【正文】 最后感謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)中為我提供幫助的眾多益友和同學(xué)，以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者，在此表示衷心的感謝，感謝他們對我的幫助與教導(dǎo) ！ 33 參考文獻(xiàn) [1]常美生 .高電壓技術(shù) .北京：中國電力出版社， [2]沈培坤，順喜 .防雷與接地裝置 .北京：化學(xué)工業(yè)出版社 .工業(yè)裝備與信息工程出版中心， [3]李富同 .電力系統(tǒng)電磁兼容性問題綜述 [J].安全與電磁兼容， 2020（ 5） ： [4]徐一凡 .高壓電器絕緣及測試 .北京：中國電力出版社， [5]熊泰昌 .電力避雷器的原理實(shí)驗(yàn)與維修 .北京：水利電力出版社， [6]翁雙安 .供配電工程設(shè)計(jì)指導(dǎo) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， [7馮杰，司馬文霞，楊慶 .35kV 變電站雷電侵入波特性的仿真與分析 [J].高電壓技術(shù)， (2)8991 [8] 萊塔儒勒 .電力系統(tǒng)中的電磁兼容 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 [9]劉兆林，張國強(qiáng)，溫碧紅 .氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備運(yùn)行及維護(hù)規(guī)程 .北京：中國電力出版社， [10] 王洪新，賀景亮 .電力系統(tǒng)電磁兼容 .武昌：武漢大學(xué)出版社， 2020 。在此，我對饒 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。 設(shè)計(jì)中對 主要的雷擊方式、傳統(tǒng)變電站防雷措施、變壓器中性點(diǎn)保護(hù)、 變電站的入侵波過電壓保護(hù)、 絕緣配合與避雷器選擇、氣體絕緣變電站（ GIS）的過電壓保護(hù) 進(jìn)行了分析，通過這次設(shè)計(jì)使我增加了很多知識，掌握了很多防雷保護(hù)的知識，對雷電方面的有了深入的了解，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段日子里，我所獲得的知識將是大學(xué)期間最珍貴的。從設(shè)計(jì)整體方案的確立到每章節(jié)內(nèi)容的詳 細(xì)審定，無不傾注了饒 老師的巨大心血和辛勞。實(shí)驗(yàn)和計(jì)算得出，在電纜首端裝設(shè)一組氧化鋅避雷器 [如圖83（ a） 所示 ],雖然可滿足保護(hù)要求，但若在 GIS 入口處再加裝一組氧化鋅避雷器 [如圖 83（ b） 、（ c） 所示 ]，保護(hù)效果會更佳。 30 GIS 變電站雷電過電壓保護(hù)接線方式 GIS 變電站過電壓保護(hù)接線方式有以下幾種： (1)進(jìn)線為架空線路： GIS 與架空線直接相連的保護(hù)接線見圖 82 所示，共有五種：（ a） 表示母線長度在 50m一下的 GIS，只在 GIS 入口處外側(cè)裝設(shè)一組氧化鋅避雷器；（ b） 表示在 GIS 入口側(cè)裝設(shè)一組氧化鋅避雷器，效果更好；對于母線較長的 GIS，則采用（ c） 及（ d） 接線，即在變壓器出口加裝一組氧化鋅避雷器；如果母線很長，采用（ e） 接線方式，即在母線中再增設(shè) 一組氧化鋅避雷器。 (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。而 GIS 變電站中的 SF6氣體絕緣處于均勻或稍不均勻電場中， SF6 的沖擊伏秒特性平坦，雷電沖擊絕緣水平與操作沖擊絕緣水平十分接近。 GIS變電站的絕緣與一般敞開式變電站的絕緣在伏秒特性及極性效應(yīng)上的差異是因?yàn)樗鼈兊慕^緣介質(zhì)中電場分布不同而引起的。 (1)GIS 的絕緣的伏秒特性教平坦，其沖擊系數(shù)很小（為 ～ ），且其負(fù)極性擊穿電壓比正極性低。 (3)如果在暫態(tài)過程中觸及“接地”的設(shè)備外殼（ GIS 外殼），就會感到刺痛或失控，危及人身安全。 