【正文】 ................................ 32 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 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(jìn)行放電的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果由無機(jī) 物合成了11種氨基酸。因此，可以說，是雷電促使地球成為 文明的星球。我們國(guó)內(nèi)許多物理課本，甚至大學(xué)的教課書也把避雷針的原理說成是靠尖端放電中和云層電荷從而消除閃電的，這是錯(cuò)誤的。例如一九九九年八月二十七日凌晨 2點(diǎn)，某尋呼臺(tái)遭受雷擊，導(dǎo)致該臺(tái)中斷尋呼數(shù)小時(shí)，其直接損失是有限的，但間接損失將大大超過直接損失。假如地電阻為 10Ω，一個(gè) 30kA的雷電流將會(huì)使地網(wǎng)電位上升至 300kV。當(dāng)雷擊過后，雷擊點(diǎn)地表變?yōu)殡姾傻南鄬?duì)空穴，周圍高電荷區(qū)域內(nèi)與地電位相對(duì)絕緣的導(dǎo)體上的電荷，將像受突然擊發(fā)的水波一樣沖向雷擊點(diǎn)，導(dǎo)致設(shè)備打火，絕緣受損和電子設(shè)備失效。按該式在年雷暴日為 40的地區(qū)， 35kV 室外終端變電站，母線構(gòu)架 高，受雷擊概率為每年 次，而加 1根 30m 高避雷針后，則每年將受 次雷擊。因此 ,變電所實(shí)際上是完全耐雷的。將雷電泄入大地，才能有效地發(fā)揮其保護(hù)作用。正常網(wǎng)絡(luò)發(fā)生單相接地故障時(shí)，系統(tǒng)允許其工作 2h 左右，在斷路器調(diào)開單相接地故障之前，變壓器中性點(diǎn)產(chǎn)生過電壓值大小與 K=X0/X1 有關(guān)，其中： X0 為零序阻抗， X1 為正序阻抗。 14 6 變電站的入侵波過電壓保護(hù) 變電站遭受雷害一般來自兩方面 ,一是雷直擊變電站 ,二是雷擊輸電線路后產(chǎn)生的雷電波侵入變電站。其他時(shí)刻避雷器上的電壓 ub可按此用圖解法求得。 Ub5 uT t 變壓器上電壓 圖 65 雷電波侵入波變電所時(shí)變壓器上電壓波形 21 當(dāng)雷電波侵入變電所時(shí)，若設(shè)備上出現(xiàn)的最大沖擊電壓值 Ucjfm小于設(shè)備本身多次截波耐壓值 Uj，則電氣設(shè)備不會(huì)發(fā)生事故，反之，則可能造成雷害事故，為了保證電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，必須滿足下式 jUcjfmU ＜ jUkvlabU ＜25 ?? (69) 式 中： Ucjfm為電氣設(shè)備上出現(xiàn)的沖擊電壓最大值； Uj為電氣設(shè)備多次截波耐壓值；Ub5為避雷器上 5kA 下的殘壓； a為雷電波陡度； l 為電氣設(shè)備與避雷器之間距離；v為波速； k為考慮電氣設(shè)備電容而引入的修正系數(shù)。s 波形下殘壓。 （ 3）查閱避雷器的保護(hù)水平，用以驗(yàn)算保護(hù)裕度或配合系數(shù)。 26 （ 2）電網(wǎng)單相接地引起中性點(diǎn)電位升高的穩(wěn)態(tài)值應(yīng)小于避雷器額定電壓。當(dāng) VFTO 嚴(yán)重時(shí)在 GIS 的不同部位，如隔離開關(guān)本身、間隙中、沿支持件、套管和變壓器會(huì)出現(xiàn)故障。 (1)GIS 的絕緣的伏秒特性教平坦，其沖擊系數(shù)很?。?～ ），且其負(fù)極性擊穿電壓比正極性低。在此，我對(duì)饒 老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間給予的指導(dǎo)和幫助表示衷心的感謝。 (2)GIS 變電站中的同軸母線筒的波阻抗一般在 60～ 100Ω之間，遠(yuǎn)比架空線低，為此，從架空線侵入的過電壓波經(jīng)過折射，其幅值和陡度都顯著減小，這對(duì)GIS變電站的防雷保護(hù)來說要比常規(guī)敞開式變電站更易實(shí)現(xiàn)， (3)GIS 變電站結(jié)構(gòu)緊湊，電氣設(shè)備之間的電氣距離小，避雷器距被保護(hù)的電氣設(shè)備較近，所以防雷保護(hù)措施要比常規(guī)變電站更為有利。 當(dāng) GIS 與 變壓器 相連時(shí)， VFTO 對(duì) 變壓器 的作用類似于沖擊過電壓。 GIS 組合電器特別適合在用地緊張的城市變電站、企業(yè)變電站、山區(qū)和污穢嚴(yán)重的地區(qū)使用。 我國(guó) 3～ 110kV 系統(tǒng)的避雷器各項(xiàng)電氣性能與系統(tǒng)參數(shù)之間的配合均在避雷器標(biāo)準(zhǔn)中加以規(guī)范化，因此對(duì)正常絕緣的設(shè)備在選擇避雷器時(shí)，校驗(yàn)步驟可大為簡(jiǎn)化。 