田林110kv变电站接地整改方案2

1、第一章 前 言雷电(Lightning)是一种大气自然现象，对人类社会而言，雷电有时也会造成自然灾害。随着社会的发展，雷电给社造成的危害越来越严重，同时雷电防护(Lightning Protection)科学技术也在人类认识自然、抵御自然灾害的过程中不断发展。全球任何时刻大约有2000个地点遏上雷暴，平均每天约发生800万次闪电，每次闪电在微秒级的瞬间释放出约55kW.h的能量。我们生存的环境既被动地接受自然灾害的侵袭，又能动地为灾害的形成和发展提供条件。从久远的过去开始，雷电就对人类、人类赖以生存的自然资源和人类创造的物质文明构成巨大的威胁，例如，森林火灾有50以上因雷电引发；人们居住生活的

2、建筑物屡遭雷击破坏；电力、石化等工业设施常因雷击而发生灾难性事故。不难看出，雷电灾害的范围随社会经济发展而扩大，其表现形式随其范围扩大而复杂。因此，提高雷电防护科技水平势在必行。一、 牵引变电所防雷接地的必要性牵引变电所是铁路供电系统的枢纽，它担负着电网供电的重要任务。在电力系统中的各种电气设备，都是按一定电压制造的，都有一定的绝缘强度。当电压过高，超过其绝缘强度时，就要产生闪络(击穿)，它能使绝缘破坏，引起事故。这种对绝缘有危险的电压和高于正常运行时的电压，均称为过电压。根据产生过电压的原因，我们把过电压分为内部过电压和大气过电压两种。内部过电压1是指由于电力系统内部的原因（如闭合空载线路、

3、空载变压器，以及发生单相接地故障等）所引起的过电压。产生内部过电压的根本原因是由于系统内能量分布发生瞬间突变。内部过电压分为两大类:一类是由于在操作（如断路器的合闸、分闸）或故障（断线、接地等）时的过渡过程中所产生的过电压叫操作过电压，其持续时间较短;另一类是在某些操作或故障后所形成的回路中，由于电感和电容相等而产生的谐振过电压叫做谐振过电压（或称共振过电压），其持续时间较长。大气过电压又叫外部过电压。它是由于雷电放电而引起的过电压，所以又叫做雷电过电压。大气过电压又分为直击雷过电压和感应雷过电压。直击雷过电压指带电的雷云直接对架空电力线路和电气设备放电。其过电压数值可达几百万伏，对电气设备的

4、危害极大。感应雷过电压指当雷击于线路附近地面时在雷电放电的先导阶段，先导路径中充满了电荷，因而对导线产生静电感应，在先导路径附近的导线上积累了大量的异性束缚电荷。当雷击大地后，主放电开始，先导路径中的电荷自上而下被迅速中和，这时导线上的束缚电荷变为自由电荷，沿导线两侧流动。由于主放电的速度很快，所以导线中的电流很大，感应电压就会达到很大的数值，这就是感应雷过电压。变电所是电力系统的枢纽，它担负着电网供电的重要任务。由于变电所和架空线路直接连接，而线路的绝缘水平又比变电所内的电气设备为高，因此沿着线路侵入到变电所的雷电进行波的幅值也是很高的。如无完善的保护设施，就有可能使变电所内的主变压器或者其

5、它电器的绝缘损坏。变电所一旦发生雷害事故，使设备受到损坏，就有可能造成大面积停电，给生产和生活带来重大损失和影响，其后果是十分严重的。二、 防雷接地的发展概况1749年富兰克林发明第一支避雷针，开创了人类有意识防雷的历史。自此，避雷针及其派生出的避雷带、避雷网、避雷线、法拉第等传统避雷装置，以“引雷烧身”的大无畏精神，伴随人类度过了两个半世纪。近代，随着科技进步，人工建筑的高度越来越高，电子设备的应用越来越广泛，由于避雷针保护范围具有不确定性，引雷过程中产生电磁感应过电压，雷电反击产生二次雷击和跨步电压等，避雷针已跟不上时代的步伐。避雷针的安装本身，可能导致感应雷害的增加。目前已投入使用的各种

