论文总字数：17104字

目 录

摘要 II

Abstract III

目录 1

1 绪论 3

1.1课题研究的重要意义 3

1.2国内外防雷保护发展及研究现状 4

1.3本文完成的工作 5

2 变电站的实际勘测 5

2.1变电站概况 5

2.2变电站的防雷指标划分 6

3 变电站的直击雷防护 7

3.1变电站直击雷保护措施的选用 7

3.2变电站的直击雷防雷方案 9

4 变电站的雷电侵入波保护 11

3.1雷电波的侵入原因 11

3.2雷电侵入波的保护措施 11

5 变电站的接地 13

6 变电站感应过电压的防护 15

6.1感应过电压的防护措施 15

6.2设备本身的防护 15

6.3 110kV电气设备的选择 15

6.4 东台市变电站内部防雷设计 16

6.5 一些室内设备的防雷设计 22

7 变电站电源系统防雷保护措施 23

7. 1电源系统防雷中存在的不足 23

7.2电源系统防雷保护措施 24

总结 27

致 谢 28

参考文献 29

1 绪论

1.1课题研究的重要意义

在自然界中，雷电的危害十分可怕，尽管在我们的日常生活中见到的人体雷击、建筑物雷击都不是很多，但是一旦发生造成的危害是不可逆的。而近年来，伴随着世界经济的发展和人民生活水平的提高，对于安全性的依赖大大提升，需要全面提升我们防雷装置的可靠性来确保人类的幸福安康。

全世界每一天的雷电大概有八百万次，雷击对人员的伤害和对于财产的破坏都是十分巨大的。美国人曾经做过一项统计，在美国每一年因为雷电，损失的财产超过五十亿。并且伴随雷击，还会有火灾出现，导致森林的破坏等。而基本上在户外，超过一半的火灾都跟雷电有很大的关系；有三成以上的电力故障是雷电造成的。德国有一家保险公司对财务损坏的案件进行了搜集，因为雷电的原因造成的财产损失达到了三成左右。由此可见，对于防雷设计的迫切需求和防雷设施的可靠性的重要性。

我们国家的雷电活动是非常多的，我们国家省会城市，有21个地方出现雷电天气超过了五十天，有的地方最多的时候，雷电天气达到134天。有部分进行过统计，我们国家每年因为被雷击打手上的人员超过了三千人，损失的金钱达到了一百亿人民币。现在经济发展的很快，科技发展的也很快，尤其是信息技术发展的这么快，这样雷电造成的损失就非常大了，影响社会的范围也是更大了。在1996年到1999年这段时间里面，广东发生的雷电伤亡事故达到了六千起，伤亡的人数超过了六百五十人，造成的金钱的损失达到十五亿的人民币。

而对于电力系统来说，要想安全可靠地进行工作，采取何种方式手段避雷防雷是至关重要的。现在科技发展很快，避雷器生产的时候技术水平也变得更高，并且现在金属氧化物避雷器用的越来越多，在变电站的压力很高的地方可以避免被雷电损坏。另外，现在电力系统的自动化程度是在变高的，控制、保护机器的主要零件是微电子，在很多规模非常大的变电站中，进行采样和计量的系统里用的相当多。虽然采用的比较多的电磁保护装置，对热的承受能力比较高，对于高脉冲的承受能力也是很高的，所以在一般情况下虽然说可以承受雷电的击打，但是在工作状态中，电压只有几伏，信号电流更是非常的小，丝毫不能承受雷电的击打。

从以上描述可以看出：对于社会来说，电气还有电子技术是非常重要的，尽管发展的很快，将生产力发展了不少，将社会经济提升了很多，不过它还是有很多问题的，比方说：伴随电子电气的运用，电磁干扰和噪声干扰是变大的；此外，现代电子科技的发展方向是频率更高，速度更快，体型更小，更加网络化、智能化，但是同时这些电子设备除了受到直接的损坏，还会受到间接的损害。

