110kV牽引變電所防雷接地的設(shè)計(jì)

1蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）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)避雷牽引變電所進(jìn)行了詳細(xì)的防雷接地設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中，結(jié)合當(dāng)?shù)噩F(xiàn)形、環(huán)境等多種因素，給出了較好的防雷接地保護(hù)方案。通過設(shè)計(jì)，全面剖析了電力系統(tǒng)中如何提高牽引變電所的防雷水平2蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）AbstractKeyword:Thetransformersubstation;Lightningprotectingandgrounding;Lightningdischarge;Lightningcurrent.1蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 2 3 3 3 3 4 7 7 7 7 7 2蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）雷電(Lightning)是一種大氣自然現(xiàn)象，對(duì)人類社會(huì)而言人類賴以生存的自然資源和人類創(chuàng)造的物質(zhì)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)供電的的各種電氣設(shè)備，都是按一定電壓制造的，都電壓和高于正常運(yùn)行時(shí)的電壓，均稱為過電壓過電壓。大氣過電壓又分為直擊雷過電壓和感應(yīng)直接對(duì)架空電力線路和電氣設(shè)備放電。其過電壓極大。感應(yīng)雷過電壓指當(dāng)雷擊于線路附近地面時(shí)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2蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）上的束縛電荷變?yōu)樽杂呻姾?，沿?dǎo)線兩側(cè)流動(dòng)變電所是電力系統(tǒng)的樞紐，它擔(dān)負(fù)著電網(wǎng)供電直接連接，而線路的絕緣水平又比變電所內(nèi)的電氣所的雷電進(jìn)行波的幅值也是很高的。如無完善的保壓器或者其它電器的絕緣損壞。變電所一旦發(fā)生雷及其派生出的避雷帶、避雷網(wǎng)、避雷線、法拉第等傳統(tǒng)無畏精神，伴隨人類度過了兩個(gè)半世紀(jì)。近代，隨著科高，電子設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛，由于避雷針保護(hù)范圍那么，按照“系統(tǒng)論”的觀點(diǎn)，建立一套完善而健全的綜⑤具有良好的接地裝置，包括盡可能小的接地沖擊阻抗3蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第二章雷電參數(shù)及防雷裝置吸引著人們的注意力。雷電起源于云中水氣的起點(diǎn)和同的大電容器，隨著雷云中電荷的逐步積累，空間的集處的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到空氣擊穿場(chǎng)強(qiáng)（25～30kV/cm）時(shí)，就產(chǎn)生強(qiáng)烈的碰撞游離，形成指向大地的一段導(dǎo)電通道，稱為雷電先導(dǎo)。先導(dǎo)放完成上述放電過程后，可能引起第二個(gè)、第三個(gè)沿原先的通道到達(dá)大地，因此雷電可能是多重性4蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）合上。此時(shí)將有大量的正、負(fù)電荷沿先導(dǎo)通道逆向主放電的發(fā)展速度也只能根據(jù)觀測(cè)大體判斷，唯一S合上以后）流過阻抗Z的電流i。因此利用雷電放電過程簡(jiǎn)SSAZUU0+SAZ i0Z0AZ00Z0iZ(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2-1雷擊放電計(jì)算模型因?yàn)槔纂姴鹘?jīng)被擊物體時(shí)的電流與被擊物體的波阻抗Z有關(guān)，因此，我們把流經(jīng)電路，可知流經(jīng)被擊物體的波阻抗為Z時(shí)的電流i與雷電ZZi=i0ZZ+Z05蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）雷電流i為一非周期的沖擊波，它與氣象、自然等條件有關(guān)，是一個(gè)隨機(jī)變量。下IlgP=-（2-2）IIlgP=—（2-3）I雷電流的陡度對(duì)雷擊過電壓影響很大，也是一個(gè)常脈沖波，電力設(shè)備的絕緣強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)和電力系統(tǒng)6蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）i0ftit0tii0圖2-2雷擊主放電時(shí)的電流波形)。試中I為某一固定電流值，壓波形u于電流波形i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ff)（2-4）2ff這種等值波形多用于分析雷電流波頭的作用f7蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）雷電的活動(dòng)強(qiáng)度，可以用雷暴日與雷暴小時(shí)表示。雷暴根據(jù)長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，在我國(guó)規(guī)程中繪制了全放電。