【正文】 ...................................................... 7 4 變電站防雷保護方案與接地 .......................................... 8 防雷保護方案 ..................................................................................................... 8 防雷接地 ............................................................................................................. 9 5 變壓器中性點保護 ................................................. 10 變壓器中性點的過電壓 ................................................................................... 10 中性點過電壓的保護措施 ............................................................................... 12 6 變電站的入侵波過電壓保護 ......................................... 14 避雷器與被保護設(shè)備之間的距離（ l=0） ..................................................... 14 避雷器與被保護設(shè)備之間的距離（ l≠ 0） ................................................. 16 避雷器與保護設(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）的過電壓保護 ................................ 27 GIS 變電站 ....................................................................................................... 27 GIS 變電所中的暫態(tài)過電壓問題 ................................................................... 27 GIS 變電站過電壓保護自身的特點 ............................................................... 29 GIS 變電站雷電過電壓保護接線方式 ........................................................... 30 后 記 ............................................................................................................................ 32 參考文獻 ...................................................................................................................... 33 1 1 緒論 雷電的發(fā)展 人們通過模擬地球原始大氣在密室中進行放電的實驗，結(jié)果由無機 物合成了11種氨基酸。其中取得卓越成就的有 18世紀中葉著名科學家富蘭克林（ Franklin） M功能是把接引來的雷電流，通過引下線和接地裝置 從大地中泄放，保 護 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，所以說避雷針是靠尖端放電消除閃電而能避雷的提法是錯誤的，避雷針是消除不了閃電的。 3 當人類社會進入電子信息時代后，雷災(zāi)出現(xiàn)特點與以往有極大的不同，可以概括為： （ 1） 受災(zāi)面大大擴大，從電力、建筑這兩個傳統(tǒng)領(lǐng)域擴展到幾乎所有行業(yè) ，特點是與高新技術(shù)關(guān)系最密切的領(lǐng)域，如航天、航空、國防郵電通信、計算機、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，這一特點很容易受到無孔不入的 LEMP 的作用，造成微電子設(shè)備的失控或者損壞。 通常當?shù)孛嫔贤怀鑫锏母叨葹?h，雷云正下方的平均電場強度大于和等于 kV/m 時，則該突出物將容易受到直擊雷。 另一種雷電反擊，對變電站的電子設(shè)備危害也不容忽視。 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(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。 限流式避雷針 —— 主要用于直擊雷的防護。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。 對直擊雷的防護一般采用避雷針或避雷線。 按實際運行經(jīng)驗校驗后，我國標準 目前推薦 1d 和 2d 應(yīng)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。 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(zhì)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 。 （ 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(nèi)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(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，三相同時進雷電波時過電壓最高。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 =。一般而言，中性點保護包括過電壓保護和繼電保護。 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，在避雷器動作前相當于末端開路，當其等值電路如圖 61（ b） 所示。當雷電波入侵時，由于波的反射，被保護的電氣設(shè)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(shè)備的保護作用。 20 由于分布參數(shù)和電暈的影響，電氣設(shè)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(zhì)， 其振蕩軸為避雷器的殘壓 Ub5，這是由于避雷器動作后產(chǎn)生的負電壓波與 T 點之間發(fā)生多次反射引起的。因此，要使避雷器起到良好的保護作用，它與被保護設(shè)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。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(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)的各種過電壓，合理地選擇避雷器的保護特性，并且確定它與設(shè)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(shè)備損壞或影響連續(xù)運行的概率降低到經(jīng)濟和運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)濟上是允許的，所以實際上避雷器給這些設(shè)備提供 的保護裕度都很大。 （ 6）需要附加考慮的問題。 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。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。采用 GIS 可使運行人員不受電磁場輻射的影響。 （ 2） VFTO 在 GIS 內(nèi)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。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(yīng)等因素的影響，可能會使變壓器絕緣發(fā)生擊穿現(xiàn)象。 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(shè) 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）。 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(jīng)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(shè)計是在 繞玉凡 老師悉心關(guān)懷和精心指導下完成的