1.2国内外防雷保护发展及研究现状

电网发展从十九世纪的七八十年代开始开始发展电力网，在那个时期是没有任何过电保护装置的。后来在八十年代的时候，使用了导雷器，这样就可以对间隙串联的熔断器进行保护。到了二十世纪，又研究出来了游离避雷器。整个电力系统发展那是相当快的，那么相对的高压系统也在不停升级。 比如从500kV的MOA升级到750kV的MOA，造价从20多万元一组上升到30万元一组，设备的高度也从5m多高变成高8m左右，那些用来保护回路的各种SPD都是新生代。

1908年，瑞士的某位学者提出，加装防雷元件用来抵抗雷电的伤害，这时的防雷元件就是一个高压的电容器，大多会跟电抗线圈合在一块，变成一个可以防雷的吸波器。到了 30年代，前苏联的某个电力系统曾就用过电感线圈同时来保护好几个33kV的变电所，他们是把阀型的避雷器装到电感线圈的外面，这样出现了电感跟变压器入口的电容产生谐振作用，变压器就会受伤，只是他们没有好好总结，导致大部分的电感元件没有再用上。到了60年代，波兰在35～110kV的变电所里面，在进线口那里装上电感元件，这个起到很好的防雷作用的，他们是在变压器跟电感元件之间，加上一个阀型的避雷器，可以保证不带来L-C的谐振了。用电容电感元件来保护一直沿用到现在，它还可以用来保护旋转电机的工作。

这几年电子设备的应用是相当广的，大多数还是装在室外的，这样防雷才会被大家重视，与此同时，防雷的理论依据和防雷技术才会越来越全面先进。

在1978年，美国电力科学研究发明了一套新的变电站开关柜，同时用它来做实验，把它受到的电磁干扰做了测试总结。整个研究共花去了十多年，分成两个时间段。

第一个阶段进行的研究，得出了一个初步的测试结果，开发出了测量的系统、测试出变电站的电磁变化，把这些数据记载下来并且进行分析总结。

第二个阶段主要是来测变电站的瞬态电磁场有什么变化，注意微脉冲，把其中一些测量结果记录下来，按照不同的频率、不同的磁场强度下发生的情况做出了定性的总结。把开关的操作、雷击测试、故障下的二种瞬态电磁干扰波形时什么形态，跟之前的抗扰度试验里总结出来的极限标准值做了比较。但是上述工作还没有对二次设备的电磁环境做进一步分析。

在我国，在电磁兼容方面开始得比较早的行业是邮电广播业、交通船舶业、军工业等等，都是结合着各个行业自身的特点量身改造发展的。到了80年代，人们对微电子技术的如何进行继电保护逐渐推广开来，相应的电力部门也对变电站的电磁兼容情况逐渐加强了。清华大学深入研究了电力线路干扰到临近的通信线路/金属管线的问题，并且相应的在数学建模、计算方式上面来不停验证。南京自动化研究院和四方公司合作，对二次弱电设备上的抗干扰处理的问题深入地分析研究。

现在国内正在建设的变电站，在电压等级和主接线的结构上都跟国外的系统不一样，所以国外的测量结果都只能当做辅助的内容。不过想要弄清国内变电站受到雷击时，瞬态的电磁是怎么变化的，变化的大小情况，只有靠我国自己来做测试总结才行。

1.3本文完成的工作

这次课题需要进行的设计任务是下面几点：

1、分析雷电对变电站里面设备的影响,雷电是怎么进到设备里的，结合雷电路线总结出对设备带来的伤害。

2、结合变电站提出的直接雷击条件来实现最安全的保护。

3、通过不同的接地形式，选出最合适的接地方式，布好相关的接地网。

4、变电站的电源系统也要进行防雷，进一步把电源系统的防雷举措给定下来。

2东台市变电站的实际勘测

2.1变电站概况

本文所述变电站为东台市三仓镇变电站，下文简称东台市变电站。该变电站为110kV变电站，位于东台市三仓镇人民路与226省道交叉路口西侧，周围比较空旷，没有什么建筑物。

