【正文】 在此期間，我不僅學(xué)到了許多新的知識(shí)和解決問(wèn)題的方法，而且也開(kāi)闊了自己 的 視野，提高了解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 (4)GIS 變電站內(nèi)一旦發(fā)生電暈，其絕緣立即擊穿，并且沒(méi)有自恢復(fù)能力；而 GIS 本身造價(jià)又較常規(guī)變電站昂貴，所以，要絕對(duì)避免電暈的產(chǎn)生，其設(shè)備絕緣配合應(yīng)留有足 夠的裕量。 29 GIS 變電站過(guò)電壓保護(hù)自身的特點(diǎn) GIS 變電站采用保護(hù)性能優(yōu)異的氧化鋅避雷器來(lái)限制雷電過(guò)電壓，特別是陡波過(guò)電壓就具有重要意義。 變壓器的工頻電壓在繞組上的電壓分布是按匝數(shù)分配。 GIS致命的弱點(diǎn)： （ 1） 當(dāng)?shù)堕l切合操作會(huì)產(chǎn)生電弧重燃，觸頭間隙兩端的電壓在幾毫微秒內(nèi)突然跌落，該電壓陡坡在 GIS 中產(chǎn)生行波，引起高頻振蕩 而形成特快速瞬變過(guò)程（ Very Fast Transient,簡(jiǎn)稱(chēng) VFT），從而產(chǎn)生特快速瞬變過(guò)電壓（ Very Fast Transient OverVoltage,簡(jiǎn)稱(chēng) VFTO）。 GIS有下列特點(diǎn)： （ 1）占地面積和空間占用體積大為減小。根據(jù)實(shí)測(cè)及國(guó)外運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，流經(jīng)變壓器中性點(diǎn)的雷電流一般都很小，避雷器的標(biāo)稱(chēng)放電電流取 倍 kA，此時(shí)的殘壓比 5kA 的殘壓約低 5%，在檢驗(yàn)絕緣配合時(shí)可據(jù)此進(jìn)行計(jì)算。 超過(guò) 1000m 海拔的場(chǎng)所應(yīng)選用高原式避雷器。 （ 2）明確避雷器限制的過(guò)電壓種類(lèi)以及它保護(hù)的對(duì)象，估算流過(guò)避雷器的雷電流，選擇避雷器的型式和等級(jí)。 圖 71示出了避雷器特性與被保護(hù)設(shè)備絕緣水平配合的示意圖。s 波形下殘壓二者之間取最大值；氧化鋅避雷器則取標(biāo)稱(chēng)放電電流 8/20181。變電所內(nèi)其他設(shè)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(yīng)增大 35%。因此，常以變壓器絕緣承受截波的能力來(lái)說(shuō)明在運(yùn)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(chēng)為多次截波耐壓值 U1，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)變壓器而言，此值為變壓器三次截波沖擊試驗(yàn)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(shè)備在運(yùn)行中所承受雷電波的能力也可用多次截波耐壓值 Uj來(lái)表示。 （ 1）避雷器上的電壓 uB(t) T點(diǎn)反射波尚未到達(dá) B點(diǎn)時(shí) ?? attBu ? (62) T點(diǎn)反射波到達(dá) B點(diǎn)以后至避雷器動(dòng)作前 ? ? ?????? ???????? ??? vltavltaattBu 2222 (63) 式中： v 為波速 當(dāng) t=t1(假設(shè)避雷器的放電時(shí)間vt 2l21＞時(shí)， uB(t)與避雷器伏秒特性相交，避雷器動(dòng)作，由于避雷器非線(xiàn)性特性較好，此后可以認(rèn)為避雷器保持不變的殘壓Ub5（ 5kA 以下殘壓）。 縱坐標(biāo)取電壓 u，橫坐標(biāo)分別取時(shí)間 t 和電流 i0在 ut坐標(biāo)平面內(nèi)（適用于間隙擊穿后），畫(huà)出曲線(xiàn) ub+ibZ1，然后自侵入波的幅值處作一水平與曲線(xiàn) ub+ibZ1相交，交點(diǎn)的橫坐標(biāo)就是流過(guò)避雷器的最大雷電流 Ibm，由 Ibm對(duì)應(yīng)的 ub=f（ ib） 曲線(xiàn)上的電壓 Ubm就是避雷器的 最大殘壓。