【正文】 [9]劉兆林，張國強，溫碧紅 .氣體絕緣金屬封閉開關設備運行及維護規(guī)程 .北京：中國電力出版社， [10] 王洪新，賀景亮 .電力系統(tǒng)電磁兼容 .武昌：武漢大學出版社， 2020 。實驗和計算得出，在電纜首端裝設一組氧化鋅避雷器 [如圖83（ a） 所示 ],雖然可滿足保護要求，但若在 GIS 入口處再加裝一組氧化鋅避雷器 [如圖 83（ b） 、（ c） 所示 ]，保護效果會更佳。 GIS變電站的絕緣與一般敞開式變電站的絕緣在伏秒特性及極性效應上的差異是因為它們的絕緣介質(zhì)中電場分布不同而引起的。 VFTO 對避雷器和變壓器的影響 ： GIS 中隔離開關操作引起的 VFTO，雖然幅值不算太高（一般為系統(tǒng)電壓的 2倍左右），但其等值頻率高、陡度大（有時可達 ? ,即使在變壓器處也可達 ? ），該 VFTO 作用在避雷器上會產(chǎn)生很大的脈沖電容電流，從而可引起避雷器的頻繁動作。例如，近年巴西的 Graiau 500kVGIS 變電站在運行的初期，就曾因隔離開關操作產(chǎn)28 生的 VFTO 造成 GIS 外殼內(nèi)部的火花放電， 500kV 油紙?zhí)坠艿?炸裂和變壓器故障等。 （ 2）有利于環(huán)境 保護。在中性點非直接接地電網(wǎng)中，X0/X1的值一般不超過 3，以這種極限來計算， 0U 最大可達 lmUUUU % 30 ???? ?? 式中 Ulm為最大運行的線電壓，因此一般建議選取 40%Ulm為避雷器額定電壓。另外，還需在安裝場所檢驗避雷器的密封性能，測量碳化硅避雷器的工頻放電電壓。 （ 5） GIS 組合電器的絕緣配合是目前研究的一個課題，有關配合系數(shù)尚需經(jīng)過計算或模擬試驗后確定，不過一般而言，避雷器與被保護設備之間的距離很近，這一點是對絕緣配合有利的。 IEC 標準規(guī)定操作過電壓作用時采取的最小保護裕度也為 15%（ K=），考慮雷電過電壓作用時， 52kV 以下配電系統(tǒng)配合系數(shù)為 （美國、加拿大生產(chǎn)的絕緣強度高的電力設備允許配合系數(shù)為 ），其余電壓等級中配合系數(shù)為 或 。s， 150～ 300181。避雷器一般裝設在母線上，如一組避雷器不能滿足要求，則應考慮增設。 避雷器與保護設備最大允許電氣距離 從 前面的分析可以看出，當侵入陡度一定時，避雷器與被保護設備之間的電氣距離越大，設備上電壓高出避雷器的殘壓 也就越多。 當侵入波侵入變電站時，變電站設備上所承受沖擊電壓的最大值其差值 Us可用下 vlabUSU 25 ??? (68) 式中： l為電氣設備與避雷器之間的電氣距離。因此，避雷器與各電氣設備都不可避免的有一段長度的距離。為簡化分析，不計變壓器的對地入口電容，并假定避雷器的伏秒特性和伏安特性ub=f(ib)已知。線纜上的雷電波或過電壓幾乎以光速沿著電纜線路擴散，侵入并危及室內(nèi)電子設備和自動化控制等各個系統(tǒng) 。 綜合上述中性點過電壓分析，可列出各級變電站在各種過電壓形式下的過電壓穩(wěn)態(tài)值匯總表，如 12 表 51 各級變電站中 性點過電壓大?。ㄓ行е担? 變電站級別 /kV 有效接地系統(tǒng)單相接地故障 /kV 構成局部中性點絕緣的單相接地故障 非全相分、合閘過電壓 /最大值 /kV 35 14 23 23/46 110 73 72/146 220 146 146/292 中性點過電壓的保護措施 對中性點的過電壓 保護應根據(jù)實際的具體情況選擇最佳的保護方式，應與二次側(cè)保護設備相互配合。此時中性點穩(wěn)態(tài)過電壓公式計算為： U0=Ue K（ K+2）。變電站的中性點過電壓產(chǎn)生也是基于上述原因，當變壓器中性點不接地時反映在中性點上的過電壓形式有：雷電過電壓、內(nèi)部過電壓。 