本文所述东台市某变电站的实际面积74m×38m，实际为一个矩形形状，各楼主体为一个不规则图形。变电站入口位于北侧偏西处，入站后向南28m到31.5m处左右为事故油池，变电站北侧为配电装置楼，配电装置楼东侧为电容器室2。配电装置楼南侧为三处主变电楼，1号变电楼位于最西侧，2号在中间，3号在最右侧。在1号变电楼的左侧为电容器室1，电容器室1的北侧为安全消防器材间、生活间、卫生间和警卫室。入口东侧67m出为消防水池，大约占地120平方米，消防水池下侧为水泵房，约占地30平方米。全站均为混凝土地面。室外站内设备主要有道路灯杆，和监控摄像头，室内设备主要有水泵、GIS室、排风扇、检修电源箱、空调等。变电站一层的设备主要是10kV配电装置室，二层为110kV GIS室和二次设备室。警卫室有计算机一台，监控摄像头一台，空调一台。如图2.1-1所示。

东台市位于黄海附近，气候湿润，降雨较为充沛，经气象局问询勘察，土壤电阻率为150Ω.m，年平均雷暴日为39.0天

图2.1-1变电站示意图

2.2 变电站的防雷指标划分

根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010，确定建筑物年预计雷击次数按下式计算： N = kNgAe（次/a）；

Ng ≈ 0.1Td（次/km²·a）

式中：

N 为一年内建筑物预计遭受雷击的次数(次/a)；

k 为根据地理位置环境的雷击次数校正系数，前文提到变电站四周空旷，无大型建筑，所以在此取值2。

Ng 建筑物所在地点雷击大地的年平均密度[次/(km²·a)]；

Ae 与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km²）^[4]。

对于该变电站Ae计算方法符合下列规定：

建筑物高度Hlt;100m时，变电站四边的扩大宽度D(m)，等效截收面积^[5]，应该按下列公式计算确定^[4]：

扩大宽度：

等效截收面积Ae=[LW 2(L W)×D π·]·10^-6

式中L是建筑物的长（m）、W是建筑物的宽(m)、H是建筑物的高（m）。

根据上述公式和变电长宽高数据，可以得到D≈36.8,Td为前文提到雷暴日为39.0天，

Ae=0.09,Ng=0.1Td=3.90,N=kNgAe=2×3.90×0.009≈0.072（次/a）大于0.06

根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》规定以及前面计算得到的预计雷击次数，确定此加油站属于二类防雷建筑物。

3 变电站的直击雷防护

3.1变电站直击雷保护措施的选用

对于变电站防止受到直击雷要做到下面几个方面：

1.避免雷电的反击作用：设备选的接地点一定不能太靠近避雷针的引地线的进地的点位，设置的避雷针的接地的下引线也要离电气设备远一点。
2.装的接地部分一定要足够集中：上面提到的接地要跟总线的地网连在一起，加装的一定要集中到接地装置上，工频的接地电阻大小要比10Ω小。
3.对于主控室/楼、网络的控制楼、室内的配电装置等面对直击雷要怎么保护

①如果屋顶上面有金属物件或者装了金属的结构，可以用金属部位直接来接地。②如果屋顶是钢筋混凝土材料的，需要把钢筋焊接成一个网进行接地布置。③如屋顶根本不好导电，加装避雷带，这种避雷带的网络是8～10m设置引下线来接地。

变电站防最直接最常见的就是装上避雷针，来防止直击雷。避雷针的原理就是把雷电引到自己身上，从自己身上把雷电流安全地泄进土地里面，这样就保护了相关电气设备、建筑物等；如果有雷电击打到避雷针，大多不会出现反击的现象，生成的高电位一般不会让电气设备发生反击的事故。

避雷针的材料大多是选镀锌圆钢/镀锌钢管的。避雷针的最下面要加上引下线，通过引下线连到接地装置上去。避雷针可以防护范围的大小，主要是看可以保护覆盖的空间大小来定的。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：17104字

相关图片展示：