6、防雷装置，各有所长，也都各有局限性。对于现代建筑和电子设备，进雷通道不外乎三个方面：1.天上下来的直雷击。2.各种金属线路、管道感应或引进的感应雷。3.地下出来的反击雷。那么，按照“系统论”的观点，建立一套完善而健全的综合立体防雷系统2，就能实现有效的防雷安全。一套完善而健全的综合立体防雷系统包括：架设避雷针，避雷线防直击雷。地面或室内外各种天线、信号线、电源线进入室内或设备前，装设线路避雷器。各种金属管线入户处进行接地处理。埋地电缆用金属裸线平行屏蔽。具有良好的接地装置，包括尽可能小的接地冲击阻抗、接地体的有效屏蔽及各种接地的联通。第二章 雷电参数及防雷装置一、 雷电放电雷电是一种极为壮观的

7、自然现象，由于其强大的威力和破坏作用，自古以来，一直吸引着人们的注意力。雷电起源于云中水气的起点和同极性电荷的积累，带电的云块称为雷云，雷云是产生雷电的先决条件。雷电放点可能是在云中两块异性的雷云尖发生，称之为云中放电。也可能是雷云对大地间放电，称之为云-地放电。雷云电荷向下发展而形成的雷电放电称为下行雷，下面以下行雷为例来分析雷电放电3的三个阶段。1)先导放电阶段雷云对大地有静电感应，在雷云电场下，大地感应出异种电荷，两者形成一个特殊的大电容器，随着雷云中电荷的逐步积累，空间的电场强度不断增大。当雷云中电荷密集处的电场强度达到空气击穿场强（2530kV/cm）时，就产生强烈的碰撞游离，形成指

8、向大地的一段导电通道，称为雷电先导。先导放电不是连续向下发展的，而是一段接着一段地向前推进。2)主放电阶段当下行先导接近地面时，会从地面较突出的部分发出向上的迎面先导。当迎面先导与下行先导相遇时，便产生强烈的“中和”过程，引起极大的电流，这就是雷电的主放电阶段，伴随出现闪电和雷鸣现象。主放电阶段的特点是：（1） 主放电存在的时间极短，约为50100µs。（2） 电流极大，可达数十乃至数百千安。3)余光放电阶段主放电到达云端就结束了，然后云中残余电荷经主放电通道流下来，称为余光放电阶段。由于雷云中的电阻较大，余光放电阶段对应的电流不大（约数百安），持续时间则较长（0.030.05s）。

9、雷云中的电荷分布是不均匀的，往往形成多个电荷密集中心，所以第一个电荷中心完成上述放电过程后，可能引起第二个、第三个甚至多个的中心向第一个中心放电，并沿原先的通道到达大地，因此雷电可能是多重性的。第二次及以后的主放电电流一般较小，不超过30kA。二、 雷电参数（一）雷击时的等值电路 雷击地面由先导放电转变为主放电的过程可以用一根已经充电的垂直导线突然于被击物体接同来比拟，如图2-1（a）所示。图中是被击物体于大地（零地位）之间的阻抗，是先导放电通道中电荷的线密度，开关S未闭合之前相当于先导放电阶段。当先导通道到达地面或与地面目标上发出迎面先导相遇时，主放电即开始，相当于开关S合上。此时将有大量的

10、正、负电荷沿先导通道逆向运动，并使其中来自雷云的负电贺中和，如图5-1（b）所示。与此同时，主放电电流即雷电流流过雷击点A并通过阻抗，此时A点电位u也突然升至。显然，电流的数值于先导通道的电荷密度及主放电的发展速度v有关，并且还受阻抗的影响。因为先导通道的电荷密度很难测定，主放电的发展速度也只能根据观测大体判断，唯一容易侧知的量是主放电以后（相当于S合上以后）流过阻抗的电流。因此利用雷电放电过程简化成一个数学模型，进而用到彼德逊等值电路如图2-1(c)、(d)所示以求得比较统一的分析方法。图2-1(c)、(d)中为主放电通道的波阻抗。和则式从雷云向地面传来的行波的电压和电流。 (a)模拟电路

