【正文】 時，則該突出物將容易受到直擊雷。 雷擊反擊 直擊雷電流通過地表突出物的電阻入地散流。 另一種雷電反擊，對變電站的電子設備危害也不容忽視。感應雷雖然沒有直接雷猛烈，但其發(fā)生的幾率比直擊雷高得多。 有資料計算表明，當雷電電流為 30 kA 斜角波，雷云高度為 3 km，導線高度為 10m，擊中距末端匹配的 500m 長架空線 路中點 100m 處地面時，線路上感應電壓為 150 kV 幅值的振蕩波。帶電雷云飄浮在地表上空，地表帶上與雷云相反的等量電荷。其結構均分為接閃器、引下線和接地體，防雷原理相同?？尚蜗蟮亟忉尀橐粋€半徑與雷云帶電量成比例的以雷云先導為圓心 的球，滾落在地面上。按防雷規(guī)范核保護范圍，一般 110kV 中等規(guī)模變電站采用 3～ 5根， 35 kV 變電站 1～ 4根 30m左右避雷針，即可以覆蓋全站被保護區(qū)范圍。其中 n為年雷暴日數(shù)， k 為校正系數(shù)，金屬結構取 2， l、 b、 h 分別為建筑物的長、寬、高。 限流式避雷針 —— 主要用于直擊雷的防護。安裝限流式避雷針系統(tǒng)有以下特點：采用阻抗限流等綜合技術，降低雷電泄放時7 產生的危險；降低雷電流幅值、上升沿陡度減緩；降低對周圍的二次電磁感應；引下線高端電位降低，防止側向跳火；抑制地電位反擊。對 35kV 架空進線，一般是采用進線段 1～ 2km 的架空避雷線配其兩端的管型避雷器進行防護。一些重要設備如變壓器等 ,多半不是自恢復絕緣 ,其內部絕緣如故發(fā)生閃絡 ,就會損壞設備。 對直擊雷的防護一般采用避雷針或避雷線。還應該使被保護物體與避雷針 (線 )之間留有一定距離，因為雷直擊避雷針 (線 )瞬間的地電位可能提高。 按實際運行經驗校驗后，我國標準 目前推薦 1d 和 2d 應滿足下式要求 : 1d ≥ iR ＋ , 2d ≥ iR 2d ≥ (41) 在對較大面積的變電所進行保護時 ,采用等高避雷針聯(lián)合保護要比單針保護范圍大。D23＝ D14＝ (42) 9 maxD ＝ 22 ? ＝ 135m (43) 0h ＝ h －7D (44) 所以 ,需要避雷針的高度 h 為 : h ＝ 15＋ 7135 ＝ 四只避雷針分成兩個三只避雷針選擇 防雷接地 “防雷在于接地” ,這句話含義說明各種防雷保護裝 置都必須配以合適的接地裝置。 防雷接地 :用來將雷電流順利泄入大地 ,以減小它所引起的過電壓 ,它的性質似乎介于前兩種接地之間 ,它防雷保護裝置不可缺少的組成部分，它有些像工作接地 。 查得 : ＝ i? ＝eiRR (45) (式中 : iR — 沖擊電流下的電阻 。 （ 1） 雷電過電壓 由于雷電波沿線路傳入變電站或直接擊中變電站內造成變壓器中性點電位的升高， 變壓器中性點上出現(xiàn)的最大雷擊過電壓主要取決于變壓器入口處的避雷器殘壓和變壓器的特性，一般雷擊過電壓值可按式 51 計算 5)1(3 bUrnmU ?? （ 51） 式中 n— 侵入波的相數(shù)； r— 變壓 器振蕩衰減系數(shù)，對于糾結式繞組取 ，連續(xù)式繞組取 ； Ub— 變壓器入口處避雷器上的殘壓（或放電電壓）； 由公式可知，三相同時進雷電波時過電壓最高。 單相接地中性點過電壓 11 單相接地故障造成三相不對稱運行，在變壓器中性點上必然會產生過電壓。當 K=3 時， U0=,Ue取最高運行線電壓，如對于 110kV 及變壓器，則 U0= 110 =。當系統(tǒng)一相斷口擊穿時，變壓器中性點過電壓值大小可近視為相電壓，在這種情 況下相當于變壓器電感 L與線路間電容并聯(lián)后再與線間零序電容構成回路，如果參數(shù)匹配就會產生鐵磁諧振，在中性點上產生較高過電壓；如果是雙電源且兩個電源的電壓相反，則中性點的電位為兩倍相電壓，這種情況出現(xiàn)的概率非常小。