变电站的防雷保护研究

1、郑州华信学院结课论文题目： 变电站的防雷保护研究 姓 名： 院 （系）： 机电工程学院 专业班级： 11级电气工程1班 学 号： 1102120108 指导教师： 孙明慧 成 绩： 时间： 2014 年 6 月 14 日目 录摘要11 绪论21.1 课题研究的重要意义21.2 国内外防雷保护发展及研究现状32 雷电入侵的途径62.1 电力线是雷电入侵电子设备的重要渠道62.2 雷电近点电力线的侵入72.3 错相位雷害72.4雷电作用下，建筑物内感应雷害82.5雷电作用下的二次效应-雷电高压反击雷82.6由雷击引起的人身安全问题83 变电所设计原则93.1 一切为客户着想原则93.2 可靠性原则

2、93.3 先进性原则93.4 实用性原则93.5开放性，可扩充、可维护性原则103.6 经济性原则104 变电所防雷的具体措施104.1 变电所装设避雷针对直击雷进行防护104.2 变电所的进线防护114.3变电站对侵入波的防护114.4变压器的防护154.5 变电所的防雷接地16总结16参考文献1718摘要变电站是电力系统重要组成部分，是电网传输电能的核心。一旦变电站遭受雷击，可能直接会造成电网的瓦解，城市大面积停电，给社会的安全和谐稳定带来极大的负面影响。因此，要求变电站必须配置安全可靠的防雷保护。本文针对变电站防雷系统设计进行研究，提出并解决一些相关问题，主要内容包括变电站直击雷防护、感

3、应雷防护、变配电设备的防护、变电站电源系统防雷保护及避雷器的选用、变电所弱电系统防雷保护、SPD的安装方法、综合自动化变电站二次系统防雷措施、电解离子接地系统在变电站接地网改造中的设计计算、二次系统的防护、建筑物的防护、接地技术等，如何应用在工程中以及在应用中需要注意哪些事项。关键词：变电站；雷电波；防雷保护1 绪论1.1 课题研究的重要意义雷电灾害是十种最严重的灾害之一。全球每天约发生800万次雷电，每年因雷击造成的人员伤亡、财产损失不计其数。据美国国家雷电安全研究所关于雷电造成的经济损失影响的一份调查报告表明，美国每年因雷击造成的损失约5060亿美元，每年因雷击造成的火灾3万多起，50野外

4、火灾与雷电有关；30%的电力事故与雷电有关；45石油产品储存和储藏罐事故是由雷击引起的；由于雷电和操作过电压造成电力装置的损失约占80%。据德国一家重要的电子保险公司1996年到1997年对8722件案例损坏原因的分析，雷电浪涌造成的理赔1996年占26.6%，1997年占31.68%。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30004000人，损失财产50100亿元人民币。近年来，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。如1990

5、年7月30日郑州、三门峡微波干线大沟口微波站因雷击而损坏38块盘，损失十分严重。据广东省统计，在19961999年的四年间，全省发生雷击事故6143起，伤亡699人，直接经济损失达15亿元。在1998和1999年的两年中，全国造成直接经济损失在百万元以上的雷电灾害就有38起。雷电也是一直危害电力系统安全可靠运行的重要因素之一。随着科学技术的发展，避雷器制造水平的提高以及金属氧化物避雷器的推广使用，使变电站一次高压部分的雷电过电压的保护得到了保证。但另一方面，随着电力系统自动化程度的提高，以微电子为主要元件的控制、保护、信号、通信、监控等设备得到普遍应用，在一些大型发变电站中，即使在采样和计量系

6、统中也普遍采用。由于常规电磁保护的装置单元多为单元件的电阻、电感和电容等，耐热容量大，对尖峰脉冲的耐受能力也比较强，所以能承受高能的雷电暂态冲击，而对于运行电压只有几伏，信号电流只有微安级的这些电子设备来说，就不一定经受的住。电气和电子技术是现代物质文明的基础，虽然其迅猛发展促进了生产力的发展，加速了社会繁荣与进步的进程，但同时也带来了麻烦问题:一方面，电气和电子设备的广泛应用造成了严重的环境电磁噪声干扰；另一方面，电子技术正向高频率、高速度、微型化、网络化和智能化方向发展，电磁干扰、特别是雷电干扰对这些备和系统的影响越来越突出，对这些设备造成的损坏事故的发生率逐年增高。电子信息系统受损后，除

