【正文】 ...................................................... 7 4 變電站防雷保護(hù)方案與接地 .......................................... 8 防雷保護(hù)方案 ..................................................................................................... 8 防雷接地 ............................................................................................................. 9 5 變壓器中性點(diǎn)保護(hù) ................................................. 10 變壓器中性點(diǎn)的過(guò)電壓 ................................................................................... 10 中性點(diǎn)過(guò)電壓的保護(hù)措施 ............................................................................... 12 6 變電站的入侵波過(guò)電壓保護(hù) ......................................... 14 避雷器與被保護(hù)設(shè)備之間的距離（ l=0） ..................................................... 14 避雷器與被保護(hù)設(shè)備之間的距離（ l≠ 0） ................................................. 16 避雷器與保護(hù)設(shè)備最大允許電氣距離 ........................................................... 21 7 絕緣配合與避雷器選擇 .......................................................................................... 23 電力系統(tǒng)絕緣配合 ........................................................................................... 23 避雷器的選擇 ................................................................................................... 24 8 氣體絕緣變電站（ GIS）的過(guò)電壓保護(hù) ................................ 27 GIS 變電站 ....................................................................................................... 27 GIS 變電所中的暫態(tài)過(guò)電壓?jiǎn)栴} ................................................................... 27 GIS 變電站過(guò)電壓保護(hù)自身的特點(diǎn) ............................................................... 29 GIS 變電站雷電過(guò)電壓保護(hù)接線方式 ........................................................... 30 后 記 ............................................................................................................................ 32 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 33 1 1 緒論 雷電的發(fā)展 人們通過(guò)模擬地球原始大氣在密室中進(jìn)行放電的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果由無(wú)機(jī) 物合成了11種氨基酸。其中取得卓越成就的有 18世紀(jì)中葉著名科學(xué)家富蘭克林（ Franklin） M功能是把接引來(lái)的雷電流，通過(guò)引下線和接地裝置 從大地中泄放，保 護(hù) 建筑物免受雷害。至 1753 年富蘭克林明確傾向于避雷針引雷的理論了，所以說(shuō)避雷針是靠尖端放電消除閃電而能避雷的提法是錯(cuò)誤的，避雷針是消除不了閃電的。 3 當(dāng)人類社會(huì)進(jìn)入電子信息時(shí)代后，雷災(zāi)出現(xiàn)特點(diǎn)與以往有極大的不同，可以概括為： （ 1） 受災(zāi)面大大擴(kuò)大，從電力、建筑這兩個(gè)傳統(tǒng)領(lǐng)域擴(kuò)展到幾乎所有行業(yè) ，特點(diǎn)是與高新技術(shù)關(guān)系最密切的領(lǐng)域，如航天、航空、國(guó)防郵電通信、計(jì)算機(jī)、電子工業(yè)、石油化工、金融證券等； （ 2） 從二維空間入侵變?yōu)槿S空間入侵。微電子技術(shù)的應(yīng)用滲透到各種生產(chǎn)和生活領(lǐng)域，微電子器件極端靈敏，這一特點(diǎn)很容易受到無(wú)孔不入的 LEMP 的作用，造成微電子設(shè)備的失控或者損壞。 通常當(dāng)?shù)孛嫔贤怀鑫锏母叨葹?h，雷云正下方的平均電場(chǎng)強(qiáng)度大于和等于 kV/m 時(shí)，則該突出物將容易受到直擊雷。 另一種雷電反擊，對(duì)變電站的電子設(shè)備危害也不容忽視。 有資料計(jì)算表明，當(dāng)雷電電流為 30 kA 斜角波，雷云高度為 3 km，導(dǎo)線高度為 10m，擊中距末端匹配的 500m 長(zhǎng)架空線 路中點(diǎn) 100m 處地面時(shí)，線路上感應(yīng)電壓為 150 kV 幅值的振蕩波。