35kv变电站防雷接地技术毕业论文设计(编辑修改稿)

35kv变电站防雷接地技术毕业论文设计(编辑修改稿)内容摘要：

路电流被要求的越来越大。 各式各样的 微机监控设备的不断普及和应用，同样对防雷接地的要求逐渐增高。 以前由于接 地装 置的一些问题从而引发了主设备的损坏，变电站一度停止运行带来了巨大的 损失和严重的问题，给电网的稳定运行造成了很大的麻烦，因此变电站的防雷接 地措施必须要高度的重视起来。 变电站的接地系统是保护电力系统的正常运行， 保障设备及人身安全的措施之一。 本次论文的主要工作 随着电力工业的发展，自动化程度越来越高，对安全供电的要求也越来越高。 为了防止各种电气事故，保障人民生产、生活的正常有序进行，电气安全已成为社会关注对象，各种电气安全措施也正在建立与完善。 电气安全工作是一项综合性的工作，有工程技术的一面，也 有组织管理的一面。 工程技术和组织管理相辅相成，有着十分密切的联系。 电气安全工作主要有两方面的任务。 一方面是研究各种电气事故，研究电气事故的机理、原因、构成、 选某某 变电站 作为设计对象，变电站防雷接地技术 5 分析该变电站的防雷接地 设计。 大多数的中型电力用户 ， 都采用的是 35 kV 电压等级供电 ， 供电部门的 35 kV变电站也就成为了电力用户供电的重要的供电渠道。 而变电站不一定在在变电站避雷针的保护范围之内 ， 所以 35 kV 变电站很容易受到雷电的破坏 ， 并给电力用户的生产以及社会经济的发展带来了严重的影响 ， 导致供电部门的供电可靠性也达不到要求。 本课题是针对我国农村 35KV 变电站进行防雷接地保护设计；根据变电站国家防雷接地标准，结合 35KV 变电站电气接线图以及具体情况，学习利用各种防雷接地装置等，实现对变电站的直击雷防护、雷电侵入波防护以及变电站的接地保护设计，具有一定针对性和广泛性。 变电站防雷接地技术 6 2 变电站的防雷保护 雷电是一种大气里的放电现象 ， 它产生在积雨里。 积雨的云在形成的过程中 ， 部分云团带有正电荷 ， 部分云团带有负电荷 ， 因此 ， 当电荷总量积聚到了一定的程度时 ， 在不同的电荷云团之间 ， 或者云团和大地之间的电压数值非常大 ， 足够击穿空气。 当云团开 始游离放电的时候 ， 我们称这个过程为先导放电。 云团对地的先导放电现象是云团向地面的跳跃式逐渐发展的过程 ， 当先导放电现象到达地面的时候 (地面的建筑物和架空输电线路等 )， 就会产生从地面向云团的主要放电阶段。 在主要放电阶段中 ， 由于不同种电荷进行剧烈中和 ， 往往此时会出现非常大的雷电流 (一般为在几百千安到几千千安之间 )， 并且随后会产生强烈的闪电及巨大的响声 ， 从而形成了雷电。 雷电的防护措施包括以下三个部分 : 直击雷的防护、侧击雷的 防护 和感应雷的防护。 防雷工程的一个十分方面是接地和引入下地下线路的基本布线工程 ， 整个防雷工程 的效果和防雷器件是否有效都取决这一点 ， 所以，我们应当认真的研究变电站中电力设备和电子设备的接地效果 ， 它是保障电力设备的安全、操作人员的安全以及设备正常工作运行的必要部分。 可以这样说 ， 只要是和电网相连的仪器和设备都必须接地 ； 只要有电力需要的地方 ， 就会是接地工程需要配置的地方。 变电站接地技术是用来防止电力设备和电子设备遭到雷击从而采取的基础性的保护措施，它的目的是把由雷电产生的巨大的雷击电流引到大地中，进而起到保护变电站的作用。 同时，变电站接地技术也是保护我们人身安全一种十分有效手段，如果由于某种原 因而引起了相线与设备外壳相碰触的时候，电力设备的外壳将会有非常危险的电压产生，此时，故障产成的电流将会流经接地保护装置到达大地，进而起到了保护的作用。 因为变电站具有的特殊环境，比如强大的电磁场、巨大的雷电等其他许多因素影响，使得变电站特别容易受到各式各样的干扰，因此，为了提高变电站运行时的安全及工作时的可靠性，我们应该根据现实存在的不同的干扰源，来采取相应的防雷和抗干扰的措施。 一、 变电站防雷及抗干扰措施 变电站防雷的措施总体可以为两种 ： 第一种是避免雷电电流进入电网系统，第二种则是利用二次 保护装置把雷电流引入接地网络。 