避雷器的波前沖擊放電電壓和陡波沖擊電流殘壓數(shù)值是做為考慮與設(shè)備絕緣的截波試驗(yàn)電壓配合而提供。 圖 66（ a） 、（ b） 分別表示一路進(jìn)線與兩路進(jìn)線的變電所避雷器與主變壓器、電壓互感器系，橫坐標(biāo)為波的空間梯度 a’ =a/v。 i i ub Ui Ubm Ibm 2u Uch Ub+ibZ1 Ub=f(ib) IbZ1 圖 62 避雷器電壓 Ub的圖解法 17 設(shè)侵入波為斜角波 u(t)=at,為了方便描述不取統(tǒng)一時(shí)間為起點(diǎn)，分析時(shí)分別以各點(diǎn)出現(xiàn)電壓的時(shí)刻為各自的時(shí)間零點(diǎn)。 避雷器與被保護(hù)設(shè)備之間的距離（ l=0） 避雷針 直接連接在變壓器旁，如圖 61（ a） 所示，即認(rèn)為變壓器與避雷器之間的電氣距離為零。 非全相分合閘過電壓 由于斷路器非全相分合閘造成中性點(diǎn)過電壓。 查接地裝置 i? (沖擊系數(shù) )與 i? (接地裝置的沖擊利用系數(shù) )表 ,選用一字形的接地體。裝設(shè)避雷針 (線 )應(yīng)該使變電所的所有設(shè)備和建筑物處于保護(hù)范圍內(nèi)。 消弱空間雷電電磁脈沖強(qiáng)度、降低跳火的有效方法，就是減小雷電流的強(qiáng)度。滾球法理論認(rèn)為直擊和繞擊與雷云帶電量有關(guān)，能量越小的雷越易產(chǎn)生繞擊。 感應(yīng)雷 直擊雷放電 的能量通過電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)方式向四周輻射，導(dǎo)致設(shè)備過電壓放電，則為感應(yīng)雷。但是一方面由于電子設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)高度集成化，從而造成設(shè)備耐壓、耐過電流的水平下降，對(duì)雷電（包括感應(yīng)雷及操作過電壓浪涌）的承受能力下降，另一方面由于信號(hào)來源路徑增多，系統(tǒng)較以前更容易遭受雷電波侵入。 當(dāng)高空出現(xiàn)雷雨云的時(shí)候，大地上由于靜電感應(yīng)作用，必然帶上與雷雨云相反的電荷，避雷針處于地面建筑物的最高處，與雷雨云的距離最近，由于它與有良好的電氣連接，所以它于大地有相同的電位，使避雷針附近空間的電場(chǎng)強(qiáng)度比較大，容易吸引雷電先驅(qū)，使主放電都集中到它的上面，從而保護(hù)附近比它低的物體遭受雷擊的幾率大大減少。B 繼 續(xù) 教 育 學(xué) 院 畢業(yè)論文 題目 ： 35kV～ 110kV防雷保護(hù)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 譚偉 學(xué) 號(hào)： 923210100032 班 級(jí) : 海南自考 2 班 專 業(yè)： 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 繞玉凡 2020 年 4 月 35kV～ 110kV 防雷保護(hù)設(shè)計(jì) 摘要 發(fā)電廠、變電所是電力系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，如果發(fā)生雷擊事故，將造成大面積停電，嚴(yán)重影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活，因此發(fā)電廠、變電所的防雷保護(hù)必須是十分可靠的。 羅蒙諾索夫（ JIOMOHOCOB）， L由于瞬時(shí)功率很大，所以它的破壞力是相當(dāng)大的。 4 2 主要的雷擊方式 隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的不斷提高，各類先進(jìn)的電子設(shè)備廣泛地運(yùn)用到了各電壓等級(jí)的變電站內(nèi)。連接在不同等電位地網(wǎng)上的電子設(shè)備，如果其間有電信號(hào)聯(lián)系，那么超過其容許承受能力的地電位差將導(dǎo)致設(shè)備損壞。目前國(guó)際上流行的一種滾球法理論校核獨(dú)立避雷針的保護(hù)范圍比較符合實(shí)際。雷擊避雷針時(shí)，雷電流流經(jīng)避雷針及其接地裝置，避雷針與被保護(hù)設(shè)備或構(gòu)架之間的空氣間隙被擊穿而造成跳火事故，雷電流越大，跳火的可能性越大。 為了防止變電所遭受直接雷擊 ,需要安裝避雷針、避雷線和輔設(shè)良好的接地網(wǎng)。 由此可見 ,接地電阻取 10?較合適。這種非正常運(yùn)行狀態(tài)曾在不少地區(qū)出現(xiàn)，引起健全相及中性點(diǎn)避雷器爆炸。避雷器應(yīng)安裝在母線上，在任何情況下，變壓器均應(yīng)受到避雷器的保護(hù)，所以各段母線上都應(yīng)裝設(shè)避雷器。 