中型变配电所接地的设计--毕业设计.doc

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 0 页 共 37 页 常州信息职业技术学院 学生毕业设计（论文）报告 系 别： 电子与电气工程学院 专 业： 自动化生产设备应用 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 1 页 共 37 页 毕毕业业设设计计（论论文文）任任务务书书 专业专业 自动化生产设备应用 班级班级 自动 081 姓名姓名 李翔 一、课题名称： 中型变配电所接地的设计 二、主要技术指标： 1、 接地 2、 接地网 3、 配电变压器的接地连接 4、 消弧 三、工作内容和要求： 1）接地网的概念以及接地网的敷设。 2）接地线的材质以及连接方式。 3）安全接地的注意事项和主要技术难度。 4）消弧的技术及装置 四、主要参考文献：1 李福寿.消弧线圈自动调谐原理.上海交通大学出版社，1993. 2 变电技术问答上册,电力工业出版社，1976年. 3 电力工程电气设计手册上册，水利电力部西北电力设计院编，水利电力出版社。 学 生（签名） 2010 年 月 日 指 导 教师（签名） 2010 年 月 日 教研室主任（签名） 2010 年 月 日 系 主 任（签名） 2010 年 月 日 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 2 页 共 37 页 毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题设计（论文）题 目目 中型变配电所接地的设计 一、选题的背景和意义： 接地网作为变配电所交、直流设备接地及防雷保护接地 ,对系统的安全运行起着重要的作用。 因此 ,接地问题越来越受到重视。变配电所接地网因其在安全中的重要地位 ,一次性建设、维 护困难等特点在工程建设中受到重视。另外 ,在设计及施工时也不易控制 ,这也是工程建设中 的难点。 相信掌握了变配电所安全接地的设计，不管在今后开发或是工作上，一定会带来意想不到 的惊喜。 二、课题研究的主要内容： 1)接地的作用总的步说可以分为有两个：保护人员和设备不受损害叫保护接地；保障设备的正 常运行的叫工作接地。 2)接地网的概念以及接地网的敷设。 3)接地线的材质以及连接方式。 4)安全接地的注意事项和主要技术难度。 5)消弧的技术及装置 三、主要研究（设计）方法论述： 1、文献研究法； 2、信息研究法； 3、描述性研究法 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 3 页 共 37 页 四、设计（论文）进度安排： 时间（迄止日期）工 作 内 容 2010.5.112010.5.16搜集整理资料信息 2010.5.152010.5.16完成开题报告 2010.5.182010.6.28完成初稿并交指导老师 2010.6.292010.7.1将毕业设计报告进行修改、充实、完善， 2010.7.1交最终定稿 2010.7.6答辩 五、指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日 六、系部意见： 系主任签名： 年 月 日 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 4 页 共 37 页 目录目录 摘要摘要 ABSTRACT 第一章第一章前言前言 .1 第二章第二章接地接地 .2 2.1 接地的基本知识 2 2.1.1接地装置.2 2.1.2接地电阻的基本概念.2 2.1.3接地的分类及概念.2 2.2 防雷接地的作用.3 2.2.1 接 闪3 2.2.2 均 压3 2.2.3 屏 蔽3 2.2.4 接 地4 2.2.5 分流（保护）4 2.2.6 躲 避4 2.3 运行与维护.4 第三章第三章 配电变压器的防雷接地配电变压器的防雷接地6 3.1 配电变压器防雷接线 6 3.1.1接地电阻的数值.7 3.1.2共同接地的连接方式.7 3.1.3接地装置的设计经验.9 3.1.4接地引下线的连接方式.9 3.1.5接地装置的施工.10 3.1.6 低压侧安装避雷器10 3.1.7中性线及其连接做法.11 3.2 基本接地型式.12 3.2.1 配电变压器低压侧的接地型式12 第四章第四章 接地网接地网.15 4.1 地网设计15 4.1.1关于接地短路电流的计算.16 4.1.2土壤电阻率 的取值.16 4.1.3接地电阻值的要求.17 4.2 接地网施工安装.17 4.2.1 施工时，应注意的问题17 4.3 接地网阻抗的测试 17 第五章第五章 消弧消弧18 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 5 页 共 37 页 5.1 10KV 中性点不接地系统的特点19 5.2 系统对地电容电流超标的危害.19 5.3 单相接地电容电流的计算 19 5.3.1 空载电缆电容电流的计算19 5.3.2 架空线电容电流的计算20 5.3.3 变电所增加电容电流的计算20 5.4 传统消弧线圈存在的问题 20 5.5 自动跟踪消弧线圈补偿技术.21 5.5.1 接地变压器21 5.5.2有载调节消弧线圈.22 5.5.3 限压阻尼电阻箱22 5.5.4 调谐和选线装置22 5.5.5 隔离开关、电压互感器23 5.6 自动跟踪消弧线圈补偿技术的性能和特点.23 5.7 接地变压器、消弧线圈容量和额定电流的确定.23 5.7.1根据架空线或电缆参数计算公式计算电容电流Ic23 5.7.2消弧线圈容量的确定.23 5.7.3消弧线圈容量及额定电流的选择.23 5.7.4接地变压器容量选择.24 结束语结束语 .25 答谢词答谢词 .26 参考文献参考文献27 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 6 页 共 37 页 摘要摘要 电气设备的任何部分与大地(土壤)间作良好的电气连接称为接地。