【正文】 所以國際上都習(xí)慣把雷擊低于接地阻抗 ( 0?Z 或 ZZ0。 雷擊過電壓產(chǎn)生的機(jī)理 云對(duì)地放電的實(shí)質(zhì)是雷云電荷向大地的突然釋放。也就是說，主放電過程可視為一個(gè)電流波阻抗 Z0的雷t T2 T1 i I 0 t T1 i I 0 t T1 i I 0 36 電投射到雷擊點(diǎn) A的波過程。當(dāng)被擊物體的阻抗只是電阻 R時(shí)，作用在 R上的電壓波形 u和電流波形 i是相同的。許多研究者發(fā)表過各種結(jié)果，雖然基本規(guī)律大體相近，但其具體數(shù)值卻有差異。s～ 100181。對(duì)于雷電活動(dòng)很弱的少雷地區(qū) (年平均雷電活動(dòng) 20日以下 )，例如陜南以外的西北地區(qū)及內(nèi)蒙古自治區(qū)的部分地區(qū)。幅值是指脈沖電流所達(dá)到的最高值 。我國把平均雷電日不超過 15的叫少雷區(qū)， 40～ 90的叫多雷區(qū)，超過 90的叫強(qiáng)雷區(qū)。 雷電參數(shù) 雷電參數(shù)是雷電過電壓計(jì)算和防雷設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，參數(shù)變化，計(jì)算結(jié)果隨之而變。觀測(cè)還表明，第一次沖擊放電的電流幅值最高，第二次及以后的電流幅值都比較低，但對(duì) GIS變電站的運(yùn)行可能造成一定程度的危險(xiǎn)；而且它們?cè)黾恿死自品烹姷目偝掷m(xù)時(shí)間，對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行同樣會(huì)帶來不利的影響。與上面的情況類似，帶正電荷的雷云對(duì)地放電，也可能是下行正閃電，或上行正閃電。當(dāng)雷云與大地之間局部電場(chǎng)強(qiáng)度 超過大氣游離臨界場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，就開始有局部放電通道自雷云邊緣向大地發(fā)展。這樣，在帶有大量不同極性或不同數(shù)量電荷的雷云之間，或者雷云和大地之間形成了強(qiáng)大的電場(chǎng)，其電位差可達(dá)數(shù)兆伏甚至數(shù)十兆伏。且不說雷電促成有機(jī)物質(zhì)的合成可能在地球生命起源中占有一定的地位，以及雷電引起的森林火災(zāi)可能啟發(fā)了遠(yuǎn)古人類對(duì)火的發(fā)現(xiàn)和利用；僅在現(xiàn)代生活中，雷電威脅人類的生命安全，常使航空、通訊、電力、建筑等許多部門遭受破壞，就一直引起人們對(duì)于雷電活動(dòng)及其防護(hù)問題的關(guān)注。安全可靠性高，占地面積小。 （ 2）配電裝置的設(shè)計(jì)要求要考慮安裝檢修時(shí)設(shè)備搬運(yùn)及起吊的便利。 靜電感應(yīng)的場(chǎng)強(qiáng)水平和限制措施要求 。 d．工建工程量和費(fèi)用周期短，擴(kuò)建方便?；鹆Πl(fā)電廠及變電所的配電裝置型式選擇，應(yīng)考慮所在地區(qū)的地理情況及環(huán)境條件，因地制宜，節(jié)約用地，并結(jié)合運(yùn)行、檢修和安全要求，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較予以確定。 敝露母線及電纜的選擇 敝露母線的選擇 （ 1）材料：一般情況下采用鋁線，在持續(xù)工作電流較大且位置狹長(zhǎng)及變壓器出口有污穢對(duì)鋁有影響時(shí)采用銅母線。 （ 2） 應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校核。 輸電線路的電容略去不計(jì)。 選擇繼電保護(hù)裝置和進(jìn)行整定計(jì)算。由于發(fā)電機(jī) 變壓器接線方式單元性強(qiáng)，可在機(jī)組單元控制室集中控制，不設(shè)網(wǎng)控室，使運(yùn)行管理較靈活方便 通過對(duì)三種方案的比較，并且連同電氣主接線的設(shè)計(jì)原則即可靠性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性的綜合考慮，選擇出的最優(yōu)方案是方案一。當(dāng)有多個(gè)方案在技 術(shù)上相當(dāng)時(shí)，則需進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。