地面落雷密度[4]表征了雷云對(duì)地放電的頻繁程度，其定避雷針（線）的保護(hù)原理可歸納為：能使雷云電場(chǎng)發(fā)防止避雷針（線）周圍的設(shè)備受到雷擊。避雷針需8蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖2-3單支避雷針的保護(hù)范圍XxXX1X21X2XXaXXXh=h范圍比單針時(shí)有所擴(kuò)大。圖2-4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rX0D9Rhh水平面上保Rhh水平面上保x護(hù)范圍的截面D/7PD/7PrxoDbxh/2hrx0圖2-4高度為h的二等高避雷針保護(hù)范圍兩針間h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b按式2-10計(jì)XX做出兩等高2和3的保護(hù)范圍，圖中f=D'，二針外側(cè)的7p11D圖2-5兩支不等高避雷針保護(hù)范圍蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）X相鄰避雷針間保護(hù)范圍的一側(cè)寬度bXD121bbx23xD23圖2-6三支等高避雷針的保護(hù)范圍圖度比避雷針要小。但因避雷線的保護(hù)長(zhǎng)度是與線等長(zhǎng)的X列公式計(jì)算:hhhhhx面上保護(hù)rx范圍的截面xrx圖2-7單根避雷線的保護(hù)范圍蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）X2X2XXXXXDD00a圖2-8兩根平行避雷線的保護(hù)范圍數(shù)十、數(shù)百公里的輸電線，雖然有避雷線的保護(hù)，蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）合。這樣，在被保護(hù)物可能擊穿以前，避雷器便④金屬氧化物避雷器。保護(hù)間隙和排氣式避雷器主要用于表2-1各種避雷器的有關(guān)特性比較保護(hù)間隙保護(hù)間隙管式避雷器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、污由于火花間隙是不均勻電場(chǎng)，存在極性效應(yīng)普通閥式避雷器大氣條件和電壓極性對(duì)放電電壓無影響保護(hù)間隙和管式避雷難以與設(shè)備絕緣的伏秒特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有十分穩(wěn)定的起始動(dòng)作電壓具有最好的陡波伏秒特性與絕緣配合放電電壓避雷器類型磁吹避氧化鋅避雷器蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）避雷器類型流通容量保護(hù)間隙無滅弧能動(dòng)重合閘配合使用大續(xù)表2-1各種避雷器的有關(guān)特性比較管式避雷器磁吹避氧化鋅避雷器磁吹避氧化鋅避雷器避雷器有幾乎無續(xù)流有較小較大相當(dāng)大較小較大能否對(duì)內(nèi)部過不能，但在內(nèi)部過電壓下不能（在內(nèi)部過電壓下動(dòng)動(dòng)作，本身并不會(huì)損壞作，本身將損壞）能結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度最簡(jiǎn)單較復(fù)雜較簡(jiǎn)單應(yīng)用范圍最便宜低壓配電非有效接地電網(wǎng)較貴輸電線路的的進(jìn)線段保護(hù)貴變電所轉(zhuǎn)電機(jī)較便宜所有場(chǎng)合有重大改進(jìn)，是電力系統(tǒng)中廣泛采用的主要防雷壓電氣設(shè)備絕緣水平的基礎(chǔ)。它分普通型和磁吹隙將電阻閥片與工作母線隔離，以免由工作電壓在系統(tǒng)中出現(xiàn)過電壓且其幅值超過間隙放電電壓時(shí)，地，從而使設(shè)備得到保護(hù)。當(dāng)過電壓消失后，間隙續(xù)流過避雷器，此續(xù)流是在工頻恢復(fù)電壓作用下，蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通型相比較，它具有更高的熄弧能力和較低的殘壓花間隙。它是由許多單個(gè)間隙串聯(lián)而成的，它利種新型避雷器。氧化鋅避雷器是由氧化鋅非線性電阻片優(yōu)異的非線性伏安特性，可以取消串聯(lián)火花間隙，實(shí)現(xiàn)能量，這對(duì)抑制過電壓的發(fā)展是有利的。由于沒有間隙又沒有共頻續(xù)流引起串聯(lián)間隙燒傷的制約，金屬氧化物避雷器具有耐受重復(fù)雷和重復(fù)動(dòng)作蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）穢，或在帶電水沖洗時(shí)，由于瓷套表面電位分布的然過零，而金屬氧化物避雷器當(dāng)電壓恢復(fù)到正常Rb(i)蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的，應(yīng)綜合考慮電阻片特性的穩(wěn)定度、漏電流在中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中，因單相接地時(shí)健全相上的電壓會(huì)升至線電壓，所以一表2-2110kV～500kV變電站用氧化鋅避雷器電氣特性避雷容許直流1mA參考電壓峰殘壓峰值（kV）器額額定持續(xù)下，不大于下，不大于不大于壓(值值-------------------------------------------------------------蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）個(gè)低的電位差。