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大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板 网络教育学院本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目：变电站防雷接地技术学习中心： 奥鹏远程教育杭州学习中心 层 次： 专科起点本科 专 业： 电气工程及其自动化 年 级： 年 春/秋 季 学 号： 101324309007 学 生： 邱云 指导教师： 许吉祥 完成日期： 2012 年 02 月15 日I变电站防雷接地技术内容摘要 本文详细分析了变电站雷击发生时变电站电气设备可能受到的干扰和损害，提出在变电站在设计时应采取的防护措施；具体以河南上蔡县2005年7月16号雷雨、雷电造成变电站信号中断所暴露的变电站在防雷设计上的不足及变电站防雷接地没有严格按规范要求施工，且提出的部分防雷措施的改进。关键词：变电站、设计接地技术、防雷保护措施、雷击、接地方式单点接地、目 录内容摘要I引 言11 绪言12 接地装置22.1 接地体22.2 接地线23 防雷保护措施23.1 避雷针或避雷线33.2 避雷器33.3 浪涌抑制器33.4 接地装置34 防雷电感应4 4.1 雷击时暂态电压分析4 4.2防护措施45微机保护防干扰屏蔽措施 56 工程实例分析6 6.1雷击的来源6 6.2雷击对变电站造成损害的原因6 6.3未安装避雷器6 6.4接地不规范6 6.5防雷系统的保护67 结论与展望7参考文献8引 言 随着国民经济和电网的迅速发展,对供电可靠性及电网安全稳定等提出了更高的要求。因此,电网因接地网因素造成的雷击跳闸、雷击过电压事故越来越受到重视,对接地的要求也越来越高。随着大量老旧接地网以及部分新投产几年的线路、变电站接地网不合格,电网不得不投入大量资金进行接地网的大修、改造。为了正确应用接地技术,提高电网防止雷击、短路电流造成人员伤害,有必要对电网接地技术进行深入的研究。101 绪言本章需要写作的内容为变电站防雷接地装置接地在制作时的工艺要求，接地线的连接方式，变电站主要几种防雷保护措施。2 接地装置保护和屏蔽措施都要求有科学可靠的接地装置。2.1接地体接地体可分为自然接地体和人工接地体，设计中通常采用人工接地体，以便达到所规定的接地电阻，并避免外界其他因素的影响。人工接地体又可分为水平接地体和垂直接地体。接地体的接地电阻值取决于接地体与大地的接触面积、接触状态和土壤性质。垂直接地体之间的距离为5m左右，顶部埋深0.50.8m。接地体与道路或通道出入口的距离不小于3m，当小于3m时，接地体的顶部处应埋深1m以上，或采用沥青砂石铺路面，宽度超过2m。埋在土壤中的接地装置连接部位应按规范规定的搭接长度焊接以达到电气连接。焊接部位应作防腐处理。2.2接地线接地线即接地体的外引线，连接被保护或屏蔽设施的连线，可设主接地线、等电位连接板和分接地线。 防雷接地装置的接地线即防雷接闪装置的引下线，可采用圆钢或扁钢，两端按规定的搭接长度焊接达到电连接。防静电保护和防干扰屏蔽装置的主接地线一般采用多股铜芯电缆，分接地线采用多股铜芯软线。2.3主接地网的敷设、焊接1. 接地体埋设的埋设深度应符合设计要求，当设计无规定时，不宜小于0.6m。2. 主接地网的连接方式应符合设计要求，一般采用焊接（钢材采用焊接，铜排采用热熔焊），焊接必须牢固、无虚焊。3. 钢接地的搭接应使用焊接，搭接长度和焊接方式应该符合以下规定1）扁铁与扁铁：搭接长度扁钢为其宽度的2倍（且至少3个菱边焊接）2）圆钢与圆钢：搭接长度圆钢为其直径的3倍（接触部位两边焊接）3）扁铁与圆钢：搭接长度为圆钢直径的6倍（接触部位两边焊接）4）在十字搭接处，应采取弥补搭接面不足的措施以满足上述要求。4.裸铜绞线与铜排及钢接地体的焊接采用热熔焊方法1）对应焊接点的模具规格必须正确并完好，焊接点导体和焊接模具必须清洁，尤其是重复的模具，其焊渣必须清理干净并保证模具完好。2）大头焊接应预热模具，模具内热熔剂填充密实，点火过程安全防护可靠。3）接头内导体应熔透。保证有足够的导电截面。4）痛焊接头表面光滑、无气泡，应用钢丝刷清除焊渣并涂防锈漆。5.避雷针（带）的接地除满足上述条件外，还应满足以下条款：1）建筑物上的避雷带应设多根接地引导线，并设置断线卡，断线卡应设置保护措施。2）独立避雷针的接地装置或建筑物的出入口等的距离应大于3m，小于3m时应采取均压措施。