kV牽引變電所防雷接地設(shè)計(jì)

1、第1章 雷 1.1雷電雷擊時(shí)的等值電路 雷擊地面由先導(dǎo)放電轉(zhuǎn)變?yōu)橹鞣烹姷倪^(guò)程可以用一根已經(jīng)充電的垂直導(dǎo)線突然于被擊物體接同來(lái)比擬，如圖1.1（a）所示。圖中是被擊物體于大地（零地位）之間的阻抗，是先導(dǎo)放電通道中電荷的線密度，開(kāi)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(dá)地面或與地面目標(biāo)上發(fā)出迎面先導(dǎo)相遇時(shí)，主放電即開(kāi)始，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)S合上。此時(shí)將有大量的正、負(fù)電荷沿先導(dǎo)通道逆向運(yùn)動(dòng)，并使其中來(lái)自雷云的負(fù)電賀中和，如圖1.1（b）所示。與此同時(shí)，主放電電流即雷電流流過(guò)雷擊點(diǎn)A并通過(guò)阻抗，此時(shí)A點(diǎn)電位u也突然升至。顯然，電流的數(shù)值于先導(dǎo)通道的電荷密度及主放電的發(fā)展速度v有關(guān)，并且還受阻抗的影響。

2、因?yàn)橄葘?dǎo)通道的電荷密度很難測(cè)定，主放電的發(fā)展速度也只能根據(jù)觀測(cè)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(guò)阻抗的電流。因此利用雷電放電過(guò)程簡(jiǎn)化成一個(gè)數(shù)學(xué)模型，進(jìn)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)中為主放電通道的波阻抗。和則式從雷云向地面?zhèn)鱽?lái)的行波的電壓和電流。 (a)模擬電路 （b）主放電電路 （c）主放電通道電路 （d）等值電路圖1.1 雷擊放電計(jì)算模型1.1.2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時(shí)的電流與雷電流的關(guān)系為： （1-1）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(guò)大量

3、實(shí)測(cè)才能正確估計(jì)其概率分布規(guī)律。我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)推薦雷電流幅值分布的概率如下： （1-2） 我國(guó)西北地區(qū)內(nèi)蒙古等雷電活動(dòng)較弱，雷電流幅值較小，可按下式計(jì)算： （1-3）2）波形實(shí)測(cè)結(jié)果表明，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(qiáng)度實(shí)驗(yàn)和電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)設(shè)計(jì)，要求將雷電流波形等值為典型化、可用公式表達(dá)、便于計(jì)算的波形。常用的等值波形有三種，如圖1.2所示。 （a） (b) (c)圖1.2 雷擊主放電時(shí)的電流波形圖1.2（a）是標(biāo)準(zhǔn)沖擊波，它可表示為。試中為某一固定電流值，、是兩個(gè)常數(shù)，為作用時(shí)間。當(dāng)被擊物體的阻抗只是電阻R時(shí)，作用在R上的電壓波形u于電流

4、波形相同。雙指數(shù)波形也用做沖擊絕緣強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)電壓波形。我過(guò)采用國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。圖1.2(b)為斜角平頂波，其陡度可由給定的雷電流幅值I和波頭時(shí)間決定，=I/在防雷保護(hù)計(jì)算中，雷電流波頭采用2.6s。這樣，可取為I/2.6kA/s.圖1.2(c)為等值余弦波，雷電流波形的波頭部分，接近半弦波，其表達(dá)式為 （1-4）為角頻率，,為波頭時(shí)間（2.6）。此時(shí)最大陡度出現(xiàn)波頭中間，即,其值為 （1-5）1.2沖擊電流流經(jīng)接地裝置入地時(shí)的基本現(xiàn)象防雷設(shè)備1）高度為的被保護(hù)物距離避雷針的水平最大允許距離也是避雷針在高度截面的保護(hù)半徑可按下式計(jì)算：當(dāng)時(shí) （1-6） 當(dāng)時(shí) （1-7）式中