保護接地 :不設這種接地，電力系統(tǒng)也能正常運行 ,但為了人身安全而將電氣設備的金屬外殼等加以接地 ,它是在故障的條件下才發(fā)揮作用的 ,它所要求的接地電阻值處于 110?的范圍內(nèi)。為了避免這種情況發(fā)生 ,被保護物體與避雷針間在空氣中以及地下接地裝置間應有足夠的距離。二是雷擊輸電線路產(chǎn)生的雷電波沿線路侵入變電所。 由于雷電侵入波主要對 35kV 以下系統(tǒng)危害較大，變電站著重對 35kV 和 10kV線路入侵波進行了防護。由于避雷針的存在，建筑物上落雷機會反倒增加，內(nèi)部設備遭感應雷危害的機會和程度一般來說是增加了。如中等強度的雷云 (U0=50MV),按雷電先導的閃擊距離公式 rs= ，可得球的半徑為 133m，在此情況下得出的保護半徑比有關設計規(guī)程的大一些。 6 3 變電站防雷措施 避雷針 為免遭直擊雷破壞，變電站一般采用獨立避雷針和構架避雷針進行防雷保護。顯然，感應雷危害是大面積的，是電子設備的克星。 不僅僅是輸電線路、動力電纜，凡是引進變電站的金屬管線都會引起雷電反擊。兩者相接，進入直擊或繞擊的主放電階段。雷電的本身并沒有變，而是科學技術的發(fā)展，使得人類社會的生產(chǎn)生活狀況變了。 但需要說明，避雷針必須有足夠可靠，并且有接地電阻盡量小的引下線接地裝置與其配套，否則，它不但起不到避雷的作用，反而增大雷擊的損害程度。第二種解析認為，避雷針是靠把雷雨云所帶的異種電荷引導到自身上來，通過良好的接地裝置，把雷電流泄入大地，保護建筑物不受雷擊。 接閃器 ： 直接截受雷擊，及用作接閃的器具、金屬構件和金屬屋面等，稱為接閃器。 由于雷擊會給人類帶來災害，因此，人類很早就與雷害進行斗爭。 本次設計以 110kV 變電站為主要設計對象 ,主要解決以 下問題： 分析與計算； 、入侵波的保護分析與設計； 、氣體絕緣變電站、變壓器中性點的保護分析與設計； 。我國運行經(jīng)驗表明，凡裝設符合規(guī)程要求的避雷針的發(fā)電廠和變電所，繞擊和反擊事故率是非常低的。從這個角度來講，人類有今天的文明應該感謝雷電。 防雷設備 為保護變電站的設備安全，提高其供電可靠性，優(yōu)化防 雷設計方案，加強變電站的防雷安全措施 。實際上，在富蘭克林發(fā)明避雷 針的時候，提出了兩種避雷針工作機理的解析；第一種解析認為，避雷針是靠其針尖電暈放電發(fā)出與雷雨云相反的電荷，使雷雨云的電荷得到中和，從而免除建筑物的雷害。 由于避雷針與大地有良好的電氣連接，能把大地積存的電荷能量迅速傳遞到雷雨云層中泄放；或把雷雨云層中積存的電荷能量傳遞到大地中泄放，使雷擊而造成的過電壓時間大大的縮短，從很大程度上降低了雷擊的危害性，這就是避雷針的工作原理。 （ 4） 產(chǎn)生上述特點的根本原因，也就是關鍵性的特點是雷災的主要對象已集中在微電子器件設備上。閃電開展之前先是雷云底部的始發(fā)先導按間歇分級躍進方式向地表發(fā)展，當距地面 50～ 100m 時，由避雷針等地表電場畸變集中的地方產(chǎn)生垂直向上的迎面先導。如果受雷擊變電站輸電線路來自另一個5 不同地網(wǎng)的變電站，那么上升的地電位與輸電線上的電位將形成巨大反差，導致與輸電線路相連的電氣設備的損壞。雷電流變化梯度很大，會產(chǎn)生強大的交變磁場，使得周圍的金屬構件產(chǎn)生感應電流，這種電流可能向周圍物體放電，如附近有可燃物就會引發(fā)火災和爆炸，而感應到正在聯(lián)機的導線上就會對設備具有強烈的破壞性。特別注意的是電子設備的高阻抗輸入回路，信號回路等引線較長，且直接連接的金屬體積較大處，雖 然已作電磁屏蔽（采用屏蔽電纜且屏蔽層兩端接地）仍會遭受厄運。球與地面接觸點到針尖這段弧，如果碰不到被保護物體，則被保護物處在保護范圍內(nèi)。如果一個變電站有 4 根針，每邊相距 50m，雷擊概率則為 次 /年。