3）独立避雷针应设置独立的集中接地装置，有困难时接地装置可以与主接地网相连，但地下连接点至35kV及以下设备与地下主接地网连接点，沿接地体的长度不得小于15m。6.建筑物内的接地网可以采用暗敷的方式，在适当的位置留有接地端子。采用明敷方式时应同时面子一下要求：1）可以采取水平、垂直和面倾斜敷设三种方式，直线段上不应高低起伏。2）沿墙敷设时与墙壁的间隙和高度应符合设计和规范要求。3）支持间距：水平宜为0.5-1.5m；垂直宜为1.5-3m；转弯部分为0.3-0.5m。4）建筑物的伸缩缝和沉降缝处应设置补偿器，预制成弧状。7主接地网防腐1） 焊接结束后，首先应去除焊接部位残留的焊药，表面除锈后应在焊痕外100mm内做防腐处理。2） 镀锌钢材在镀层破坏处也应进行防腐处理。3） 钢材的切断面必须进行防腐处理。2.4设备接地安装1.与设备连接的接地体应采用螺栓搭接，搭接面要求紧密，不得留有空隙。2.设备接地体应能引上接地体衡平竖直、工艺美观。3.要求两点接地的设备，两根引上接地体应与不同网格的接地网或接地干线相连。4.电气设备的接地应以单独的接地体与接地网相连，不得在一个接地引线上串接几个电气设备。5.设备接地的高度、朝向应尽可能一致。6.集中接地的引上线应做一定的标识，区别于接地引上线。7.高压配电间、低压配电屏柜，静止补偿装置，设备和围栏等门的铰链处应采用软铜线连接，保证接地良好。8.接地排连接螺栓应满足：宽度25-40mm接地排不应小于M12或2M10,宽度50-60mm接地排不应小于2M12，宽度60mm以上不应小于2M16或4M10.3防雷保护措施 防雷措施总体概括为2种：避免雷电波的进入；利用保护装置将雷电波引入接地网。防雷保护措施应根据现场常见的雷击形式、频率、强度以及被保护设施的重要性、特点安装适宜的保护装置。3.1避雷针或避雷线雷击只能通过拦截导引措施改变其入地路径。接闪器有避雷针、避雷线。小变电所大多采用独立避雷针，大变电所大多在变电所架构上采用避雷针或避雷线，或两者结合，对引流线和接地装置都有严格的要求。3.2避雷器避雷器能将侵入变电所的雷电波降低到电气装置绝缘强度允许值以内。我国主要是采用金属氧化物避雷器(MOA)，西方国家除用MOA外，还在所有电气装置上安装空气间隙，作为MOA失效后的后备保护。它也能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量，保护电工设备免受瞬时过电压危害，又能截断续流，不致引起系统接地短路的电器装置。避雷器通常接于带电导线与地之间，与被保护设备并联。当过电压值达到规定的动作电压时，避雷器立即动作，流过电荷，限制过电压幅值，保护设备绝缘；电压值正常后，避雷器又迅速恢复原状，以保证系统正常供电。3.3浪涌抑制器采用过压保护器(电涌保护)、防雷端子等提高电气设备自身的防护能力，防止电气设备、电子元件被击坏。在重要设备的电源配入、配出口均应加装电源防雷器，选用的电源防雷器具有远传通讯接点，接入后台管理机。当发生雷击事故时，如电源防雷模块遭到损坏，在后台监控机上就能显示其状态。在控制、通讯接口处加装浪涌抑制器。3.4接地装置独立避雷针要求单独设置接地装置；建筑物避雷网的引下线应与建筑物的通长主筋(不少于2根)及建筑物的环状基础钢筋焊接，并与室外的人工接地体相连，与工作接地共地，形成等电位效应。为了保证防雷装置的安全可靠，引下线应不少于2根，在高土壤电阻系数地区，可采用多根引下线以降低冲击接地电阻，引下线要求机械连接牢固，电气接触良好。变电站的防雷接地电阻值要求不大于1。4防雷电感应 现代变电站都有较完善的直击雷防护系统，户外设备直接遭雷击损坏的概率较小。但雷击防雷系统时所产生的雷电放电及电磁脉冲，以及雷电过压通过金属管道、电缆会对变电站控制室内各种弱电设备产生严重的电磁干扰，从而影响整个系统的正常运行。变电站防雷系统落雷时，会产生2个方面的影响：雷电流要通过站内接地网(主要靠集中接地装置)泄入大地，在地网上产生一定的冲击电位，严重时会在一些部位产生反击，甚至产生局部放电现象，危及电气设备绝缘；雷电流通过避雷针的接地引下线入地时，会在周围空间产生强大的暂态电磁场，从而在各种通讯、测量、保护、控制电缆、电线，甚至户内弱电设备的部件上产生暂态电压，影响这些设备的正常运行。4.1雷击时暂态感应电压分析雷击厂站有2种情况：雷击站内的构架或独立避雷针；雷击站内所在建筑物的防雷系统。雷电放电会对周围空间，包括控制室内造成传导或幅射的电磁干扰。