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电变站防雷接地技术1大学论文

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本科生毕业论文（设计）

题目：

变电站防雷接地技术

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内容摘要

变电站是电力系统的重要组成部分，它是防雷的重要保护部位。

防雷措施不完善，如果发生雷击事故，将会导致变电站发生故障，因而会造成大面积的停电，严重影响社会生产和人民生活。

因此，要求变电站的防雷保护措施必须是十分可靠的。

现代各种电气设备的普遍应用，对接地的要求也越来越高。

一旦有雷电波侵入，接地系统是保证电气设备正常运行和人身安全的重要措施。

因而接地问题必须受到充分的重视。

本论文所要研究的对象是35KVA变电站的防雷接地设计。

以国家《防雷接地标准》为依据且结合变电站具体情况，对变电站的防雷接地方面进行设计。

首先根据变电站的电气主接线图等实际情况，在了解雷电参数、雷电机理以及学习各种防雷装置的基础上，采用设计避雷针并计算验证其保护范围实现对变电站直击雷的防护；对变电站雷电侵入波的防护实现，则通过选择安装避雷器型号和设计变电站进线段的保护接线。

最后在了解接地基本知识后，计算其接地电阻、最大土壤电阻率、垂直接地体根数等，实现对此35KV变电站的接地保护设计。

目录

内容摘要I

1绪论1

1.1变电站防雷接地的意义1

1.2课题的研究背景2

1.3本次论文的主要工作2

2变电站的防雷保护3

2.1变电站的直击雷保护4

2.2变电站的侵入波保护5

2.3变电站的进线段保护6

2.4避雷针与避雷线的保护范围的计算7

2.5避雷器的保护距离9

3变电站的防雷接地11

3.1接地概述11

3.2接地电阻11

3.3变电站接地装置12

3.4变电站的接地原则13

3.5降低变电站接地装置工频接地电阻的措施13

4变电站防雷接地设计实例15

4.1变电站的规模15

4.2变电站位置的自然条件15

4.3避雷针的设置及防雷保护校验15

4.4接地装置的设置20

5结论23

参考文献24

1绪论

1.1变电站防雷接地的意义

在现代社会里，电力已成为国民经济和人民生活必不可少的二次能源，它在现代工农业生产、人们日常生活及各个领域中已获得了广泛应用。

离开了电力，要想实现人类社会的物质文明和精神文明是根本不可能的；供不好电力，要实现国家的现代化也是办不到的。

我国城乡各行各业广泛使用的电力，绝大部分由电网供给，所以，“电业事故是国民经济的一大灾难”。

电力系统的安全运行有两方面的要求，一是要保证设备及人身的安全，二是要保证电力系统的正常运行。

这些都与接地装置的设计是分不开的。

在以往电力的规程中，在跨步电压满足的前提下，发电厂、变电站的接地电阻应小于0.5欧姆的标准。

然而在新的电力规程《交流电气装置的接地》中，对接地电阻有了更高的要求；另一方面，在电力系统的规模逐渐扩大的同时，而短路电流却随之增加，这也对接地设计的难度大大加高了。

在高土壤电阻率区，这一问题尤为突出，因此对降低接地的电阻必须采用各种措施。

雷电一直是影响电力系统安全稳定运行的重要原因，对于处在雷电频发地区的电力设备来说，防雷保护就显得至关重要。

我国是雷电活动十分频繁的国家，全国有21个省会城市雷暴日都在50天以上，最多可达134天。

据不完全统计，我国每年因雷击造成人员伤亡达3000~4000人，损失财产50~100亿元人民币。

随着社会经济发展和现代化水平的提高，特别是信息技术的快速发展，雷电灾害程度和造成的经济损失及社会影响也越来越大。

变电站的作用是改变电压，在电力系统中起着很重要的作用，不幸遭遇雷击，极有可能对电器设备造成严重的损坏，以至于正常的运行受到影响而导致大面积的停电，现在的变电站都有较为完善的防雷接地保护措施，变电站的设备遭雷击损坏的概率较小，变电站的防雷措施得以进一步完善，基本能够确保电力系统运行的正常。

