【2019-2020年整理】110kV牵引变电所防雷接地设计

1、第1章雷1.1 雷电1.1 .1雷击时的等值电路雷击地面由先导放电转变为主放电的过程可以用一根已经充电的垂直导线忽然于被击物体接同来比较,如图1.1(a)所示.图中Z是被击物体于大地(零地位)之间的阻抗,.是先导放电通道中电荷的线密度,开关S未闭合之前相当于先导放电阶段.当先导通道到达地面或与地面目标上发出迎面先导相遇时,主放电即开始,相当于开关S(d)等值电路合上.此时将有大量的正、负电荷沿先导通道逆向运动,并使其中来自雷云的负电贺中和,如图1.1(b)所示.与此同时,主放电电流即雷电流i流过雷击点A并通过阻抗Z,此时A点电位u也忽然升至u=iZ.显然,电流i的数值于先导通道的电荷密度灯及主

2、放电的开展速度v有关,并且还受阻抗Z的影响.由于先导通道的电荷密度很难测定,主放电的开展速度也只能根据观测大体判断,唯一容易侧知的量是主放电以后(相当于S合上以后)流过阻抗Z的电流i.因此利用雷电放电过程简化成一个数学模型,进而用到彼德逊等值电路如图1.1(c)、(d)所示以求得比较统一的分析方法.图1.1(c)、(d)中Z为主放电通道的波阻抗.uo和曲那么式从雷云向地面传来的行波的电压和电流.(a)模拟电路(b)主放电电路(c)主放电通道电路图1.1雷击放电计算模型1.2 .2雷电流根据雷电放电的等值电路,可知流经被击物体的波阻抗为Z时的电流iZ与雷电流i的关系为：iZZo=lZoZ(1-1

3、)1)幅值雷电流的幅值与气象、自然等条件等有关,只有通过大量实测才能正确估计其概率分布规律.我国现行标准推荐雷电流幅值分布的概率如下：igpT(1-2)我国西北地区内蒙古等雷电活动较弱,雷电流幅值较小,p可按下式计算：igp=-I44(1-3)2)波形实测结果说明,雷电流的幅值、陡度、波头、波尾虽然每次不同,但都是单极性的脉冲波,电力设备的绝缘强度实验和电力系统的防雷保护设计,要求将雷电流波形等值为典型化、可用公式表达、便于计算的波形.常用的等值波形有三种,如图1.2所示(a)(b)(c)1.010.5图1.2雷击主放电时的电流波形图1.2(a)是标准冲击波,它可表示为i=Io(e/-e/).

4、试中Io为某一固定电流值,白、P是两个常数,t为作用时间.当被击物体的阻抗只是电阻R时,作用在R上的电压波形u于电流波形i相同.双指数波形也用做冲击绝缘强度实验的标准电压波形.我过采用国际电工委员会(IEC)国际标准.图1.2(b)为斜角平顶波,其陡度a可由给定的雷电流幅值I和波头时间决定,a二I/%在防雷保护计算中,雷电流波头%采用2.6NS.这样,a可取为I/2.6kA/pS.图1.2(c)为等值余弦波,雷电流波形的波头局部,接近半弦波,其表达式为(1-4)为角频率,«=n/品=1.2黑106s%为波头时间(2.6%)此时最大陡度出现波头中间,即t=Tf/2,其值为u(di)ma

5、xmaxdt2(1-5)1.2冲击电流流经接地装置入地时的根本现象防雷设备1高度为hx的被保护物距离避雷针的水平最大允许距离也是避雷针在hx高度截面的保护半径仅可按下式计算:,1.当hx>-h时2rx-(h-hx)p-haP(1-6)式中h一避雷针的高度;ha一避雷针的有效高度,rx=(1.5h-2hx)pha=hhx;(1-7)p一考虑避雷针的高度影响的校正系数,h<30m,p=1,(1-8)i305.530MhM120m时,p="t=j=2两支等高避雷针当两根避雷针距离不太远时,由于两根针的联合屏蔽作用,使两针中间局部的保护范围比单针时有所扩大.图1.3表示两等高避雷