以前裝設的避雷器大多為裝在線路端的管型避雷器和裝在母線、設備處的閥型避雷器，目前均由性能更好的金屬氧化物避雷器所取代。 變電所的雷害事故來自兩個方面 :一是雷直擊變電所 。逆閃絡一旦出現(xiàn) ,高電位將加到電氣設備上，有可能導致設備絕緣的損壞。 接地是指將地面上的金屬物體或電氣回路中的某一節(jié)點通過導體與大地保持等電位 ,電力系統(tǒng)的接地按其功用可分三類 : 工作接地 :根據(jù)電力系統(tǒng)正常運行的需要而設置的接地，它所要求的接地電阻值約在 ?的范圍內(nèi)。內(nèi)部過電壓主要是由于電力系統(tǒng)內(nèi)部運行方式改變引起的過電壓反映，其主要包括操 作過電壓和暫時過電壓。由于電網(wǎng)各處 X0/X1 不容易準確提供，且有效接地系統(tǒng)網(wǎng)絡一般 K≤ 3，當 K=3 時過電壓最嚴重。由于現(xiàn)在斷路器都是連動的，因此出現(xiàn)上述情形比較少，但在實際變電站運行中曾出現(xiàn)過，在中性點過電壓保護設計中也要給予考慮。 雷電不直接放電在建筑和設備本身，而是對布放在建筑物外部的線纜放電。 首先分析避雷器直接 裝設在變壓器出線端的簡單接線，如圖 61（ a） 所示。 2u U ub 1 2 Z Ub ub Z1 ib 2u Z1 (a)接線圖 (b)動作前等值電路 (c)動作后等值電路圖 圖 61 避雷器接在變壓器端的接線和等值電路 16 避雷器與被保護設備之間的距離（ l≠ 0） 變電所中有很多電氣設備，我們不可能在每個設備旁裝設一組避雷器加以保護，一般只在變電所母線上裝設避雷器，變壓器是最重要的設備，避雷器應盡量靠近變壓器。（ 2）進線刀閘上的電壓 uL(t)和變壓器上的電壓 uT(t) 從表 62 和表 63中可以看出，進 線刀閘處電壓的最大值 UL為 vlabULU 125 ??? （ 66） 圖 64 接線上各點的電壓波形 uB i 2i2 if 2a(iif) 2a(iif) Ub5 =2a(if i2 ) 2a(ii1i2) ai 2(i1+i2) i1+2i2 Ub5 +2ai1 Ub5 +2ai2 Ub5 Ub5 2ai2 if 2i2 2i2 (a) (c) (b) i uL uT i 19 表 62 進線刀閘上電壓 uL（ t） i Lu ? ?v li 21l2 ?＜ ai ? ?v llivlfi 21212 ?? ＞＞ ? ? ?????? ????????? ??? v lliav lliaai 212212 vlfii 12?＞ vlabUv lliavliiav llia 12521121212212 ??????????? ????????? ???????? ??????????? ?? 表 63 變壓器上電壓 uT(t) i Tu fii＜ ai2 fii? vlabUfai 2252 ??? vlfii 22?? vlabUvlfiavlfifiavlia 2252222242212 ??????????? ???????? ???????? ??????????? ? vlfii 24?? vlabUfai 2252 ??? ?? ?? 變壓器上電壓的最大值 UT為 vlabUTU 125 ??? (67) 由式 (64)和式 (65)表明，不論被保護設備位于避雷器前還是避雷器后，只要設備離避雷器有一段距離 l，則設備上所受沖擊電壓的最大值必然高于避雷器殘壓 Ub5。 綜合以上的分析可得出：為保證設備安全，必須限制避雷器動作后流過避雷器的電流在 5kA 以下，同時，也要限制侵入波的陡度 a 和注意電氣設備與避雷器之間的電氣距離 l。 對于一般變電所的雷電侵入波保護設計主要在于選擇避雷器安裝位置，其原則是在任何可能運行方式下，變壓器和各設備到避雷器的電氣距離均應小 于其最大電氣距離。 （ 2）對于操作過