110kv变电所防雷设计方案

110kv110kv摘要110kV置，因此，它是防雷的重要保护对象。前提下，力求经济合理的原则。对各种避雷器的性能比较，结合变电所实质状况，确定变电所的避雷器的选择，并考虑变电所掌握系统的防雷，提出防雷方案。变电所中的应用远景。变电所避雷器防雷保护目 录\l“_TOC_250016“序言 1\l“_TOC_250015“课题背景 1\l“_TOC_250014“课题争论的意义 1\l“_TOC_250013“系统设计方案的争论 3\l“_TOC_250012“雷电对变电所的危害 3雷的直击和绕击危害 3雷电还击危害 3感觉雷危害 3雷电侵入波危害 4\l“_TOC_250011“变电所简介 4变电所归纳 4变电所主要任务 5变电所主接线 5\l“_TOC_250010“变电所防雷措施 6变电所遇到雷击的根源 6变电所防雷详尽措施 7变电所对直击雷防范 7变电所对雷电侵入波的防范 7变电站的进线防范 7变压器的防范 8变电所的防雷接地 8\l“_TOC_250009“防雷保护装置 9\l“_TOC_250008“避雷针 9避雷针原理 9避雷针设置原则 9避雷针保护范围的计算 10\l“_TOC_250007“避雷器 16避雷器作用原理 16氧化锌避雷器的争论与应用 17氧化锌避雷器的特点 17氧化锌避雷器的优势 18氧化锌避雷器在变电所中的进展远景 18氧化锌避雷器的安装要求 19\l“_TOC_250006“主控室及屋内配电装置对直击雷的防雷措施 19\l“_TOC_250005“防雷接地 20\l“_TOC_250004“本设计的防雷方案 21\l“_TOC_250003“电工装置的防雷设计 21进线段保护 21直击雷的保护 21雷电入侵波的保护 23变电所二次设施防雷保护 24\l“_TOC_250002“接地装置 26接地网 26接地线 27防雷接地 28\l“_TOC_250001“总结 29致谢 错误未定义书签。\l“_TOC_250000“参照文件 30序言课题背景此后将电能安全、牢靠、经济的输送到每一个用电设施。随着电力技术高化、猎取重视。本次设计为110kV本次设计为110kV牵引变电所防雷设计，牵引变电所是指主要向牵引系统供电电源。电电源。课题争论的意义电压，大机组，大电网的方向进展。110kV110kV发电厂和用户的中间环节，起着变换和安排电能的作用。发电厂和用户的中间环节，起着变换和安排电能的作用。雷电放电落于电气设施上时,如没有特别保护,雷云放电能产生数百万伏的过电压电波,这种过电压足以使任何额定电压的设施发生绝缘闪络或击穿。从而大损失，更会影响到对用户的供电，造成更大面积、更严峻的结果。击事故，将造成大面积停电,给社会生产和人民生活带来不便，这就要求防雷措为变电所设计的一个重要环节，同样会有充分的进展空间。题。系统设计方案的争论雷电对变电所的危害雷的直击和绕击危害直向上的迎面先导。两者相接，进入直击或绕击的主放电阶段。寻常当地面上突出物的高度为h，雷云正下方的平均电场强度大于和等于h的避雷针可影响雷云单体向下的始发先导进展方向的半径，用公式表述为R=16.3h0.61m。雷针进展直击，对受避雷针保护范围内的物体进展绕击。坏，建筑物倒坍，电气设施破坏。雷电还击危害10Ω30kA进变电所的金属管线都会惹起雷电还击。以致设施破坏。感觉雷危害压放电，则为感觉雷。明显，感觉雷危害是大面积的，是电子设施的克星。有资料计算表示，当雷击电流为30kA斜角波，雷云高度为3公里，导线高100m处地面时，线路上感觉150kV幅值的振荡波。此波为电磁感觉和静电感觉共同作用的结果。10〔60m10m〕的建筑物，被-2.6/40us，100kA的雷击中楼顶，其kV/m，随楼层降低感觉电场强度趋向于平均，但强度整体上无大的衰减。区内与地电位相对绝缘的导体上的电荷，将像受突然击发的水波同样冲向雷击障蔽〔承受障蔽电缆且障蔽层两端接地〕仍会遇到厄运。雷电侵入波危害低压电源线路、通信线、电缆线、金属管道等路子侵入变电所，由于管线相对较高升好多，加大了对设施的危害。变电所简介变电所归纳公里。在长的电气化铁路中，为了把高压输电线分段以减小故障范围,一般每隔200～250公里还设有支柱牵引变电所,它除了完成一般变电所的功能外，还把高压电网送来的电能，经过它的母线和输电线安排给其他中间变电所。牵引变电所的主要电力设施是单机容量为10000千伏安以上的降压变压器,变电所主要任务将电能从电力系统传达给电力机车的电力装置的总称叫电气化铁路的供电110kV(220kV)降到所需要的电压，经馈电线将之间的接触网(含馈电线)称供电臂。变电所主接线电气主接线又称为电气一次接线，变电所主接线是变电所中的重要组成部济运行起重视要作用，并对电气设施选择、配电装置部署、继电保护、自动装置和掌握方式的拟订有较大影响。本次设计的110kV牵引变电所的主接线设计为110kV侧承受单母分段的连接方侧承受单母分段连接。此方案设计的优110kv10kV承受单母分段连线，对重要用户可从不同样样段引出两个回路，当一段母案同时兼顾了牢靠性，敏捷性，经济性的要求。此方案电气主接线图以下：变电所防雷措施