一般而言，中性點保護包括過電壓保護和繼電保護。 目前全國變電站對 中性點所采取的過電壓保護措施有：（ 1） 采用閥式避雷器或氧化鋅避雷器對中性點過電壓進行保護；（ 2）采用棒 棒間隙配合保護裝置來防止中性點過電壓；（ 3）采用避雷器與間隙并聯(lián)的形式對中性點過電壓進行保護，這種方式目前用得最普遍。 變壓器在變電所中最重要的設備，且其絕緣水平低，故避雷器安裝位置應盡量靠近變壓器。忽略變壓器對地入口電容，雷電波 u自線路侵入。 侵入波 u（ i） 沿波阻抗為 Z1的線路入侵，由于變壓器的波阻抗比線路大得多，在避雷器動作前相當于末端開路，當其等值電路如圖 61（ b） 所示。 縱坐標取電壓 u，橫坐標分別取時間 t 和電流 i0在 ut坐標平面內（適用于間隙擊穿后），畫出曲線 ub+ibZ1，然后自侵入波的幅值處作一水平與曲線 ub+ibZ1相交，交點的橫坐標就是流過避雷器的最大雷電流 Ibm，由 Ibm對應的 ub=f（ ib） 曲線上的電壓 Ubm就是避雷器的 最大殘壓。當雷電波入侵時，由于波的反射，被保護的電氣設備上的電壓降不同于避雷器的殘壓，現(xiàn)用實例分析避雷器對所有電氣設備的保護作用。 （ 1）避雷器上的電壓 uB(t) T點反射波尚未到達 B點時 ?? attBu ? (62) T點反射波到達 B點以后至避雷器動作前 ? ? ?????? ???????? ??? vltavltaattBu 2222 (63) 式中： v 為波速 當 t=t1(假設避雷器的放電時間vt 2l21＞時， uB(t)與避雷器伏秒特性相交，避雷器動作，由于避雷器非線性特性較好，此后可以認為避雷器保持不變的殘壓Ub5（ 5kA 以下殘壓）。 20 由于分布參數(shù)和電暈的影響，電氣設備實際上所受的沖擊電壓與圖 64還不完全相同，由表 63 和圖 64（ c） 可得，變壓器上的電壓具有振蕩性質， 其振蕩軸為避雷器的殘壓 Ub5，這是由于避雷器動作后產生的負電壓波與 T 點之間發(fā)生多次反射引起的。因此，常以變壓器絕緣承受截波的能力來說明在運行中該變壓器承受雷電波的能力，變壓器承受截波的能力稱為多次截波耐壓值 U1，根據(jù)實踐經驗，對變壓器而言，此值為變壓器三次截波沖擊試驗電壓 Ui3的 1/ 倍，即Uj=Uj3/(三次截波耐壓值的 1/)，同樣其他電氣設備在運行中所承受雷電波的能力也可用多次截波耐壓值 Uj來表示。因此，要使避雷器起到良好的保護作用，它與被保護設備之間的電氣距離就不能超過一定的值，即存在一個最大電氣距離。變電所內其他設備的沖擊耐壓值較變壓器高，它們與避雷器間的電氣距離可相應增大 35%。對于接線復雜和特殊的變電所，需要通過模擬試驗和計算來確定避雷器的安裝數(shù)量和位置 40 1 60 80 0 80 0 160 240 3 2 1 2 3 35kV 110kV 35kV 110kV 60kV 60kV 220kV 220kV 330kV 330kV 最大允許電氣距離 lmax 最大允許電氣距離 lmax 侵入波陡度 a’(kV/m) 侵入波陡度 a’(kV/m) （ a） （ b） 圖 66 避雷器與變壓器間的最大電氣距離與侵入波陡度的關系 23 7 絕緣配合與避雷器選擇 電力系統(tǒng)絕緣配合 所謂絕緣配合，就是根據(jù)系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種過電壓，合理地選擇避雷器的保護特性，并且確定它與設備絕緣強度之間的保護裕度，從而在各種電壓作用下，使電力設備損壞或影響連續(xù)運行的概率降低到經濟和運行上均可接受的水平。