接地是 确保电气设备正常工作和安全防护的重要措施。电气设备接地通过接地装置实施。 众所周知，供电部门和工矿企业等用电户给配电变压器的防雷接地方式，通常采 取高压侧接避雷器，然后将避雷器的接地引下线与配电变压器外壳及低压中性点 相连，共用一个接地装置的做法。配电变压器的防雷保护接地是一项复杂的电气 工程，必须考虑防雷接地、保护接地、工作接地的各种要求，以其中最小值为标 准来设计和施工。及时进行试验，务必验收合格，方可投入使用。使用过程中还 需要经常检查，测试其参数，使防雷和接地装置长期保持安全、稳定、可靠地运 行，以确保人身和设备的安全。 关键字关键字：接地 接地网 配电变压器的接地连接 消弧 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 7 页 共 37 页 Abstract TheElectrical equipment to any part of the earth (soil) with good electrical connection between called grounding. Grounding is to ensure the normal working of electrical equipment and safety protection. Electrical equipment grounded by grounding to implement. As is known to all, power supply departments and industrial and mining enterprises etc to distribution transformer YongDianHu of lightningproof grounding mode, usually adopt high-voltage side up, then the lightning arrester and distribution transformer grounding lead referrals shell and low-pressure neutral grounding device, a Shared. Lightning protection of distribution transformer grounding is a complex electrical engineering, must consider lightningproof grounding protection, grounding, work with the various requirements of the ground, including minimum standards for the design and construction. Timely, acceptance test, may be put into use. Use process need often inspection, testing, the parameters of lightning and grounding to keep safe, stable and reliable operation, to ensure the safety of person and equipment. Key words: Ground connection；Grounding network；Connect the ground distribution transformers；Arc suppression. 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 0 页 共 37 页 第一章第一章前言前言 地技术在现代电子领域方面得到了广泛而深入的应用。电子设备的“地”通 常有两种含义：一种是“大地”（安全地），另一种是“系统基准地”（信号地） 。接地就是指在系统与某个电位基准面之间建立低阻的导电通路。“接大地”是 以地球的电位为基准，并以大地作为零电位，把电子设备的金属外壳、电路基准 点与大地相连。由于大地的电容非常大，一般认为大地的电势为零。开始的时候， 接地技术主要应用在电力系统中，后来，接地技术延伸应用到弱电系统中。在弱 电系统中的接地一般不是指真实意义上与地球相连的接地。