忽略變壓器對(duì)地入口電容，雷電波 u自線(xiàn)路侵入。 目前全國(guó)變電站對(duì) 中性點(diǎn)所采取的過(guò)電壓保護(hù)措施有：（ 1） 采用閥式避雷器或氧化鋅避雷器對(duì)中性點(diǎn)過(guò)電壓進(jìn)行保護(hù)；（ 2）采用棒 棒間隙配合保護(hù)裝置來(lái)防止中性點(diǎn)過(guò)電壓；（ 3）采用避雷器與間隙并聯(lián)的形式對(duì)中性點(diǎn)過(guò)電壓進(jìn)行保護(hù)，這種方式目前用得最普遍。當(dāng)系統(tǒng)一相斷口擊穿時(shí)，變壓器中性點(diǎn)過(guò)電壓值大小可近視為相電壓，在這種情 況下相當(dāng)于變壓器電感 L與線(xiàn)路間電容并聯(lián)后再與線(xiàn)間零序電容構(gòu)成回路，如果參數(shù)匹配就會(huì)產(chǎn)生鐵磁諧振，在中性點(diǎn)上產(chǎn)生較高過(guò)電壓；如果是雙電源且兩個(gè)電源的電壓相反，則中性點(diǎn)的電位為兩倍相電壓，這種情況出現(xiàn)的概率非常小。 單相接地中性點(diǎn)過(guò)電壓 11 單相接地故障造成三相不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行，在變壓器中性點(diǎn)上必然會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓。 查得 : ＝ i? ＝eiRR (45) (式中 : iR — 沖擊電流下的電阻 。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?lè)殖蓛蓚€(gè)三只避雷針選擇 防雷接地 “防雷在于接地” ,這句話(huà)含義說(shuō)明各種防雷保護(hù)裝 置都必須配以合適的接地裝置。還應(yīng)該使被保護(hù)物體與避雷針 (線(xiàn) )之間留有一定距離，因?yàn)槔字睋舯芾揍?(線(xiàn) )瞬間的地電位可能提高。一些重要設(shè)備如變壓器等 ,多半不是自恢復(fù)絕緣 ,其內(nèi)部絕緣如故發(fā)生閃絡(luò) ,就會(huì)損壞設(shè)備。安裝限流式避雷針系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：采用阻抗限流等綜合技術(shù)，降低雷電泄放時(shí)7 產(chǎn)生的危險(xiǎn)；降低雷電流幅值、上升沿陡度減緩；降低對(duì)周?chē)亩坞姶鸥袘?yīng)；引下線(xiàn)高端電位降低，防止側(cè)向跳火；抑制地電位反擊。其中 n為年雷暴日數(shù)， k 為校正系數(shù)，金屬結(jié)構(gòu)取 2， l、 b、 h 分別為建筑物的長(zhǎng)、寬、高?？尚蜗蟮亟忉尀橐粋€(gè)半徑與雷云帶電量成比例的以雷云先導(dǎo)為圓心 的球，滾落在地面上。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。感應(yīng)雷雖然沒(méi)有直接雷猛烈，但其發(fā)生的幾率比直擊雷高得多。 雷擊反擊 直擊雷電流通過(guò)地表突出物的電阻入地散流。 雷的直擊和繞擊 雷云單體浮在大地上空，其所帶電荷拖著地表相反電荷猶如一個(gè)影子隨風(fēng)移動(dòng)。 （ 3） 雷災(zāi)的經(jīng)濟(jì)損失和危害程度大大增加了，它襲擊的對(duì)象本身的直接經(jīng)濟(jì)損失有時(shí)并不太大，而由此產(chǎn)生的間接經(jīng)濟(jì)損失和影響就難以估計(jì)。而避雷針被雷擊的幾率卻大大的提高。這個(gè)名詞望文生義就會(huì)產(chǎn)生誤解。 黎赫曼（ PHXMAH）。由于雷電不斷補(bǔ)充電離層放電失去的電荷，保持電離層 總電荷量大體平衡，使這層生命的保護(hù)屏障得以保存，使地球上的生命不致被宇宙射線(xiàn)滅絕。