2.1电气主接线图变电所遇到雷击的根源牢靠。1.雷直击于变电所的设施上；电所。因此直击雷和雷电侵入波对变电站进线及变压器的破坏的防范格外重要。110kv110kv变电所防雷详尽措施距离内架设避雷线的方法解决。架空线路的雷电感觉过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电段的主要目的，在于限制流经避雷器的雷电流幅值及入侵雷电波的陡度。变电所对直击雷防范边绝缘水平比它低的设施免受雷击。位不会造成电气设施还击事故。变电所对雷电侵入波的防范FS系列阀型避雷器为SFZ主要用来保护中等及大容量变电站的电气设施;FCZ1用来保护变电所的高压电器设施。变电站的进线防范5KA，且其陡度也会高出同意值，必定会对电路造成破坏。变压器的防范雷电波破坏绝缘。压就只剩下避雷器的残压了〔不包括接地电阻上的电压压降，就削减了雷电对变压器破坏的时机。变电所的防雷接地变电所防雷保护在满足要求此后还要依照安全和工作接地的要求敷设一个防雷装置下敷设单独的接地体。防雷保护装置大地的装置。电力系统中最根本的防雷保护装置有:避雷针﹑避雷线﹑避雷器和防雷接地等装置。避雷针避雷针原理面电场畸变,在避雷针的顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放电的进展方向，使雷电对避雷针放电,再经过接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免受雷击。避雷针的设计一般有一下几各种类：单支避雷针的保护两支避雷针的保护多支避雷针的保护。〔线〕与被保护物之间应有〔线〕时造成还击。二是独立雷针的接地装置与被保护Sd省得击穿，在一般状况下，不应小于3m。有时由于部署上的困难Sd无法保证，此时可将两个接地装置相联，但为了防范设施还击35kV及以下设施的接地线入地址，沿接地体的地中距离应大于15m15后，ρ≤500Ω·m时，幅值可衰减到原来22%左右，一般不会引举事故了。避雷针设置原则110kV110kv同时变压器又是变电所的重要设施，故不应在变压器的门型构架上装设避雷针。避雷针保护范围的计算避雷针是一种简洁的防直击雷的装置。就国际电工委员会〔IEC〕介绍的滚hr为半径的一个〔包括被利用作为接闪〕或接闪器和地面〔包括与大地接触能承受雷击的金属物〕，而不涉及物的滚球半径如〔3.1〕表3.1建筑物防雷的滚球半径一、1根避雷针的保护范围h≤hr时处作一条平行于地面的平行线，以避雷针的针尖为圆心，hr为半A、BA、B两点为圆心，hr为半径，从针尖向地面画弧。如图3.1所示，则图中曲线就是避雷针保护范围的界限，保护范围是一个对称的锥体。3.1单根避雷针保护范围剖面图1O点为原点，地面为XY轴，成立直角坐标系。那B点坐标为：110kvr r 〔h2-(h-h)2h，即 r r r Bhr：rrx- h2hr-h2y-h2h2rrr那么，避雷针在高度hx的保护半径rx为：rr-hr-x r

