【文章內(nèi)容簡介】 施必須要高度的重視起來。變電站的接地系統(tǒng)是保護電力系統(tǒng)的正常運行， 保障設(shè)備及人身安全的措施之一。 本次論文的主要工作 隨著電力工業(yè)的發(fā)展，自動化程度越來越高，對安全供電的要求也越來越高。為了防止各種電氣事故，保障人民生產(chǎn)、生活的正常有序進行，電氣安全已成為社會關(guān)注對象，各種電氣安全措施也正在建立與完善。電氣安全工作是一項綜合性 的工作，有工程技術(shù)的一面，也有組織管理的一面。工程技術(shù)和組織管理相輔相成，有著十分密切的聯(lián)系。電氣安全工作主要有兩方面的任務(wù)。一方面是研究各種電氣事故，研究電氣事故的機理、原因、構(gòu)成、 選某某 變電站 作為設(shè)計對象，變電站防雷接地技術(shù) 5 分析該變電站的防雷接地 設(shè)計。 大多數(shù)的中型電力用戶 ， 都采用的是 35 kV 電壓等級供電 ， 供電部門的 35 kV變電站也就成為了電力用戶供電的重要的供電渠道。而變電站不一定在在變電站避雷針的保護范圍之內(nèi) ， 所以 35 kV 變電站很容易受到雷電的破壞 ， 并給電力用戶的生產(chǎn)以及社會經(jīng)濟的發(fā)展帶來了嚴重的影響 ， 導(dǎo)致供電 部門的供電可靠性也達不到要求。 本課題是針對我國農(nóng)村 35KV 變電站進行防雷接地保護設(shè)計；根據(jù)變電站國家防雷接地標準，結(jié)合 35KV 變電站電氣接線圖以及具體情況，學(xué)習(xí)利用各種防雷接地裝置等，實現(xiàn)對變電站的直擊雷防護、雷電侵入波防護以及變電站的接地保護設(shè)計，具有一定針對性和廣泛性。 變電站防雷接地技術(shù) 6 2 變電站的防雷保護 雷電是一種大氣里的放電現(xiàn)象 ， 它產(chǎn)生在積雨里 。 積雨的云在形成的過程中 ， 部分云團帶有正電荷 ， 部分云團帶有負電荷 ， 因此 ， 當電荷總量積聚到了一定的程度時 ， 在不同的電荷云團之間 ， 或者云團和大地之間的電壓數(shù)值非 常大 ， 足夠擊穿空氣。當云團開始游離放電的時候 ， 我們稱這個過程為先導(dǎo)放電。云團對地的先導(dǎo)放電現(xiàn)象是云團向地面的跳躍式逐漸發(fā)展的過程 ， 當先導(dǎo)放電現(xiàn)象到達地面的時候 (地面的建筑物和架空輸電線路等 )， 就會產(chǎn)生從地面向云團的主要放電階段 。 在主要放電階段中 ， 由于不同種電荷進行劇烈中和 ， 往往此時會出現(xiàn)非常大的雷電流 (一般為在幾百千安到幾千千安之間 )， 并且隨后會產(chǎn)生強烈的閃電及巨大的響聲 ， 從而形成了雷電 。 雷電的防護措施包括以下三個部分 : 直擊雷的防護、側(cè)擊雷的 防護 和感應(yīng)雷的防護。防雷工程的一個十分方面是接地和引入下地下線路 的基本布線工程 ， 整個防雷工程的效果和防雷器件是否有效都取決這一點 ， 所以，我們應(yīng)當認真的研究變電站中電力設(shè)備和電子設(shè)備的接地效果 ， 它是保障電力設(shè)備的安全、操作人員的安全以及設(shè)備正常工作運行的必要部分 。 可以這樣說 ， 只要是和電網(wǎng)相連的儀器和設(shè)備都必須接地 ； 只要有電力需要的地方 ， 就會是接地工程需要配置的地方。 變電站接地技術(shù)是用來防止電力設(shè)備和電子設(shè)備遭到雷擊從而采取的基礎(chǔ)性的保護措施，它的目的是把由雷電產(chǎn)生的巨大的雷擊電流引到大地中，進而起到保護變電站的作用。同時，變電站接地技術(shù)也是保護我們?nèi)松戆踩环N 十分有效手段，如果由于某種原因而引起了相線與設(shè)備外殼相碰觸的時候，電力設(shè)備的外殼將會有非常危險的電壓產(chǎn)生，此時，故障產(chǎn)成的電流將會流經(jīng)接地保護裝置到達大地，進而起到了保護的作用。 