由于雙母線接線的可靠性和靈活性高，它可以輪流檢修母線，而不中斷對(duì)用戶的供電；當(dāng)檢修任意回路的母線隔離開關(guān)時(shí)，只需斷開該回 路；工作母線故障時(shí)，可將全部回路轉(zhuǎn)移到備用母 15 線上，從而使用戶迅速恢復(fù)供電；可用母聯(lián)斷路器代替任意回路需要檢修的斷路器，在種情況下，只需短時(shí)停電；在個(gè)別回路需要單獨(dú)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，可將該回路分離出來，并單獨(dú)接至備用母線上。 由于 10KV 電壓等級(jí)的電壓饋線數(shù)目是 10 回，所以在本方案中的可選擇的接線形式是單母線分段接線。當(dāng)取基準(zhǔn)容量為 ，系統(tǒng)歸算到 220KV母線上的 。 適用范圍：適用于較小容量的發(fā)電廠、變電所，并且變壓器切換或線路較短時(shí)，故障率較少的情況下。為避免此缺點(diǎn)，可加裝正常段開運(yùn)行的跨條，為了輪流停電檢修任何一組隔離開關(guān)，再跨條上需加裝兩組隔離開關(guān)。如圖 24（ c）所示，這種接線不需在發(fā)電廠或變電所中建造高壓配電裝置，從而大大減小了占地面積與造價(jià)，并簡(jiǎn)化了運(yùn)行。 3 5 3 3 0 K V3 5 2 2 0 K V 1 1 0 3 3 0 K V1 1 0 3 3 0 k v 變 電 所（ a ）( b ) ( c ) 圖 2 4 單 元 接 線 變壓器 線路單元接線 發(fā)電機(jī)和變壓器直接連接成一個(gè)單元，組成發(fā)電機(jī) 變壓器組，稱為單元接線。 c 擴(kuò)建方便。 10 電 源 1 電 源 2圖 2 3 雙 母 線 接 線 如檢修工作母線是其操作步驟是：先合上母線斷路器兩側(cè)的隔離開關(guān)，再合母線斷路器，向備用線充電，這是兩組母線等電位。因此，還要改進(jìn)。 單母線分段接線 單母線接線的缺點(diǎn)可以通過將母線分段的辦法來克服。由于多數(shù)情況下引出線數(shù)目要比電源數(shù)目多好幾倍，故在二者之間采用母線連接既有利于電能交換，還可以使接線簡(jiǎn)單明了和運(yùn)行方便。在操作時(shí)間便、安全、不易發(fā)生誤操作的“方便性” 。 （ 3） 對(duì)于三級(jí)負(fù)荷一般只需一個(gè)電源供電。是發(fā)電廠電氣部分投資大小的決定性因素。 6 2 電氣主接線設(shè)計(jì) 概 述 電氣主接線是發(fā)電廠、變電所電氣設(shè)計(jì)的首要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。 2） 計(jì)算所需要的短路電流。 原始資料 4 200MW 區(qū)域性 發(fā)電廠電氣部分設(shè)計(jì) 廠址概況：本廠在一大型煤礦區(qū)內(nèi)，為坑口電廠，所有燃料由煤礦直接供給。因此，電能的集中開發(fā)與分散使用，以及電能的連續(xù)供應(yīng)與負(fù)荷的隨機(jī)變化，就制約了電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行。據(jù)此，電力系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)其功能，就需在各個(gè)環(huán)節(jié)和不同層次設(shè)置相應(yīng)的信息與控制系統(tǒng)，以便對(duì)電能的生產(chǎn)和輸運(yùn)過程進(jìn)行測(cè) 量、調(diào)節(jié)、 控制、保護(hù)、通信和調(diào)度，確保用戶獲得安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)的電能。電廠生產(chǎn)的電能除用于廠用外，全部以 5 回 220kV 線路送入系統(tǒng)。 3） 確定高壓廠用電系統(tǒng)接線形式 4） 選擇本廠所需的電氣設(shè)備 5） 高壓配電裝置設(shè)計(jì)。主接線的確定對(duì)電力系統(tǒng)整體及發(fā)電廠、變電所本身的運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)。再次，由于電能生產(chǎn)的特點(diǎn)是：發(fā)電、變電、書電荷用電視在同一 時(shí)刻完成的，所以主接線的好壞，直接關(guān)系著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，也直接影響到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活。 