-h2hxrxxr

-h

hr2xrxr h2hxrx

-h2

-hr- x

-h- hxxx

r

rxx〔rxrrx h2hrrx

h-

hhr的一点代替单根避雷针针尖作圆心，其他做法同上。二、两根等高避雷针的保护范围r当避雷针的高度h≤hr时，假设两针之间的距离D2 h2hr-h，其保护范围按单根避雷针的方法确定。假设D<2 h2h-h，其保护范围按以下方法确定：rr在地面上，分别以两根避雷针为圆心，h2h-h为半径做弧，两弧订交于rE、C3.23.2两根等高避雷针地面保护范围截面图110kv3.3两根避雷针保护范围剖面图外侧的保护范围，按单根避雷针的方法确定。b0为：b D20COOE

h2hr-h

- 2

〔勾股定理〕OBDBE2

h2h

-hrhrO′为圆心，O′A〔O′A＝A、BOO′yx轴，成rO′的坐标为〔0，hr〕，弧所在的圆方程为：x y-hh-hD22 2 r r

2AHD，

因此依照勾股定理OA

h-hD2

〔1〕由于 O”H2式

hr-h

2 r 2xhr〔1〕式求得，即x 2 2 2 x r r 2hh- h

-hD2-xx r r

2 22三、两根不等高避雷针的保护范围h1h2均≤hr3.4所示:110kv3.4两根不等高避雷针地面保护范围截面图假设D

-h

其保护范围按单根避雷针方法确定。1 r 1 2 r 2D< -h其保护范围按以下方法确定。1 r 1 2 r 2〔1〕第一在距离地面高度为hr的水平线上找一点O’，使O’A=O’B即D2 h1

-h21

r

2 D-D2

2〔勾股定理〕4。〔由于，AH=D1，HO’=hr-h1，GO’=hr-h2,GB=D-D1〕D2 h1 r

2-2hhr1

2hr

2-2hhr2

2 D2-2DD D21 1 2DD 2hh-2hh-h2 h 1 r1 r2 1 2D r 1

2

22D21 2DA为圆心，h2h-hB为圆1 r 12 r 心，h2h-hE、C3.5AEBC外侧的b02 r b0COOE h1

2h-hr

D2〔勾股定理〕11r1〔AE AO=D〕11r1110kv3.5两根不等高避雷针保护范围剖面图在AOB 轴线上的保护范围的边缘是以O’为圆心，O’A=O’B=

D2hh3.4OO′y轴，地面为21 r 12rO′坐标为〔0，h〕，该弧所在的圆方程为：rx2y-h2D2h-h2r 1 r 1x2y-h2D2h2-h2h-hr 1 r 1 r 1那么距离OO’轴线x处，其保护范围边缘上的保护高度h 为：x1hxrh- D1hxr

2h

-h

-h-x21rr1四、矩形部署的四根等高避雷针的保护范围1rr12 2 3.6，假设D2h2h-h，其保护范围各按两根等高避雷针的方法确定D2h2h-h2 2 四根避雷针外侧的保护范围各按两根等高避雷针的方法确定。B、E为圆心，hr为半径作弧线O′3.7O′为圆心，hr为半径，在B、E间作弧，这段弧即为针尖的保护范围。图3.6矩形部署四根避雷针地面保护范围截面图110kv图3.7B、E假设以B、E垂直均分线为y轴，地面为x轴，成立直角坐标系则该弧所在的圆的方程为：

D2 222x2y- hr2-2

h2rr D2 D2于BO’=hr GB= ，GO’= h2- 2 ，2 r 2 h2-D22 r 2

D2 222则保护范围的最低点为：02h0- hr2-2

h2rr D2h h2-

2 h〔〕0 r 2 rr A、BO点〔h＋h〕F、H点。假设以避雷针Ayr D 面为x轴，成立直角坐标系，则O点的坐标为 1，hh。2 r 0110kv图3.8A、BxD12yh-hh 2