对于电力电子设备将 接地线直接连在大地上或者接在一个作为参考电位的导体上，当有电流通过该参 考电位时，接地点是电路中的共用参考点，这一点的电压为，电路中其他各 点的电压高低都是以这一参考点为基准的，一般在电路图中所标出的各点电压数 据都是相对接地端的大小，这样可以大大方便修理中的电压测量。相同接地点之 间的连线称为地线。把接地平面与大地连接，往往是出于以下考虑：提高设备电 路系统工作的稳定性，静电泄放，为工作人员提供安全保障。接地的目的：安全 考虑，即保护接地。为信号电压提供一个稳定的零电位参考点（信号地或系统地） 屏蔽保护作用。 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 1 页 共 37 页 第二章第二章接地接地 电气设备的任何部分与大地(土壤)间作良好的电气连接称为接地。接地是 确保电气设备正常工作和安全防护的重要措施。电气设备接地通过接地装置实施。 接地装置由接地体和接地线组成。与土壤直接接触的金属体称为接地体；连接电 气设备与接地体之间的导线(或导体)称为接地线。接地网是接地系统的基础，由 接地环（网） 、接地极（体）和引下线组成，以往常有种误解，把接地环作为接 地的主体，很少使用接地体，在接地要求不高或地质条件相当优越的情况下，接 地环也能够起到接地的作用，但是通常的情况下，这是不可行的，接地环可以起 到辅助接地地作用，主导作用是用接地体来完成的。影响接地效果的几个因素有 土壤电阻率、接地体的选择.接地材料的防腐和合理的布划接地网络。影响接地 电阻的因素很多：接地桩的大小（长度、粗细） 、形状、数量、埋设深度、周围 地理环境（如平地、沟渠、坡地是不同的） 、土壤湿度、质地等等。为了保证设 备的良好接地，利用仪表对地电阻进行测量是必不可少的。 2.12.1 接地的基本知识接地的基本知识 2.1.1 接地装置接地装置 接地装置是由埋入土中的金属接地体（角钢、扁钢、钢管等）和连接用的接 地线构成。电力行业按接地的目的，电气设备的接地可分为：工作接地、防雷接 地、保护接地、仪控接地。 2.1.2 接地电阻的基本概念接地电阻的基本概念 接地电阻是指电流经过接地体进入大地并向周围扩散时所遇到的电阻。大地 具有一定的电阻率，如果有电流流过时，则大地各处就具有不同的电位。电流经 接地体注入大地后，它以电流场的形式向四处扩散，离接地点愈远，半球形的散 流面积愈大，地中的电流密度就愈小，因此可认为在较远处（1520m 以外） ，单 位扩散距离的电阻及地中电流密度已接近零，该处电位已为零电位。 2.1.3 接地的分类及概念接地的分类及概念 工作接地：是为了保证电力系统正常运行所需要的接地。例如中性点直接接 地系统中的变压器中性点接地，其作用是稳定电网对地电位，从而可使对地绝缘 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 2 页 共 37 页 降低。 防雷接地：是针对防雷保护的需要而设置的接地。例如避雷针（线） 、避雷 器的接地，目的是使雷电流顺利导入大地，以利于降低雷过电压，故又称过电压 保护接地。 保护接地：也称安全接地，是为了人身安全而设置的接地，即电气设备外壳 (包括电缆皮)必须接地，以防外壳带电危及人身安全。 仪控接地：发电厂的热力控制系统、数据采集系统、计算机监控系统、晶体 管或微机型继电保护系统和远动通信系统等，为了稳定电位、防止干扰而设置的 接地。也称为电子系统接地。 2.2 防雷接地的作用防雷接地的作用 2.2.1 接接 闪闪 接闪装置就是我们常说的避雷针、避雷带、避雷线或避雷网，接闪就是让在 一定程度范围内出现的闪电放电不能任意地选择放电通道，而只能按照人们事先 设计的防雷系统的规定通道，将雷电能量泄放到大地中去。 2.2.2 均均 压压 接闪装置在接闪雷电时，引下线立即产生高电位，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。室内的金属设施、电气装置和电子设备，如果其 与防雷系统的导体，特别是接闪装置的距离达不到规定的安全要求时，则应该用 较粗的导线把它们与防雷系统进行等电位连接。这样在闪电电流通过时，室内的 所有设施立即形成一个“等电位岛” ，保证导电部件之间不产生有害的电位差， 不发生旁侧闪络放电。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。 为了彻底消除雷电引起的毁坏性的电位差，就特别需要实 行等电位连接，电源线、信号线、金属管道等都要通过过压保护器进行等电位连 接，各个内层保护区的界面处同样要依此进行局部等电位连接，并最后与等电位 连接母排相连。 2.2.3 屏屏 蔽蔽 屏蔽就是利用金属网、箔、壳或管子等导体把需要保护的对象包围起来，使 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 3 页 共 37 页 雷电电磁脉冲波入侵的通道全部截断。所有的屏蔽套、壳等均需要接地。屏蔽是 防止雷电电磁脉冲辐射对电子设备影响的最有效方法。 2.2.4 接接 地地 接地就是让已经内入防雷系统的闪电电流顺利地流入大地，而不能让雷电能 量集中在防雷系统的某处对被保护物体产生破坏作用，良好的接地才能有效地泄 放雷电能量，降低引下线上的电压，避免发生反击。 2.2.5 分流（保护）分流（保护） 这是现代防雷技术迅猛发展的重点，是保护各种电子设备或电气系统的关键 措施。 