【《220kV变电站防雷保护计算设计》5100字（论文）】

kV变电站防雷保护计算设计内容摘要：我国经济不断发展，而电力又是发展经济的一个重要环节，所以电力传输很重要，它的生产安全也就变得更加重要。而雷电对于电力系统而言危害巨大，有雷击事故发生时，通常会造成设备严重损坏、财产损失甚至威胁站内人员的生命安全。首先对所给的任务书以及已知条件进行分析，给出对应的解决措施。设计内容包括：1.防止被雷电直接击中；2.入侵波的防护；3.输电线路防雷性能的分析。关键词：220kV,防雷，入侵波，雷电跳闸率目录TOC\o"1-3"\h\u9141.绪论 197302.直击雷的防护 2159622.1避雷针的介绍 2211262.2避雷针的计算原理 2146622.3避雷针的计算 3251083.接地装置的设计 7115663.1接地装置的介绍 7115873.2地装置的计算 8130623.3接地装置的选择与安装 9207774.入侵波的防护 11256464.1进线段设计 114.1.1进线段保护介绍 114.1.2进线段的保护计算 1262134.2避雷器的原理介绍 14126514.3避雷器的选择与安装 14191274.3.1普通阀型避雷器相关特性 15198014.3.2避雷器的选择 15191274.3.3进线段选取距离的校验 18191084.3.4避雷器最大保护距离求解 18155794.3.5母线上避雷器的选择 194.3.6变压器处避雷器的选择 19314565.输电线路防雷性能计算 19314565.1线路防雷参数 19314565.1.1衡量线路耐雷性能的指标 20314565.1.2雷击线路的三种不同情况 20314565.1.3线路的雷击跳闸率 2339175.2110kV线路雷击跳闸率的计算 2339175.2.1110kV线路平原雷击跳闸率 2339175.2.2110kV线路山区雷击跳闸率 25188745.3220kV线路雷击跳闸率的计算 26299225.3.1220kV线路平原雷击跳闸率 26299225.3.2220kV线路山区雷击跳闸率 296.结论 3028865参考文献 321.绪论国内外情况差不多,雷击最影响输电线路稳定运行，大多数电力故障也是由于雷击引起的。输电线路因为受到雷击发生短路、跳闸，甚至线路着火。变电站的输配电安全被雷击事故严重威胁着，变电站的设备也会被雷击形成的电磁干扰，产生危害。近年来，不管是在工业上还是在居民生活中，人们对电力的需求增多，对此，就需要大力发展电力生产与配送，满足工业与居民生活需求。而输配电的枢纽是变电站,关乎着用电安全，关乎着电力能否顺利地输送到各个用电单位。所以，防雷很重要。2.直击雷的防护2.1避雷针的介绍避雷针是保护高建筑等物体场所不被雷击的装置。2.2避雷针的计算原理单支避雷针保护范围的计算由图2-1可知:水平面的保护半径：当时，当时，其中，—避雷针高，；—修正系数。当时；当时（二）两支等高避雷针保护范围两针的防护范围求法：式中—避雷针高，；—两针防护的最低点，；—两针防护范围的水平面最低点，。如图2-2右上角分图，在地面上，保护范围最小宽度。（三）三支或更多支避雷针2.3避雷针的计算如图2-4：变电站高。采用两种保护方案：（一）三根等高避雷针；（二）四根等高避雷针。方案（一）：如图2-5，避雷针在三点安装，。原始资料可知：被保护物范围：。设避雷针高，被保护物高，避雷针保护最低点是。三根避雷针保护图如图2-6：如图2-5，若点能被避雷针保护，两点保护的最边界，那么变电站被保护的条件是在半径内。所以，已知，（1）当，即时，。将上述数据代入上式，得：求得：因为设定条件为，。所以不符合设定条件，舍去。（2）时，即，将上述数据代入上式，得：整理得：解得：因为B、C两针一起保护的距离，验算此时避雷针保护范围能不能达到条件。当时，代入数据得：解得：，所以能够保护当时，代入数据得：有，不能保护变电站。由以上论证可知：避雷针高度时，变电站能被保护，但不经济。所以三根避雷针的方案不可行。方案（二）：如图2-7，四点为避雷针安装地点，高度。。由图2-7可知：避雷针保护宽度的最小值，。取。