7、直接损失外，间接损失往往很难估量，这是90年代以来雷电灾害最显著的特征。1.2 国内外防雷保护发展及研究现状19世纪7080年代是电力网发展的初期阶段，几乎无任何过电压保护装置。80年代末期，在电力网中才采用了电话的保护装置-导雷器，实际就是保护间隙串联一个熔断器，或只装间隙。后来在20世纪30年代初，发展成去游离避雷器，即由纤维管制成的管型避雷器，可以说，现代避雷器、MOASPD的“老祖母”是在电报、电话上首先应用的。由于电力系统迅速发展，它才在高电压电力系统上不断发展和完善。现在20多万元一组(5m多高)500kV的MOA，正在制造即将安装运行的30万元一组的750kV(高8m左右)MOA

8、，以及保护电子回路的各型SPD都是它的后代。19世纪90年代初期，E.Tomson制出了磁吹间隙，用来保护直流电力设备，可以说，这是现代磁吹避雷器的前身。20世纪初，开始注意限制工频续流问题。1901年德国制成用串联线性电阻限流的角形间隙，这是现代阀型避雷器的前身。上述保护装置，实际上主要是用来防止感应雷造成的事故。如果是直击雷，或是击于线路上的近区雷击，电气设备多数还会被击毁。值得注意的是，近年德国一公司自称造出吸收能量最大的MOA过电压保护器（多数是40kA60kA），而且可通过10/350s长波通流试验，其特点就是MOA串联一个磁吹角型间隙，其基本原理是早已有之的。因为它与避雷器的IEC

9、所用8/20s波形不符，目前国际上除德国外，很少应用。美国近年来只采用几百安和最大1.5kA，10/350s波形，那是防感应雷的标准，美国军队电子计算机等信号回路的电缆进线，其保护器试验波形曾采用10/1000s波形。1908年瑞士Moscick提出利用高压电容器作防雷元件的方案，通常是与电抗线圈配合使用，构成防雷吸波器。30年代初，前苏联莫斯科电力系统曾用电感线圈保护几个33kV变电所，但因阀型避雷器装于电感线圈外侧，电感与变压器入口电容谐振，使变压器损坏，可惜未很好总结经验，后来多数电感元件没有继续使用。只是到了60年代，波兰才在35110kV变电所，利用装于进线入口的电感元件取得良好的防

10、雷效果(阀型避雷器装于变压器与电感元件之间，防止了L-C谐振)。直到现在，电容电感元件还是我国和国外保护旋转电机的有效保护装置。1907年在美国出现了铝电解避雷器，它曾用于100kV高压电网。1922年美国西屋公司（WH）制出了自动阀型避雷器。1929年美国通用电力公司（GE）制出契得特阀型避雷器，使系统雷击损坏率下降，包括它的危害程度，但因工程规模小而未引人注目。例如，Singer.Holmyard，Hall&Williams主编著名的科技著“AHistoryofTechnology”，“OxfordAttheClearendonPress”，以及国内电工史专著，对于电工发展前期的防雷也是或

11、不涉及，或语焉不详。从避雷针到出现简单间隙、电容、线圈，经过了漫长的158年，到制出原始型避雷器，又经过了10年。这绝非因为人类智慧贫困，而是电力工业的发展，才有了防雷的需要。直到出现几千万和上亿千瓦的联合电力系统(如华北500kV网架连接的系统装机容量已近4000万千瓦，与华东、东北联网后超过1亿千瓦)，其一次雷击足以导致大面积的灾难，如美国有名的雷击35kV线路引起的纽约大停电和芝加哥大停电，才迫使人们利用几千万元的高压试验设备进行不断的研究，使防雷系统日臻完善。与此相似，正是由于早期室内只有电灯和马达这类电器，其防雷要求不高，建筑物独特之处不多。近年电子设备的广泛应用，而且多数装在户内，