2 2r 0 rrG’，G’的坐标为〔-b0，h〕，FG所在的圆的方程为：r0 r xb2y-h2h0 r F点地址及高度可按以下两式计算确定h

h

-D1-x2 x

02 hr2-x- x 0 x2 2

2 r 2

2

-h

h2

h

-h

x2避雷器

0 x r

r r x r 0量,限制过电压,保护电气设施。在电力系统中广泛承受的主假设是阀式避雷器。依照额定电压(正常运行时作用在避雷器上的工频工作电压，也是使用该避雷器的电网额定电压)和灭弧电压有效值(指避雷器应能牢靠地熄灭续流电弧时的最大工频作用电压)选择。避雷器作用原理正常供电。110kv削幅，降低被保护设施所受过电压值。制过电压以保护电气设施。保护缝隙、管型避雷器、阀型避雷器和氧化锌避雷器等。氧化锌避雷器的争论与应用氧化锌避雷器〔氧化锌避雷器〔MOA〕是将相应数量的氧化锌电阻片〔MOV〕密封在陶瓷或所拥有的优异的非线性，而不用串连缝隙，制作成无缝隙MOA所拥有的优异的非线性，而不用串连缝隙，制作成无缝隙MOA。在选择MOA的参数时，数时，要求电力系统最高运行相电压Uxg低于参照电压Uref，留有必定的差值。当系统氧化锌避雷器的特点压、工频暂态过电压、操作过电压的力量。压、工频暂态过电压、操作过电压的力量。氧化锌避雷器的保护特点优异氧化锌避雷器是用来保护电力系统中各种量，此后氧化锌阀片又恢复高阻状态，使电力系统正常工作。氧化锌避雷器的密封性能优异避雷器元件承受老化性能好、气密性好的资料，保证密封牢靠，使避雷器的性能结实。氧化锌避雷器的机械性能1、承受的地震力；110kv2、作用于避雷器上的最暴风压力；(5)氧化锌避雷器的优异的解污秽性能目前国家标准规定的爬电比距等级为：III25mm/KV氧化锌避雷器的优势1、串连缝隙氧化锌避雷器对暂态过电压的承受力量强。2、氧化锌避雷器拥有连续雷击保护力量。3、氧化锌避雷器能够防范工频能源的铺张。SCA比较的特点MOASCA3.2表3.2无缝隙MOA与有缝隙SCA氧化锌避雷器在变电所中的进展远景110kv110kv所防雷保护的一项重要设施。的性能，在牵引变电所中，能够优先考虑使用。氧化锌避雷器的安装要求正确选择安装金属氧化物避雷器安装使用与修理应留意的事项：安装前应校订铭牌，避雷器的系统额定电压应与安装饰的系统电压切合；避雷器固定在支架上，其上端子与高压线相联系，下端子要牢靠接地；装，以减小距离对保护奏效的影响；在有振动或严峻污秽的地方及有严峻腐化气体的场所；验；510kV不大于±1.5%)，要求泄漏电流切合其产品规定值；避雷器接地应切合接地规程要求。主控室及屋内配电装置对直击雷的防雷措施假设有金属屋顶或屋顶上有金属构造时，将金属局部接地；假设屋顶有钢筋混凝土构造，应将其钢筋焊接成网接地；假设构造为非导电体屋顶承受避雷保护，避雷带网格为8~10m，每格10~20m设引下线接地；10Ω。防雷接地其功用可分三类:1、工作接地:依照电力系统正常运行的需要而设置的接地，它所要求的接地0.5~10Ω的范围内。电气设施的金属外壳等加以接地,它是在故障的条件下才发挥作用的，它所要求1~10Ω的范围内。3、防雷接地:,它的些像工作接地;但它又是保障人身安全的有力措施，而且只有在故障下才发挥作1~30Ω的范围内。因此可知，接地电αi(冲击系数)与ηn(接地装置的冲击利用系数)表,承受一字形的接地体。查得:αi＝0.45Rαi＝iRe〔Ri—冲击电流下的电阻Re—工频电流下的电阻〕Ri＝0.45×10＝4.5Ω110kv4本设计的防雷方案电工装置的防雷设计进线段保护进线段保护是指在线路进入变电所的一段距离上〔1~2km〕安装避雷线，4.1所示：图4.1进线段保护50％出5kA，且其陡度也会高出同意值，必定会对站内设施造成破坏。因此对变电所雷电波的陡度，而且也是变电所防雷的主要环节。直击雷的保护变电所是重要的电力枢纽，一旦发生雷击事故,就会造成大面积停电。一些坏设施。因此，变电所实际上是圆满耐雷的。生的雷电波沿线路侵入变电所。对直击雷的防范一般承受避雷针或避雷线。dd1 2110kv1 i 2 d0.2R0.1h，d 1 i 2 1d0.24.50.112d 0.34.52范围大。因此，为了对本站掩盖，承受四支避雷针。被保护变电所总长108.5m宽79.5m，查手册，门型架构高15m。避雷针的摆放如图4.2所示。图4.2避雷针的摆放D12231479.5m;D D122314DmaxD

108.5279.52135mh h-D0 7hh1513534.3m7四只避雷针分成两个三只避雷针选择验算:第一验算123号避雷针对保护的高度:h1﹑2号针之间的高度：h0