（1）计算时，代入上式数据，可得：可以求得：因为代入上述数据，可得：求出：令，代入公式得到解得：所以所以避雷针的高度为33.76m 当时，。因为所以，所以可以保护四点。（2）计算AD，保护范围最小宽度，就能够保护整个范围。假设，因为代入上述数据，可得：得设，则有解得：所以因为所以选择避雷针高度为的四支等高避雷针能保护变电站。3.19742接地装置的设计67013.1接地装置的介绍（1）单根垂直接地体时，接地电阻（2）多根垂直接地体此时接地电阻为（3）水平接地体（4），20923.2地装置的计算接地体太长，增大，从而增大，所以接地体的长度不可以太长；，长。由原始资料可知：冲击接地电阻，利用系数，冲击系数，土壤电阻率.接地电阻，,可得；，可得；，可得；，可得；，可得。，,可得；，可得；，可得；，可得；，可得。，,可得；，可得；，可得；，可得；，可得。，,可得；，可得；，可得；，可得；，可得。3.3接地装置的选择与安装接地装置的埋放方法有：垂直、水平。一般用垂直的方法，效果好，接地电阻小。本设计选择，朝着地下，垂直打进钢管，，（一般是）。管间距离≥2钢管长度，为防腐蚀，接地体得有适宜的机械强度，所以钢管壁厚不能太薄。由《简明五金手册》可得：为了保护更全面，选用，，，由表3-1知：（1）当时，参考表3-2，取，代入式得将代入式得取壁厚=3.5mm时，表3-2可知：每根钢管重量取壁厚=4mm时，表3-2可知：每根钢管重量（2）当时，参考表3-2，取，代入式得将代入式得取壁厚=3.5mm时，表3-2可知：每根钢管重量取壁厚=4mm时，表3-2可知：每根钢管重量当时，,选材不经济，不予考虑。以此类推，选用n=2，3，4根接地体时，或者保护不周全，或者成本太高，舍去这些方案。通过以上分析，选择的钢管，符合管径要求，考虑到要防腐蚀，选用壁厚的钢管，垂直接地体用根直径的钢管构成。每根接地体间大于的距离。垂直接地装置顶端埋放深度为。如图3-1，为接地装置埋设图，埋放到地面下，接地体长度为。4.入侵波的防护4.1进线段设计4.1.1进线段保护介绍装设进线段可帮助避雷器正常工作。进线段的不同装设情况：进波波前时间：(μs)相应波前陡度为：（kV/μs）所需进线段长度：（km）一般，。进波的空间陡度（kV/m）4.1.2进线段的保护计算线路：m线路：m（一）110kV进线段计算（1）时，（2）时，（3）时，（二）220kV进线段计算（1）时，（2）时，（3）时，为了使避雷器的作用有效发挥以及进线段起作用，线路进线段长度；线路进线段长度为。因为全线都装了避雷线，所以不需要再装避雷器。4.2避雷器的原理介绍，这样避雷器就会先被导通，。这样设备的损伤便会降到最低或不受破坏。——绝缘冲击耐压值；——避雷器冲击放电电压。最大容许进波陡度为避雷器经过的冲击电流最大值:式中：—，；—母线上出线数。4.3避雷器的选择与安装挑选避雷器的安装地点时，各组母线上均需安装，关键是要保护主变压器，能保护其它设备时，靠近变压器安装避雷器，充分利用。当所安装的避雷器不能同时保护所有设备时，增加一组或多组避雷器来实现保护的目的。4.3.1普通阀型避雷器相关特性①额定电压②灭弧电压：。③冲击放电电压：以下，取的上限。④工频放电电压⑤残压从残压评价电气的绝缘配合：，。⑥：阀式避雷器的保护水平4.3.2避雷器的选择本次设计采用变电所FZ型。已知：从以下方面选择合适的避雷器：从电网额定电压、避雷器的特性选。按灭弧电压选择。均符合要求。（3）冲击放电电压。中性点直接接地系统。，（4）校验工频放电电压。①线路由表4-5可知，*灭弧电压即，此时工频放电电压，在范围内，符合要求②线路由表4-5可知，*灭弧电压即，此时工频放电电压，在范围内，符合要求。（5）从残压以及避雷器保护水平选择。1）内绝缘；2）不采用括号内数据；3）外绝缘干燥。①冲击耐受电压②冲击耐受电压符合要求。流过避雷器的最大雷电流①侧线路②侧线路冲击电流最大值都小于，符合要求。4.3.3进线段选取距离的校验。线路：，，线路：，，将上述各值代入公式得到的计算结果都比小，所以进线段选取完全可以保护线路。4.3.4避雷器最大保护距离求解（1）或，，原始资料可知：有7片；有13片。（2）避雷器冲击放电电压：由表4-5得：（3）最大容许距离：进波空间陡度，；，。