11、（b）主放电电路 （c）主放电通道电路 （d）等值电路图2-1 雷击放电计算模型（二）雷电流因为雷电波流经被击物体时的电流与被击物体的波阻抗有关，因此，我们把流经被击物体的波阻抗为零时的电流被定义为“雷电流”，用来表示。根据雷电放电的等值电路，可知流经被击物体的波阻抗为时的电流与雷电流的关系为： （2-1）目前，我国规程建议雷电通道的波阻抗为300400。雷电流为一非周期的冲击波，它与气象、自然等条件有关，是一个随机变量。下面我们介绍它的幅值、波头、陡度、波长及其波形。1）幅值雷电流的幅值与气象、自然等条件等有关，只有通过大量实测才能正确估计其概率分布规律。我国现行标准推荐雷电流幅值分布的概率

12、如下： （2-2）式中：为雷电流幅值，kA；为幅值大于的雷电概率。例如，当雷击时，出现大于88kA的雷电流幅值的概率p约为10%。 我国西北地区内蒙古等雷电活动较弱，雷电流幅值较小，可按下式计算： （2-3）2)波头、陡度及波长根据实测结果，雷电冲击波的波头是在15µs的范围内变化，多为2.52.6µs；波长在20100µs的范围内，多数为50µs左右。波头及波长的长度变化范围很大，工程上根据不同情况的需要，规定出相应的波头于波长的时间。在线路防雷计算时，规程规定取雷电流波头的时间为2.6µs，波长对防雷计算结果几乎无影响，为简化计算，一般可视

13、为无限长。雷电流的幅值与波头，决定了雷电流的上升陡度，也就是雷电流随时间的变化率。雷电流的陡度对雷击过电压影响很大，也是一个常用参数。可认为雷电流的陡度与幅值I有线性关系，即幅值愈大，陡度愈大。一般认为陡度超过50kA/µs的雷电流出现的概率已经很小了。3)波形实测结果表明，雷电流的幅值、陡度、波头、波尾虽然每次不同，但都是单极性的脉冲波，电力设备的绝缘强度实验和电力系统的防雷保护设计，要求将雷电流波形等值为典型化、可用公式表达、便于计算的波形。常用的等值波形有三种，如图2-2所示。 （a） (b) (c)图2-2 雷击主放电时的电流波形图2-2（a）是标准冲击波，它可表示为。试中为

14、某一固定电流值，、是两个常数，为作用时间。当被击物体的阻抗只是电阻R时，作用在R上的电压波形u于电流波形相同。双指数波形也用做冲击绝缘强度实验的标准电压波形。我过采用国际电工委员会（IEC）国际标准。图2-2(b)为斜角平顶波，其陡度可由给定的雷电流幅值I和波头时间决定，=I/在防雷保护计算中，雷电流波头采用2.6µs。这样，可取为I/2.6kA/µs.图2-2(c)为等值余弦波，雷电流波形的波头部分，接近半弦波，其表达式为 （2-4）式中： 为雷电流幅值，kA；为角频率，,为波头时间（2.6）。这种等值波形多用于分析雷电流波头的作用，因为用余弦函数波头计算雷电流通过电感支

15、路时所引起的压降比较方便。此时最大陡度出现波头中间，即,其值为 （2-5）（三）雷暴日与雷暴小时由于地理条件及气象条件等因素的不同，各地雷电活动的强烈程度不大相同，因此在进行防雷设计和采取防雷措施时必须要从该地区的雷电活动具体情况出发。为了统计雷电的活动强度，可以用雷暴日与雷暴小时表示。雷暴日是每年中有雷电的日数，雷暴小时是每年中有雷电的小时数（即在1天或1h内只要听到雷声就作为一个雷暴日或者一个雷暴小时）。我国有关标准建议采用雷暴日作为计算单位。根据统计，我国大部分地区雷暴小时与雷暴日的比值大约为3。根据长期统计的结果，在我国规程中绘制了全国平均雷暴日分布图，可作为防雷设计的依据。全年平均雷

16、暴日数为40的地区为中等雷电活动强度区，如长江流域和华北的某些地区；年平均雷暴日不超过15日的为少雷区，如西北地区；超过40日的为多雷区，如华南某些地区。（四）地面落雷密度雷暴日和雷暴小时中，包含了雷云之间的放电，而防雷实际中关心的是云地之间的放电。地面落雷密度4表征了雷云对地放电的频繁程度，其定义为每平方千米每雷暴日的对地落雷次数，用表示。世界各国根据各自的具体情况，的取值不同。根据我国标准规定，对雷暴日为40日的地区，=0.07次/km2.雷暴日。三、 避雷针和避雷线避雷针和避雷线5可以防止雷电直接击中被保护物体，因此也称为直击雷保护。（一）保护原理避雷针（线）的保护原理可归纳为：能使雷云