其辦法是在大地表面土層中埋設(shè)金顧名思義，防雷接地裝置的作用用于防雷保護(hù)中器及其接地裝置而流入大地，如果接地裝置不符合要求，避雷針、避雷線等）仍將會(huì)有很高的電位，以致被保護(hù)設(shè)體，它具有一定的電阻率，接地電流將沿大地產(chǎn)生蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）u圖3-1接地裝置在地表面電位分布和跨步電壓，從而不利于電氣設(shè)備的絕緣以及人身擊電流流經(jīng)接地裝置時(shí)，由于電流變化很快，接地裝置地上蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）地上電流擴(kuò)散密度是不相同的，這使接地裝置的利用程裝置的長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，則電感的效應(yīng)愈顯著，沖擊接地設(shè)的升長(zhǎng)接地體，為了得到在沖擊電流作用下較好和接地裝置的長(zhǎng)度及其結(jié)構(gòu)形狀有關(guān)，通常將沖擊接地電阻R與工頻接地電阻R之比Rchg地體、垂直接地體以及既有水平又有垂直的復(fù)合接和輸電線路防雷接地的主要方式；垂直接地一般作的集中接地；在變電所和輸電線路線路防雷接地中表3-1鋼接地體和接地線的最小規(guī)格種類種類規(guī)格及單位地下直徑（mm）68截面（mm）厚度（mm）444厚度（mm）34蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）方孔網(wǎng)的均壓，特別是在沖擊電流作用下的均壓效果要接地網(wǎng)由扁鋼水平連接，埋入地下0.6～0.8m處，其面積S大體與變電所的面積相（a）長(zhǎng)孔（b）方孔蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）ik41AA─5B)lAl00蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）平北站所在地環(huán)境條件：①環(huán)境溫度:-5℃~+35℃。變電所對(duì)于直擊雷的保護(hù)一般采取裝設(shè)避雷架設(shè)避雷線的方法解決，其作用是將雷電吸引到流引入大地從而保護(hù)了設(shè)備。為免遭受雷擊，所有被保圍之內(nèi)，當(dāng)雷擊避雷針時(shí)，避雷針對(duì)地面的電位可能很間的絕緣距離不夠，就有可能在避雷針遭受雷擊后，使），蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖4-1變電所避雷針安裝位置圖XLL-XX蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）bXbXX此時(shí)bb圖4-2獨(dú)立避雷針與配電構(gòu)架應(yīng)有的距離雷擊避雷針時(shí)，雷電流流經(jīng)避雷針及其接地裝置，如圖4-2所示。在diiR蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）kkkminkmincjdddmindmincj在地上，由獨(dú)立避雷針到配電裝置的導(dǎo)電部分間，①為防止雷擊避雷針時(shí)雷電波沿電線傳入室內(nèi)，危蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）變電所對(duì)感應(yīng)雷防護(hù)的主要措施是在進(jìn)線（或波過電壓的主要措施，所以必須正確選擇避雷器的bub2Z11Z1bubbib圖4-3避雷器直接裝在變壓器旁邊等效電路分別如4-3(b)所示。設(shè)閥型避雷器的伏安特性u(píng)=f(i)和伏安特性u(píng)=f(t)bbf均為已知，則由圖解法可求出避雷器動(dòng)作前后變器動(dòng)作前后的電壓，由于避雷器上的電壓具有兩個(gè)峰值u和u，u是避雷器的沖擊cjfcmcjf蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）bc5c5cjfuuub+ibZ1uf=f(t)f圖4-4避雷器電壓U的圖解法bcjfQBT2圖4-5變電所實(shí)例及其等效電路但是變電所內(nèi)有許多電氣設(shè)備，不可能在每個(gè)設(shè)備上盡可能減少避雷器組數(shù)，又要保護(hù)全部設(shè)備，況所示是一變電所電氣主接線圖及其等值電路圖。閥蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）述不取統(tǒng)一時(shí)間起點(diǎn)，而取各點(diǎn)出現(xiàn)電壓時(shí)為各點(diǎn)的時(shí)間起點(diǎn)。先分B(t)v+tf)l21at -2a(t-tf)EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up13(2l),v)atEQ\*jc3\*hps33\o\al(\s\up11(l),v)ffftft(t-t)f2vf-圖4-6計(jì)算電壓用的網(wǎng)絡(luò)圖B(t)=at。UB(t)EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up14(2l),v)EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up12(l2),v)EQ\*jc3\*hps35\o\al(\s\up12(2l),v)B(t)在B點(diǎn)上加上一負(fù)電壓波-2a(t-t)，因此，當(dāng)t>t時(shí)ppEQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up12(l2),v)p-EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up12(l2),v)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up10(l2),v)C5蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up12(l2),v)B(t)b2b2atfffffτ-(EQ\*jc3\*hps30\o\al(\s\up6(t),a2)f5-t2-τ1f1+5-bttf+-Ut圖4-7接線上各點(diǎn)的電壓波形表表4-1避雷器上的電壓UB(t