所谓分流就是在一切从室外来的导体（包括电力电源线、数据线、电话 线或天馈线等信号线）与防雷接地装置或接地线之间并联一种适当的避雷器 SPD，当直击雷或雷击效应在线路上产生的过电压波沿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，雷电电流就由此处分流入地了。 雷电流在分流之后，仍会有少部份沿导线进入设备，这对于一些不耐高压的微电 子设备来说是很危险的，所以对于这类设备在导线进入机壳前，应进行多级分流 （即不少于三级防雷保护） 。 现在避雷器的研究与发展，也超出了分流的范围。 有些避雷器可直接串联在信号线或天线的馈线上，它们能让有用信号顺畅通过， 而对雷电过压波进行阻隔。 采用分流这一防雷措施时，应特别注意避雷器性能 参数的选择，因为附加设施的安装或多或少地会影响系统的性能。比如信号避雷 器的接入应不影响系统的传输速率；天馈避雷器在通带内的损耗要尽量小；若使 用在定向设备上，不能导致定位误差。 2.2.6 躲躲 避避 在建筑物基建选址时，就应该躲开多雷区或易遭雷击的地点，以免日后增大 防雷工程的开支和费用。 当雷电发生时，关闭设备，拔掉电源插头。 2.32.3 运行与维护运行与维护 接地装置运行中，接地线和接地体会因外力破坏或腐蚀而损伤或断裂，接地 电阻也会随土壤变化而发生变化，因此，必须对接地装置定期进行检查和试验。 一般情况下，应每年对变(配)电所的接地装置一般每年检查一次，同时进行接地 电阻测量工作，对各种防雷装置的接地装置每年在雷雨季前检查一次。特别是对 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 4 页 共 37 页 化学附近，含有酸、碱、盐等化学成分的土壤地带应检查地面下 500mm 以上部位 的接地体的腐蚀程度。防止酸碱等物质对地网造成严重的腐蚀。接地网每次检查 时应检查电气设备与接地线、接地线与接地网连接情况，要牢固可靠。近年来， 南方地区多采用铜材料作为接地体，以提高接地效果，减少腐蚀程度，这无非要 提高防雷装置的造价，增加工程的成本，南方雨水天气较多，接地体易腐蚀。而 在北方天气干燥，加之采用铜接地造价较高，因此北方易使用镀锌扁钢做为接地 体。 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 5 页 共 37 页 第三章第三章 配电变压器的防雷接地配电变压器的防雷接地 众所周知，供电部门和工矿企业等用电户给配电变压器的防雷接地方式，通 常采取高压侧接避雷器，然后将避雷器的接地引下线与配电变压器外壳及低压中 性点相连，共用一个接地装置的做法，配电变压器对其接地电阻值的要求是：当 容量100 kVA 时，4；当容量100 kVA 时，10，并且还要求将人工接 地装置做成环形。这都是有关标准上给出的结论，而标准中的每条规定都是有具 体的适用范围，但许多具体规定在供电部门的现场规程中没有反映，这样就有要 对这些规定做出一些解释，同时也要做一些更易于执行的具体实施细则。 3.13.1 配电变压器防雷接线配电变压器防雷接线 目前，常规的配电变压器防雷接线如图 1 所示。它是将配电变压器的防雷、 工作、保护这三种接地共同接在了一起的。 图图 3 31 1 配电变压器防雷、工作、保护共同接地配电变压器防雷、工作、保护共同接地 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 6 页 共 37 页 3.1.1 接地电阻的数值接地电阻的数值 三点共同接地就是将防雷接地（高、低压避雷器）、保护接地（外壳）和 工作接地（低压中性点）连接在同一个接地装置，其接地电阻应满足三者之中的 最小值，其中防雷接地一般规定小于 10，但要有垂直接地极，以利散流。低压 工作接地一般应小于 4。因而接地电阻主要取决于高压侧对地击穿时的保护接 地，一般情况下配电变压器都是向 B 类建筑物供电的，标准上有规定，只有当保 护接地的接地电阻 R50/I 时，高压侧防雷及保护接地才能与低压侧工作接地共 用一个接地装置。反过来说，如果采取三点共同接地，则 R50/I 时，其中 I 为 高压系统的单相接地电流。 对不接地系统，I 为系统的电容电流，对消弧线圈接地系统，I 为故障点的 残流。 有些系统虽装有消弧线圈，但常常运行不正常而退出运行，目前不少 10 kV 系统 IC 都在 40 A 左右，所以较大的高压系统中 R 应取 1。 如果按上述计算结果大于 4，则由于低压工作接地要求，不得大于 4。 公式 R50/I 中，50 为低系统的安全电压，即高压侧对外壳单相接地时，接地电 流流过接地装置的压降不得超过 50 V。 而 10 kV 系统中的电容电流差别很大，有的不足 10 A，有的高达上百安或数 百安，所以配电变压器三点共同接地时，要根据所在高压系统的情况来确定接地 装置的接地电阻，不能笼统地规定 4 或 10。当低压工作接地单独另设时， 100 kVA 以下的配电变压器的低压侧工作接地电阻，可放宽到 10，因为变压器 小，绕组的阻抗大，限制了接地电流，也就限制了地电位的升高。 3.1.2 共同接地的连接方式共同接地的连接方式 除图 1 的方式外，施工中还有其它接地装置的连接方式，见图 2、3 所示。 