5、避雷針的高度； 避雷針的有效高度，； 考慮避雷針的高度影響的校正系數(shù)，時(shí)， （1-8）2）兩支等高避雷針當(dāng)兩根避雷針距離不太遠(yuǎn)時(shí)，由于兩根針的聯(lián)合屏蔽作用，使兩針中間部分的保護(hù)范圍比單針時(shí)有所擴(kuò)大。圖1.3表示兩等高避雷針的保護(hù)范圍。兩針外側(cè)的保護(hù)范圍按式1-1和式1-2計(jì)算。兩針間保護(hù)范圍的上部邊緣應(yīng)按通過(guò)兩針頂點(diǎn)及中間最低點(diǎn)O的圓弧確定。O點(diǎn)的高度按式1-9計(jì)算。 （1-9）圖1.3 高度為h的二等高避雷針保護(hù)范圍兩針間水平面上保護(hù)范圍一側(cè)的保護(hù)范圍最小處的最大保護(hù)寬度按式1-10計(jì)算。 （1-10）3）兩支不等高避雷針其保護(hù)范圍按下法確定：如圖1.4兩針內(nèi)側(cè)的保護(hù)范圍先按單針作出高針1的

6、保護(hù)范圍，然后經(jīng)過(guò)較低針2的頂點(diǎn)作水平線與之交于點(diǎn)3，再設(shè)點(diǎn)3為一假想針的頂點(diǎn)，做出兩等高2和3的保護(hù)范圍，圖中，二針外側(cè)的保護(hù)范圍仍按單針計(jì)算。圖1.4 兩支不等高避雷針保護(hù)范圍4）多支等高避雷針三支等高避雷針的保護(hù)見(jiàn)圖1.6，三針?biāo)纬傻娜切?、2、3的外側(cè)保護(hù)范圍分別按兩支等高的針的計(jì)算方法確定，如在三角形內(nèi)被保護(hù)物最大高度的水平面上各自相鄰避雷針間保護(hù)范圍的一側(cè)寬度時(shí)，則全部面積受到保護(hù)。圖1.5 三支等高避雷針的保護(hù)范圍圖5）避雷線單根避雷線的保護(hù)范圍如圖1.6所示。在水平面上每側(cè)保護(hù)范圍的寬度，可按下列公式計(jì)算:圖1.6 單根避雷線的保護(hù)范圍當(dāng)時(shí) （1-11） 當(dāng)時(shí) （1-12）

7、 式中 每側(cè)保護(hù)范圍的寬度，m。兩根等高避雷線外側(cè)的保護(hù)范圍仍按單根避雷線時(shí)確定。兩避雷線間橫截面的保護(hù)范圍應(yīng)由通過(guò)兩避雷線1、2及保護(hù)范圍邊緣最低點(diǎn)o的圓弧確定，o點(diǎn)的高度應(yīng)按式1-13計(jì)算。 （1-13）式中 兩避雷線間保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)的高度，m； 兩避雷線間的距離，m； 避雷線的高度，m。圖1.7中稱為避雷線的保護(hù)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(hù)角愈小，避雷線就愈可靠地保護(hù)導(dǎo)線免受雷擊。單根避雷線的保護(hù)角不能做的太小，一般在2030、220330kV雙避雷線線路，一般采用20左右，500kV一般不大于15。圖1.7 兩根平行避雷線的保護(hù)范圍第

8、2章 避雷器為了使避雷器達(dá)到預(yù)期的保護(hù)效果，必須正確選擇避雷器，一般有如下基本要求：(1)雷電擊于輸電線路上時(shí)，過(guò)電壓會(huì)沿導(dǎo)線入侵發(fā)電場(chǎng)或變電所，在危及被保護(hù)絕緣時(shí)，要求避雷器能瞬時(shí)動(dòng)作。(2)避雷器一旦在沖擊電壓作用下放電，就造成對(duì)地短路，此時(shí)瞬間的雷電過(guò)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(shí)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?cái)喙ゎl續(xù)流，恢復(fù)絕緣強(qiáng)度的能力，使電力系統(tǒng)能繼續(xù)正常運(yùn)行。(3)應(yīng)具有平直的伏秒特性曲線，并與被保護(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線之間有合理的配合。這樣，在被保護(hù)物可能擊穿以前，避雷器便發(fā)生動(dòng)作