發(fā)電廠(chǎng)、變電所遭受雷害可能來(lái)自?xún)蓚€(gè)發(fā)面：雷直擊于發(fā)電廠(chǎng)、變電所：雷擊線(xiàn)路、沿線(xiàn) 路向發(fā)電廠(chǎng)、變電所入侵的雷電波。這些物質(zhì)的出現(xiàn)，是生命起源的基礎(chǔ)，因此，一些生命起源學(xué)說(shuō)認(rèn)為，是雷電孕育了地球上的生命。B 2 從公元 1753 年，富蘭克林發(fā)明了避雷針以來(lái)，避雷針作為接閃器唯一的形式，延續(xù)了上百年的歷史，從十九世紀(jì)以后，逐漸有出現(xiàn)了避雷線(xiàn)、避雷帶和避雷網(wǎng)。 工作原理 雷雨云形成以后對(duì)大地的電壓，低則幾百萬(wàn)伏，高則數(shù)千伏甚至更高，雷雨云對(duì)大地的一次閃擊放電的峰 值電流平均為 30多 KA，它的瞬時(shí)功率為 1091012W以上。從閃電直擊和過(guò)電壓波沿線(xiàn)傳輸變?yōu)榭臻g閃電的脈沖電磁場(chǎng)從三維空間入侵到任何角落，無(wú)空不入地造成災(zāi)害，因而防雷工程已從防直擊雷、感應(yīng)雷進(jìn)入防雷電電磁脈沖（ LEMP）。 為此，當(dāng)今時(shí)代的防雷工作的重要性、迫切性、復(fù)雜性大大增加了，雷電的防御已從直擊雷防護(hù)到系統(tǒng)防護(hù)，我們必須站到歷史時(shí)代的新高度來(lái)認(rèn)識(shí)和研究現(xiàn)代防雷技術(shù) 。原因是高為 h 的避雷針可影響雷云單體向下的 始發(fā)先導(dǎo)發(fā)展方向的半徑，用公式表述為： R＝ 。雷電流沿變電站的接地網(wǎng)散流，支線(xiàn)上的雷電流和各點(diǎn)電位差異很大。此波為電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)共同作用的結(jié)果。 獨(dú)立避雷針的保護(hù)范圍對(duì)地面為 （針高），對(duì)超過(guò)針高一半的空間其保護(hù)范圍只能在 45 角內(nèi)校核。 避雷針的年雷擊次數(shù)，可按經(jīng)驗(yàn)公式 N=因?yàn)楸芾揍槍?qiáng)大的直擊雷電流，通過(guò)建筑鋼筋或引下線(xiàn)泄放置地網(wǎng)，可能 會(huì)造成附近設(shè)備遭受雷電電磁脈沖的干擾。對(duì) 10kV 線(xiàn)路，則每條進(jìn)線(xiàn)均采用一組閥型或氧化鋅避雷器進(jìn)行防護(hù)。對(duì)雷電侵入波的防護(hù)的主要措施是閥式避雷器限制過(guò)電壓幅值 ,同時(shí)輔之以相應(yīng)措施 ,以限制流過(guò)閥式避雷器的雷電流和降低侵入波的陡度。因此，為了對(duì)本站覆蓋 ,采用四支避雷針。但它又是保障人身安全的有力措施 ,而且只有在故障下才發(fā)揮作用，它又有些像保護(hù)接地 ,它的阻值一般在 130?的范圍內(nèi)。 （ 2） 內(nèi)部過(guò)電壓 在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下，由于斷路器操作和各類(lèi)故障如接地、斷線(xiàn)等，使得電 電力系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，從而引起電磁能量變化，從而引起電磁能量的振蕩轉(zhuǎn)化和傳遞而出現(xiàn)的電壓升高，稱(chēng)為內(nèi)部過(guò)電壓。 系統(tǒng)單相接地時(shí)接地變壓器側(cè)斷路器跳閘，不接地變壓器側(cè)斷路器拒動(dòng)，則系統(tǒng)形成局部不接地系統(tǒng)，此時(shí)的中性點(diǎn)過(guò)電壓值更高，其值視近視為相電壓值，如在 110kV 變壓器中性點(diǎn)電位穩(wěn)態(tài)值為 73kV。其中繼電保護(hù)有：母線(xiàn) 3U0過(guò)電壓、間隙零序過(guò)電流、直接接地零序過(guò)電流；過(guò)電壓保護(hù)分 為：避雷器保護(hù)、間隙保護(hù)、避雷器保護(hù)與間隙聯(lián)合保護(hù)。為了對(duì)變壓器進(jìn)行有效的保護(hù)，避雷器伏秒性的上限應(yīng)低于變壓器伏秒特性的下限。此時(shí)，避雷器上電壓上升為 2u(t)，避雷器上的電壓 ub也等于 2u(t)。 