【正文】 ................................ 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，結果由無機 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。我們國內許多物理課本，甚至大學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，這是錯誤的。例如一九九九年八月二十七日凌晨 2點，某尋呼臺遭受雷擊，導致該臺中斷尋呼數(shù)小時，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 30kA的雷電流將會使地網電位上升至 300kV。當雷擊過后，雷擊點地表變?yōu)殡姾傻南鄬昭?，周圍高電荷區(qū)域內與地電位相對絕緣的導體上的電荷，將像受突然擊發(fā)的水波一樣沖向雷擊點，導致設備打火，絕緣受損和電子設備失效。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)揮其保護作用。正常網絡發(fā)生單相接地故障時，系統(tǒng)允許其工作 2h 左右，在斷路器調開單相接地故障之前，變壓器中性點產生過電壓值大小與 K=X0/X1 有關，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 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生的雷電波侵入變電站。其他時刻避雷器上的電壓 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變壓器上電壓波形 21 當雷電波侵入變電所時，若設備上出現(xiàn)的最大沖擊電壓值 Ucjfm小于設備本身多次截波耐壓值 Uj，則電氣設備不會發(fā)生事故，反之，則可能造成雷害事故，為了保證電氣設備的安全運行，必須滿足下式 jUcjfmU ＜ jUkvlabU ＜25 ?? (69) 式 中： Ucjfm為電氣設備上出現(xiàn)的沖擊電壓最大值； Uj為電氣設備多次截波耐壓值；Ub5為避雷器上 5kA 下的殘壓； a為雷電波陡度； l 為電氣設備與避雷器之間距離；v為波速； k為考慮電氣設備電容而引入的修正系數(shù)。s 波形下殘壓。 （ 3）查閱避雷器的保護水平，用以驗算保護裕度或配合系數(shù)。 26 （ 2）電網單相接地引起中性點電位升高的穩(wěn)態(tài)值應小于避雷器額定電壓。當 VFTO 嚴重時在 GIS 的不同部位，如隔離開關本身、間隙中、沿支持件、套管和變壓器會出現(xiàn)故障。 (1)GIS 的絕緣的伏秒特性教平坦，其沖擊系數(shù)很?。?～ ），且其負極性擊穿電壓比正極性低。在此，我對饒 老師在畢業(yè)設計期間給予的指導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，遠比架空線低，為此，從架空線侵入的過電壓波經過折射，其幅值和陡度都顯著減小，這對GIS變電站的防雷保護來說要比常規(guī)敞開式變電站更易實現(xiàn)， (3)GIS 變電站結構緊湊，電氣設備之間的電氣距離小，避雷器距被保護的電氣設備較近，所以防雷保護措施要比常規(guī)變電站更為有利。 當 GIS 與 變壓器 相連時， VFTO 對 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)和污穢嚴重的地區(qū)使用。 我國 3～ 110kV 系統(tǒng)的避雷器各項電氣性能與系統(tǒng)參數(shù)之間的配合均在避雷器標準中加以規(guī)范化，因此對正常絕緣的設備在選擇避雷器時，校驗步驟可大為簡化。 避雷器的波前沖擊放電電壓和陡波沖擊電流殘壓數(shù)值是做為考慮與設備絕緣的截波試驗電壓配合而提供。 圖 66（ a） 、（ b） 分別表示一路進線與兩路進線的變電所避雷器與主變壓器、電壓互感器系，橫坐標為波的空間梯度 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 設侵入波為斜角波 u(t)=at,為了方便描述不取統(tǒng)一時間為起點，分析時分別以各點出現(xiàn)電壓的時刻為各自的時間零點。 避雷器與被保護設備之間的距離（ 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。裝設避雷針 (線 )應該使變電所的所有設備和建筑物處于保護范圍內。 消弱空間雷電電磁脈沖強度、降低跳火的有效方法，就是減小雷電流的強度。滾球法理論認為直擊和繞擊與雷云帶電量有關，能量越小的雷越易產生繞擊。 感應雷 直擊雷放電 的能量通過電磁感應和靜電感應方式向四周輻射，導致設備過電壓放電，則為感應雷。但是一方面由于電子設備內部結構高度集成化，從而造成設備耐壓、耐過電流的水平下降，對雷電（包括感應雷及操作過電壓浪涌）的承受能力下降，另一方面由于信號來源路徑增多，系統(tǒng)較以前更容易遭受雷電波侵入。 