7

＞15mh2﹑3号针之间的高度：h0

7

＞15mh1﹑3号针之间的高度:h0

108.5279.527

＞15m由上可见,对保护物的高度是能满足要求的。对保护宽度:110kv110kv1﹑2号针的保护宽度:1﹑2号针的保护宽度:b1.5h-h 1.523-1512x0 x＞02﹑3号针之间的宽度:b 1.5h-h 1.518.8-155.7x0 x＞0因此可知,对保护物的宽度是能满足要求的。因此,123针是满足要求的。由于4针的摆放是长方形,因此，134针也是满足要求的。即：四只高度选为35m装设避雷针时应留意的几个问题：否则应承受均压措施，或铺设碎石路沥青路面〔厚5到8cm，以保证人身安全。2、为防范雷击避雷针时，雷电波沿电线传入室内，慎重将架空照明线、电话线、播送线、无线电天线等架在避雷针上或其下的架构上。3、现场中，常常需要在独立避雷针或装有避雷针的架构上安装照明灯，这低压配电装置相连接。4.1.34.1.3雷电入侵波的保护(1)常用避雷器的特点：1、保护缝隙：保护缝隙构造简洁，保护便利，但其自行灭弧力量较差。在接地形成截波，对变压器纵绝缘不利。目前只用于线路保护。阀型避雷器：阀〔即发生过电压的侵入。当过电压消逝此后，非线性电阻阻值很大，缝隙又恢复为断路状态。随FCD)。ZnO阀片〔微安或毫安级起到泄流和开断的作用。〔2〕变电所入侵波保护方案设计牵引变电因此其的特别性，对于防雷保护器选择氧化锌避雷器。避雷器装设的地址以下：1、在变电所每组母线上设避雷器；3、35KV4、SF6全封闭电器的架空线路侧必定装设避雷器。4.1.4变电所二次设施防雷保护(1)二次设施过电压防雷保护的必要性随着大规模集成电路的使用，电子元(1)二次设施过电压防雷保护的必要性随着大规模集成电路的使用，电子元为0.001J为0.001J作，甚至成为电力系统的安全隐患。作，甚至成为电力系统的安全隐患。(2)变电所二次系统防雷保护原则现时变电所所承受的外面防雷措施是有此，变电所必定有一个圆满的一、二次防雷防电磁冲击的保护网。110kv设施防雷保护的设计思想依照这一原则，为变电所内二次设施和电子设〔SPD秒级的时间内泄放入大地，使自动化系统通信和配电设施免受冲击。IEC061312《雷电电磁脉冲的防范》及GB500571994《建筑物防雷设计标准》提出和规定了变电所二次设施防雷保护的设计原则经过国内外专家学者大量的争论和试验工作，国际电工委员会〔IEC、国际电信缔盟〔ITU〕等组织拟订了防雷4.1为建筑物防雷分类列表。表4.1建筑物防雷分类列表DBSE50%50%线、通信信号线、网络线进入建筑物内部。变电所二次设施防雷保护设计依照以下原则：1、依照GB500571994《建筑物防雷设计标准》要求，建筑物配电入户处加防雷保护所承受的电涌保护器必定能承受真是雷电电流冲击。2、依照雷电保护区的划分，变电所建筑物外面是暴露区，区内的设施最简洁暴露区，可定为1区。越往内部，危急程度越低。110kv接地装置括接地体和接地线两局部。接地网0.5至1m，S同样，如图3.11所示：图4.3接地网的表示图接地网总电阻能够按下式估量R0.44S SL—接地体的总长度〔包括水平与垂直接地体S—接地网的总面积。距离一般可取3-10mjU和跨步电压kU后予以调整。方形接地网接地电阻的计算：考虑到周长不变，将圆环变成方框后，占地面积将由原来的AA，把4计算圆环的接地电阻公式R0.22 ln4A-0.452-5BA hd B 114.6hA110kv110kvAA代替，得方形接地网的接地电阻计算公式为：4AR 0.213 Ae

ln2L

A-5B9h d A3ln l0 -0.2AAl1 Al 0接地网面积l0水平接地体长度d——接地体直径ρ——土壤电阻率R1Re0.5-5范围内，这主假设是增，I>2023V，这就要求R<0.5，才能保证运行的安全。本例中的垂直接地体R50mm4mm2.5m40mm，0.8m7200m2，Lhb 0.04m土壤电阻率为100m，等效直径h2 2 0.02m因此，能够依照以上公式计算。B 1A14.6hA

=0.958ARe0.213A

ln2L

A-5B=0.5089hA3ln A1

-0.2

d A=0.883A接地线接地线是连接接地体和电气设施接地局部的金属导体，R1Re=0.508×0.883=0.449<0.5满足要求。一般接地不小于一般接地不小于4mm×20mm扁钢或直径不应小于6mm的圆钢。防雷接地变电所需要有优异的接地装置，以满足工作安全和防雷保护接地要求。一变电所需要有优异的接地装置，以满足工作安全和防雷保护接地要求。一针和避雷器下面增加接地体，以满足防雷接地的要求。针和避雷器下面