圖 63（ a） 是某 變電所主接線(xiàn)圖及其等效電路圖，由于一般電氣設(shè)備的等值入口電容都不大，因此可以忽略其影響，被保護(hù)設(shè)備處可以認(rèn)為是開(kāi)路，故得到等效電路如圖 63（ b） 所示。如果考慮 Q 處有電氣設(shè)備電容存在 Q 點(diǎn)的電壓左右波阻不同，則避雷器動(dòng)作后產(chǎn)生的負(fù)電壓波也將在 B點(diǎn)和 Q點(diǎn)之間發(fā)生多次反射，同樣將使 Q點(diǎn)的電壓也具有振蕩性。超過(guò)最大電氣距離后，設(shè)備上所受的沖擊電壓 Us將超過(guò)其沖擊耐壓（多次截波耐壓值） Uj，保護(hù)失效。因此，絕緣配合與避雷器的選 擇是一個(gè)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上綜合考慮的過(guò)程。s 的三組沖擊放電電壓與操作沖擊殘壓中取最大值；氧化鋅避雷器則取波頭 30～ 60181。 避雷器的選擇 雷器能將侵入變電所的雷電波降低到電氣裝置絕緣強(qiáng)度允許值以?xún)?nèi)。例如安裝地點(diǎn)的高度、是否有強(qiáng)烈震動(dòng)和嚴(yán)重污穢、被保護(hù)設(shè)備的特殊性等。在中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中，因繼電保護(hù)的需要，部分變壓器的中性點(diǎn)有時(shí)也處于未接地狀態(tài)，如果中性點(diǎn)是降低絕緣的，也需加以保護(hù)。 27 8 氣體絕緣變電站（ GIS）的過(guò)電壓保護(hù) GIS 變電站 GIS 的定義為：全部或部分采用氣體而不采用處于大氣壓下的空氣作為絕緣介質(zhì)的金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備。 （ 3）安裝工作量小，檢修周期長(zhǎng)。當(dāng) TFT 由 GIS向外部傳播時(shí)，產(chǎn)生暫態(tài)地電位升高（ TGPR）， TGPR 會(huì)造成人員受擊，控制、保護(hù)設(shè)備的誤動(dòng)作和二次設(shè)備損壞等后果。 降低 VFTO 的主要措施有：優(yōu)化 GIS 變電站設(shè)計(jì)；改進(jìn) GIS 變電站連接方式及優(yōu)選參數(shù)，采用優(yōu)良的隔離開(kāi)關(guān)，隔離開(kāi)關(guān)加裝電阻等。而 GIS 變電站中的 SF6氣體絕緣處于均勻或稍不均勻電場(chǎng)中， SF6 的沖擊伏秒特性平坦，雷電沖擊絕緣水平與操作沖擊絕緣水平十分接近。從設(shè)計(jì)整體方案的確立到每章節(jié)內(nèi)容的詳 細(xì)審定，無(wú)不傾注了饒 老師的巨大心血和辛勞。 最后感謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)中為我提供幫助的眾多益友和同學(xué)，以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者，在此表示衷心的感謝，感謝他們對(duì)我的幫助與教導(dǎo) ！ 33 參考文獻(xiàn) [1]常美生 .高電壓技術(shù) .北京：中國(guó)電力出版社， [2]沈培坤，順喜 .防雷與接地裝置 .北京：化學(xué)工業(yè)出版社 .工業(yè)裝備與信息工程出版中心， [3]李富同 .電力系統(tǒng)電磁兼容性問(wèn)題綜述 [J].安全與電磁兼容， 2020（ 5） ： [4]徐一凡 .高壓電器絕緣及測(cè)試 .北京：中國(guó)電力出版社， [5]熊泰昌 .電力避雷器的原理實(shí)驗(yàn)與維修 .北京：水利電力出版社， [6]翁雙安 .供配電工程設(shè)計(jì)指導(dǎo) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， [7馮杰，司馬文霞，楊慶 .35kV 變電站雷電侵入波特性的仿真與分析 [J].高電壓技術(shù)， (2)8991 [8] 萊塔儒勒 .電力系統(tǒng)中的電磁兼容 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020