6、针的保护范围.两针外侧的保护范围按式1-1和式1-2计算.两针间保护范围的上部边缘应按通过两针顶点及中间最低点O的圆弧确定.点的高度h0按式1-9计算.(1-9)h0=h-D7pD/7Phx水平面上保护范围的截面oh/2L1.5hP.图1.3高度为h的二等高避雷针保护范围hahxho两针间hx水平面上保护范围一侧的保护范围最小处的最大保护宽度bx按式1-10计bx=1.5(ho-hx)(1-10)3)两支不等高避雷针其保护范围按下法确定：如图1.4两针内侧的保护范围先按单针作出高针1的保护范围,然后经过较低针2的顶点作水平线与之交于点3,再设点3为一假想针的顶点,'做出两等高2和3的保

7、护范围,图中f=2,二针外侧的保护范围仍按单针计算.7pf32D'图1.4两支不等高避雷针保护范围4)多支等高避雷针三支等高避雷针的保护见图1.6,三针所形成的三角形1、2、3的外侧保护范围分别按两支等高的针的计算方法确定,如在三角形内被保护物最大高度hX的水平面上各自相邻避雷针间保护范围的一侧宽度bX之0时,那么全部面积受到保护图1.5三支等高避雷针的保护范围图5避雷线单根避雷线的保护范围如图1.6所示.在hx水平面上每侧保护范围的宽度,可按下列公式计算：图1.6单根避雷线的保护范围h当hx之3时rx=0.47(hhX)P(1-11)当hx<h时rx=(h1.53hX)P(1-

8、12)式中仅一每侧保护范围的宽度,R!两根等高避雷线外侧的保护范围仍按单根避雷线时确定.两避雷线间横截面的保护范围应由通过两避雷线1、2及保护范围边缘最低点0的圆弧确定,.点的高度应按式1-13计算.D%=h(1-13)4P式中ho一两避雷线间保护范围上部边缘最低点的高度,成D一两避雷线间的距离,mh一避雷线的高度,m图1.7中u称为避雷线的保护角,它是杆塔上避雷线的铅垂线同杆塔处避雷线与导线连线间所组成的夹角,保护角愈小,避雷线就愈可靠地保护导线免受雷击.单根避雷线的保护角不能做的太小,一般在20030°、220330kV双避雷线线路,一般采用20°左右,500kV一股不

9、大于15°.Df=D/5_I图1.7两根平行避雷线的保护范围第2章避雷器为了使避雷器到达预期的保护效果,必须正确选择避雷器,一般有如下根本要求：(1)雷电击于输电线路上时,过电压会沿导线入侵发电场或变电所,在危及被保护绝缘时,要求避雷器能瞬时动作.(2)避雷器一旦在冲击电压作用下放电,就造成对地短路,此时瞬间的雷电过电压虽然已经消失,但工频电压却相继作用在避雷器上,此时流经间隙的工频电弧电流,称为工频续流,此电流将是间隙安装处的短路电流,为了不造成跳闸,避雷器应具有能自行截断工频续流,恢复绝缘强度的水平,使电力系统能继续正常运行.(3)应具有平直的伏秒特性曲线,并与被保护设备的伏秒特

10、性曲线之间有合理的配合.这样,在被保护物可能击穿以前,避雷器便发生动作,将过电压波截断,从而起着可靠的保护.(4)具有一定通流容量,且其残压应低于被保护物的冲击耐压.2.1 避雷器的分类及比较目前使用的避雷器主要有四种类型：保护间隙；排气式避雷器；阀式避雷器;金属氧化物避雷器.保护间隙和排气式避雷器主要用于变电所进线段保护；阀式避雷表2.1各种避雷器的有关特性比较.y雷器类型比£工程保护间隙管式避雷器阀式避雷器普通阀式避雷器磁吹避雷器氧化锌避雷器放电电压的稳定性由于火花间由中周围的大有气温、湿度、放电电压后景花间隙是不上在极,t暴露在大气i条件气压、污秽等对彳响；由于火9匀电场,存生