在实际不同的电网中，我们应该根据现场采集的雷电的形式、雷电的频率、电流强度和需要保护的设施重要性，来采取符合需要的保护措施。 变电站防雷接地技术 7 正确屏蔽雷电流 对于微机保护的控制装置，电力系统的通信线路应该采用带有屏蔽层的多绞屏蔽电缆，并且应该尽可能把强电的导线单独安装，同时保证电缆的屏蔽层接地自始至终都只有一个点。 这是因为在变电站中，电力装置里既有模拟的电路还有数字的电路，所以，数字设备和模拟设备必须应该分开，最后它们只能够具有一个连接点，假如两者不分开，将会互相地干扰，严重时甚至 可能损坏设备。 加装浪涌的二次保护器 变电站开关的操作、静电放电现象及闪电放电时产生的瞬时过电压可能会对电力设备造成毁灭性的伤害或者加快它的老化过程。 对于浪涌现象的保护方法主要是在变电站系统内加装浪涌的二次保护器。 浪涌的二次保护器是采用同等电位的原理，及时把浪涌电流导入接地系统。 当系统的过电压现象发生时，瞬时的高电压将会抑制电力二极管 (Rm)作为反应速度最快的电力元件首先动作，同时开始泄放巨大的雷电电流，并且把输出的电压钳位控制在它的截止电压之上，从而十分有效地防止了巨大的过电压对 于电力设备的损伤。 当加在 TVS 里的放电的电流随着电压幅值的上升进而使得充气式的放电器 (HFB)两端放电电压超过了它的点火电压 UM 时， GDT 将会瞬时动作，并且也会开始泄放雷电电流。 这时， GDT 呈现低阻的状态，它的两端仅仅只有 20~40V 的电弧电压，所以可以避免因为过电压的持续时间长进而把 TVS 烧毁。 变电所接闪器 在变电站发生雷击之后，防雷系统可以通过直接拦截的方法，引导雷电流进入接地网。 接闪器有避雷针和避雷线两种。 小型的变电所多数装备独立的避雷针，大型的变电所通常在变电所的架构上采取避雷针和 避雷线，或者把两者相结合，并且大型变电所对于引流的线路和接地的装置都有十分严格的要求。 变电所避雷器 避雷器能够把侵入变电所中的雷电流降低至电气装置的绝缘强度允许范围以内。 我国的变电所避雷器主要采用的是金属氧化物的避雷路器 (ROA)，西方的国家除了使用 ROA 之外，还在所有的电气装置内安装空气的间隙，并作为 ROA 失效之后的备用设备。 合理布置避雷装置的安装位置 目前，大多数的 RTU 子站 (或者一体化的微机二次保护装置等 )，大部分安装在了高压室的配电开关柜上，电力的量测信息通过从高压配 电室接到主控台的变电站防雷接地技术 8 通信电缆来传输，以 MS525 等接口的方式与 RTU(或这通信 管理 机器等 )进行数据传送。 所以，通信电缆非常容易受到来自于开关的误操作、电力负荷的波动和强电的电缆所产生的巨大电磁场干扰，这些巨大的干扰轻则会增大电力量测信息的误码率，重则可能使得 MS525 等数据接口发生损坏。 此外，夏天时高压室里的温度比较高， RTU 的子站 (或者一体化的微机二次保护装置等 )内部因为热量过高而产生的干扰噪声现 象不容忽视。 针对上面分析的问题，我们可以把 RTU 的子站 (或者一体化的微机二次保护装置等 )在主控台里集中组屏，这样做不仅能够减少物理干扰源 (包括室内温度 )对于电力装置的影响，还可以改善电力设备运行的环境，并且能够方便检修和试验人员对电力装置年检的预试工作。 二、 变电站接地方式 目前，变电站的接地方式有许多种，比如单点的接地、多点的接地和混合类型的接地等。 单点的接地还分为串联单点的接地及并联单点的接地。 一般来讲，单点的接地常常用于简单线路，、以及频率较低 (f2MHz)的电子线路。 而当涉及到高频 (f20MHz)的电路时，我们应该采用多点的接地或者多层板的方式。 雷电保护接地指为雷电保护装置 (避雷针、避雷线和避雷器等 )向大地泄放雷电流而设的接地。 因此，变电站构架避雷针（带 )和避雷器不仅应采用双引下接地方式，还须敷设 2～ 3 根放射状垂直接地极与主网相连，以达到加强对雷电流的分流作用。 对于全站接地网， 影响其工频接地电阻值大小的主要取决于水平接地体，而垂直接地能有效地加强冲击电流的扩散，为避免其相互之间的屏蔽作用，在接地网的边缘设置垂直接地极，且垂直接地极相互间的间距应大于垂直接地体长度的 2 倍。 在进 线构架接地引下线地面上方 米处设置可开断点， 当测量全站接地电阻值时与线路地线将其断开，保证测量的准确性。 