(shè)避雷器； 4SF6全封閉電器的架空線路側(cè)必須裝設(shè)避雷器。 (3)二次設(shè)備過電壓防雷保護的必要性 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17。例如：電磁型

37、繼電器的摧毀能量為0.1J，而現(xiàn)在普遍使用的微機保護摧毀能量僅為0.001J。隨著變電站綜合自動化繼電保護微機化改造，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措施，這些脆弱的控制自動化設(shè)備就無法正常工作，甚至成為電力系統(tǒng)的安全隱患。 (4)變電站二次系統(tǒng)防雷保護原則 現(xiàn)時變電站所采用的外部防雷措施是有效的，它們保護一次設(shè)備免受直接雷擊。但是單憑這些外部避雷設(shè)施，還遠不足以消除間接雷電或一次設(shè)備事故、操作對二次設(shè)備及微電子設(shè)備的危險影響，因此，變電站必須有一個完整的一、二次防雷防電磁沖擊的保護網(wǎng)。 (5)設(shè)備防雷保護的設(shè)計思想 根據(jù)這一原則，為變電站內(nèi)二次設(shè)備和電子設(shè)備創(chuàng)造一個良好的電磁

38、環(huán)境，同時也是變電站運行人員人身安全的保爐。通過安裝在低壓配電線路和信號線路上的電涌保護器（SPD），把能量較大的雷電流在納秒級的時間內(nèi)泄放入大地，使自動化系統(tǒng)通信和配電設(shè)備免受沖擊18。IEC061312雷電電磁脈沖的防護及GB500571994建筑物防雷設(shè)計規(guī)范提出和規(guī)定了系統(tǒng)防護的概念和方法。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)從以建筑物為保護重點，發(fā)展到以電子信息系統(tǒng)為保護核心；強調(diào)綜合冶理、整體防御、分級泄流、層層設(shè)防的思路，把防雷看成一個系統(tǒng)工程19。 （6)變電站二次設(shè)備防雷保護的設(shè)計原則 經(jīng)過國內(nèi)外專家學者大量的研究和試驗工作，國際電工委員會（IEC）、

39、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準，將建筑物防雷分為三類。 建筑物防雷分類一覽表：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、接地四項技術(shù)加之有效的防雷設(shè)備的綜合。變電站外部防雷設(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、電源進線、通信信號線、網(wǎng)絡(luò)線進入建筑物內(nèi)部。 變電站二次設(shè)備防雷保護設(shè)計遵循以下原則： 1根據(jù)GB500571994建筑物防雷設(shè)計規(guī)范要求，建筑物配電入戶處加裝波形為10/2s/350s的電涌保護器。表1中的數(shù)據(jù)說明，低壓配電第一級防雷保護所選用的電涌保護器必須能承受真是雷電

40、電流沖擊。 2根據(jù)雷電保護區(qū)的劃分，變電站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，危險性最高，定為0區(qū)。建筑物內(nèi)部及傳輸機房所處的位置為非暴露區(qū)，可定為1區(qū)。越往內(nèi)部，危險程度越低。 (7)變電站二次系統(tǒng)防雷設(shè)計 從級保護區(qū)到最內(nèi)層保護區(qū)，必須實施分級保護。對于電源系統(tǒng)，按它們承受過電壓的能力分為、級，逐級將可能的過電壓降到它們能承受的水平。粗保護量級和所處保護區(qū)的級別相同，而精細保護則要根據(jù)電子設(shè)備本身的敏感度來進行選擇。 為了徹底消除雷電引起的毀壞性電位差，就特別需要實行電位連接。電源線、信號線不能直接接入共用接地系統(tǒng)，它們的金屬管道也要通過SPD進行電位連接。各個局部等電位母排應(yīng)