因為變電站具有的特殊環(huán)境，比如強大的電磁場、巨大的雷電等其他許多因素影響，使得變電站特別容易受到各式各樣的干擾，因此，為了提高變電站運行時的安全及工作時的可靠性，我們應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)實存在的不同的干擾源，來采取相應(yīng)的防雷和抗干擾的措施。 一、 變電站防雷及抗干擾措施 變電站防雷的措施總體可以為兩種 ： 第一種是避免雷電電流進入 電網(wǎng)系統(tǒng)，第二種則是利用二次保護裝置把雷電流引入接地網(wǎng)絡(luò)。在實際不同的電網(wǎng)中，我們應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場采集的雷電的形式、雷電的頻率、電流強度和需要保護的設(shè)施重要性，來采取符合需要的保護措施。 變電站防雷接地技術(shù) 7 正確屏蔽雷電流 對于微機保護的控制裝置，電力系統(tǒng)的通信線路應(yīng)該采用帶有屏蔽層的多絞屏蔽電纜，并且應(yīng)該盡可能把強電的導(dǎo)線單獨安裝，同時保證電纜的屏蔽層接地自始至終都只有一個點。這是因為在變電站中，電力裝置里既有模擬的電路還有數(shù)字的電路，所以，數(shù)字設(shè)備和模擬設(shè)備必須應(yīng)該分開，最后它們只能夠具有一個連接點，假如兩者不分開 ，將會互相地干擾，嚴重時甚至可能損壞設(shè)備。 加裝浪涌的二次保護器 變電站開關(guān)的操作、靜電放電現(xiàn)象及閃電放電時產(chǎn)生的瞬時過電壓可能會對電力設(shè)備造成毀滅性的傷害或者加快它的老化過程。 對于浪涌現(xiàn)象的保護方法主要是在變電站系統(tǒng)內(nèi)加裝浪涌的二次保護器。浪涌的二次保護器是采用同等電位的原理，及時把浪涌電流導(dǎo)入接地系統(tǒng)。當系統(tǒng)的過電壓現(xiàn)象發(fā)生時，瞬時的高電壓將會抑制電力二極管 (Rm)作為反應(yīng)速度最快的電力元件首先動作，同時開始泄放巨大的雷電電流，并且把輸出的電壓鉗位控制在它的截止電壓之上，從而十 分有效地防止了巨大的過電壓對于電力設(shè)備的損傷。當加在 TVS 里的放電的電流隨著電壓幅值的上升進而使得充氣式的放電器 (HFB)兩端放電電壓超過了它的點火電壓 UM 時， GDT 將會瞬時動作，并且也會開始泄放雷電電流。這時， GDT 呈現(xiàn)低阻的狀態(tài)，它的兩端僅僅只有 20~40V 的電弧電壓，所以可以避免因為過電壓的持續(xù)時間長進而把 TVS 燒毀。 變電所接閃器 在變電站發(fā)生雷擊之后，防雷系統(tǒng)可以通過直接攔截的方法，引導(dǎo)雷電流進入接地網(wǎng)。接閃器有避雷針和避雷線兩種。小型的變電所多數(shù)裝備獨立的避雷針，大型的變電所通常 在變電所的架構(gòu)上采取避雷針和避雷線，或者把兩者相結(jié)合，并且大型變電所對于引流的線路和接地的裝置都有十分嚴格的要求。 變電所避雷器 避雷器能夠把侵入變電所中的雷電流降低至電氣裝置的絕緣強度允許范圍以內(nèi)。 我國的變電所避雷器主要采用的是金屬氧化物的避雷路器 (ROA)，西方的國家除了使用 ROA 之外，還在所有的電氣裝置內(nèi)安裝空氣的間隙，并作為 ROA 失效之后的備用設(shè)備。 合理布置避雷裝置的安裝位置 目前，大多數(shù)的 RTU 子站 (或者一體化的微機二次保護裝置等 )，大部分安裝在了高壓室的配電開關(guān)柜上 ，電力的量測信息通過從高壓配電室接到主控臺的變電站防雷接地技術(shù) 8 通信電纜來傳輸，以 MS525 等接口的方式與 RTU(或這通信 管理 機器等 )進行數(shù)據(jù)傳送。