12、才使防雷逐渐引起人们的重视，其防雷理论和防雷手段才与日俱增。对变电站的防雷保护的研究最早是从电磁兼容角度出发的，上世纪60年代美国电力工程技术人员对变电站的电磁干扰问题主要从电子电路到电缆的电磁干扰祸合过程进行研究，其成果后来形成了美国国家标准协会（ANSI-AmericanNationalStandardsInstitute）的ANSIC37.90标准的一部分。1978年美国电力科学研究启动了编号为RP1359的研究项目，建立了一套新的变电站开关柜的电磁干扰进行了研究。全部工作历时十余年，分为两个阶段完成。第一阶段的研究工作于1983年结束，并提出了研究报告。该报告介绍了测量系统的研制、变电

13、站电磁环境的测量和数据分析方法以及初步结果，其中的测量数据包括一个345kV变电站、一个500kV变电站的实测结果和一个高压实验室的模拟测量结果。基于此项工作，发表了一系列的论文。文献介绍了瞬态测量系统的组成及其技术指标，描述了在一个115kV变电站进行的实际测量工作，给出了典型的电雷电干扰波形。文献论述了通过模拟变电站的雷电瞬态干扰对二次设备进行抗扰度测试的问题，比较了时域和频域测试的特点，给出了在变电站实测的典型雷电干扰波形，总结了高压实验室模拟测试的优缺点。文献提出了一种分析变电站雷电瞬态电磁干扰问题的时域模型，利用斜坡函数对时域雷电干扰波形进行分解，并计算空间的时域电场和磁场，将预测分

14、析的结果与实测数据做了对比。第二阶段的研究工作从1986年至1993年。测量工作涉及7个空气绝缘变电站和2个气体绝缘变电站，共组织了13次集中现场测试，测得近800多次事件的3000多个雷电电磁干扰波形，数据量约500MB。基于此项工作，提出了完整的研究报告，发表了一系列的论文。文献介绍了变电站的瞬态电磁场的测量工作，总结了微脉冲的特点，给出了部分测量结果，并对不同频率和不同场强产生的原因进行了定性分析。文献给出了变电站雷电产生的瞬态电磁干扰对几种变电站电缆和内部电缆线影响的测量结果，介绍了通过CT的场祸合和直接祸合的模型。将预测分析的结果与实测数据进行了对比。文献总结了变电站瞬态电磁干扰的建

15、模方法和测量技术，并将预测分析的结果与实测数据进行了对比。分析比较了开关操作、雷击和故障二种瞬态电磁干扰波形的特点，少与现有抗扰度试验标准中的限值进行了对比。但是上述工作并未对二次设备所处的电磁环境进行研究。在分析雷击效应和对GIS变电站的瞬态电磁干扰研究方面，瑞士科学家的工作较为突出，瑞士洛桑联邦土业大学的M.Ianoz教授在文献中介绍了分析雷击效应的建模方法，以及分析GIS变电站和AIS变电站电磁干扰问题时建模的考虑因素。J.Meppelink在文献中对GIS变电站内、外过电压现象作了概述，提出了利用球形电场传感器测量实际GIS外壳过电压的方法，给出了部分实测结果。ABB公司的P.Knap

16、p在文献刘中介绍了对工业设备电磁兼容性的技术要求，提出把电磁干扰问题按界面划分处理的方法。其他国家的研究工作也各具特色。德国的W.A.Heib在文献中介绍了针对一座GIS变电站开关操作产生的雷电干扰所采取的屏蔽设计工程，并给出了屏蔽效能的部分实测结果。南非的P.H.Pertorus在文献中给出了在132kV，275kV和400kV二个电压等级的变电站测量的雷电瞬态电磁干扰的初步结果。英国的C.S.Barrack在文献中对现有变电站瞬态电磁干扰测量方法进行了综述，特别是对不同测量系统的特性进行了分析比较。日本和意大利等国科学家也在该领域开展了研究工作。我国的广播、邮电、交通、船舶、航大和军工等行

17、业在电磁兼容研究方面起步较早，结合各自的行业特点开展了许多很有成效的研究工作。20世纪80年代，随着基于微电子技术的继电保护装置的应用与推广，变电站的电磁兼容问题在电力部门开始得到关注。由于欧共体从1996年1月1口起执行“89/336/EEC!电磁兼容性指令”，使得我国各行业加大了对电磁兼容问题的研究力度。改革开放以来我国电力工业迅猛发展的趋势也迫切要求尽快解决电力系统的电磁兼容问题。在此背景下，国家电力公司所属的中国电力科学研究院、南京自动化研究院、武汉高压研究所和华北电力大学等单位，以及四方公司、清华大学和武汉大学等单位相继开展了有关的研究工作。其中，中国电力科学研究院对高压线路的电磁环