降低 VFTO 的主要措施有：優(yōu)化 GIS 變電站設(shè)計(jì)；改進(jìn) GIS 變電站連接方式及優(yōu)選參數(shù)，采用優(yōu)良的隔離開關(guān)，隔離開關(guān)加裝電阻等。 VFTO 對避雷器和變壓器的影響 ： GIS 中隔離開關(guān)操作引起的 VFTO，雖然幅值不算太高（一般為系統(tǒng)電壓的 2倍左右），但其等值頻率高、陡度大（有時可達(dá) ? ,即使在變壓器處也可達(dá) ? ），該 VFTO 作用在避雷器上會產(chǎn)生很大的脈沖電容電流，從而可引起避雷器的頻繁動作。但由于 VFTO 過電壓的波頭部分頻率很高，在高頻 VFTO 的作用下，容抗遠(yuǎn)小于感抗，所以可以忽略感抗 而僅考慮容抗的影響。 當(dāng) GIS 與 變壓器 相連時， VFTO 對 變壓器 的作用類似于沖擊過電壓。當(dāng) TFT 由 GIS向外部傳播時，產(chǎn)生暫態(tài)地電位升高（ TGPR）， TGPR 會造成人員受擊，控制、保護(hù)設(shè)備的誤動作和二次設(shè)備損壞等后果。例如，近年巴西的 Graiau 500kVGIS 變電站在運(yùn)行的初期，就曾因隔離開關(guān)操作產(chǎn)28 生的 VFTO 造成 GIS 外殼內(nèi)部的火花放電， 500kV 油紙?zhí)坠艿?炸裂和變壓器故障等。當(dāng) VFTO 嚴(yán)重時在 GIS 的不同部位，如隔離開關(guān)本身、間隙中、沿支持件、套管和變壓器會出現(xiàn)故障。 GIS 變電所中的暫態(tài)過電壓問題 在全封閉 SF6 氣體絕緣變電站（ GIS）中，隔離開關(guān)的操作會產(chǎn)生特快速暫態(tài)過電壓（ VFTO）。 （ 3）安裝工作量小，檢修周期長。 （ 2）有利于環(huán)境 保護(hù)。有更好的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 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。 27 8 氣體絕緣變電站（ GIS）的過電壓保護(hù) GIS 變電站 GIS 的定義為：全部或部分采用氣體而不采用處于大氣壓下的空氣作為絕緣介質(zhì)的金屬封閉開關(guān)設(shè)備。在中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中，X0/X1的值一般不超過 3，以這種極限來計(jì)算， 0U 最大可達(dá) lmUUUU % 30 ???? ?? 式中 Ulm為最大運(yùn)行的線電壓，因此一般建議選取 40%Ulm為避雷器額定電壓。 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。 （ 1）避雷器的保護(hù)水平應(yīng)低于中性點(diǎn)的沖擊絕緣水平。在中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中，因繼電保護(hù)的需要，部分變壓器的中性點(diǎn)有時也處于未接地狀態(tài)，如果中性點(diǎn)是降低絕緣的，也需加以保護(hù)。另外，還需在安裝場所檢驗(yàn)避雷器的密封性能，測量碳化硅避雷器的工頻放電電壓。為確保安全運(yùn)行，避免外絕緣閃絡(luò)事故，最好按下式校驗(yàn)避雷器瓷套的耐受強(qiáng)度 0 ???? HUU （ 73） 式中 U0海拔不超過 1000m 時的沖擊或工頻試 驗(yàn)電壓， kV； U在高海拔地區(qū)應(yīng)承受的外絕緣強(qiáng)度， kV； H海拔，在 1000～ 4000m 之間， m。 我國 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，因此對正常絕緣的設(shè)備在選擇避雷器時，校驗(yàn)步驟可大為簡化。例如安裝地點(diǎn)的高度、是否有強(qiáng)烈震動和嚴(yán)重污穢、被保護(hù)設(shè)備的特殊性等。 （ 5） GIS 組合電器的絕緣配合是目前研究的一個課題，有關(guān)配合系數(shù)尚需經(jīng)過計(jì)算或模擬試驗(yàn)后確定，不過一般而言，避雷器與被保護(hù)設(shè)備之間的距離很近，這一點(diǎn)是對絕緣配合有利的。 （ 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)。 （ 1）確定系統(tǒng)的額定電壓和頻率。 避雷器的選擇 雷器能將侵入變電所的雷電波降低到電氣裝置絕緣強(qiáng)度允許值以內(nèi)。 IEC 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定操作過電壓作用時采取的最小保護(hù)裕度也為 15%（ K=），考慮雷電過電壓作用時， 52kV 以下配電系統(tǒng)配合系數(shù)為 （美國、加拿大生產(chǎn)的絕緣強(qiáng)度高的電力設(shè)備允許配合系數(shù)為 ），其余電壓等級中配合系數(shù)為 或 。 在實(shí)際中，除了保護(hù)裕度之外，還使用配合系數(shù)，其表達(dá)式如下 避雷器的保護(hù)水平設(shè)備的絕緣耐受強(qiáng)度?K （ 72） K也稱安全因數(shù)。 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。s 的三組沖擊放電電壓與操作沖擊殘壓中取最大值；氧化鋅避雷器則取波頭 30～ 60181。s， 150～ 300181。s 波形下殘壓。 （ 1） 對于雷電過電壓，碳化硅避雷器應(yīng)在 標(biāo)稱放電電流 8/20181。因此，絕緣配合與避雷器的選 擇是一個在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上綜合考慮的過程。避雷器一般裝設(shè)在母線上，如一組避雷器不能滿足要求，則應(yīng)考慮增設(shè)。圖中 35～ 110kV級系按普通閥型避雷器計(jì)算，不難理解采用保護(hù)性能比較普通閥型避雷器更好的磁吹閥型避雷器或氧化鋅避雷器，就能增大保護(hù)距離。 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。超過最大電氣距離后，設(shè)備上所受的沖擊電壓 Us將超過其沖擊耐壓（多次截波耐壓值） Uj，保護(hù)失效。 避雷器與保護(hù)設(shè)備最大允許電氣距離 從 前面的分析可以看出，當(dāng)侵入陡度一定時，避雷器與被保護(hù)設(shè)備之間的電氣距離越大，設(shè)備上電壓高出避雷器的殘壓 也就越多。 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(dāng)雷電波侵入變電所時，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)。這種波形和全波相差很大，對變壓器絕緣的作用與截波相近，通常拿它的最大值與變壓器的多次截波耐壓值（約等于三次截波耐壓值的1/）。如果考慮 Q 處有電氣設(shè)備電容存在 Q 點(diǎn)的電壓左右波阻不同，則避雷器動作后產(chǎn)生的負(fù)電壓波也將在 B點(diǎn)和 Q點(diǎn)之間發(fā)生多次反射，同樣將使 Q點(diǎn)的電壓也具有振蕩性。 當(dāng)侵入波侵入變電站時，變電站設(shè)備上所承受沖擊電壓的最大值其差值 Us可用下 vlabUSU 25 ??? (68) 式中： l為電氣設(shè)備與避雷器之間的電氣距離。這樣， 就相當(dāng)于在 t=t1時在 B點(diǎn)疊加了一個負(fù)的電壓波 2a（ tt1） ，因此 t≥ t1時 ? ? ? ? 5221222 ???????? ?????????? ?? bUvlftattavltatBu (64) 由式（ 64）可得 vlabUft 22 5 ??? (65) at L B T at L B T L1 L2 (a) (b) 圖 63 分析雷電波侵入變電所的典型接線 18 UB(t)的大小和波形見表 61和圖 64（ a） 表 61 避雷器上電壓 uB(t) t Bu vt 2l2＜ at vtt 2l21 ＞＞ ?????? ???????? ?? vltavltaat 2222 ftt＞ ? ? 52121222 ???????? ?????????? ? bUvltattavlta 同理，由圖 63（ b） 可以求得 uL(t)和 uT（ t） ，見表 62和表 63和圖 64（ b） 、（ c） 。 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