所以，通信電纜非常容易受到來自于開關(guān)的誤操作、電力負荷的波動和強電的電纜所產(chǎn)生的巨大電磁場干擾，這些巨大的干擾輕則會增大電力量測信息的誤碼率，重則可能使得 MS525 等數(shù)據(jù)接口發(fā)生損壞。此外，夏天時高壓室里的溫度比較高， RTU 的子站 (或者一體化的微機二次保護裝置等 )內(nèi)部因 為熱量過高而產(chǎn)生的干擾噪聲現(xiàn)象不容忽視。 針對上面分析的問題，我們可以把 RTU 的子站 (或者一體化的微機二次保護裝置等 )在主控臺里集中組屏，這樣做不僅能夠減少物理干擾源 (包括室內(nèi)溫度 )對于電力裝置的影響，還可以改善電力設(shè)備運行的環(huán)境，并且能夠方便檢修和試驗人員對電力裝置年檢的預(yù)試工作。 二、 變電站接地方式 目前，變電站的接地方式有許多種，比如單點的接地、多點的接地和混合類型的接地等。單點的接地還分為串聯(lián)單點的接地及并聯(lián)單點的接地。一般來講，單點的接地常常用于簡單線路，、以及頻率較低 (f2MHz)的電子線路。而當涉及到高頻 (f20MHz)的電路時，我們應(yīng)該采用多點的接地或者多層板的方式。 雷電保護接地指為雷電保護裝置 (避雷針、避雷線和避雷器等 )向大地泄放雷電流而設(shè)的接地。因此，變電站構(gòu)架避雷針（帶 )和避雷器不僅應(yīng)采用雙引下接地方式，還須敷設(shè) 2～ 3 根放射狀垂直接地極與主網(wǎng)相連，以達到加強對雷電流的分流作用。對于全站接地網(wǎng)， 影響其工頻接地電阻值大小的主要取決于水平接地體，而垂直接地能有效地加強沖擊電流的擴散，為避免其相互之間的屏蔽作用，在接地網(wǎng)的邊緣設(shè)置垂直接地極，且垂直接地極相互間的間距應(yīng)大于 垂直接地體長度的 2 倍。 在進線構(gòu)架接地引下線地面上方 米處設(shè)置可開斷點， 當測量全站接地電阻值時與線路地線將其斷開，保證測量的準確性。當采用 110kV 和 220kV 構(gòu)架避雷針時，該接地裝置與主接地網(wǎng)連接，但地下連接點至主變、 35kV 及以下設(shè)備與主接地網(wǎng)的地下連接點之間，沿接地體的長度不得小于 15m。如因場地狹小，直線距離有困難時可考慮地下接地線彎成蛇形狀。 變電站的直擊雷保護 直擊雷的影響 直擊雷是指雷雨云對大地和建筑物放電的現(xiàn)象 。 它以強大的沖擊電流、熾熱的溫度、猛烈的沖擊波以及強烈的電磁輻射損 壞放電通道，其最高電流達200~300kA，一般在 20~40kA，其時間甚短，一般僅為 10~100μs。直接擊在建筑物變電站防雷接地技術(shù) 9 構(gòu)架上，因電效應(yīng)、熱效應(yīng)和雷電沖擊波等作用而造成電力線路、電力系統(tǒng)弱電設(shè)備等損壞。其對弱電設(shè)備的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 電效應(yīng)的破壞作用 根據(jù)安培定律，當 A、 B 平行導(dǎo)體上分別通以電流 1i 、2i （ kA）， A、 B 的距離為 d(m)時 ，每米導(dǎo)線所受的作用力按下式計算 1021 ?????? iidlF o （ 21） 式中，平行導(dǎo)體的長度 0l 為 1m。 假定雷擊的瞬間兩導(dǎo)體的電流 1i 和 2i 都等于 100kA，兩導(dǎo)體的距離 d 為 50cm，計算結(jié)果表明，這兩根導(dǎo)體每米都受到 408kg 的力。因此雷擊的時候，由于電動力的作用，也有可能使弱電設(shè)備導(dǎo)線折斷。 