s 波形下殘壓二者之間取最大值；氧化鋅避雷器則取標稱放電電流 8/20181。s 和1000～ 2020181。 圖 71示出了避雷器特性與被保護設備絕緣水平配合的示意圖。在配電系統(tǒng)中，由于一般電氣設備都具有較高的絕緣水平，這在經濟上是允許的，所以實際上避雷器給這些設備提供 的保護裕度都很大。 （ 2）明確避雷器限制的過電壓種類以及它保護的對象，估算流過避雷器的雷電流，選擇避雷器的型式和等級。 （ 6）需要附加考慮的問題。 超過 1000m 海拔的場所應選用高原式避雷器。 在中性點非直接接地系統(tǒng)中，安裝在變壓器中性點上的避雷器不僅保護變壓器，而且保護中性點回路的儀用互感器、接地電阻和消弧線圈。根據(jù)實測及國外運行的經驗，流經變壓器中性點的雷電流一般都很小，避雷器的標稱放電電流取 倍 kA，此時的殘壓比 5kA 的殘壓約低 5%，在檢驗絕緣配合時可據(jù)此進行計算。如果不滿足這一條件，碳化硅避雷器將因承受電壓過高，而出現(xiàn)分路電阻過熱損壞甚至發(fā)生爆炸現(xiàn)象，氧化鋅避雷器損耗增大，迅 速劣化，也會發(fā)生爆炸事故。 GIS有下列特點： （ 1）占地面積和空間占用體積大為減小。采用 GIS 可使運行人員不受電磁場輻射的影響。 GIS致命的弱點： （ 1） 當?shù)堕l切合操作會產生電弧重燃，觸頭間隙兩端的電壓在幾毫微秒內突然跌落，該電壓陡坡在 GIS 中產生行波，引起高頻振蕩 而形成特快速瞬變過程（ Very Fast Transient,簡稱 VFT），從而產生特快速瞬變過電壓（ Very Fast Transient OverVoltage,簡稱 VFTO）。 （ 2） VFTO 在 GIS 內部傳播時，遇到與外部相聯(lián)接的地方（即波阻抗不連續(xù)處）時，會發(fā)生波的折射和反射。 變壓器的工頻電壓在繞組上的電壓分布是按匝數(shù)分配。而 VFTO 沿變壓器繞組近似于指數(shù)分布，首端匝 間絕緣將承受較高的電壓；另外， VFTO 所含的諧波分量較豐富，會在變壓器繞組的局部引起諧振；加上積累效應等因素的影響，可能會使變壓器絕緣發(fā)生擊穿現(xiàn)象。 29 GIS 變電站過電壓保護自身的特點 GIS 變電站采用保護性能優(yōu)異的氧化鋅避雷器來限制雷電過電壓，特別是陡波過電壓就具有重要意義。 一般敞開式變電站為空氣絕緣，所需的間隙很大，高壓電氣設 備周圍的空氣絕緣處于極不均勻的電場中，所以伏秒特性陡峭，雷電沖擊絕緣水平高于操作沖擊絕緣水平，兩者比值高達 甚至更高；而且，由于棒電極電暈放電空間電荷的影響，使正極性擊穿電壓比負極性低（見圖 81）。 (4)GIS 變電站內一旦發(fā)生電暈，其絕緣立即擊穿，并且沒有自恢復能力；而 GIS 本身造價又較常規(guī)變電站昂貴，所以，要絕對避免電暈的產生，其設備絕緣配合應留有足 夠的裕量。 空氣絕緣（ ） 空氣絕緣（ +） SF6 絕緣（ +） SF6 絕緣（ ） 避雷器保護水平 1 2 10 100 400 1000 10000 絕緣水平，保護水平 圖 81 GIS 絕緣的伏秒特性 31 GIS GIS GIS l2 l1 l1 l2 l1 l2 (a) (b) (c) 圖 83 經電纜段進線的 GIS 的保護接線 GIS GIS GIS GIS GIS (a) (b) (d) (c) (e) 圖 82 與架空線直接相連的 GIS 的保護接線 32 后 記 本設計是在 繞玉凡 老師悉心關懷和精心指導下完成的。 在此期間，我不僅學到了許多新的知識和解決問題的方法，而且也開闊了自己 的 視野，提高了解決實際問題的能力