在雷电波等值频率范围内，这些干扰主要是电感耦合型的。从户外设备引入控制室的各种电缆、电线，在户外绝大部分是走地下电缆沟的，雷电放电形成的空间电磁场对其影响不大，这主要是因为线的走向与避雷针是垂直的。但在建筑物内走线时就容易产生感应回路，而且这些回路的一端接入输入阻抗大的电子设备，相当于开路，穿透建筑物钢筋水泥墙壁的电磁脉；中会在这些回路中感应出幅值较高的暂态电压。(1)雷击变电站内靠近控制室的避雷针时，情况相当复杂，因为整个建筑物的各个导电构件，包括防雷系统、水泥墙及地板中的钢筋、金属横粱等的影响都需要考虑。(2)建筑物防雷系统除避雷针外还包括由接地引下线、水平连接母线及引下线下的接地装置构成的泄流系统。雷击时，雷电流经过离室内务回路相当近的各接地引下线泄入地网，在各回路周围空间产生很强的暂态电磁场。因接地引下线紧贴墙壁，故此时墙中的钢筋甚至墙上专门设置的屏蔽网已基本不起屏蔽作用。因为只有处于非磁饱和状态的屏蔽材料才能具备预期的屏蔽效果，而由于强辐射源离屏蔽层很近，若屏蔽层又不是用饱和电平较高的磁性材料做成，则其屏蔽效果是很差的。另外磁通也可以穿过较大的孔眼直接与较近处的回路耦合。4.2防护措施为保证弱电设备的正常运行，可从以下几方面采取措施：(1)采用多分支接地引下线，使通过接地引下线的雷电流大大减小。(2)改善屏蔽，如采用特殊的屏蔽材料甚至采用磁特性适当配合的双层屏蔽。(3)改进泄流系统的结构，减小引下线对弱电设备的感应并使原有的屏蔽网能较好地发挥作用。(4)除电源入口处装设压敏电阻等限制过压的装置外，在信号线接入处应使用光电耦合元件或设置具有适当参数的限压装置。(5)所有进出控制室的电缆均采用屏蔽电缆，屏蔽层公用一个接地网。(6)在控制室及通讯室内敷设等电位，所有电气设备的外壳均与等电位汇流排连接。5微机保护防干扰屏蔽措施 变电站的微机保护设备容易受到电磁干扰，由于受到电磁感应，在被测信号上产生叠加的串模干扰e。；由于受到静电感应、地电位差异的影响，在信号线任一输入端与地之间产生叠加的共模干扰ec。防干扰措施通常采取屏蔽和接地相结合，将所有屏蔽电缆分屏屏蔽，用截面积2.5mm2多股铜芯软线作为接地线，分别与汇流接地母排电连接，汇流接地母排与屏体绝缘，并采用单芯屏蔽电缆(95mm2)与室外接地体做一点连接。6 实例分析近年来，随着科学技术的飞速发展，微机化继电保护和综合自动化技术的日趋成熟，综合自动化的变电站已经逐步成为主要选择。而变电设备遭雷击损坏的概率也越来越高。上蔡县变电站是一个110KV级变电站，2005年7月16日，上蔡县雷雨、雷电造成变电站信号中断，工作人员赶赴现场，发现RTU主板有明显的黑色痕迹和元件烧毁现象。6.1雷击的来源 1）电源线引入雷电 雷电引起的瞬时高电压，如果不加遏制，直接由电源线引入RTU，会影响其蒂娜元块正常工作，使各功能模块的工作电压升高而工作不正常；严重时甚至会损坏模块，烧坏元器件。 2）通信线引入雷电 由雷电引起通信线两端设备之间电位差直接作用与相对脆弱的串行通信口，会损坏RTU及与其通信的设备的串行口，严重时会损坏整个功能板。6.2 雷击对变电站造成损害的原因 1）思想上防雷意识差，工作制度执行不够严格雷电对设备的危害极大，而远动班未进行过防雷知识培训，班组人员对雷电的形成、认识也只是停留在表面，防雷意识差，更没有把防雷工作作为一项系统工程来考虑，也没有对自动化设备全面维护。2）忽视了电源与端口防雷问题 自动化系统的设计和结构决定了它应在特定的电压范围内工作。当雷电电涌超出计算机能承受的水平时，计算机将出现数据乱码、芯片被损坏、接受/输送数据失败、丢失文件、等原因不明的事故和硬件问题。避雷针在直击雷时可将大部分分人放电分流入地，避免建筑物的燃烧和爆炸。UPS不间断电源可以处理电压的严重下降或升高。二者非常有用，但都不能保护计算机免受电涌的破坏，而且UPS本身中很多微处理器，也可被电涌摧毁。另外，还需要考虑端口的防雷，端口防护的目的就是要将各种外部线缆引入设备的过电压/过电流阻挡在端口之外。6.3 未安装避雷器经过防护电路后电压值被限制到后级电路能够承受的范围之内，外部线缆引路设备的过电流，绝大部分被防护电路短路到大地，仅有极少部分的电流流入后级电路之中，从而起到保护设备的作用。这2个作用都是通过在通信设备的端口按住那个防雷器实现的，而上蔡县变电站在端口前未安装避雷器。6.4接地不规范 设备接地的路径为：设备的接地线接地排接地总汇线接地引入线接地体，就