17、电场发生突变，使雷电先导的发展沿着避雷针的方向发展，直击于其上，雷电流通过避雷针（线）及接地装置泻入大地而防止避雷针（线）周围的设备受到雷击。避雷针需要有足够截面的接地引下线和良好的接地装置，以便将雷电流安全地引入大地。（二）保护范围由于雷电的路径受到很多偶然因素的影响，因此要保证被保护物绝对不受直接雷击是不现实的，一般，保护范围是指具有0.1%左右雷击概率的空间范围，实践证实，此概率是可以被接受的。1.单支避雷针的保护范围是一个以避雷针为轴的近似锥形的空间。她的侧面边界原为一根曲线，规程中近似地用折线代替，如图2-3所示。图2-3 单支避雷针的保护范围高度为的被保护物距离避雷针的水平最大允许

18、距离也是避雷针在高度截面的保护半径可按下式计算：当时 （2-6） 当时 （2-7）式中 避雷针的高度； 避雷针的有效高度，； 考虑避雷针的高度影响的校正系数，时， （2-8）2.两支等高避雷针当两根避雷针距离不太远时，由于两根针的联合屏蔽作用，使两针中间部分的保护范围比单针时有所扩大。图2-4表示两等高避雷针的保护范围。两针外侧的保护范围按式2-1和式2-2计算。两针间保护范围的上部边缘应按通过两针顶点及中间最低点O的圆弧确定。O点的高度按式2-9计算。 （2-9）式中 两针的距离，m。图2-4 高度为h的二等高避雷针保护范围两针间水平面上保护范围一侧的保护范围最小处的最大保护宽度按式2-10

19、计算。 （2-10）为了保证两针联合保护的效果，规程建议两支避雷针之间的距离不宜大于5。3.两支不等高避雷针其保护范围按下法确定：如图2-5两针内侧的保护范围先按单针作出高针1的保护范围，然后经过较低针2的顶点作水平线与之交于点3，再设点3为一假想针的顶点，做出两等高2和3的保护范围，图中，二针外侧的保护范围仍按单针计算。 图2-5 两支不等高避雷针保护范围4.多支等高避雷针三支等高避雷针的保护见图2-6，三针所形成的三角形1、2、3的外侧保护范围分别按两支等高的针的计算方法确定，如在三角形内被保护物最大高度的水平面上各自相邻避雷针间保护范围的一侧宽度时，则全部面积受到保护。图2-6 三支等高

20、避雷针的保护范围图5.避雷线因为避雷线对雷云与大地间电场畸变的影响比避雷针小，所以其引雷作用和保护宽度比避雷针要小。但因避雷线的保护长度是与线等长的，故特别适于保护架空线路及大型建筑物，目前世界上大多数国家已转而用避雷线来保护500kV大型超高压变电站。单根避雷线的保护范围如图2-7所示。在水平面上每侧保护范围的宽度，可按下列公式计算: 图2-7 单根避雷线的保护范围当时 （2-11） 当时 （2-12） 式中 每侧保护范围的宽度，m。两根等高避雷线外侧的保护范围仍按单根避雷线时确定。两避雷线间横截面的保护范围应由通过两避雷线1、2及保护范围边缘最低点o的圆弧确定，o点的高度应按式2-13计算

21、。 （2-13）式中 两避雷线间保护范围上部边缘最低点的高度，m； 两避雷线间的距离，m； 避雷线的高度，m。图2-8中称为避雷线的保护角，它是杆塔上避雷线的铅垂线同杆塔处避雷线与导线连线间所组成的夹角，保护角愈小，避雷线就愈可靠地保护导线免受雷击。单根避雷线的保护角不能做的太小，一般在。220330kV双避雷线线路，一般采用左右，500kV一般不大于。 图2-8 两根平行避雷线的保护范围1概述田林110kV变电站位于田林县城区半山腰，原址为开挖内侧风化石地质回填外侧场地平整而成，地质条件比较恶劣，根据前次整改资料数据，土壤电阻取值为400.m；经测试，该所现接地网多处腐蚀至锈断，接地电阻为3