9、，將過(guò)電壓波截?cái)?，從而起著可靠的保護(hù)。(4)具有一定通流容量，且其殘壓應(yīng)低于被保護(hù)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(hù)間隙；排氣式避雷器；閥式避雷器；金屬氧化物避雷器。保護(hù)間隙和排氣式避雷器主要用于變電所進(jìn)線段保護(hù)；閥式避雷器和金屬氧化物避雷器用于變電所和發(fā)電廠的保護(hù)。表2.1是各種避雷器的有關(guān)特性總結(jié)。表2.1 各種避雷器的有關(guān)特性比較避雷器類型比較項(xiàng)目保護(hù)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)定性由于火花間隙暴露在大氣中周圍的大氣條件（氣壓、氣溫、濕度、污穢等）對(duì)放電電壓有影響；由于火花間隙是不均勻電場(chǎng)，存在極性效應(yīng)大

10、氣條件和電壓極性對(duì)放電電壓無(wú)影響有十分穩(wěn)定的起始動(dòng)作電壓伏秒特性與絕緣配合保護(hù)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)。1)殘壓（峰值，kV）。放電電流通過(guò)避雷器時(shí)，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(guò)5kA的電流計(jì)；330550kV的避雷器則以通過(guò)10kA的電流計(jì)，分別用和表示。2)沖擊放電電壓（峰值,kV）。避雷器的 沖擊放電電壓時(shí)指雷電壓（1.2/50s）作用

11、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(guò)零值時(shí)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，否則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(gè)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(guò)這個(gè)數(shù)值時(shí)，避雷器將會(huì)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(shí)，避雷器就不會(huì)擊穿放電。普通避雷器不允許在內(nèi)部過(guò)電壓下動(dòng)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)

12、可能出現(xiàn)的內(nèi)部過(guò)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(duì)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(duì)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(guó)生產(chǎn)的避雷器其沖擊放電電壓與5KA（對(duì)330kv及以上的電網(wǎng)為10KA）下的殘壓基本相同。2.2 金屬氧化物避雷器電氣特性參數(shù)1)額定電壓（有效值，kV）。氧化鋅避雷器的額定電壓仍按電網(wǎng)中單相接地條件下健全相的最大暫態(tài)工頻過(guò)電壓選取。2)最大持續(xù)運(yùn)行電壓（有效值，kV

13、）。指避雷器能長(zhǎng)期持續(xù)運(yùn)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(yùn)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U10kA與起始動(dòng)作電壓U1mA之比。壓比（U10kA/U1mA）越小，表明非線性越好，通過(guò)沖擊大電流時(shí)的殘壓越低，避雷器的保護(hù)性能越好。目前產(chǎn)品制造水平所能達(dá)到的壓比約為1.62.0。4）荷電率。指最大長(zhǎng)期工作電壓的幅值與起始動(dòng)作電壓之比。它是表示電阻片上電壓負(fù)荷程度的一個(gè)參數(shù)。設(shè)計(jì)氧化鋅 避雷器時(shí)為它選擇一個(gè)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、溫度對(duì)伏安特性的影響、電阻片預(yù)期壽命等因素。選定的荷電

14、率大小對(duì)電阻片的老化速度有很大的影響，一般選用45%75%或更大。2.3 防雷接地的概述2.3.1防雷接地的發(fā)展概況天上下來(lái)的直雷擊。各種金屬線路、管道感應(yīng)或引進(jìn)的感應(yīng)雷。地下出來(lái)的反擊雷。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(hào)線、電源線進(jìn)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(jìn)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。2.3.2 接地與防雷接地(1)工作接地：電力系統(tǒng)為了運(yùn)行的需要，將電網(wǎng)某一點(diǎn)接地，其目的是為了穩(wěn)定對(duì)地電位與繼電保護(hù)上的需要。(2)保護(hù)接地：為了保護(hù)人身的安全，防止因