18、境进行了深入研究巨，还组织出版了发电厂和变电站电磁兼容导则。清华大学则针对电力线路干扰临近通信线路或金属管线的问题在数学建模和计算方法方面开展了深入研究。南京自动化研究院和四方公司的研究工作则主要侧重在二次弱电设备的抗干扰问题研究方面。由于我国在建的变电站在电压等级和主接线结构等方面的技术特点与国外不同，因此，国外的测量与分析结果仅能作为参考。要想搞清我国变电站雷电瞬态电磁环境的实际情况，必须进行独立的测量和分析工作。2 雷电入侵的途径2.1 电力线是雷电入侵电子设备的重要渠道我国电力线输电方式是由发电厂通过升压变压器升压后，输电至低压变压器，经低压变压器的输出给用户。由于我国的电压基本波形是

19、每秒50Hz的正弦波形曲线，在电力线上形成每秒50次的交变磁场。如遇雷害发生时，在雷电未击穿大气时，将呈现出高压电场形式。根据电学基本原理，磁场与电场之间是相互共存可逆变化的，那么，雷击高压电场通过静电吸收原理，向大地方向运动。假设电力线杆有5米高，那么在相对湿度25时，要击穿5米空气，需要15106V雷击高压（3000V/mm）。如果在相对湿度95时（下雨时），击穿5米空气需要5106V雷击高压（1000V/mm）。电力线上的交变磁场对雷云的吸引小于大地的静电吸引。如果，雷云击穿5米空气入地，需要很高的电压，雷电首先击在电力线上，并从电力线的负载保护地线入地释放，这样就击穿了设备。在高压线上

20、的表现为击穿变压器的绝缘，在变压器低压端与负载的连线上遭雷击，损失的是用电器。由于变压器低压输出端是三条相线，做一条地线，当作零地合一线，变成三相四线制零地合一方式给用电器供电，雷电击在火线与大地放电，就等于火线与零线放电通过电力线直接击穿用电器的电子元件。一般电子设备线与外壳的耐压为每分钟VAC1500V，火线与零线耐压为工业级Vdc550650V，这么低的耐压一旦遭受远点雷击，必将击坏用电器。为此，在选择防雷器时，首先考虑远点雷击。2.2 雷电近点电力线的侵入所谓雷电近点袭击电力线，实际上是雷电袭击用电器所在的建筑物避雷针，从而引起的雷电电磁脉冲的保护问题。雷电打在建筑物避雷装置上，按照G

21、B5005794建筑物防雷设计规范规定，定义大楼接闪电能力为波形10350mS三角波，雷击电流为150KA。避雷针引下线由于线路电感的作用，IEC1312定义最多只能将50的电流引入大地。100余米高的大楼它的引下线电感为155mH左右（1.55mH/米），IEC1312定义电感大于37.5mH，则发生测闪雷击，也就是说，10350mS直击雷引下线只能引下50%的电流，余下的电流将通过电力线屏蔽槽、水管、暖气管、金属门窗等与地面有连接的金属物质联合引雷，但也只引下少部分雷电流，余下总电流的25在大楼流窜至输入输出负载的电源线、局域网线等，击穿用电设备最终由逻辑地线处下泄入地。对设备而言，部分雷

22、电流将由输入电源线对交流地线进行LPE、NPE泄放，输出馈线LPE（逻辑地）、NPE泄放，局域网线对逻辑地线等进行泄放。最终结果，将击穿进线柜输出对地线和输入对地线端、网口对逻辑地线。为此，必须对进线柜输入输出火线零线对交流地和直流逻辑地进行保护，必须对进线柜、保护柜及其它重要终端进行等电位保护，只有堵死一切雷电导入的端口，才能有效的保护设备免受雷电的侵害。2.3 错相位雷害美国空军电磁兼容手册中，描述雷电发生时用肉眼可识别闪电为一组雷击，每次不少于26个雷，它有大小和发生先后的区别，如果一个高能量雷打在一条火线上，而另一个低能量雷打在另一条火线上，线线之间就会产生一个电压差，侵入设备。这种侵