其結(jié)構(gòu)均分為接閃器、引下線和接地體，防雷原理相同。按防雷規(guī)范核保護(hù)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(hù)區(qū)范圍。 限流式避雷針 —— 主要用于直擊雷的防護(hù)。對(duì) 35kV 架空進(jìn)線，一般是采用進(jìn)線段 1～ 2km 的架空避雷線配其兩端的管型避雷器進(jìn)行防護(hù)。 對(duì)直擊雷的防護(hù)一般采用避雷針或避雷線。 按實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)校驗(yàn)后，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn) 目前推薦 1d 和 2d 應(yīng)滿足下式要求 : 1d ≥ iR ＋ , 2d ≥ iR 2d ≥ (41) 在對(duì)較大面積的變電所進(jìn)行保護(hù)時(shí) ,采用等高避雷針聯(lián)合保護(hù)要比單針保護(hù)范圍大。 防雷接地 :用來(lái)將雷電流順利泄入大地 ,以減小它所引起的過(guò)電壓 ,它的性質(zhì)似乎介于前兩種接地之間 ,它防雷保護(hù)裝置不可缺少的組成部分，它有些像工作接地 。 （ 1） 雷電過(guò)電壓 由于雷電波沿線路傳入變電站或直接擊中變電站內(nèi)造成變壓器中性點(diǎn)電位的升高， 變壓器中性點(diǎn)上出現(xiàn)的最大雷擊過(guò)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(guò)電壓值可按式 51 計(jì)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(duì)于糾結(jié)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(shí)進(jìn)雷電波時(shí)過(guò)電壓最高。當(dāng) K=3 時(shí)， U0=,Ue取最高運(yùn)行線電壓，如對(duì)于 110kV 及變壓器，則 U0= 110 =。一般而言，中性點(diǎn)保護(hù)包括過(guò)電壓保護(hù)和繼電保護(hù)。 變壓器在變電所中最重要的設(shè)備，且其絕緣水平低，故避雷器安裝位置應(yīng)盡量靠近變壓器。 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(dòng)作前相當(dāng)于末端開(kāi)路，當(dāng)其等值電路如圖 61（ b） 所示。當(dāng)雷電波入侵時(shí)，由于波的反射，被保護(hù)的電氣設(shè)備上的電壓降不同于避雷器的殘壓，現(xiàn)用實(shí)例分析避雷器對(duì)所有電氣設(shè)備的保護(hù)作用。 20 由于分布參數(shù)和電暈的影響，電氣設(shè)備實(shí)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(zhì)， 其振蕩軸為避雷器的殘壓 Ub5，這是由于避雷器動(dòng)作后產(chǎn)生的負(fù)電壓波與 T 點(diǎn)之間發(fā)生多次反射引起的。因此，要使避雷器起到良好的保護(hù)作用，它與被保護(hù)設(shè)備之間的電氣距離就不能超過(guò)一定的值，即存在一個(gè)最大電氣距離。對(duì)于接線復(fù)雜和特殊的變電所，需要通過(guò)模擬試驗(yàn)和計(jì)算來(lái)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(guān)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(guò)電壓，合理地選擇避雷器的保護(hù)特性，并且確定它與設(shè)備絕緣強(qiáng)度之間的保護(hù)裕度，從而在各種電壓作用下，使電力設(shè)備損壞或影響連續(xù)運(yùn)行的概率降低到經(jīng)濟(jì)和運(yùn)行上均可接受的水平。s 和1000～ 2020181。在配電系統(tǒng)中，由于一般電氣設(shè)備都具有較高的絕緣水平，這在經(jīng)濟(jì)上是允許的，所以實(shí)際上避雷器給這些設(shè)備提供 的保護(hù)裕度都很大。 （ 6）需要附加考慮的問(wèn)題。 在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，安裝在變壓器中性點(diǎn)上的避雷器不僅保護(hù)變壓器，而且保護(hù)中性點(diǎn)回路的儀用互感器、接地電阻和消弧線圈。如果不滿足這一條件，碳化硅避雷器將因承受電壓過(guò)高，而出現(xiàn)分路電阻過(guò)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(huì)發(fā)生爆炸事故。采用 GIS 可使運(yùn)行人員不受電磁場(chǎng)輻射的影響。 （ 2） VFTO 在 GIS 內(nèi)部傳播時(shí)，遇到與外部相聯(lián)接的地方（即波阻抗不連續(xù)處）時(shí)，會(huì)發(fā)生波的折射和反射。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(huì)在變壓器繞組的局部引起諧振；加上積累效應(yīng)等因素的影響，可能會(huì)使變壓器絕緣發(fā)生擊穿現(xiàn)象。 一般敞開(kāi)式變電站為空氣絕緣，所需的間隙很大，高壓電氣設(shè) 備周圍的空氣絕緣處于極不均勻的電場(chǎng)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(dá) 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(fù)極性低（見(jiàn)圖 81）。 空氣絕緣（ ） 空氣絕緣（ +） SF6 絕緣（ +） SF6 絕緣（ ） 避雷器保護(hù)水平 1 2 10 100 400 1000 10000 絕緣水平，保護(hù)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(jīng)電纜段進(jìn)線的 GIS 的保護(hù)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(hù)接線 32 后 記 本設(shè)計(jì)是在 繞玉凡 老師悉心關(guān)懷和精心指導(dǎo)下完成的