11、效应大气条件和电压极性对放电电压无影响有叶分稳定的起始动作电压伏秒特性与绝缘配合保护间隙和管式避雷器的伏秒特性曲线很陡,难以与设备绝缘的伏秒特性曲线取得良好的配合,但能与线路绝缘的伏秒特性曲线取得配合此类避雷器的伏秒特性曲线很平坦,能与设备绝缘的伏秒特性曲线很好地配合具有最好的陡波响应特性普通型阀式避雷器电气特性参数.器和金属氧化物避雷器用于变电所和发电厂的保护表2.1是各种避雷器的有关特性总1残压Ur峰值,kV.放电电流通过避雷器时,其端子间的最大电压值称为避雷器的残压.220kV及以下避雷器的残压是以通过5kA的电流计；330550kV的避雷器那么以通过10kA的电流计,分别用U5ffiU

12、10<o2冲击放电电压U8i峰值,kV.避雷器的冲击放电电压时指雷电压1.2/50ps作用下避雷器的放电电压峰值.2灭弧电压.指保证避雷器能够在工频续流第一次过零值时灭弧的条件,允许加在避雷器上的最高工频电压有效值.灭弧电压应当大于避雷器工作母线上可能出现的最高工频电压,否那么避雷器可能因不能灭弧而爆炸.4工频放电电压.指在工频电压作用下,避雷器发生放电的电压值.由于间隙击穿的分散性,工频放电电压都是给出一个上、下限值.指明避雷器工频放电电压的上限不大于值,可使用户了解工频电压超过这个数值时,避雷器将会击穿放电；指明工频电压的下限值,可使用户了解工频电压低于此值时,避雷器就不会击穿放电.

13、普通避雷器不允许在内部过电压下动作,因此通常规定其工频放电电压的下限应不低于该系统可能出现的内部过电压值.35kv及以下的系统和110kv及以上的系统,此值一般分别取3.5和3.0倍的相电压.5冲击放电电压.对额定电压为220kv及以下的避雷器,指的是标准雷电冲击电压作用下的放电电压幅值的上限.对330kv及以上的超高压避雷器,除了雷电冲击放电电压外,还包括标准操作冲击电压下的放电电压幅值的上限.我国生产的避雷器具冲击放电电压与5KA«t330kv及以上的电网为10KA下的残压根本相同.2.2 金属氧化物避雷器电气特性参数1额定电压Ube有效值,kV0氧化锌避雷器的额定电压仍按电网中

14、单相接地条件下健全相的最大暂态工频过电压选取.2最大持续运行电压有效值,kVo指避雷器能长期持续运行的最大工频电压有效值.它一般应等于系统的最高运行相电压.3压比.指避雷器在波形为8/20us的冲击电流规定值例如10kA作用下的残压U0kA与起始动作电压UmA之比.压比UwRU1mA越小,说明非线性越好,通过冲击大电流时的残压越低,避雷器的保护性能越好.目前产品制造水平所能到达的压比约为1.62.0.4荷电率.指最大长期工作电压的幅值与起始动作电压之比.它是表示电阻片上电压负荷程度的一个参数.设计氧化锌避雷器时为它选择一个合理的荷电率是很重要的,应综合考虑电阻片特性的稳定度、漏电流的大小、温度

15、对伏安特性的影响、电阻片预期寿命等因素.选定的荷电率大小对电阻片的老化速度有很大的影响,一般选用45%-75喔£更大.2.3防雷接地的概述1 .3.1防雷接地的开展概况2 .天上下来的直雷击.3 .各种金属线路、管道感应或引进的感应雷.4 .地下出来的还击雷.架设避雷针,避雷线防直击雷.地面或室内外各种天线、信号线、电源线进入室内或设备前,装设线路避雷器.各种金属管线入户处进行接地处理.埋地电缆用金属裸线平行屏蔽.具有良好的接地装置,包括尽可能小的接地冲击阻抗、接地体的有效屏蔽及各种接地的联通.5 .3.2接地与防雷接地(1)工作接地：电力系统为了运行的需要,将电网某一点接地,其目的

16、是为了稳定对地电位与继电保护上的需要.(2)保护接地：为了保护人身的平安,预防因电气设备绝缘劣化,外壳可能带电而危及工作人员平安.(3)静电接地：在可燃物场所的金属物体,蓄有静电后,往往爆发火花,以致造成火灾.因此要对这些金属物(如储油罐等)接地.(4)防雷接地：导泄雷电流,以消除过电压对设备的危害.第3章冲击电流流经接地装置入地时的根本现象3.1 土壤中的电位分布当接地装置流过电流时,电流从接地体向周围土壤流散,由于大地并不是理想的导体,它具有一定的电阻率,接地电流将沿大地产生电压降.在靠近接地体处,电流密度和电位梯度最大,距离接地体越远,电流密度和电位梯度也越小,一般接地装置约在2040m