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 7 页 共 37 页 图图 3 32 2 施工中常用的接地方式施工中常用的接地方式 图图 3-33-3 施工中常用接地方式施工中常用接地方式 这三种方式中都是共同接地的，只是它们连接的次序不同，最终还是连在了 一起了。采用哪种方式为好，现分析如下。 高压侧避雷器的作用是用来保护变压器高压线圈与外壳之间的绝缘，按图 2 的接法，高压线圈与外壳之间承受的电压除避雷器残压外，还增加了接地引下线 的电阻上的压降，这个压降在雷电流冲击下是不可忽视的，使其保护效果大为降 低。 而图 1 的接法也会产生一个问题，就是低压线圈及中性线全部承受接地装置 上的压降，特别是当中性点存在重复接地，接地电阻小于配电变压器接地电阻， 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 8 页 共 37 页 且离配电变压器较近时，高压侧避雷器的放电冲击电流将较多流向重复接地，有 时会将重复接地的引下线烧断（重复接地线一般较细）。 所以图 3 的接法较为合理，对高压线圈的防雷保护合理，对低压中性线的冲 击也较小，因为部分雷电流已通过接地装置流入地中。 3.1.3 接地装置的设计经验接地装置的设计经验 有关标准规定，配电变压器台区的接地装置应敷设为闭合环形，并加垂直接 地极，这是因为环形内的接触电压比较低，而沿环形接地体走路的行人，其跨步 电压也较小，城区的配电变压器大多安装在路边，因常有人走动，为行人安全着 想，必须敷设为环形。 环形的大小，一般以 5m 为直径，这是因为要发挥水平接地极和垂直接地极 的散流效果，减少相互屏蔽，降低接地电阻而必需的。但有些安装地点过于狭窄 时，则可为椭圆形，短轴距不得低于 3 m。由图 4 可见，两个垂直接地极宜打在 短轴两端点附近，高压避雷器及外壳接地和中性点的接地分别引至垂直接地极附 近，以利于散流。如土壤电阻率较高，做一个环后，测试接地电阻不合要求，则 应在环外再做一个大环，两环相距 45 m，埋深比第一环深，至少两处相连接， 直至满足要求为止。 图图 3-43-4 接地装置敷设为椭圆形接地装置敷设为椭圆形 3.1.4 接地引下线的连接方式接地引下线的连接方式 按部颁标准，除设备的接线端子可用螺栓连接外，引下线及接地装置都应使 用焊接，但为安装方便，通常在电杆下的 1.82.0 m 处有一个断接卡，也用螺 栓连接。引下线一般用扁钢，但也有采用钢绞线。钢绞线与扁钢的连接应制作接 线板，最好采用双螺栓相连，并且采用不锈钢的螺栓，以利于接触良好。 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 9 页 共 37 页 目前的实际情况是，高压避雷器接地端分别用钢绞线接线，三根钢绞线再连 在一起，且都是绞合连接，配电变压器外壳的接地线也用钢绞线与避雷器接地线 绞合，然后再与接地装置的引上线用螺栓连接，有的也未压制接线鼻，这些连接 都不符合标准的要求，接头过多，容易造成接触不良。 比较好的做法是将三个高压避雷器的接地端用 304 的扁钢连成一体，从中 间引下与外壳的接地扁钢相连，均采用焊接，也不宜在中间设断连卡，而直接入 地与接地装置进行焊接，低压中性点直接用扁钢引至接地装置与之焊接，扁钢宜 采用 3040 mm2。 3.1.5 接地装置的施工接地装置的施工 接地装置的地下水平接地极应采用 404 的扁钢，垂直接地极用 L404，埋 深大于 60cm，填土时用干净的原土并夯实。有条件时，应将环形水平接地极的面 积适当增大些，或往环外再做一个环，两处相连，以降低接地电阻，尽可能达到 1。地下连接处应采用焊接，并符合要求。扁钢的搭接长度应为扁钢宽度的 2 倍，且应三面或四面焊接，三面焊接时尽量二短边一长边，利于电流通过，圆钢 的焊接长度为圆钢直径的 6 倍，应两面焊接，且不得有虚焊。焊接处应采取防腐 措施。 3.1.6 低压侧安装避雷器低压侧安装避雷器 由于采用三点共地后，高压侧避雷器的放电电流（特别当三相同时放电时） 很大，在接地电阻上的压降也很高。该压降加在低压线圈上，通过低压线路电容 接地，在低压线圈中就有一冲击电流使线圈励磁，通过电磁感应使高压线圈感应 出很高的电压。高压侧电压受高压侧避雷器残压所限制，高压线圈中性点电位就 很高，容易在中性点附近，导致对地击穿或匝间短路而损坏变压器，因而必须采 取措施，限制低压线圈承受的电压，即一般采取低压侧也加一组避雷器。当地电 位升高时，通过避雷器放电，使低压线圈只承受低压避雷器的残压（1300 V 左右） ，这样高压中性点附近的过电压就被限制在可承受范围之内，这就是防止逆变换 损坏变压器，见图 3-5 所示。同样当低压线路感应雷传到配电变压器时，低压侧 避雷器也会动作，使雷电流入地，低压线圈的电压被限制在低压避雷器残压之内， 防止配电变压器高压侧被按变比由低压而感应的电压所损坏。因此，必须在配电 变压器的低压侧安装一组低压避雷器。这种情况属于正变换过电压，由于配电变 压器的低压侧绝缘裕度高于高压侧，所以配电变压器雷击事故常发生在高压侧， 尤其是中性点附近，如图 3-6 所示。 