110kV变电所防雷设计

论文总字数：12154字

目 录

1. 引言 1

第2章 110kV变电所外部防雷保护设计 1

2.1 雷电防护设计对变电所设计的意义 1

2.2 郭猛镇110kV变电所勘察资料 2

2.3 110kV变电所选用防雷装置 3

2.4 变电所避雷针的设计和验证 4

第3章 短路电流的计算和接地装置的设置安排 6

3.1 短路电流的计算 6

3.2 接地装置的选择 13

3.3 接地装置的布置原则 14

3.4 接地装置的设置 14

3.5 接地电阻的计算 16

3.6 变电所二层接地装置的设置 17

第4章 变电所建筑内二次系统防雷措施 19

4.1 二次设备防雷原则 19

4.2 二次设备防雷的具体措施 19

第5章 结论 21

参考文献 22

致谢 23

第1章 引言

电能在我们的生产和生活中起着举足轻重的作用，随着金融和互联网的飞速发展，电力行业也分得一杯羹，进入了“黄金时代”。电力系统传输能量的很重要的一个环节就是变电所，变电所起到传输电能和变换电压的作用，是电能传输的重要节点。自然界的雷电对变电所的安全稳定运行存在着威胁。如果多个地区变电所出现故障，将会出现大范围停电，对人民的生命财产构成严重威胁。^[1]因此，变电所的防雷特别重要。人们把大气中的放电现象称为闪电。较低的电压为1亿伏特，高电压可达到10亿伏特。^[2]若雷电直接击中变电所，变电所所要承受的过电压是百万伏特级的，会造成击穿或者绝缘破坏，使电气设备收到损坏，造成人员伤亡。电力系统的安全稳定运行是保证生产和生活顺利有序进行的前提和基础。因此变电所的可靠运行对于电力工业的发展特别关键。^[3]

1. 110kV变电所外部防雷保护设计和具体措施

2.1 雷电防护设计对变电所设计的意义

一个工程的建设，其关键在于它的设计。工程建设时间的长短，设计质量的好坏，投入的资金费用，以及建设完成之后的可靠运行等都与设计密切相关。在电力系统中，变电所的作用在于对电压调整、接受和分配电能。各个电压等级的电力网是通过变电所中的变压器的作用而相互连接起来的。变电所有很多设备，包括变压器、互感器、开关设备、母线、无功补偿装置、继电保护装置、自动控制装置、通信装置以及测量仪表等。应该根据变电所的实际情况来确定设备的连接方式。

变压器是变电所中的重要元件，在变电所的设计中应该将它作为重点对象，变压器可分为升压变压器和降压变压器两类。升压变压器一般用于输送端的变电所，而降压变压器通常用于接收端的变电所。调节变压器分接头可以满足不同条件下对电压的需求，按照变压器分接头的切换方式可分为有载调压和无载调压方式，有载调压方式的条件较为苛刻。

互感器的种类分为电压互感器和电流互感器。电压互感器的作用是将大电压转换成较小电压；电流互感器的作用是将大电流转换成较小的电流。^[4]其目的是使得二次设备能够安全运行，满足继电保护装置以及测量装置工作的要求，同时保障人员操作时的生命安全。

开关设备主要是指隔离开关、负荷开关、熔断器以及断路器。开关设备的作用在于断开或者合上相关的电气设备。在正常状态下，断路器的作用是断开或者合上线路；在电力系统出现故障或者异常运行时，断路器可在继电保护装置的作用下自动断开相关的电路。使用六氟化硫断路器有很多场合。隔离开关不能断开负荷电流和短路电流，因为这两种电流的数值较大，隔离开关只能断开小电流流过的电路。隔离开关与断路器一起使用。如果操作顺序错误，将会对人身伤害或设备造成伤害。负载开关在正常操作期间断开负载电流，并且在故障期间不具有该功能。

变电所防雷使用的防雷设备主要有避雷针和避雷器。 ^[5]变电所希望避免直接的雷击损坏，他们需要使用避雷针，然后将雷电流进入地球。避雷器可以通过将过电压引入大地来降低电压，从而保护变电所设备，确保电力系统安全稳定运行。