)UB(t)2v2(2l)(l)p2)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up6(2),v)pEQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up10(l2),v)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up10(l2),v)t同理，根據(jù)圖4-7（b）可以求得進(jìn)線刀閘上的電壓U和變壓器上的電壓U，Q(t)T(t)Q(t)l1vl-vlvlvC5C5進(jìn)線刀閘上的電壓進(jìn)線刀閘上的電壓UQ(t)tQ(t)vppv變壓器上的電壓UT(t)EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up13(+),v)l2-2at-pEQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up13(2l),v)pEQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up13(-),v)l)2)C5vUlUUT(t)l2pEQ\*jc3\*hps35\o\al(\s\up13(2l),v)pEQ\*jc3\*hps35\o\al(\s\up13(2l),v)EQ\*jc3\*hps35\o\al(\s\up13(2l),v)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up11(l2),v)l2tpp2pvpv蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）振蕩軸為避雷器殘壓。這種波形與全波相差很大，對(duì)變ut圖4-8雷電波侵入變電所時(shí)，變壓器上電壓的實(shí)際典型波形1值為變壓器三次截波沖擊實(shí)驗(yàn)電壓U的1/1.15倍，即U=Uj51j51/1CjfmjvjjC5jC5j3蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）jC55kA以下，同時(shí)，也必須限制侵入波的陡度a和電氣設(shè)備與避雷器之間的電氣距離l。cjfc5kcjfc5k（4-13）表4-4（a）金屬氧化物避雷器至主變壓器之間的最大距離（m）進(jìn)線路數(shù)進(jìn)線路數(shù)23235(170)265(190)1122進(jìn)線段表4-4（b）普通閥型避雷器至變壓器之間的最大電氣距離（m）蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)線路數(shù)進(jìn)線路數(shù)2進(jìn)線段121212213示。當(dāng)線路全線無避雷線時(shí)，此段必須架設(shè)避雷線。這電波主要是來自“進(jìn)線”保護(hù)段之外，使它經(jīng)過這段距表4-5進(jìn)線段的耐雷水平耐雷水平蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）GB圖4-9無避雷線線路的變電所進(jìn)線段的變電所進(jìn)線段保護(hù)接線圖采取進(jìn)線段保護(hù)以后，能否滿足規(guī)程規(guī)定的雷電流不利的情況下計(jì)算雷電流和陡度a。），的波前又較短。故避雷器動(dòng)作后，產(chǎn)生的負(fù)電壓器雷電流的最大值I：bUZ蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）UZZUUIb圖4-10流經(jīng)避雷器的雷電流計(jì)算用等效電路2U=IZ+UU=f(i)不同電壓等級(jí)的I如表4-6所示。b表4-6進(jìn)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線路絕緣的線路絕緣的U2060～2310Ib4.35～5.388.63～10避雷器型號(hào)FZ—35FZ—110JFZ—220JFCZ—500額定電壓蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）u─u─uhd-d表4-7變電所入侵波計(jì)算陡度額定電壓額定電壓入侵波陡度（kV/m）（kV）1km進(jìn)線段2km進(jìn)線段或全線有避雷線雙繞組變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，高壓側(cè)與低壓側(cè)避雷器。所以一側(cè)有雷電波入侵，傳遞到另一側(cè)去的電壓當(dāng)高壓側(cè)雷電流入侵時(shí)，通過繞組間的靜電耦合和電磁耦壓。三繞組變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，可能出現(xiàn)只有高、中壓況。此時(shí)，在高壓或中壓側(cè)有雷電波的作用時(shí)，由于低壓將使低壓繞組三相的電位同時(shí)升高，故為了限制這種過電蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）器。此外，當(dāng)雷電波從高、中壓繞組的一側(cè)侵入而壓，因此，必須在自藕變壓器的兩個(gè)自耦合的繞A3200和末端接地的變壓器繞組相同。由A'到A這段繞組的電壓穩(wěn)態(tài)分布00'端相當(dāng)與接地，雷電波大部分加在自藕變壓器繞組的AA'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)有侵入波蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）電波的機(jī)會(huì)，這理論上會(huì)造成威脅。但運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表對(duì)于多雷區(qū)、單路進(jìn)線的中性點(diǎn)非直接接地的變電一部分變壓器的中性點(diǎn)是不接地的，如中性點(diǎn)采用性點(diǎn)加裝避雷器