电力系统的安全运行有两方面的要求，一是要保证设备及人身的安全，二是要保证电力系统的正常运行。

这些都与接地装置的设计是分不开的。

电气安全工作是一项综合性的工作，有工程技术的一面，也有组织管理的一面。

工程技术和组织管理相辅相成，有着十分密切的联系。

电气安全工作主要有两方面的任务。

一方面是研究各种电气事故，研究电气事故的机理、原因、构成、特点、规律和防护措施；另一方面是研究用电气的方法解决各种安全问题，即研究运用电气监测、电气检查和电气控制的方法来评价系统的安全性或获得必要的安全条件。

所有防雷接地技术不仅是电气安全工程技术的一方面，更是电气安全工作的重中之重。

变电站是电力系统的心脏和枢纽，一旦遭受雷击，引起变压器等重要电气设备绝缘毁坏，不但修复困难，而且造成大面积、长时间停电，必然给国民经济带来严重损失，跟人民生活带来诸多不便。

因此，变电站的防雷接地保护技术必须十分可靠。

1.2课题的研究背景

变电站是电力系统防雷的重要保护设施，如果发生雷击事故，将造成大面积的停电，严重影响社会生产和人民生活。

为保证电力系统的安全运行，电力系统应根据被保护物的重要性和危险程度的不同，对于直接雷、雷电感应、雷电侵入波应采取相应的防雷保护措施。

因此要求变电站的防雷保护措施必须十分可靠。

长期以来，国内外学者在雷电活动规律、雷击线路物理过程方面做了大量的研究工作，建立起较为完善的输电线路防雷理论体系。

雷电流幅值、波形、地闪密度以及线路落雷次数对于分析线路防雷性能极为重要，但雷电数据分散性较大，需要长期统计雷电数据。

所有可以说变电站的防雷安全形势不容乐观，主要表现在：

一是社会人民防雷安全意识不强,对雷电灾害的危害性认识不够,事不关己的态度旁观此事；二是随着社会经济的发展,雷电灾害的危害途径增多,防雷安全理念已发生巨大变化,不仅要有传统的防御直击雷,还要防感应雷。

而许多地方还是采用传统的防雷方式，防雷效果较差。

1.3本次论文的主要工作

随着电力工业的发展，自动化程度越来越高，对安全供电的要求也越来越高。

为了防止各种电气事故，保障人民生产、生活的正常有序进行，电气安全已成为社会关注对象，各种电气安全措施也正在建立与完善。

本课题是针对我国农村35KV变电站进行防雷接地保护设计；根据变电站国家防雷接地标准，结合35KV变电站电气接线图以及具体情况，学习利用各种防雷接地装置等，实现对变电站的直击雷防护、雷电侵入波防护以及变电站的接地保护设计，具有一定广泛性。

2变电站的防雷保护

雷电是雷云层接近大地时，地面感应出相反电荷，当电荷积聚到一定程度，产生云和云之间以及云和大地之间放电，迸发出光和声的现象。

供电系统在正常运行时，电气设备的绝缘处于电网的额定电压作用之下，但是由于雷击的原因，供配电系统中某些部分的电压会大大超过正常状态下的数值，通常情况下变电站雷击有两种情况：

一是雷直击于变电站的设备上，二是架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电站。

其具体表现形式如下：

（1）直击雷过电压。

雷云直接击中电力装置时，形成强大的雷电流，雷电流在电力装置上产生较高的电压，雷电流通过物体时，将产生有破坏作用的热效应和机械效应。

（2）感应过电压。

当雷云在架空导线上方，由于静电感应，在架空导线上积聚了大量的异性束缚电荷，在雷云对大地放电时，线路上的电荷被释放，形成的自由电荷流向线路的两端，产生很高的过电压，此过电压会对电力网络造成危害。

（3）雷电侵入波。

架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电站，是导致变电站雷害的主要原因，若不采取防护措施，势必造成变电站电气设备绝缘损坏，引发事故。

防雷措施总体概括为两种:

①避免雷电波的进入；

②利用保护装置将雷电波引入接地网。

防雷保护措施应根据现场常见的雷击形式、频率、强度以及被保护设施的重要性、特点安装适宜的保护装置。

常见的防雷保护装置有下面几种：

（1）避雷针是防直接雷击的有效装置。

它的作用是将雷电吸引到自身并泄放入地中，从而保护其附近的建筑物、构筑物和电气设备等免遭雷击。

避雷针的保护原理是：

当雷云中的先导放电向地面发展，距离地面一定高度时，避雷针能使先导通道所产生的电场发生畸变，此时，最大电场强度的方向将出现在从雷电先导到避雷针顶端（接闪器）的连线上，致使雷云中的电荷被吸引到避雷针，并安全泄放入地。

（2）避雷线是由悬挂在保护物上空的镀锌钢绞线（即接闪器，截面不得小于

35mm²）、接地引下线和接地体组成。

（3）避雷器是用来限制沿线路侵入的雷电压（或因操作引起的内过电压）的一种保护设备。

避雷器主要作用是降低入侵的雷电波，使之能够达到电气系统设备绝缘强度允许值以内。

我国主要的避雷器是采用金属氧化物式避雷器。

为了使避雷器能够达到预想的保护效果，必须满足如下两点基本要求。

（1）具有良好的伏秒特性，以实现与被保护电气设备绝缘的合理配合。

伏秒特性，是表达绝缘材料（或空气间隙）在不同幅值的冲击电压作用下，其冲击放电电压值与对应的放电时间的函数关系。

（2）间隙绝缘强度自恢复能力要好，以便快速切断工频续流，保证电力系统继续正常工作。

对于有间隙的避雷器以上两条都适宜，这类避雷器主要有保护间隙、管式避雷器及带间隙的阀式避雷器。

对于无间隙的金属氧化物避雷器，基本技术要求则不同，它没有灭弧问题，相应的却产生了独特的热稳定性问题。

2.1变电站的直击雷保护

雷闪直接对电气设备放电引起的过电压称为直击雷过电压，其极性与雷电流的极性相同为负。

直击雷过电压的幅值可达上千千伏以上，很显然，大多数击于输电线或电气设备上的都会产生闪络，可能导致火灾或爆炸。

但对于高压配电线路，往往受厂房和高建筑物的屏蔽，所以遭受直击雷的几率较小。

装设避雷针是直击雷防护的主要措施,避雷针是保护电气设备、建筑物不受直接雷击的雷电接受器。

它将雷吸引到自己的身上,并安全导人地中,从而保护了附近绝缘水平比它低的设备免遭雷击。

变电站装设避雷针时,应该使站内设备都处于避雷针保护范围之内。

此外,装设避雷针时对于35KV变电站必须装有独立的避雷针,并满足不发生反击的要求；对于110KV及以上的变电站,由于此类电压等级配电装置的绝缘水平较高,可以将避雷针直接装设在配电装置的架构上。

因此,雷击避雷针所产生的高电位不会造成电气设备的反击事故。

避雷器及其配制原则

1、独立避雷针宜设独立的接地装置。

在非高土壤电阻率地区，其工频接地电阻不宜超过10。

当有困难时，该接地装置可与主接地网连接，使两者的接地电阻都得到降低。

但为了防止经过接地网反击35kV及以下的设备，要求避雷针与主接地网的地下接地点至35kV及以下的设备与主接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15m。

经15m长度，一般能将接地体传播的雷电过电压衰减到对35kV及以下的设备不危险的程度。

独立避雷针不应设在人经通行的地方，避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜小于3m，否则应采取均压措施，或铺设砾石或沥青地面。

2、电压110kV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的架构或屋顶上，但在土壤电阻率大于1000的地区，宜装设独立避雷针。

否则，应通过验算，采取降低接地电阻或加强绝缘等措施，防止造成反击事故。

装在架构上的避雷针应与接地网连接，并应在其附近装设集中接地装置。

装有避雷针的架构上，接地部分与带电部分间的空气中距离不得小于绝缘子串的长度；但在空气污秽地区，如有困难，空气中距离可按非污秽区标准绝缘子串的长度确定。

避雷针与主接地网的地下连接点至变压器接地线与接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15m。

在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线。

这是因为门型架构距变压器较近，装设避雷针后，架构的集中接地装置距变压器金属外壳接地点在地中距离很难达到