2.2 郭猛镇110kV变电所勘察资料

下图为郭猛110kV变电所勘察图

图1 郭猛110kV变电所一层示意图

图2 郭猛110kV变电所二层示意图

江苏盐城郭猛110kV变电所位于盐都区境内，位于中国东部沿海中部，属于亚热带季风气候，夏季高温多雨，冬季低温少雨。全年雷暴日数为31.9d/年，属于中雷区。站址位于郭猛镇，龙郭路东侧；变电所周围主要是农田，道路和民房等，地势较为平坦，未见山坡或者丘陵，不靠近自然保护区或名胜古迹。可以认为土壤电阻率为200Ω/m，认为该变电所属于二类防雷建筑。

变电所的性质：110kV变电所。

变电所的占地面积：（包括变电所的围墙）。

建筑层数：2层。

在所有需要倍保护的设备中，最高的是主变构架挂线点，距离室外地面10.5m。

变电所一层的高度为3m。

变电所二层建筑的面积为：。

变电所一层的设备和建筑包括：变压器、互感器、母线、开关设备、输电线路、电容器、电缆层、门厅、检修间等。

变电所二层的房间包括：接地变室、开关室、电容器室、二次设备室、检修室等。

变压器：两个三相三绕组变压器；容量为50MVA；连接组别为YN，yn0，d11；容量比为100/100/100；电压比为。

接入方式：

110kV万盛变至郭猛变线路，双回架空线路全长12.07km。

110kV贾湖变至冈中变T接郭猛变线路，双回架空线路全长10.9km。

2.3 110kV变电所选用防雷装置

变电所的主接线对于变电所而言很重要，它的接线方式对雷电波袭击变电所的设备起很大作用。主接线对其他设备的布置有着重大影响。因此要对相关设备的防雷设备进行充分了解。避雷针、避雷线、避雷器、接地装置等是在电气主接线中所用到的防雷设备。

避雷针的安装是防止直接雷击的有效方法。 然后闪电被安全地引入地球。 进行变电所的防雷。设计时，应该计算全站需要进行防雷保护的范围，计算被保护的建筑，电气设备是否能够在保护范围内，如果都在保护范围内，则实现有效保护。

避雷线一般用作高压传输线上的避雷装置。当雷击线路时，线路发生暂时过电压，导致行波沿线路进入变电所。通常，线路耐受电压水平高于变电所设备的耐受电压水平。如果线路没有搭建避雷针，如果在变电所入线处施加雷击，流过避雷器的雷电电流的大小过大，这会破坏线路的正常工作。因此，在变电所进线附近架设避雷针可以降低雷击变电所的可能性。 然而，架设避雷线也有其缺点： 避雷针容易导线断裂，并可能导致安全隐患; 避雷装置的安装将增加整体高度，使其更容易吸引闪电; 建立防雷线需要同时建造塔，这需要更多的成本。 工程是技术和经济相结合的产物，不能一味追求技术的进步，在实际的工程中，经济性往往也是很重要的。在制定110 kV输电线路防雷装置时，应综合考虑线路的可靠性，系统的运行方式，区域雷电活动情况、土壤电阻率情况并且结合经济预算的角度合理制定防雷安全措施。

避雷器的作用是限制电气设备绝缘上过电压的峰值。^[6]在避雷针和避雷线的防护作用下，变电所保护范围内的设备一般不会遭受直击雷的袭击。然而变电所外的线路在雷电绕击和反击的情况下会产生过电压，过电压经由输电线路进入变电所，会对变电所内的电气设备造成严重伤害，导致变电所内发生不可估量的严重后果。为了保障变电所的安全稳定运行、保证供电的稳定性，对避雷器的设置就显得格外重要。目前来说，金属氧化物（主要是氧化锌）避雷器已基本取代阀式避雷器广泛运用于变电所中。值得注意的是，对于变压器来说，避雷器应该按照最大可能在变压器的周围来装设，减少避雷器和变压器之间连线的长度，从而减少雷电流产生的电压降。避雷器的接线按照规定应该与变压器金属外壳低压侧中性点相连接。避雷器动作后，变压器上的电压就是避雷器作用之后的残压，从而显著减少雷电产生的危害。

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