22、.0，不满足接地电阻小于0.5的要求。 经现场勘查，原址水平接地网采用镀锌扁钢并敷设降阻剂，垂直接地极采用角钢、接地模块；镀锌扁钢已经严重腐蚀，接地模块已经浸蚀，原地网外延至围墙外，但已经损坏。2方案概述 为保证变电站安全运行，本着经济适用的原则，本次整改在满足地网接地电阻小于0.5的同时，保证整改部分接地网使用寿命不小于30年。 根据现场条件，水平接地网面积已经达到最大利用率，降阻措施主要靠增加单体垂直接地极数量和提高单体垂直接地极降阻效率；本次整改在地网外侧敷设22套等铜质离子接地极，敷设间距不小于6米，敷设位置选在在原址回填区域；站内按照原地网均压地网敷设位置更换水平接地线为120mm2

23、纯铜绞线，设备就近接地引线更为50mm2铜线；见地网整改示意图。 为保证地网使用寿命，水平接地线采用120mm2纯铜绞线，等离子接地体采用铜质接地体单元，地网连接方式为热熔焊接。 接地网整改示意图3方案计算本工程接地电阻计算公式采用电力工业标准交流电气装置的接地DL/T 621-1997附录A所规定的计算公式。3.1 敷设22套离子接地体能达到的接地电阻:单根垂直接地极接地电阻，；垂直接地极并联后的接地电阻，；n垂直接地极的数目，22套垂直接地体屏蔽系数，0.95；土壤电阻率，400.m；垂直接地极的等效长度，3m；接地极的等效直径，0.4m；则R1=13.11；RV=0.563.2接地装置总

24、接地电阻任意形状边缘闭合接地网的接地电阻，3；垂直接地极接地电阻，0.56；总接地电阻，；垂直接地体和水平接地体间的屏蔽系数，取0.95；R=0.497小结：理论计算，采用本方案接地电阻值为0.497，满足要求。施工过程中，必须严格按照规范的工艺施工，由于地网建设中诸多不可预见因素，施工中达不到预期目标时可增加垂直接地极的数量或采取外延、扩大接地面积等措施以达到接地要求。4 施工组织设计方案4.1、施工工期保证措施 4.1.1实行工程进度计划的有效动态管理制度，编制月、周施工计划，适时调整，使施工计划更具体、更具现实性。 4.1.2根据总进度控制计划和月、周详细作业计划，编制有序的资源供应计划

25、，保证施工的连续性。 4.1.3充分发挥公司的内部协调职责，将各项作业计划并入总计划加以统筹协调配合，确保工程质量按期交付使用。 4.1.4建立现场会、协调会制度，每周召开一次现场会，每三天召开一次协调会，加强信息反馈，及时调整计划。 4.1.5与土建交叉作业的协调及施工准备工作尽量少占用工期，在施工的同时进行临设改造，并根据需要组织材料、相关施工机械进场，图纸会审，技术准备等各项工作。 4.1.6布置作业任务，同时严格按总进度控制计划下达该任务的质量要求和完成时间，并实行奖罚制度。 4.1.7集中公司优秀操作技术力量，合理安排，充分利用劳动力和机械，采用流水作业施工，以加快施工进度。4.2、

26、质量保障措施突出抓好施工过程中的“三控制”，加强全过程质量管理。在施工过程中要认真做好原材料控制、工艺流程控制、施工操作控制；加强每道工序的质量管理，对各工序间的交接检验及专业工种之间交接环节的工程质量应采取有效措施，加强检查验收，抓好全过程质量管理。4.2.1认真做好施工技术组织准备工作4.2.1.1施工技术准备充分熟悉工程情况：开工前项目经理应组织项目经理部有关人员，详细了解施工图纸资料，施工组织设计，主要施工方案及现场环境、土建施工情况等第一手资料，并细致分析各个关键技术环节，制定确保实现质量目标的具体措施，务求达到工地每个管理人员均对本工程的管理心中有数。做好技术交底工作：工程开工前由