15、電氣設(shè)備絕緣劣化，外殼可能帶電而危及工作人員安全。(3)靜電接地：在可燃物場(chǎng)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(duì)這些金屬物（如儲(chǔ)油罐等）接地。(4)防雷接地：導(dǎo)泄雷電流，以消除過(guò)電壓對(duì)設(shè)備的危害。第3章 沖擊電流流經(jīng)接地裝置入地時(shí)的基本現(xiàn)象3.1土壤中的電位分布當(dāng)接地裝置流過(guò)電流時(shí)，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(yuǎn)，電流密度和電位梯度也越小，一般接地裝置約在2040m處電位便趨于零。電位分布曲線如圖3.1所示。圖3.1 接地裝置在地表面電位分布接

16、地點(diǎn)電位與接地電流的關(guān)系服從歐姆定律，即，稱為接地體的接地電阻，根據(jù)接地電流的性質(zhì)，若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)為定值時(shí)，接地電阻愈小，電位愈低，反之就愈高，這時(shí)地面上的接地物也具有了電位。由于接地點(diǎn)電位的升高，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)備的絕緣以及人身安全，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(chǎng)強(qiáng)度當(dāng)沖擊電流流經(jīng)接地裝置時(shí)，在接地裝置附近的土壤中出現(xiàn)了很大的電流密度，因而在接地裝置附近的土壤中產(chǎn)生很大的電場(chǎng)強(qiáng)度E，土壤中的電場(chǎng)強(qiáng)度E由下式?jīng)Q定 （3-1）由式3-1可知，沖擊電流愈大（即愈大）、土壤電阻率愈大

17、，則土壤中的電場(chǎng)強(qiáng)度也愈大；土壤中的火花擊穿程度愈激烈，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(shí)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(zhǎng)度及其結(jié)構(gòu)形狀有關(guān)，通常將沖擊接地電阻與工頻接地電阻之比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(huì)發(fā)生局部火花放電，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(duì)于伸長(zhǎng)接地裝置因有電感效應(yīng)，阻礙電流向接地體遠(yuǎn)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

18、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（mm）6810扁鋼截面（mm）厚度（mm）484484484角鋼厚度（mm）2.5343.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： （3-2）式中 接地體（包括水平的與垂直的）總長(zhǎng)度，m； 接地網(wǎng)的總面積。（a）長(zhǎng)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。

19、接地網(wǎng)中兩水平接地帶之間的距離，一般可取為310m，然后校核接觸電位差和跨步電位差后給予以調(diào)整。方形和矩形地網(wǎng)接地電阻的計(jì)算方形地網(wǎng)?？紤]到保持周長(zhǎng)不變將圓環(huán)變?yōu)榉娇蚝螅嫉孛娣e將由原來(lái)的縮小為，把計(jì)算圓環(huán)或圓盤(pán)的接地電阻公式 （3-3） （3-4）中的用取代，在考慮方板的修正后，得方形地網(wǎng)的接地電阻共公式為 （3-5） （3-6）式中 地網(wǎng)面積； 地網(wǎng)周長(zhǎng)； 水平接地體長(zhǎng)度； 接地體直徑；土壤電阻率； （3-7）3.5 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(fù)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(qiáng)度。當(dāng)電壓過(guò)高，超過(guò)其

20、絕緣強(qiáng)度時(shí)，就要產(chǎn)生閃絡(luò)(擊穿)，它能使絕緣破壞，引起事故。這種對(duì)絕緣有危險(xiǎn)的電壓和高于正常運(yùn)行時(shí)的電壓，均稱為過(guò)電壓。根據(jù)產(chǎn)生過(guò)電壓的原因，我們把過(guò)電壓分為內(nèi)部過(guò)電壓和大氣過(guò)電壓兩種。內(nèi)部過(guò)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)生單相接地故障等）所引起的過(guò)電壓。產(chǎn)生內(nèi)部過(guò)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(guò)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(shí)的過(guò)渡過(guò)程中所產(chǎn)生的過(guò)電壓叫操作過(guò)電壓，其持續(xù)時(shí)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(guò)電壓叫做諧振過(guò)電壓（或稱共振過(guò)電