因为变电站出线数>2，根据下式计算：侧线路，根据表4-3，，进线路数4，得：变压器最大电气保护距离其他设备最大电气保护距离侧线路，根据表4-3，，进线路数3，得：变压器最大电气保护距离其他设备最大电气保护距离4.3.5母线上避雷器的选择，安装情况如下表：4.3.6变压器处避雷器的选择变压器处避雷器的安装情况如下表：图4-3自耦变压器保护接线5.输电线路防雷性能计算5.1线路防雷参数每的年落雷次数5.1.1衡量线路耐雷性能的指标（1）耐雷水平(I)雷电流最大值超过I的概率由下式求出：P—雷电流最大值比I大的概率。（2）雷击跳闸率（n）建弧率（η）：（5-3）对于中性点有效接地系统（5-4）对于中性点非有效接地系统（5-5）5.1.2雷击线路的三种不同情况（一）绕击导线平原地区：（5-6）山区线路：（5-7）式中α——保护角，（°）；ht——杆塔高度，m。，或保护角。绕击导线，雷电过电压（5-8）令,则I是绕击时，耐雷水平I2：（5-9）绕击跳闸次数（次/年）（二）雷击档距中央的避雷线（三）雷击杆塔杆塔分流系数β的值为0.86～0.92，不同情况下β值由表5-2查出绝缘子串上雷电过电压四个分量:（1）横担对地电位(5-10)式中取平均陡度式中I—雷电流最大值，；T1—波前时间，。横担对地电位最大值（5-11）横担下塔身电感La由下式求得：式中——杆塔总电感；——横担高度；——单位塔身电感。代入式（5-11）可得（5-12）（2）塔顶塔顶电位（5-13）式中Lt——杆塔总电感。在导线上的感应电压分量；；；注：档距中间避雷线被雷击，。（3）雷击塔顶，感应雷击过电压u′i（c）式中k0—导、地线间几何耦合系数。 （4）线路工频工作电压u2。（一般不作计算）5.1.3线路的雷击跳闸率线路耐雷水平I1：（5-14）线路的年雷击跳闸总次数(次/年)(5-15)将式代进上式得到：线路雷击跳闸率n（5-16）5.2110kV线路雷击跳闸率的计算5.2.1110kV线路平原雷击跳闸率（1）避雷线跟地面的均高（2）导线跟地面的均高建弧率图5-1110kV线路杆塔，则横担对地高度查表5-3可知：横担塔身电感图5-2图5-2n根平行导线系统及其镜像所以塔杆总电感避雷线、导线耦合系数已知避雷线半径由图5-2可知所以由表5-4可知k1=1.25所以k=k0k1=0.144（6）耐雷水平（7）大于I1的P（8）耐雷水平I2（9）大于I2的P绕击率，取中间值25°。所以雷击跳闸率n5.2.2110kV线路山区雷击跳闸率，或保护角。所以绕击率雷击塔杆时的耐雷水平雷电超过I1的概率所以雷击跳闸率图5-3220kV线路杆塔5.3220kV线路雷击跳闸率的计算图5-3220kV线路杆塔5.3.1220kV线路平原雷击跳闸率（1）避雷线跟地面均高（2）导线跟地面均高（3）建弧率，则（4）横担对地高度查表5-3可知：横担塔身电感所以所以塔杆总电感（5）避雷线、导线耦合系数k与导线n的互波阻抗，对于架空线路几何耦合系数可求得①避雷线1、2间耦合系数已知由图5-5可知：②避雷线1、导线3的耦合系数同理：图5图5-6导线1、5平行系统及其镜像③避雷线1、导线5的耦合系数由图5-4可知所以即由表5-4知：电晕校正系数所以耐雷水平I1（7）大于I1的P（8）耐雷水平I2（9）大于I2的P绕击率（12）雷击跳闸率5.3.2220kV线路山区雷击跳闸率，或保护角。所以（1）绕击率（2）雷击塔杆时的耐雷水平(3)雷电超过I1的概率所以雷击跳闸率从表5-6可以看出，无论是110kV或是220kV线路，，。Ri越大，n越大，线路相对来说，易被雷击，所以降低杆塔Ri能提高输电线路耐雷水平。将表5-6计算结果与5-7各级线路标准耐雷水平对比可知：该线路耐雷水平符合标准。6.结论（1）为防止被雷电直接击中：在变电站长120米的两边墙上，各装两根等高避雷针，距每侧墙的角落20m，针高33.76m，共四根。选用五根长，外径，厚，每根重的钢管做接地装置。（2）为防护入侵波:选用进线段保护。在110kV侧、220kV侧采用2km进线段，110kV侧，α=0.820kv/m；220kV侧，α=1.505km/m。（3）输电线路防雷性能求解结果：110kV线路雷击跳闸率，。220V线路,。参考文献[1]高电压技术.赵智大.—3版