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 10 页 共 37 页 图图 3-53-5 配电变压器逆变换情况配电变压器逆变换情况 图图 3-63-6 配电变压器正变换情况配电变压器正变换情况 低压侧加装避雷器，因其往往采用高、低压架空线，容易受雷击，35/0.4 kV 直配变压器因其变比大，更应在低压侧加装一组避雷器。加装低压避雷器后， 原来的三点共同接地就成了四点共同接地，见图 1。 3.1.7 中性线及其连接做法中性线及其连接做法 中性线在三相负荷不平衡时流过电流，按有关规定该电流不得大于相线电流 的 25%。 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 11 页 共 37 页 另外，中性线、中性点接地线与配电变压器低压中性线端头的连接应可靠， 应制作接线鼻（板），螺栓应压紧，防止接触不良流过电流时发热烧断。中性线 断线意味着低压系统失去接地，成为不接地系统。三相负荷不平衡时，导致三相 电压相差很大，过高的电压将烧毁用电设备。 3.23.2 基本接地型式基本接地型式 3.2.1 配电变压器低压侧的接地型式配电变压器低压侧的接地型式 前述配电变压器低压侧中性点接地，并与高压侧避雷器接地共用一个接地装 置，适应于大量采用的低压系统为 TN 和 TT，但是如采用 IT 制式，则中性点就 不能接地。 TN 系统，又分三种情况： TN-C 系统，整个系统中用电气设备外壳保护线与中性线合一； TN-S 系统,整个系统中电气设备外壳保护接地线与中性线分开，有专用保护 线； TN-C-S 系统，系统中有部分线路的中性线和保护线合一。 TT 系统，系统中有一点直接接地，用电设备外壳采取接地保护。 IT 系统，配电变压器低压中性点不接地，用电气设备外壳单独接地保护。 图图 3-73-7 TN-CTN-C 系统系统 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 12 页 共 37 页 图图 3-83-8 TN-CSTN-CS 系统系统 图图 3-93-9 TN-STN-S 系统系统 图图 3-103-10 TTTT 系统系统 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 13 页 共 37 页 图图 3-113-11 ITIT 系统系统 一般居民用户可用 TN-C-S 系统，即低压从配电变压器引出的主干线可以采 取 TN-C 系统（四线制），到用户的支线采取 TN-S 系统；工厂车间可以采用 TT 系统，电动机用三相电源，照明及其它单相负载用用单相电源，配电变压器中性 点接地，到车间后，车间设备的外壳单独接地。 需防爆的场所（如井矿盐制盐及盐化工企业的热电站输煤系统）最好采用 IT 系统，三根相线或四根（三相四线：三根相线加一根中性线）送过去，中性点不 接地，外壳单独接地，这样相线碰地或碰外壳，电流很小，不会产生火花，可有 效地防止爆炸。 有防腐要求的场所（如制盐企业、化工企业等），其接地装置最好是采用铜 质材料来制作。接地引下线、水平接地体可采用相应规格的圆铜条或铜排，垂直 接地体可采用相应规格的铜棒。现在还有一种既防腐，又廉价实惠的铜覆钢复合 接地棒，它既有很好的导电及防腐性能（铜材），又有较高的机械强度（钢材）， 是一种很值得推广的新型接地材料，用它来逐步代替钢材来作接地装置材料，是 今后的发展方向。 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 14 页 共 37 页 第四章第四章 接地网接地网 防雷工程是建设中施工难度最大也是最重要的一个分项，由于环境的不同接 地网的设计也存在较大差异。系统的接地工程主要由接地体、连接线组成接地网 络，其中影响接地效果的几个因素有土壤电阻率、接地体的选择.接地材料的防 腐和合理的布划接地网络变电所接地网的设计与安装。 4.14.1 地网设计地网设计 目前的情况是，变电所网络仅有一张接地网总平面布置图及其简要说明，在 布置图中只画出了主干线，一些特殊设备的接地线未标出，也未考虑设备密集区 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 15 页 共 37 页 的地线连接，控制室、高压室及穿墙套管的接地网无单独的接地设计图，且设计 部门既没有提供接地网设计计算说明书，也不标明一些重要参数是如何取得的。 有的设计人员并不知道土壤电阻率是由哪个部门提供、如何测量、是否能反映土 壤的分层情况等，计算接地短路电流时，未能合理选择点分流和避雷线分流系数， 致使设计的接地网电阻值可信度很低。对接地网设计是否全面、合理关系到接地 网的安全稳定运行，设计参数决定了接地网的基本状况，设计参数包括入地短路 电流、土壤电阻率、接地电阻值等，现分析如下。 4.1.1 关于接地短路电流的计算关于接地短路电流的计算 电力行业标准 DL/T 6211997中的计算公式为 I =（Imax - In）(1 - Kel) 和 I = In(1 - Ke2)，取其最大值，式中 I 为接地短路电流，即通过接地网进行散流的电流。 Imax 为接地短路时的最大接地短路电流，上述公式仅适用于有效接地系统， 该值可向运行部门或继电保护部门索取，也可自己计算，一般采用单相接地时， 最大运行方式下的最大短路接地电流。 In 为发生最大接地短路时，流往变电所主变压器中性点的短路电流。