21、壓），其持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。大氣過(guò)電壓又叫外部過(guò)電壓。它是由于雷電放電而引起的過(guò)電壓，所以又叫做雷電過(guò)電壓。大氣過(guò)電壓又分為直擊雷過(guò)電壓和感應(yīng)雷過(guò)電壓。直擊雷過(guò)電壓指帶電的雷云直接對(duì)架空電力線路和電氣設(shè)備放電。其過(guò)電壓數(shù)值可達(dá)幾百萬(wàn)伏，對(duì)電氣設(shè)備的危害極大。感應(yīng)雷過(guò)電壓指當(dāng)雷擊于線路附近地面時(shí)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(duì)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(kāi)始，先導(dǎo)路徑中的電荷自上而下被迅速中和，這時(shí)導(dǎo)線上的束縛電荷變?yōu)樽杂呻姾?，沿?dǎo)線兩側(cè)流動(dòng)。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(huì)達(dá)到很大的數(shù)值，這就是感應(yīng)雷

22、過(guò)電壓。第4章 10kv牽引變電所防雷保護(hù)和接地設(shè)計(jì)發(fā)電廠、變電站及輸電線是電力系統(tǒng)的重要組成部分，如果遭受雷擊，會(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生幅值很高的雷電過(guò)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(guò)電壓及其防護(hù)問(wèn)題一直是人類研究的一項(xiàng)重要課題。4.1直擊雷保護(hù)4.1.1保護(hù)對(duì)象屋外配電裝置，包括組合導(dǎo)線、母線廊道。4.1.2保護(hù)措施110KV配電裝置裝設(shè)避雷針或裝設(shè)獨(dú)立避雷針；主變壓器裝設(shè)獨(dú)立避雷針；屋外組合導(dǎo)線裝設(shè)獨(dú)立避雷針。4.1.3 避雷針裝設(shè)應(yīng)注意的問(wèn)題應(yīng)妥善采用獨(dú)立避雷針和構(gòu)架避雷針，其聯(lián)合保護(hù)范圍應(yīng)覆蓋全所保護(hù)對(duì)象。

23、根據(jù)電力設(shè)備過(guò)電壓保護(hù)技術(shù)規(guī)程SDJ776規(guī)定：獨(dú)立避雷針（線）宜設(shè)獨(dú)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(diǎn)至變壓器接地線與主接地網(wǎng)的地下連接點(diǎn)，沿接地體的長(zhǎng)度不得小于15m。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(guó)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

24、阻率1000*m的地區(qū),仍宜裝設(shè)獨(dú)立避雷針,以免發(fā)生反擊;(2)35KV及以下的配電裝置應(yīng)采用獨(dú)立避雷針來(lái)保護(hù);(3)10KV的配電裝置,在500*m的地區(qū)宜采用獨(dú)立避雷針,在5000*m的地區(qū)容許采用構(gòu)架避雷針。4.2 雷電侵入波保護(hù) 4.2.1保護(hù)措施避雷器結(jié)合進(jìn)線段保護(hù)。裝設(shè)閥式避雷器是變電站對(duì)雷電過(guò)電壓波進(jìn)行防護(hù)的主要措施,它的保護(hù)作用主要是限制過(guò)電壓波的幅值.但是為了使閥式避雷器不至與負(fù)荷過(guò)重(流過(guò)的沖擊電流過(guò)大)和有效的發(fā)揮其保護(hù)功能,還需要有”進(jìn)線段保護(hù)”與之配合,這是現(xiàn)代變電站防雷接線的基本思路。閥式避雷器的保護(hù)作用基于三個(gè)前提:它的伏秒特性與被保護(hù)絕緣的伏秒特性有良好的配合在