23、害设备的现象，称错相位雷击，又称雷电的二次破坏，对三相进线柜而言，它的输入和输出端，应安装线与线之间的保护，才能更全面更立体的保护用电设备。小结：堵死雷电由电力线入侵电力电子设备，应该从远点雷击、近点雷击和错相位雷击三种雷击现象入手，实施全方位的保护，才能在发生雷击时，有效的保护设备。2.4雷电作用下，建筑物内感应雷害雷电击在建筑物避雷针上，由避雷针通过引下线，将雷电流泄放大地，引下线自上而下产生一个变化旋转快速运动磁场，建筑物内的电源线、网络线等相对切割磁力线，产生感应高压并沿线路传输击毁设备。2.5雷电作用下的二次效应-雷电高压反击雷雷电袭击建筑物避雷针，由引下线将雷电流引入大地，由于大地

24、电阻的存在，雷电电荷不能快速全部的与大地负电荷中和，必然引起局部地电位升高，交流配电地和直流逻辑地将这种高电位引入机房，电源柜输出、输入端被击穿，保护柜及其他网络设备连接断口被击穿。这种反击电压少则数千伏，多则数万伏，直接烧坏用电器的绝缘部分。2.6由雷击引起的人身安全问题雷电泄放大地，由于地电阻较大，不能马上泄放，从而引起地电位升高，由于机房直流逻辑地线和交流配电保护地线不在一点入地，将两个电位值引入电站，这时，一个操作人员的一只手摸在直流输出负载外壳上（如继保柜），而另一只手（或身体）摸在交流配电地线上（如空调），两个电位值将通过操作人员的身体短路，造成操作人员伤亡。美国1996年为此而死

25、亡198人，广东省1997年在报导雷击死亡的170人中，有相当一部分是为此而伤亡的。所以防雷保护设备的确很重要，但是保护人身安全更重要。3 变电所设计原则3.1 一切为客户着想原则无论是多大或多小的系统防护工程，都应以一切为用户着想的原则做事，以用户需求作为准绳,本着务实,不追求豪华的思想,但又具扩展性,通过相互间诚恳的交流,协助用户,使其需求最终达到尽善尽美。3.2 可靠性原则设计系统防雷保护工程应最先考虑的问题就是可靠性。在工程的设计中不一定要求最先进，但一定要用最成熟可靠的产品和技术，有些新技术确实在某些方面有优势，但还需用更多的时间去考验，在网络系统的防雷保护中尽选择被广泛应用和证实的

26、可靠产品和技术。提高系统可靠性的方法很多,一般的做法如下:（1）选用备份回路，出现故障时能够迅速恢复并有适当的应急措施。（2）采用热插拔功能，故障处理无须停机。（3）采用声光报警功能。3.3 先进性原则采用当今国内、国际上最先进和成熟的技术,使新建立的系统能够最大限度地适应今后技术发展变化和业务发展变化的需要,从目前国内发展来看,系统总体设计的先进性原则主要体现在以下几个方面：（1）采用的系统结构应当是先进的、开放的体系结构。（2）采用的技术应当是先进的,可扩充的，能满足今后日益扩充的需要。3.4 实用性原则本着一切从用户实际角度出发，配置防雷保护系统不是给用户花钱，而是在保护用户的投资，保证

27、电站系统的正确运行；实用性就是能够最大限度地满足实际工作要，从实际应用的角度来看,这个性能更加重要。3.5开放性，可扩充、可维护性原则防雷保护技术是不断发展变化的，为了保证用户的投资，所选产品必须符合国际标准及流行的工业标准。这样才能对电站的未来发展提供保证。3.6 经济性原则整个防雷保护的建设要坚持实用为主，根据投资的强度选择有实用价值，在满足系统需求的前提下,应尽可能选用性能价格最好，可靠性高,可维护性好的产品，选用性能价格比高的设备,尽快投入使用,并使整个系统能安全可靠地运行，以便节省投资,以最低成本来完成计算机网络系统防雷保护的建设。4 变电所防雷的具体措施4.1 变电所装设避雷针对直