同樣對拐彎的導(dǎo)體或金屬構(gòu)件，在拐彎部分也將受到電動力作用，它們之間的夾角越小，受到的 電動力越大。當拐角的夾角為銳角時受到的作用力最大，鈍角最小。所以接閃器及其引下線不應(yīng)出現(xiàn)銳角的拐彎，在不得已采用直角拐彎時應(yīng)加強構(gòu)件強度。 熱效應(yīng)的破壞作用 根據(jù)焦耳定律，一次閃擊的雷電流發(fā)出的熱量 Q ?? t dtiRQ 0 2 （ 22） 式中 Q— 發(fā)熱量 ， J； i— 雷電流， A； R— 雷電流通道的電阻，Ω； t— 雷電流持續(xù)的時間， s。 實際上，雷電流作用的時間很短，散熱影響可以忽略，在電流通路上引起的溫升Δ T 為 mcQT?? （ 23） 式中 Δ T — 溫升， K； m— 雷電流通過的物體質(zhì)量， kg； c— 通過雷電流的物體的比熱容， J/kg K。 如果雷電擊在電弱電設(shè)備上，由于雷電流很大，通過的時間極短，被擊得物體瞬間產(chǎn)生巨大熱量，又來不及散發(fā)，將產(chǎn)生巨大的爆炸力。當雷電流通過金屬體時，如果金屬體的截面積不夠大時，甚至可使其熔化。因為通道的溫度可高達 6000℃ ~10000℃ ，甚至更高。因此在雷電流通道上遇到易燃物質(zhì)，可能引起火災(zāi)。 雷電流沖 擊波的破壞作用 雷電通道的溫度高達幾千度至幾萬度，空氣受熱急劇膨脹，并以超聲速度向四周擴散，其外圍附近的空氣被強烈壓縮，形成“激波”。被壓縮空氣層的外界稱變電站防雷接地技術(shù) 10 為“激波波前”?！凹げúㄇ啊钡竭_的地方，空氣的密度、壓力和溫度都會突然增加?！凹げúㄇ啊边^去后，該區(qū)壓力下降，直到低于大氣壓力。這種“激波”在空氣中傳播，會使其附近的電力線路、電氣設(shè)備受到破壞。 感應(yīng)雷的影響 感應(yīng)雷對弱電設(shè)備的影響主要是指在雷云之間放電或雷云對地之間放電時，在附近的戶外傳輸信號線路、埋地電纜線路、設(shè)備連接線上產(chǎn)生電磁感應(yīng)并侵入設(shè)備， 使串聯(lián)在線路之間或線路末端的電子設(shè)備受到損壞。感應(yīng)雷雖不如直擊雷猛烈，但其發(fā)生的概率比直擊雷高得多。 當雷云層與層之間以及雷云與大地之間放電時，在放電通道周圍產(chǎn)生的電磁感應(yīng)、雷電電磁脈沖的輻射以及雷云電場的靜電感應(yīng)，使建筑物上的金屬部件、管道、鋼筋和由室外進入室內(nèi)的電源線、信號傳輸線、天線饋線等感應(yīng)出雷電高電壓，并通過這些線路以及進入室內(nèi)的管道、電纜等引入室內(nèi)造成電子設(shè)備損壞。顯然感應(yīng)雷危害是大面積的，是危害電子設(shè)備的主要干擾源。 例如，當雷擊大地時，在線路產(chǎn)生感應(yīng)過電壓的值可以按下述經(jīng)驗公式估算 IbhU cp ??? )/(25 （ 24） 式中 U — 感應(yīng)過電壓， kV； I — 雷電流幅值， kA； b — 雷擊點與導(dǎo)線間的水平距離， m； cph —— 導(dǎo)線平均高度， m。 當雷擊電流為 30kA 斜角波，雷云高度為 3km，導(dǎo)線高度為 10m，雷電擊中距 500m 長架空線路中點 100m 處的地面時，則線路上會產(chǎn)生感應(yīng)電壓幅值為 75kV的振蕩波。此振蕩波為電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)共同作用的結(jié)果。雷電感應(yīng)是雷電流的強大電場以及磁場變化時產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)造成的。 靜電感應(yīng) 當建筑物頂部或其他導(dǎo)體處于雷云與大地間所形成的電