25、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(hù)絕緣的沖擊電氣強(qiáng)度被保護(hù)絕緣必須處于該避雷器的保護(hù)距離之內(nèi)。 4.2.2避雷器的設(shè)置參考電力設(shè)備過(guò)電壓保護(hù)技術(shù)規(guī)程SDJ779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(shí)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(diǎn)不接地變壓器如中性點(diǎn)絕緣按線電壓設(shè)計(jì)，應(yīng)在中性點(diǎn)裝設(shè)保護(hù)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(kāi)路運(yùn)行的可能，應(yīng)采用防止靜電感應(yīng)電壓危害該繞組絕緣的措施。在其一相出線上裝設(shè)一只閥型避雷器。第85條：變電站31

26、0KV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；110KV，35KV，10KV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(gè)避雷器，10KV側(cè)在一相上裝一個(gè)避雷器；110KV中性點(diǎn)為分級(jí)絕緣且裝有隔離開(kāi)關(guān)，故需裝一個(gè)避雷器；35KV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(hù)根據(jù)該變電站的實(shí)際情況需要設(shè)置四只避雷針?lè)植荚谒闹?。因?yàn)橥寥离娮杪?1000*m,仍宜裝設(shè)獨(dú)立避雷針,以免發(fā)生反擊; 選取避雷針高h(yuǎn)=50m相鄰兩針的距離D=60m對(duì)角的兩針相距D=被保護(hù)物高 當(dāng)時(shí) （4-1）相鄰兩針間外側(cè)保護(hù)半徑為： （4-2）相鄰兩針間保護(hù)范圍為： （4-3）相鄰兩針高水

27、平面上的保護(hù)范圍為： （4-4） 對(duì)角兩針間的保護(hù)范圍為： （4-5）對(duì)角兩針高水平面上的保護(hù)范圍為： （4-6）4.3 110KV高壓輸電線路的防雷保護(hù)4.3.1 線路雷擊跳閘分析雷電參數(shù)雷電流幅值概率：雷電流幅值超過(guò)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=一1/44下表給出不同雷電流幅值下，超過(guò)該值的概率：表4-1I(KA)12088664422115.520雷電日的P0.0430.10.1780.3160.5620.7500.86620雷電日的P0.0020.0010.032

28、0.10.3160.5620.7504.3.1.2線路雷擊次數(shù)對(duì)高度小于、等于20米的線路，每年每百公里的雷擊次數(shù)N=rX1Oh1000 x100 xT 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(duì)地落雷次數(shù)。對(duì)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(duì)高度大于20米的線路，每年每百公里雷擊次數(shù)為：N=rX(2R+W )1000 x100 xT次百公里年=O1 rf2R+W)T式中w：為雙避雷線間距離：R：吸引半徑，R=i63hO61 m)。根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)，按40雷暴日計(jì)，每年每百公里落雷次數(shù)為：N=028fb+4h)式中b為架空

29、地線間距離；h為輸電線路高度(n1)。對(duì)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(duì)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336次。有避雷線的線路雷擊跳閘率的確定1）在下列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??；雷擊繞過(guò)避雷線擊于導(dǎo)線發(fā)生閃絡(luò)并建立電弧。2）耐雷水平的確定雷繞擊導(dǎo)線時(shí)的耐雷水平：U50是絕緣子串的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(diǎn)左右兩側(cè)導(dǎo)線波阻并聯(lián)和雷擊到波阻為Z/2的導(dǎo)線上其阻抗近似等于雷電通道波阻ZO時(shí)的雷電流比雷擊零歐時(shí)減半而構(gòu)成的。雷繞擊導(dǎo)線時(shí)的耐雷水平如下：110KV線路桿塔每串瓷瓶為耐雷

30、水平為7KA。一旦有超過(guò)上述耐雷水平的雷電繞擊與導(dǎo)線都會(huì)出現(xiàn)瓷瓶串閃絡(luò)，跟隨而來(lái)的工頻續(xù)流建立電弧，造成線路跳閘。4.4 牽引變電所進(jìn)線段保護(hù)進(jìn)線段保護(hù)是指在臨近變電所12km的一段線路上加強(qiáng)防累保護(hù)措施,如圖 所示。當(dāng)線路全線無(wú)避雷線時(shí)，此段必須架設(shè)避雷線。這樣，就可以認(rèn)為侵入變電所的雷電波主要是來(lái)自“進(jìn)線”保護(hù)段之外，使它經(jīng)過(guò)這段距離后才能達(dá)到變電所。在這一過(guò)程中由于進(jìn)線波阻抗的作用減小了通過(guò)避雷器的雷電流，同時(shí)由于導(dǎo)線沖擊電暈的影響削弱了侵入波的陡度。進(jìn)線段的耐雷水平如表4.2所示。表4.2 進(jìn)線段的耐雷水平額定電壓（kV）3560110220330500耐雷水平（kA）30607512