電氣主接線的主要要求 電氣主接線的設(shè)計(jì)原則是：根據(jù)發(fā)電廠在電力系統(tǒng)的地位和作用，首先應(yīng) 滿足電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)調(diào)度的要求。 （ 3） 主接線應(yīng)在滿足供電可靠性、靈活性要求的前提下做到經(jīng)濟(jì)性。 主接線的基本形式 單母線接線 只有一組母線的接線如圖 11 所示是一個(gè)典型的單母線接線圖。如圖 22 所示。 雙母線接線 雙母線接線是根據(jù)單母線接線的缺點(diǎn)提出來的，如圖 23所示。為保證不中斷供電，應(yīng)先接通備用母線上的隔離開關(guān)，再斷開工作母線上的隔離開關(guān)。向雙母線的左 右任何一個(gè)方向擴(kuò)建，均不影響兩組母線單位電源和符合均勻分配，不會(huì)引起原有回路的停電。單元接線的特點(diǎn)是幾個(gè)元件直接單獨(dú)連接，其間沒有任何橫的聯(lián)系（如母線等），這樣不僅減少了電器的數(shù)目，簡(jiǎn)化了配電裝置的結(jié)構(gòu)和降低了造價(jià)，同時(shí)也大大減少了故障的可能性。但這種接線的采用卻具有相同的局限性，線路故障或檢修時(shí)，變壓器停運(yùn)；變壓器故障或檢修時(shí)，線路停運(yùn)。橋聯(lián)斷路器檢修時(shí)，也可利用此跨條。此外，線路有穿越功率時(shí)，也宜采 用外 13 橋型接線。 主接線的方案 （ 1） 方案一 電壓等級(jí)的方案選擇。用斷路器把母線分段后，對(duì)重要的用戶可以從不同的段引出兩條回路，有兩個(gè)電源供電；當(dāng)一段母線發(fā)生故障，分段斷 14 路器會(huì)自動(dòng)將故障段切除，保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。雙母線接線形式正好克服了單母線分段接線形式的缺點(diǎn)，所以在大、中型發(fā)電廠中這種接線形式被廣泛應(yīng)用。 技術(shù)上可行方案的選擇 設(shè)計(jì)發(fā)電廠主接線時(shí)在技術(shù)上應(yīng)考慮的主要問題是： 1）保證全系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，不應(yīng)再本廠、站內(nèi)的故障造成系統(tǒng)的瓦解； 2）保證負(fù)荷、特別是重要負(fù)荷供電的可靠性及電能質(zhì)量； 3）各設(shè)備、特別要注意高、中壓聯(lián)絡(luò)變壓器的過載是否在允許范圍內(nèi)。 18 3 短路電流的計(jì)算 短路電流計(jì)算的目的 在發(fā)電廠電氣設(shè)計(jì)中，短路電流計(jì)算是其中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 短路電流計(jì)算條件 基本假定 正常工作時(shí)，三項(xiàng)系統(tǒng)對(duì)稱運(yùn)行。 一般規(guī)定 驗(yàn)算導(dǎo)體的電器動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器開斷電流所用的短路電流，應(yīng)按本工程設(shè)計(jì)規(guī)劃容量計(jì)算，并考慮電力系統(tǒng)遠(yuǎn)景的發(fā)展計(jì)劃。 （ 3） 應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理。故本次設(shè)計(jì)用鋁線。 配電裝置的特點(diǎn) 屋內(nèi)配電裝置的特點(diǎn)： a．安全凈距小并分層布置，占地面積小。 成套配電裝置： a．結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。 電暈無線電干擾的特性和控制 。 （ 3）工藝布置設(shè)計(jì)應(yīng)考慮土建施工誤差，確保電氣安全凈距的要求。 二層式：把 所有的用電設(shè)備布置在三層中 ， 它使用于 6kv～ 10kv 出線帶電抗器 及 35kv～ 220kv 的情況。 雷電放電是一種氣體放電現(xiàn)象，由其引起的過電壓，叫做大氣過電壓。隨著雷云的發(fā)展和運(yùn)動(dòng)，一旦空間電場(chǎng)強(qiáng)度超過了大氣游離放電的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度（大氣中約 30kV/cm，有水滴存在時(shí)約 10kV/cm）時(shí)，就會(huì) 發(fā)生云間或?qū)Υ蟮氐幕鸹ǚ烹?