当所 内主变压器中性点不接地时，In = 0，此是上述可简化为 I = Imax（1 - Kel） ； 当变压器只有1个中性点，发生所内接地时， In =30%Imax，有2个中性点时，In 约等于50%Imax，实际值应以继电保护部门计算和实测为准。 Kel 为短路时，与变电所接地网相连的所有避雷线的分流系数，据专家分析， Kel 应由避雷线的出线回路数确定，出线为1路时，取0.15，2路时取0.28，3路时 取0.38，4路时取0.47，5路以上时取0.50.58，且应根据出线所跨走廊的分流效 果做出相应的增减。 Ke2为所外接地时，避雷线向两侧的分流系数，一般取0.18，这仅适于变电 所内有变压器中性点接地的所外接地。 取值时，要考虑10年以上的发展规划，需乘以1.21.5的发展系数；在散流 比较困难的地方，还应乘以散流系数1.25。由上述取值可得出，只有当变电所内 有两个中性点接地时，所外接地时的入地短路电流才有可能大于所内短路的入地 短路电流。 4.1.2 土壤电阻率土壤电阻率 的取值的取值 土壤电阻率 是决定接地网的关键参数，选择变电所所址时，要考虑所在 地的土质情况，接地网处的土壤分层情况，不能仅取表层土壤的电阻率 ，若土 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 16 页 共 37 页 壤电阻率?太大，接地网的接地电阻值满足不了 R2000/I 的要求。 4.1.3 接地电阻值的要求接地电阻值的要求 根据电力行业标准 DL/T 621197规定，接地装置的接地电阻值应满足 R2000/I，即 IR 2000V。由于现在普遍采用微机保护，其对接地电阻值的要求 很高，即 R 1，2000V 难以满足要求，故有的采取铺设接地铜排等措施来降 低接地电阻值，国外有的已要求 IR 650V。 4.24.2 接地网施工安装接地网施工安装 由于部分施工单位的技术水平较差，在工程监理水平有限的情况下，难以保 证接地网的施工质量，如虚焊、断开、主网未留活动检查点，甚至设备接地引下 线都未接到主网干线上。另外，施工单位将总体布置图当作竣工图给运行单位， 未标出施工过程中改动的地方。为防止上述违规事件的发生，接地网的检查、试 验应由专业人员认真进行通电检查，做好中间验收和竣工验收，发现不规范的地 方，及时要求施工队返工，这样才能保证工程质量。 4.2.1 施工时，应注意的问题施工时，应注意的问题 4.2.1.14.2.1.1主网干线上的镀锌扁钢应竖直放置，减少锈蚀速度。 4.2.1.24.2.1.2控制室的接地应形成环网，主干线穿过控制室时，应从两侧往楼上引接地 线，且楼房的基石钢筋应与接地主干线连接，以改善接地效果。 4.2.1.34.2.1.3穿墙套管的接地应设在室外，且每组的接地线都应引至主干线，以提高运 行人员和室内二次设备的安全性。 4.2.1.44.2.1.4一次设备的接地线不得往电缆沟内的接地扁钢上连接，也不应悬空穿越电 缆沟。 4.2.1.54.2.1.5接地网水平接地极铺设后，回填土时，接地网下要用干净的原土，不得将 脏土或碎石填到下部。 4.34.3 接地网阻抗的测试接地网阻抗的测试 接地网施工完后，必须准确测试接地电阻值，以验证设计计算的准确程度， 为运行单位提供确切的接地网参数。由于接地网的特性，随土壤的成分和物理状 态，以及随接地极的延伸范围和形状而变化，还随季节变化。测试接地电阻时， 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 17 页 共 37 页 接地棒离变电所较远，其间的土壤情况可能很复杂，有分层或埋有金属物等现象， 引起电阻值测试不准确，或与设计计算值相差较远。因此，测试接地网的接地电 阻值时应在相似气侯和湿度条件下进行。 第五章第五章 消弧消弧 随着城市建设发展的需要和供电负荷的增加，许多地方正在城区建设 110/10kV 终端变电所，一次侧采用电压110kV 进线，随着城网改造中杆线下地， 城区10kV 出线绝大多数为架空电缆出线，10kV 配电网络中单相接地电容电流将 急剧增加，根据国家原电力工业部交流电气装置的过电压保护和绝缘配合规 定，366KV 系统的单相接地故障电容电流超过10A 时，应采用消弧线圈接地方 式。一般的110/10kV 变电所，其变压器低压侧为接线，系统低压侧无中性点引 出，因此，在变电所设计中要考虑10kV 接地变、消弧线圈和自动补偿装置的设置。 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 18 页 共 37 页 5.15.1 10kV10kV 中性点不接地系统的特点中性点不接地系统的特点 选择电网中性点接地方式是一个要考虑许多因素的问题，它与电压等级、单 相接地短路电流数值、过电压水平、保护配置等有关。并直接影响电网的绝缘水 平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器和发电机的安全运行以及对通信线路 的干扰。10kV 中性点不接地系统(小电流接地系统)具有如下特点：当一相发生金 属性接地故障时，接地相对地电位为零，其它两相对地电位比接地前升高3倍， 一般情况下，当发生单相金属性接地故障时，流过故障点的短路电流仅为全部线 路接地电容电流之和其值并不大，发出接地信号，值班人员一般在2小时内选择 和排除接地故障，保证连续不间断供电。 