28、击雷进行防护架设避雷针是一般变电所防直击雷的常用保护措施,避雷针是防护电气设备、建筑物不受直接雷击的雷电接收器,其作用是把雷电吸引到避雷针身上并安全地将雷电流引入大地中,从而起到保护设备效果。变电所装设避雷针时应使所有设备都处于避雷针保护范围之内,此外,还应采取措施,防止雷击避雷针时的反击事故。对于35 kV变电所,保护室外设备及架构安全,必须装有独立的避雷针。独立避雷针及其接地装置与被保护建筑物及电缆等金属物之间的距离不应小于五米, 主接地网与独立避雷针的地下距离不能小于三米,独立避雷针的独立接地装置的引下线接地电阻不可大于10,并需满足不发生反击事故的要求;对于110kV及以上的变电所,装

29、设避雷针是直击雷防护的主要措施。由于此类电压等级配电装置的绝缘水平较高,可将避雷针直接装设在配电装置的架构上,于此同时避雷针与主接地网的地下连接点,沿接地体的长度应该大于十五米。因此,雷击避雷针所产生的高电位不会造成对电气设备的反击事故。避雷针由金属制成，其保护原理是当雷云放电时使地面电场畸变,在避雷针的顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放电的发展方向，使雷电对避雷针放电,再经过接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免受雷击。 避雷针的设计一般有以下几种类型： (1) 单支避雷针的保护； (2) 两针避雷针的保护； (3) 多支避雷针的保护。 变电站直击雷保护的基本原则：一是独立避雷

30、针（线）与被保护物之间应有一定的距离，以免雷击针（线）时造成反击。二是独立雷针的接地装置与被保护物之间也应保持一定的距离Sd 以免击穿，在一般情况下，SK 不应小于3m。有时由于布置上的困难Sd 无法保证，此时可将两个接地装置相联，但为了避免设备反击，该联接点到35kV 及以下设备的接地线入地点，沿接地体的地中距离应大于15m，因为当冲击波沿地埋线流动15m 后，在500m 时，幅值可衰减到原来的22%左右，一般不会引起事故。 避雷器是一种过电压限制器，它实质上是过电压能量的接受器，它与被保护设备并联运行，当作用电压超过一定的幅值以后避雷器总是先动作，泄放大量能量,限制过电压,保护电气设备。

31、在电力系统中广泛采用的主要是阀式避雷器。根据额定电压(正常运行时作用在避雷器上的工频工作电压，也是使用该避雷器的电网额定电压)和灭弧电压有效值(指避雷器应能可靠地熄灭续流电弧时的最大工频作用电压)选择。 4.2 变电所的进线防护要限制流经避雷器的雷电电流幅值和雷电波的陂度就必须对变电所进行进线的实施保护。当导电线路上出现过电压的情况时,将有行波导线向变电所运动,起幅值为线路绝缘的50%，它会冲击闪络电压,线路的冲击耐压比变电所设备的冲击耐压要高出许多倍。因此,我们要在接近变电所的进在线上加装避雷线是防雷保护的主要保护措施。例如不架设避雷线等等,当遭受到雷击时,势必会对线路造成破坏。4.3变电站

32、对侵入波的防护因为雷击线路机会比雷击变电站多，所以沿线路侵入变电站的雷电过电压行波是很常见的。又因为线路的绝缘水平要比变压器或其它设备的冲击试验电压高许多，所以变电站对行波的保护十分重要。雷电侵入波保护是利用避雷器以及与避雷器相配合的进线段保护 。 (1)常用避雷器的特点： 保护间隙：保护间隙构造简单，维护方便，但其自行灭弧能力较差。在正常情况下，保护间隙对地是绝缘的，并且绝缘强度低于所保护线路的绝缘水平，因此，当线路遭到雷击时，保护间隙首先因过电压而被击穿，将大量雷电流泄入大地，使过电压大幅度下降，从而起到保护线路和电气设备的作用。可将保护间隙配合自动重合闸使用。 管型避雷器：管型避雷器实际