31、0140175圖4.1 無(wú)避雷線線路的變電所進(jìn)線段的變電所進(jìn)線段保護(hù)接線圖1)進(jìn)線段首端落雷，流經(jīng)避雷器電流的計(jì)算最不利情況是在進(jìn)線段首端落雷，由于進(jìn)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%沖擊閃絡(luò)電壓，則行波在長(zhǎng)度12km的進(jìn)線段內(nèi)往返一次所用的時(shí)間為（為進(jìn)線保護(hù)段的長(zhǎng)度），而入侵波的波前又較短。故避雷器動(dòng)作后，產(chǎn)生的負(fù)電壓波折回雷擊點(diǎn)產(chǎn)生的反射波到達(dá)避雷器前，流經(jīng)避雷器的雷電流已過(guò)了峰值。因此，可用圖中的等效電路按下式計(jì)算流過(guò)避雷器雷電流的最大值：圖4.2 流經(jīng)避雷器的雷電流計(jì)算用等效電路 （4-7） （4-8）不同電壓等級(jí)的如表4.3所示。表4.3 進(jìn)

32、線段外落雷流經(jīng)單路進(jìn)線變電所避雷器雷電流的最大值額定電壓（kV）避雷器型號(hào)線路絕緣的（kA）（kA）35110220500FZ35FZ110JFZ220JFCZ50035070012001400206023101.42.64.355.388.63102）進(jìn)入變電所的雷電波陡度的計(jì)算 （4-9） （4-10）在最不利的情況下，計(jì)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(jì)算陡度額定電壓（kV）入侵波陡度（kV/m）1km進(jìn)線段2km進(jìn)線段或全線有避雷線35601101.01.11.50.50.60.75 4.5牽引變電所內(nèi)變壓器的防雷接地保護(hù)4.5.1自藕變壓器的防雷保護(hù)自藕變

33、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(tái)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(kāi)路時(shí)，將在開(kāi)路側(cè)出現(xiàn)過(guò)電壓，因此，必須在自藕變壓器的兩個(gè)自耦合的繞組出線上裝設(shè)避雷器，此避雷器應(yīng)該裝在自藕變壓器和斷路器之間。如圖4.3所示。圖4.3 自藕變壓器的防雷保護(hù)接線圖自藕變壓器過(guò)度過(guò)程如下：當(dāng)無(wú)窮長(zhǎng)直角波加在高壓端點(diǎn)時(shí)，則由于中壓開(kāi)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(diǎn)接地的繞組相同，如圖4.3（a ）所示。在開(kāi)路的中壓端上出現(xiàn)的最高電位（即對(duì)地電壓）約為高壓側(cè)電壓 的倍（k是高

34、壓側(cè)與中壓側(cè)的變比），這可能使處于開(kāi)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(jìn)行保護(hù)。當(dāng)高壓側(cè)開(kāi)路，中壓端子上出現(xiàn)幅值為的侵入波時(shí)，繞組電位的起始分布如圖 中4.3（b）曲線1，穩(wěn)態(tài)分布曲線如曲線所示。由到0這段繞組的電位穩(wěn)態(tài)分布和末端接地的變壓器繞組相同。由到這段繞組的電壓穩(wěn)態(tài)分布是由與到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。在震蕩過(guò)程中點(diǎn)的電位最高可達(dá)到，這將危及處于開(kāi)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(shí)，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(shí)，端相當(dāng)與接地，雷電波大部分加在自藕變壓器繞組的