41、互相連接，并最后接到主等電位母排上。根據(jù)以上原則，結(jié)合變電站現(xiàn)場實際情況，其二次系統(tǒng)防雷措施如下： 1變電站直流屏、DCS（分布式控制系統(tǒng)）、ESD（靜電阻抗器）電源系統(tǒng)的防雷保護 因為直流屏及DCS、ESD系統(tǒng)電源都在變電站內(nèi)，故外部防雷不在電源系統(tǒng)的防雷設(shè)計范圍內(nèi)。 根據(jù)變電站的實際情況，結(jié)合設(shè)備的耐過壓能力，采取符合國際和國內(nèi)規(guī)范通行的三級防雷措施，能夠達到保護的目的。 第一級過電壓保護器安裝在UPS進線處，加裝PU65-400DTS 4只過電壓保護器。建議直接用25mm2銅芯電纜接至總接地線上，（如安裝在機屏內(nèi)，應(yīng)將避雷器地線接在屏底(或側(cè)面）的接地銅排上，然后將25mm2銅芯電纜接地

42、至總接地線上)。這樣可以防范8/20s 、65kA的雷電波，達到最大感應(yīng)雷的防護標準。 第二級過電壓保護器安裝在UPS的交流輸出端，加裝PU40-230DTS 2只過電壓保護器。建議直接用25mm2 銅芯電纜接地至總接地線上23。 第三級過電壓保護器安裝在DCS、ESD系統(tǒng)的電源輸入端，加裝PU15-230DTS 2只過電壓保護器，以防止設(shè)備側(cè)過電壓對系統(tǒng)的沖擊?？赏ㄟ^屏體的可靠接地進行接地，銅芯電纜截面積在10mm2到 25mm2。 2變電站通訊設(shè)備防雷保護 由于雷電波在線路上能感應(yīng)出較高的瞬時沖擊能量，因此要求網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備（包括消防報警設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備、計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等）能夠承受較高能量

43、的瞬時沖擊，而目前大部分通信設(shè)備由于電子元器件的高度集成化而致耐過壓、耐過流水平下降，通信設(shè)備在雷電波沖擊下遭受過電壓而損壞的現(xiàn)象越來越多，其后果是可能造成整個通 信系統(tǒng)的運行中斷，因此有必要在網(wǎng)絡(luò)通信口處加裝信號防雷保護裝置以確保網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的安全運行。 4.4變壓器的防護 變壓器基本保護措施是在接近變壓器處安裝避雷器,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,我們要盡量接近變壓器,并盡量減少聯(lián)機長度,以便減少雷電電流在連接在線的壓降。同時避雷器聯(lián)機應(yīng)與變壓器金屬外殼及低壓側(cè)中性點連接在一起,這樣就可以有效的減少了雷電對變壓器破壞的機會。變電站的每一組主母線和分段母線上都應(yīng)裝設(shè)閥式

44、避雷器,用來保護變壓器和電氣設(shè)備。各組避雷器應(yīng)用最短的聯(lián)機接到變電裝置的總接地網(wǎng)上。避雷器安裝應(yīng)盡可能處于保護設(shè)備的中間位置。 4.5 變電所的防雷接地變電所的防雷保護滿足要求以后,還要根據(jù)安全和工作接地的要求敷設(shè)一個統(tǒng)一的接地網(wǎng),然后避雷針和避雷器的下面增加接地體以滿足防雷的要求,或者是在防雷裝置下面敷設(shè)單獨的接地體。 一般的小變電所用的獨立避雷針,大的變電大多在獨立避雷針與配電裝置帶電部分的空氣中最短途徑不得小于五米。避雷針接地引下線埋在地中部分與配電裝置構(gòu)架的接地導體埋在地中部分在土壤中的距離必須大于三米,一般的變電所電氣裝置的接地裝置采用水平接地極為主的人工接地網(wǎng),水平接地極采用扁鋼為50mm×5mm,垂直接地極采用角鋼為50mm×5mm,垂直接地極間距5m6m,主接地網(wǎng)接地裝置電阻不大于4,主接地網(wǎng)埋于凍土層1m以下。人工接地網(wǎng)的外緣應(yīng)閉合外緣各角應(yīng)做成圓弧形。 大變電所安裝在架構(gòu)上的避雷針,與主接地網(wǎng)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的接地線主接地網(wǎng)的地下連接點,沿接地體的長度不得小于15m,同時變壓器門形架構(gòu)上不得裝避雷針?？偨Y(jié) 變電所常規(guī)防雷保護是一個系統(tǒng)工程:第一道防線,即第一子系統(tǒng)的作用是防止雷直擊變電所電力設(shè)備。雷擊是無法阻止的,只能通過攔截導引改變