當高空出現(xiàn)雷雨云的時候，大地上由于靜電感應作用，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強度比較大，容易吸引雷電先驅，使主放電都集中到它的上面，從而保護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 院 畢業(yè)論文 題目 ： 35kV～ 110kV防雷保護設計 學生姓名： 譚偉 學 號： 923210100032 班 級 : 海南自考 2 班 專 業(yè)： 電力系統(tǒng)及其自動化 指導教師： 繞玉凡 2020 年 4 月 35kV～ 110kV 防雷保護設計 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，嚴重影響國民經濟和人民生活，因此發(fā)電廠、變電所的防雷保護必須是十分可靠的。 羅蒙諾索夫（ JIOMOHOCOB）， L由于瞬時功率很大，所以它的破壞力是相當大的。 4 2 主要的雷擊方式 隨著我國現(xiàn)代化建設的不斷提高，各類先進的電子設備廣泛地運用到了各電壓等級的變電站內。連接在不同等電位地網上的電子設備，如果其間有電信號聯(lián)系，那么超過其容許承受能力的地電位差將導致設備損壞。目前國際上流行的一種滾球法理論校核獨立避雷針的保護范圍比較符合實際。雷擊避雷針時，雷電流流經避雷針及其接地裝置，避雷針與被保護設備或構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、避雷線和輔設良好的接地網。 由此可見 ,接地電阻取 10?較合適。這種非正常運行狀態(tài)曾在不少地區(qū)出現(xiàn)，引起健全相及中性點避雷器爆炸。避雷器應安裝在母線上，在任何情況下，變壓器均應受到避雷器的保護，所以各段母線上都應裝設避雷器。 ZnO 避雷器裝設在母線上，進線刀閘離母線為l1，變壓器離母線距離為 l2，在等效電路中忽略各電氣設備的對地電容，點 L、 B、T分別表示進線斷路器、避雷器和變壓器的位置。在變電所設計時，應使所有設備到避雷器的電氣距離都在保護范圍內，即滿足 jUnU ? jUKvlabU ??? 25 (610) 對于一定陡度的入侵波 a，最大允許電氣距離 lmax為 KvabUjUl25ma x ??? (611) 當以空間陡度 a’ =a/v kV/m 計算時，式（ 611）改寫為 a bUjUl 5m ax ??? (612) 22 實踐證明，由于設備電容存在，母線上出線多于兩條時， a 會降低，可將 l加大，即將式（ 612）乘系數(shù) k即 ka bUjUl 5m ax ??? (613) 當母線上出線 4時， k值分別 取 、 、 、 。s 的沖擊電流殘壓。當避雷器至被保護設備的連接導線較長時，應該校核這段導線附加的壓降對 保護裕度的影響，此時式（ 71）和（ 72）中的避雷器保護水平應計入這一附加壓降。它是由短路器、母線、隔離開關、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 母線導管傳播的 VFTO 和沿 GIS 殼體與接地系統(tǒng)的 TGPR 都會形成暫態(tài)電磁場，形成輻射騷擾。在負極性時，導體電極附近的高場強使電子崩容易發(fā)展而形成擊穿，故負極性擊穿電壓比正極性低（參見圖 81），所以 GIS的絕緣水平決定于雷電沖擊水平，降低雷電過電壓，就是降低 GIS 變電站 的絕緣先決條件。同時也感謝其他老師在我畢業(yè)設計開題、末檢期間給予的關懷和幫助，以及 母校 為我提供良好的畢業(yè)設計環(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 本身運行的可靠性，而且對電力系統(tǒng)的其他高壓設備的絕緣結構造成很大危害。該穩(wěn)態(tài)值就是中性點的零序電壓 U0，可計算如下 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設備絕緣水平的配合 ； 25 （ 4）當選擇用于頻繁發(fā)生操作過電壓場所的避雷器時，例如保護輸電線路的串聯(lián)或并聯(lián)補償電容器組和真空開關控制的經電纜饋電的冶煉變壓器等設備，氧化鋅避雷器的性能更為理想。 （ 2）對于操作過 電壓，碳化硅避雷器應在波頭 30～ 60181。 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。 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。 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。由于電網各處 X0/X1 不容易準確提供，且有效接地系統(tǒng)網絡一般 K≤ 3，當 K=3 時過電壓最嚴重。 接地是指將地面上的金屬物體或電氣回路中的某一節(jié)點通過導