ZnO 避雷器裝設(shè)在母線上，進(jìn)線刀閘離母線為l1，變壓器離母線距離為 l2，在等效電路中忽略各電氣設(shè)備的對(duì)地電容，點(diǎn) L、 B、T分別表示進(jìn)線斷路器、避雷器和變壓器的位置。在變電所設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使所有設(shè)備到避雷器的電氣距離都在保護(hù)范圍內(nèi)，即滿足 jUnU ? jUKvlabU ??? 25 (610) 對(duì)于一定陡度的入侵波 a，最大允許電氣距離 lmax為 KvabUjUl25ma x ??? (611) 當(dāng)以空間陡度 a’ =a/v kV/m 計(jì)算時(shí)，式（ 611）改寫為 a bUjUl 5m ax ??? (612) 22 實(shí)踐證明，由于設(shè)備電容存在，母線上出線多于兩條時(shí)， a 會(huì)降低，可將 l加大，即將式（ 612）乘系數(shù) k即 ka bUjUl 5m ax ??? (613) 當(dāng)母線上出線 4時(shí)， k值分別 取 、 、 、 。s 的沖擊電流殘壓。當(dāng)避雷器至被保護(hù)設(shè)備的連接導(dǎo)線較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)該校核這段導(dǎo)線附加的壓降對(duì) 保護(hù)裕度的影響，此時(shí)式（ 71）和（ 72）中的避雷器保護(hù)水平應(yīng)計(jì)入這一附加壓降。它是由短路器、母線、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、套管 7 種高壓電器組合而成的高壓配電裝置。 （ 3） 沿 GIS 母線導(dǎo)管傳播的 VFTO 和沿 GIS 殼體與接地系統(tǒng)的 TGPR 都會(huì)形成暫態(tài)電磁場(chǎng)，形成輻射騷擾。在負(fù)極性時(shí)，導(dǎo)體電極附近的高場(chǎng)強(qiáng)使電子崩容易發(fā)展而形成擊穿，故負(fù)極性擊穿電壓比正極性低（參見圖 81），所以 GIS的絕緣水平?jīng)Q定于雷電沖擊水平，降低雷電過電壓，就是降低 GIS 變電站 的絕緣先決條件。同時(shí)也感謝其他老師在我畢業(yè)設(shè)計(jì)開題、末檢期間給予的關(guān)懷和幫助，以及 母校 為我提供良好的畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)境。因此， GIS 的絕緣水平主要取決于雷電沖擊電壓水平。這不僅影響 GIS 本身運(yùn)行的可靠性，而且對(duì)電力系統(tǒng)的其他高壓設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)造成很大危害。該穩(wěn)態(tài)值就是中性點(diǎn)的零序電壓 U0，可計(jì)算如下 000 XIU ?? 因零序電流 0120 XXUI ?? ? 故 ?UXXXXU102100??? （ 74） 式中的 ?U 為相電壓， X0、 X1分別為零序、正序電抗。 U O BIL 2 1 SIL i 圖 71 避雷器特性與被保護(hù)設(shè)備絕緣水平的配合 ； 25 （ 4）當(dāng)選擇用于頻繁發(fā)生操作過電壓場(chǎng)所的避雷器時(shí)，例如保護(hù)輸電線路的串聯(lián)或并聯(lián)補(bǔ)償電容器組和真空開關(guān)控制的經(jīng)電纜饋電的冶煉變壓器等設(shè)備，氧化鋅避雷器的性能更為理想。 （ 2）對(duì)于操作過 電壓，碳化硅避雷器應(yīng)在波頭 30～ 60181。 綜合以上的分析可得出：為保證設(shè)備安全，必須限制避雷器動(dòng)作后流過避雷器的電流在 5kA 以下，同時(shí)，也要限制侵入波的陡度 a 和注意電氣設(shè)備與避雷器之間的電氣距離 l。 2u U ub 1 2 Z Ub ub Z1 ib 2u Z1 (a)接線圖 (b)動(dòng)作前等值電路 (c)動(dòng)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(hù)設(shè)備之間的距離（ l≠ 0） 變電所中有很多電氣設(shè)備，我們不可能在每個(gè)設(shè)備旁裝設(shè)一組避雷器加以保護(hù)，一般只在變電所母線上裝設(shè)避雷器，變壓器是最重要的設(shè)備，避雷器應(yīng)盡量靠近變壓器。 雷電不直接放電在建筑和設(shè)備本身，而是對(duì)布放在建筑物外部的線纜放電。由于電網(wǎng)各處 X0/X1 不容易準(zhǔn)確提供，且有效接地系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)一般 K≤ 3，當(dāng) K=3 時(shí)過電壓最嚴(yán)重。 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(diǎn)通過導(dǎo)