33、是一种具有较高熄弧能力的保护间隙，伏秒特性较陡且放电分散性较大。一般的变压器和绝缘的冲击放电伏秒特性较平，二者不能很好的配合；管型避雷器动作后工作母线直接接地形成截波，对变压器纵绝缘不利。目前只用于线路保护。 阀型避雷器：阀型避雷器非线性电阻阻值很大，而在过电压时，其阻值又很小，避雷器正是利用非线性电阻这一特性而防雷的：在雷电波侵入时，由于电压很高（即发生过电压），间隙被击穿，而非线性电阻阻值很小，雷电流便迅速进入大地，从而防止雷电波的侵入。当过电压消失之后，非线性电阻阻值很大，间隙又恢复为断路状态。随时准备阻止雷电波的入侵。阀型避雷器分为普通型（FS和FZ）和磁吹型(FCZ和FCD)。 氧化

34、锌避雷器：氧化锌避雷器是具有良好保护性能的避雷器。利用ZnO阀片良好的非线性伏安特性，使在正常工作电压时流过避雷器的电流极小（微安或毫安级）；当过电压作用时，电阻急剧下降，泄放过电压的能量，达到保护的效果。这种避雷器和传统的避雷器的差异是它没有放电间隙，利用氧化锌的非线性特性起到泄流和开断的作用。 (2)变电站入侵波保护方案设计 牵引变电站以其的特殊性，对于防雷保护的要求更高，并且可以以更高的预算来保护变电站。因此本次设计中，所用避雷器选择氧化锌避雷器。避雷器装设的位置如下： 1在变电站每组母线上设避雷器； 2在变压器附近及变压器中性点各增设一组氧化锌避雷器，三绕组变压器低压侧的一相上设置一台

35、避雷器； 335KV及以上电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器； 4SF6全封闭电器的架空线路侧必须装设避雷器。 (3)二次设备过电压防雷保护的必要性 随着大规模集成电路的使用，电子元器件的性能大大提高。但其抗电磁干扰、抗过压和雷击的能力却变得十分脆弱17。例如：电磁型继电器的摧毁能量为0.1J，而现在普遍使用的微机保护摧毁能量仅为0.001J。随着变电站综合自动化继电保护微机化改造，微电子设备的应用越来越广泛，如果不采取有效的防护措施，这些脆弱的控制自动化设备就无法正常工作，甚至成为电力系统的安全隐患。 (4)变电站二次系统防雷保护原则 现时变电站所采用的外部防雷措施是有效的，它们

36、保护一次设备免受直接雷击。但是单凭这些外部避雷设施，还远不足以消除间接雷电或一次设备事故、操作对二次设备及微电子设备的危险影响，因此，变电站必须有一个完整的一、二次防雷防电磁冲击的保护网。 (5)设备防雷保护的设计思想 根据这一原则，为变电站内二次设备和电子设备创造一个良好的电磁环境，同时也是变电站运行人员人身安全的保炉。通过安装在低压配电线路和信号线路上的电涌保护器（SPD），把能量较大的雷电流在纳秒级的时间内泄放入大地，使自动化系统通信和配电设备免受冲击18。IEC061312雷电电磁脉冲的防护及GB500571994建筑物防雷设计规范提出和规定了系统防护的概念和方法。要求在建筑物内外建立

37、均压等电位系统，指出现代意义的防雷工作应从以建筑物为保护重点，发展到以电子信息系统为保护核心；强调综合冶理、整体防御、分级泄流、层层设防的思路，把防雷看成一个系统工程19。 （6)变电站二次设备防雷保护的设计原则 经过国内外专家学者大量的研究和试验工作，国际电工委员会（IEC）、国际电信联盟（ITU）等组织制定了防雷电及防电磁冲击的标准，将建筑物防雷分为三类。 建筑物防雷分类一览表：IEC/TC-81的技术定义将系统防雷工作总结为DBSE技术，即分流、均压、屏蔽、接地四项技术加之有效的防雷设备的综合。变电站外部防雷设施在接闪过程中，约泄放50%的雷电能量，其余的50%将通过建筑物本身的金属结构