5.25.2 系统对地电容电流超标的危害系统对地电容电流超标的危害 实践表明中性点不接地系统(小电流接地系统)也存在许多问题，随着电缆出 线增多，10kV 配电网络中单相接地电容电流将急剧增加，当系统电容电流大于 10A 后，将带来一系列危害，具体表现如下： （1）当发生间歇弧光接地时，可能引起高达3.5倍相电压的弧光过电压，引 起多处绝缘薄弱的地方放电击穿和设备瞬间损坏，使小电流供电系统的可靠性这 一优点大受影响。 （2）配电网的铁磁谐振过电压现象比较普遍，时常发生电压互感器烧毁事 故和熔断器的频繁熔断，严重威胁着配电网的安全可靠性。 （3）当有人误触带电部位时，由于受到大电流的烧灼，加重了对触电人员 的伤害，甚至伤亡。 （4）当配电网发生单相接地时，电弧不能自灭，很可能破坏周围的绝缘， 发展成相间短路，造成停电或损坏设备的事故；因小动物造成单相接地而引起相 间故障致使停电的事故也时有发生。 （5）配电网对地电容电流增大后，对架空线路来说，树线矛盾比较突出， 尤其是雷雨季节，因单相接地引起的短路跳闸事故占很大比例。 5.35.3 单相接地电容电流的计算单相接地电容电流的计算 5.3.1 空载电缆电容电流的计算空载电缆电容电流的计算 （1）根据单相对地电容，计算电容电流： (3-1) 式中：UP 电网线电压(kV) C 单相对地电容(F) 一般电缆单位电容为200-400 pF/m 左右（可查电缆厂家样本） 。 （2） 根据经验公式，计算电容电流： Ic=0.1UP L (3-2) 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 19 页 共 37 页 式中：UP电网线电压(kV) L 电缆长度(km) 5.3.2 架空线电容电流的计算架空线电容电流的计算 （1）根据单相对地电容，计算电容电流： （3-3） 式中：UP电网线电压(kV); C 单相对地电容(F) 一般架空线单位电容为5-6 pF/m。 （2）根据经验公式，计算电容电流： Ic= (2.73.3)UPL10-3 (3-4) 式中：UP电网线电压(kV) L 架空线长度(km) 2.7系数，适用于无架空地线的线路 3.3系数，适用于有架空地线的线路 同杆双回架空线电容电流 ：Ic2=（1.31.6）Ic（1.3-对应10KV 线路,1.6-对 应35KV 线路, Ic-单回线路电容电流） 5.3.3 变电所增加电容电流的计算变电所增加电容电流的计算 图图5-15-1电容电流表电容电流表 通过4-2和4-4比较得出电缆线路的接地电容电流是同等长度架空线路的37倍 左右，所以在城区变电站中，由于电缆线路的日益增多，配电系统的单相接地电 容电流值是相当可观的，又由于接地电流和正常时的相电压相差90，在接地电 流过零时加在弧隙两端的电压为最大值，造成故障点的电弧不易熄灭，常常形成 熄灭和重燃交替的间隙性和稳定性电弧，间隙性弧光接地能导致危险的过电压， 而稳定性弧光接地会发展成相间短路，危及电网的安全运行。 5.45.4 传统消弧线圈存在的问题传统消弧线圈存在的问题 当366KV 系统的单相接地故障电容电流超过10A 时，应采用消弧线圈接地方 式，通过计算电网当前脱谐度（ = (IL- IC)/IC 100%）与设定值的比较，决 定是否调节消弧圈的分接头，过去选用的传统消弧线圈必须停电调节档位，在运 行中暴露出许多问题和隐患，具体表现如下： （1）由于传统消弧线圈没有自动测量系统，不能实时测量电网对地电容电 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 第 20 页 共 37 页 流和位移电压，当电网运行方式或电网参数变化后靠人工估算电容电流，误差很 大，不能及时有效地控制残流和抑制弧光过电压，不易达到最佳补偿。 （2）传统消弧线圈按电压等级的不同、电网对地电容电流大小的不同，采 用的调节级数也不同，一般分五级或九级，级数少、级差电流大，补偿精度很低。 （3）调谐需要停电、退出消弧线圈，失去了消弧补偿的连续性，响应速度 太慢，隐患较大，只能适应正常线路的投切。如果遇到系统异常或事故情况下， 如系统故障低周低压减载切除线路等，来不及进行调整，易造成失控。若此时正 碰上电网单相接地，残流大，正需要补偿而跟不上，容易产生过电压而损坏电力 系统绝缘薄弱的电器设备，引起事故扩大、雪上加霜。 （4）由于消弧线圈抑制过电压的效果与脱谐度大小相关，实践表明：只有 脱谐度不超过5%时，才能把过电压的水平限制在2.6倍的相电压以下(见参考文 献1)，传统消弧线圈则很难做到这一点。 （5）运行中的消弧线圈不少容量不足，只能长期在欠补偿下运行。传统消 弧线圈大多数没有阻尼电阻，其与电网对地电容构成串联谐振回路，欠补偿时遇 电网断线故障易进入全补偿状态（即电压谐振状态） ，这种过电压对电力系统绝 缘所表现的危害性比由电弧接地过电压所产生的危害更大。既要控制残流量小， 易于熄弧；又要控制脱谐度保证位移电压（U0=0.8U/d2+2 (见参考文献3）不 超标，这对矛盾很难解决。鉴于上述因素，只好采用过补偿方式运行，补偿方式 不灵活，脱谐度一般达到15%25%，甚至更大，这样消弧线圈抑制弧光过电压效 果很差，几乎与不装消弧线圈一样。 （6）单相接地时，由于补偿方