35、之間，可能使其絕緣破壞，同理，當(dāng)高壓側(cè)有出線時(shí)，而中壓側(cè)有侵入波時(shí)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(shí)，在間還應(yīng)該裝一組避雷器如圖4.3中虛線的。的滅弧電壓應(yīng)大于高壓或者中壓側(cè)接地短路條件下 的出線的最高工頻電壓。變壓器中性點(diǎn)的防雷保護(hù)1）中性點(diǎn)絕緣水平中性點(diǎn)絕緣水平可分為全絕緣和分級(jí)絕緣兩種。凡中性點(diǎn)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(diǎn)是全絕緣的。如果中性點(diǎn)絕緣低于相線端絕緣水平，叫分級(jí)絕緣。一般在110kV及以上時(shí)，大多中性點(diǎn)是分級(jí)絕緣的。本次設(shè)計(jì)中變壓器中性點(diǎn)即為分級(jí)絕緣。2）不同電壓等級(jí)的中性點(diǎn)保護(hù)

36、（1）60kV及以下的電網(wǎng)中的變壓器 流過(guò)避雷起器的雷電流小于5kV，一般只有1.42.0kV； 實(shí)際上變電所進(jìn)線不只是一條，它是多路進(jìn)線，一條線的來(lái)波可由其他的線路流走一部分電流，這就減少了流經(jīng)避雷器的雷電流； 大多數(shù)來(lái)波是以線路遠(yuǎn)處襲來(lái)的，其陡度很小； 變壓器絕緣有一定的裕度； 避雷器到變壓器的距離實(shí)際值比允許值近一些； 三相來(lái)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(diǎn)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(diǎn)電位升高的穩(wěn)態(tài)值，以免避雷器爆炸。保護(hù)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(diǎn)電位升高的暫態(tài)最大值，以免繼電保護(hù)不能正確動(dòng)作。對(duì)1

37、10kV分級(jí)絕緣變壓器中性點(diǎn)來(lái)說(shuō)，如選用FZ35或FCZ35，則其滅弧電壓低于電網(wǎng)單相接地時(shí)中性點(diǎn)的電位升高穩(wěn)態(tài)值，因此一般不可采用，因考慮選用FZ40閥型避雷器或氧化鋅避雷器。結(jié) 論本文首先論述了牽引變電所防雷接地的必要性，并 對(duì)我國(guó)防雷接地的發(fā)展情況進(jìn)行了概述。接著講述了雷電、雷電壓和雷電流的形成過(guò)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(hù)范圍，給出了直擊雷和感應(yīng)雷的防護(hù)方案，介紹了目前我國(guó)牽引變電所防雷接地設(shè)計(jì)中常用的幾種措施，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(jìn)線段裝設(shè)避雷器，同時(shí)對(duì)幾種防雷措施進(jìn)行了深入的論述和定量的計(jì)算分析。

38、最后基于常用的防雷接地的設(shè)計(jì)方法，對(duì)110kV牽引變電所進(jìn)行了詳細(xì)的防雷接地設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)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，因此牽引變電所一旦發(fā)生雷擊事故時(shí)，就有可能造成鐵路運(yùn)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(shí)現(xiàn)有效的防雷安全，則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(hù)；感應(yīng)雷的防護(hù)；接地網(wǎng)。（3）牽引變電所直擊雷的防護(hù)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(hù)范圍之內(nèi)。（4）牽引變電所感應(yīng)雷的防護(hù)應(yīng)在進(jìn)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(jìn)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0.5，若由于環(huán)境因素不能達(dá)到這一要求，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(hù)變電所電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，在裝設(shè)避雷器時(shí)一定要限制避雷器的殘壓，也就是對(duì)流過(guò)避雷器的電流必須加以限制，使之不大于5kA，同時(shí)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都在保護(hù)范圍內(nèi)。避雷器一般安裝母線上。致 謝在本次設(shè)計(jì)完稿之際，我要向所有在本次設(shè)計(jì)中支持、幫助過(guò)我的人致謝，感謝大家悉心的指導(dǎo)和熱情的幫助。首先，我要感謝我的指導(dǎo)老師周雪冬