；放出幾十乃至幾百安的電流；產(chǎn)生強(qiáng)烈的光和熱（放電通道溫度高達(dá) 15000℃至 20200℃），使空氣急劇膨脹振動(dòng)，發(fā)生霹靂轟鳴。這一放電階段稱為先導(dǎo)放電。 雷電觀測(cè)表明，先導(dǎo)放電不是一次貫通全部空間，而是間歇性的脈沖發(fā)展過程，稱為分級(jí)先導(dǎo)。 帶有大量電荷的雷云（實(shí)測(cè)表明多為負(fù)極性），在其周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到使空氣絕緣 破壞的程度（約 25～ 30kV/cm），空氣開始游離，形成導(dǎo)電性的通道，通道從云中帶電中心向地面發(fā)展。目前采用的參數(shù)是建立在現(xiàn)有雷電觀測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上的，這些參數(shù)是： 雷電日 為了統(tǒng)計(jì)雷電的活動(dòng)頻繁度，采用雷電日為單位。在防雷設(shè)計(jì)中，要根據(jù)雷電日的多少因地制宜。波頭是指電流上升到幅值的時(shí)間 。雷電流幅值概率可按以下公 式求得： 44lg IP ?? (22) （ 2）雷電流的波頭和波長(zhǎng) 雖然雷電流幅值隨各國的自然條件不同而差別很大，但是各國側(cè)得的雷電流波形卻基本一致。s范圍之內(nèi)，平均約為 50181。其原因一方 面在于雷電放電本身的隨機(jī)性受到自然條件多種因素的影響 。雙指數(shù)波形也取作沖擊絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)電壓的波形，對(duì)它定出標(biāo)準(zhǔn)波前和波長(zhǎng)為 。若設(shè)這個(gè)電流入射波為 I0，則對(duì)應(yīng)的電壓入射波 000 ZIu ? 。盡管雷云有很高的初始電位 (估可達(dá)幾百兆伏 )，可能使大氣擊穿，形成先導(dǎo)主放電，但是地而被擊物體的電位并不取決于這一初始電位，而是取決于雷電流與被擊 物體阻抗的乘積 (被擊物體阻抗是指被擊點(diǎn)與大地零電位參考點(diǎn)之間的阻抗 )。 )物體時(shí)，流過該物體的電流定義為雷電流。在雷電流的實(shí)際測(cè)量中，一般都能滿足條件 ZZ0，例如， Z0估計(jì)為 300Ω , 30?Z Ω即可。 關(guān)于地面落雷密度與雷電日數(shù)的關(guān)系，我國標(biāo)準(zhǔn)推薦采用國 際大電網(wǎng)會(huì)議推薦標(biāo)準(zhǔn) : dg TN ? （ 26） 式中， Ng為每年每平方公里地面落雷數(shù)； Td 雷電日數(shù)；由此可得： dT?? （ 27） 對(duì) 40?dT 的地區(qū)，按我國標(biāo)準(zhǔn)取值 ?? 。 雷電波阻抗 (Z0) 雷電通道在主放電時(shí)如同導(dǎo)體，使雷電流在其中流動(dòng)同普通分布參數(shù)導(dǎo)線一樣，具有某一等值波阻抗，稱為雷電波阻抗 (Z0)。 (a)標(biāo)準(zhǔn)沖擊波形 (b)等值斜角波頭 (c)等值半余弦波頭 圖 21 雷電流的等值波形 圖 21(a)標(biāo)準(zhǔn)波形，它是由雙指數(shù)公式所表示的波形 )(0 tt eeIi ?? ?? ?? （ 24） 這種表示是與實(shí)際雷電流波形最為接近的等值波形，但比較繁瑣。 雷電流的各項(xiàng)主要參數(shù) 幅值、波頭、波長(zhǎng)和陡度的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)具有很大的分散性。 至于雷電流的波長(zhǎng)，實(shí)測(cè)表明在 20181。 上述雷電流幅值累積概率計(jì)算公式適用于我國大部分地區(qū)。這三個(gè)參數(shù)為 :幅值、波頭和波長(zhǎng)。西北多數(shù)地區(qū)在 24以下。當(dāng)雷云對(duì)導(dǎo)線附近地面物體放電后，雷云電荷被中和而失去對(duì)導(dǎo)線上電荷的束縛作用，電荷便向?qū)Ь€兩側(cè)流動(dòng)，由此而產(chǎn)生的過電壓稱為感應(yīng)過電壓，其能量很大，對(duì)供電設(shè)備的危害也很大。實(shí)際觀測(cè)表明，第二次及以后的沖擊放電的先導(dǎo)階段發(fā)展時(shí)間較短，沒有分叉。在地面高聳的突起處（如尖塔或山頂），也可能出現(xiàn)從地面開始的上行正先導(dǎo)向云中的負(fù)電荷區(qū)域發(fā)展的