当采用 110kV 和 220kV 构架避雷针时，该接地装置与主接地网连接，但地下连接点至主变、 35kV 及以下设备与主接地网的地下连接点之间，沿接地体的长度不得小于 15m。 如因场地狭小，直线距离有困难时可考虑地下接地线弯成蛇形状。 变电站的直击雷保护 直击雷的影响 直击雷是指雷雨云对大地和建筑物放电的现象。 它以强大的冲击电流、炽热的温度、猛烈的冲击波以及强烈的电磁辐射损坏放电通道，其最高电流达200~300kA，一般在 20~40kA，其时间甚短，一般仅为 10~100μs。 直接击在建筑物变电站防雷接地技术 9 构架上，因电效应、热效应和雷电冲击波等作用而造成电力线路、电力系统弱电设备等损坏。 其对弱电设备的影响主要表现在以下几个方面： 电效应的破坏作用 根据安培定律，当 A、 B 平行导体上分别通以电流 1i 、2i （ kA）， A、 B 的距离为 d(m)时 ，每米导线所受的作用力按下式计算 1021  iidlF o （ 21） 式中，平行导体的长度 0l 为 1m。 假定雷击的瞬间两导体的电流 1i 和 2i 都等于 100kA，两导体的距离 d 为 50cm，计算结果表明，这两根导体每米都受到 408kg 的力。 因此雷击的时候，由于电动力的作用，也有可能使弱电设备导线折断。 同样对拐弯的导体或金属构件，在拐弯部分也将受到电动力作用，它们之间的夹角越小，受到的电动力越大。 当拐角的夹角为锐 角时受到的作用力最大，钝角最小。 所以接闪器及其引下线不应出现锐角的拐弯，在不得已采用直角拐弯时应加强构件强度。 热效应的破坏作用 根据焦耳定律，一次闪击的雷电流发出的热量 Q  t dtiRQ 0 2 （ 22） 式中 Q— 发热量 ， J； i— 雷电流， A； R— 雷电流通道的电阻，Ω； t— 雷电流持续的时间， s。 实际上，雷电流作用的时间很短，散热影响可以忽略，在电流通路上引起的温升Δ T 为 mcQT （ 23） 式中 Δ T — 温升， K； m— 雷电流通过的物体质量， kg； c— 通过雷电流的物体的比热容， J/kg K。 如果雷电击在电弱电设备上，由于雷电流很大，通过的时间极短，被击得物体瞬间产生巨大热量，又来不及散发，将产生巨大的爆炸力。 当雷电流通过金属体时，如果金属体的截面积不够大时，甚至可使其熔化。 因为通道的温度可高达 6000℃ ~10000℃ ，甚至更高。 因此在雷电流通道上遇到易燃物质，可能引起火灾。 雷电流冲击波的破坏作用 雷电通道的 温度高达几千度至几万度，空气受热急剧膨胀，并以超声速度向四周扩散，其外围附近的空气被强烈压缩，形成“激波”。 被压缩空气层的外界称变电站防雷接地技术 10 为“激波波前”。 “激波波前”到达的地方，空气的密度、压力和温度都会突然增加。 “激波波前”过去后，该区压力下降，直到低于大气压力。 这种“激波”在空气中传播，会使其附近的电力线路、电气设备受到破坏。 感应雷的影响 感应雷对弱电设备的影响主要是指在雷云之间放电或雷云对地之间放电时，在附近的户外传输信号线路、埋地电缆线路、设备连接线上产生电磁感应并侵入设备，使串联在线路之间或线路末端的 电子设备受到损坏。 感应雷虽不如直击雷猛烈，但其发生的概率比直击雷高得多。 当雷云层与层之间以及雷云与大地之间放电时，在放电通道周围产生的电磁感应、雷电电磁脉冲的辐射以及雷云电场的静电感应，使建筑物上的金属部件、管道、钢筋和由室外进入室内的电源线、信号传输线、天线馈线等感应出雷电高电压，并通过这些线路以及进入室内的管道、电缆等引入室内造成电子设备损坏。 显然感应雷危害是大面积的，是危害电子设备的主要干扰源。 例如，当雷击大地时，在线路产生感应过电压的值可以按下述经验公式估算 IbhU cp  )/(25 （ 24） 式中 U — 感应过电压， kV； I — 雷电流幅值， kA； b — 雷击点与导线间的水平距离， m； cph —— 导线平均高度， m。 当雷击电流为 30kA 斜角波，雷云高度为 3km，导线高度为 10m，雷电击中距 500m 长架空线路中点 100m 处的地面时，则线路上会产生感应电压幅值为 75kV的振荡波。 此振荡波为电磁感应和静电感应。