27、各项目部人员须向管理人员进行技术交底，主要介绍总体进度要求，工程特点，主要施工方案，执行工艺标准，本工程质量，目标重点分项工程的质量保准的内容。管理人员在每到工序或每个分项开工前，应向承班组人员进行技术交底，主要介绍分项工程的特点，质量目标，施工方案，工艺质量标准，施工安全措施等。4.2.1.2组织准备质保体系落实到人头后，制定岗位责任制及检查制度，使得各岗位人人尽责。项目经理支持定期评定。施工队要成立质量自检小组，检查各分阶段工程质量。人员组成、项目负责人： 、技术负责人：、施工负责人： 、安 全 员： 施工进度计划及施工方案工程工期安排为：2015年12月10日开工至2015年12月30日

28、完工，总工期为20天。、施工进度计划： 开工前的设备开箱检查，要按有关制度认真检查进行，检查记录要具体、清楚，检查后要把随机披肩、散装零部件，设备上易拆卸部件分类分箱保管，并登记造册，施工班组领用时要有登记手续。 把好施工材料配件的采购，验收，保管、发放等环节质量。材料采购要有材质证明好产品合格增，要符合设计要求；验收要有手续，要检查实物与合格证相符 开工前所需施工工具机机械应处于良好状态，应经过效验其精度能满足施工需求。现场要建立施工工具机机械管理制度，以保证施工所用工具机械的准确可靠。4.2.2施工期间的保证措施 施工期间质量措施要求以"预防为主，加强中间环节控制，确保质量目标实

29、现"为主导思想，在各工地树立“处处按工艺办事，人人做质量监督”的群管群策良好作风，且应落实好下流措施：认真执行质量承保责任制，项目经理要将质量承保分解到各班组，同时应明确质量责任。项目管理人员要经常督促，促进质量保证工作落实到实处。结合施工过程，开展提高施工人员质量认意识的再教育。工人的工艺技术提高，对施工质量标准的掌握，质量意识的加强是实现过程质量目标的根本保证。4.2.3及时做好过程收尾工作与施工资料整理施工班长对承保的各分项过程均应达到满足质量标准。不得任意甩尾巴，否则即被认为没有完成承包任务。各分项工程结束后，应由负责工程师将班组施工记录集中，在各分项工程检查验收后，即填写施

30、工记录。工程结束后，应将施工资料整理就绪，竣工图做好，交公司技术部审定，在第三方检查验收前做好施工记录，并妥善保管。4.3、施工安全措施4.3.1实行各级安全管理制度和各项安全操作规程，施工前做好安全交底，坚持每周安全值班制度，并做好记录。4.3.2专业工种须由专业人员持证上岗，非专业人员不得擅自动用设备。4.3.3临时用电必须有方案，经甲方协调并同意后进行实施，电线按规范假设整齐，架空线必须用绝缘导线。并定期检查，记录存档。电工进行接电和断电操作时，必须通知甲方. 现场设专人进行监护，工作完成后，由甲方人员将电源断开。4.3.4实施过程中所使用的扳手、螺丝刀、压线钳等工具使用前需检测良好、安

31、全。施工所使用的切割机、电焊机、电锤、电钻等用电工具使用前需检测绝缘良好，使用中接电需由甲方电工指导实施，电源线应无破损、接头。4.3.5施工过程中高空作业，交叉作业及动火作业，必须做好联系工作，高空施工人员必须要系好安全带，并固定与桥架支撑架上，梯子必须有专人保护。4.3.6电焊施工人员必须要有专用防护罩和手套，以避免烧伤；电焊机设单独开关，外壳做接地保护。施工现场应按指定通道行走，不能从危险地区及吊物件下方通过，危险部位要设鲜明的警示牌，夜间有红灯警示。4.3.7确保施工现场整洁、无垃圾，做到工完、料净、场地清，材料要堆放整齐，并且符合安全要求。4.3.8进入施工现场要戴安全帽，不得酒后作业，施工现场严禁吸烟。4.3.9确定各种接线正确无误、工具整理完毕后，经甲方人员对设备检查并调试正常后，施工人员及工具方可经安全通道撤离施工现场。4.3.10造成人身伤害、伤亡及设备损坏等事故，责任由施工单位全部承担。4.4、文明施工措施4.4.1施工现场文明管理必须执行甲方要求，各施工班组组长主抓，施工人员各区负责。4.4.2现场要统一布置，统一安排。4.4.3操作地点周围要做到整洁，干活脚下清，活完料尽，施工结束后要随时清理干净，将施工垃圾及时清理到工地指定地点。4.4.4施工现场堆放的