38、件、电源进线、通信信号线、网络线进入建筑物内部。 变电站二次设备防雷保护设计遵循以下原则： 1根据GB500571994建筑物防雷设计规范要求，建筑物配电入户处加装波形为10/2s/350s的电涌保护器。表1中的数据说明，低压配电第一级防雷保护所选用的电涌保护器必须能承受真是雷电电流冲击。 2根据雷电保护区的划分，变电站建筑物外部是暴露区，区内的设备最容易受雷击损坏，危险性最高，定为0区。建筑物内部及传输机房所处的位置为非暴露区，可定为1区。越往内部，危险程度越低。 (7)变电站二次系统防雷设计 从级保护区到最内层保护区，必须实施分级保护。对于电源系统，按它们承受过电压的能力分为、级，逐级将可

39、能的过电压降到它们能承受的水平。粗保护量级和所处保护区的级别相同，而精细保护则要根据电子设备本身的敏感度来进行选择。 为了彻底消除雷电引起的毁坏性电位差，就特别需要实行电位连接。电源线、信号线不能直接接入共用接地系统，它们的金属管道也要通过SPD进行电位连接。各个局部等电位母排应互相连接，并最后接到主等电位母排上。根据以上原则，结合变电站现场实际情况，其二次系统防雷措施如下： 1变电站直流屏、DCS（分布式控制系统）、ESD（静电阻抗器）电源系统的防雷保护 因为直流屏及DCS、ESD系统电源都在变电站内，故外部防雷不在电源系统的防雷设计范围内。 根据变电站的实际情况，结合设备的耐过压能力，采取

40、符合国际和国内规范通行的三级防雷措施，能够达到保护的目的。 第一级过电压保护器安装在UPS进线处，加装PU65-400DTS 4只过电压保护器。建议直接用25mm2铜芯电缆接至总接地线上，（如安装在机屏内，应将避雷器地线接在屏底(或侧面）的接地铜排上，然后将25mm2铜芯电缆接地至总接地线上)。这样可以防范8/20s 、65kA的雷电波，达到最大感应雷的防护标准。 第二级过电压保护器安装在UPS的交流输出端，加装PU40-230DTS 2只过电压保护器。建议直接用25mm2 铜芯电缆接地至总接地线上23。 第三级过电压保护器安装在DCS、ESD系统的电源输入端，加装PU15-230DTS 2只

41、过电压保护器，以防止设备侧过电压对系统的冲击。可通过屏体的可靠接地进行接地，铜芯电缆截面积在10mm2到 25mm2。 2变电站通讯设备防雷保护 由于雷电波在线路上能感应出较高的瞬时冲击能量，因此要求网络通信设备（包括消防报警设备、视频监控设备、计算机网络设备等）能够承受较高能量的瞬时冲击，而目前大部分通信设备由于电子元器件的高度集成化而致耐过压、耐过流水平下降，通信设备在雷电波冲击下遭受过电压而损坏的现象越来越多，其后果是可能造成整个通 信系统的运行中断，因此有必要在网络通信口处加装信号防雷保护装置以确保网络通信系统的安全运行。 4.4变压器的防护 变压器基本保护措施是在接近变压器处安装避雷

42、器,这样可以防止线路侵入的雷电波损坏绝缘。装设避雷器时,我们要尽量接近变压器,并尽量减少联机长度,以便减少雷电电流在连接在线的压降。同时避雷器联机应与变压器金属外壳及低压侧中性点连接在一起,这样就可以有效的减少了雷电对变压器破坏的机会。变电站的每一组主母线和分段母线上都应装设阀式避雷器,用来保护变压器和电气设备。各组避雷器应用最短的联机接到变电装置的总接地网上。避雷器安装应尽可能处于保护设备的中间位置。 4.5 变电所的防雷接地变电所的防雷保护满足要求以后,还要根据安全和工作接地的要求敷设一个统一的接地网,然后避雷针和避雷器的下面增加接地体以满足防雷的要求,或者是在防雷装置下面敷设单独的接地体。 一般的小变电所用的独立避雷针,大的变电大多在独立避雷针与配电装置带电部分的空气中最短途径不得小于五米。避雷针接地引下线埋在地中部分与配电装置构架的接地导体埋在地中部分在土壤中的距离必须大于三米,一般的变电所电气装置的接地装置采用水平接地极为主的人工接地网,水平接地极采用扁钢为50mm5mm,垂直接地极采用角钢为50mm5