17、处电位便趋于零.电位分布曲线如图3.1所示.u'20101020l(m)图3.1接地装置在地外表电位分布接地点电位u与接地电流i的关系服从欧姆定律,即u=Ri,R称为接地体的接地电阻,根据接地电流i的性质,假设冲击电流或工频电流,接地电阻R可分别称为冲击接地电阻或工频接地电阻.当i为定值时,接地电阻愈小,电位u愈低,反之就愈高,这时地面上的接地物也具有了电位uo由于接地点电位u的升高,有可能引起大的接触电压和跨步电压,从而不利于电气设备的绝缘以及人身平安,这就是为什么要力求降低接地电阻的原因.3.2 土壤中的电场强度当冲击电流流经接地装置时,在接地装置附近的土壤中出现了很大的电流密度,

18、因而在接地装置附近的土壤中产生很大的电场强度E,土壤中的电场强度E由下式决定E=6P(3-1)由式3-1可知,冲击电流愈大(即6愈大)、土壤电阻率愈大,那么土壤中的电场强度也愈大；土壤中的火花击穿程度愈剧烈,冲击接地电阻下降得就愈多3.3 接地装置的电感效应及利用率综上述可知,流经冲击电流时接地装置的接地电阻?与雷电流幅值、土壤电阻率和接地装置的长度及其结构形状有关,通常将冲击接地电阻Rh与工频接地电阻R之比ach=Rh称为接地装置的冲击系数,由于考虑到雷电流幅值大,土壤中会发生局部火Rg花放电,使土壤电导率增加,接地电阻减小,所以其值一般小于1；但由于雷电流频率高,对于伸长接地装置因有电感效

19、应,阻碍电流向接地体远端流去,故冲击系数可能大于1.3.4防雷接地装置的形式及其电阻的算法1 .接地装置的形式接地装置一般可分为人工接地体装置和自然接地体装置2 .接地体的选择人工接地体的规格,水平铺设的接地体可用圆钢、扁钢,垂直接地体可用钢管、角钢,接地体和接地引线的截面应不小于下表所列规格.表3.1钢接地体和接地线的最小规格种类规格及单位地上地下屋内屋外圆钢直径mm6810扁钢截面mm厚度mm484484484角钢厚度mm2.5343.发电厂和变电所的防雷接地接地网由扁钢水平连接,埋入地下0.60.8m处,其面积S大体与变电所的面积相同,如图3-2所示,这种接地网的总接地电阻可按下式估算:

20、(3-2)0.44：PR0.5-、SL、Sm式中L一接地体包括水平的与垂直的总长度,S一接地网的总面积.(a)长孔(b)方孔图3.2接地网示意图接地网构成网孔形的目的,主要在于均压.接地网中两水平接地带之间的距离,般可取为310m然后校核接触电位差Ui和跨步电位差Uk后给予以调整.A缩小为方形和矩形地网接地电阻的计算方形地网.考虑到保持周长不变将圆环变为方框后,占地面积将由原来的-A,把计算圆环或圆盘的接地电阻公式4ppR=0.22(1B)(ln.A2二Lhd-0.452-5B)(3-3)(3-4)中的A用±A取代,在考虑方板的修正后,得方形地网的接地电阻共公式为4：A(3-5)Re

21、=0.213.(1B)(ln-A-5B).A2二L9hd式中(3-6)l0一地网周长;l水平接地体长度;d一接地体直径；P一土壤电阻率；R=%Re3-73.5牵引变电所防雷接地的必要性牵引变电所是铁路供电系统的枢纽,它担负着电网供电的重要任务.在电力系统中的各种电气设备,都是按一定电压制造的,都有一定的绝缘强度.当电压过高,超过其绝缘强度时,就要产生闪络击穿,它能使绝缘破坏,引起事故.这种对绝缘有危险的电压和高于正常运行时的电压,均称为过电压.根据产生过电压的原因,我们把过电压分为内部过电压和大气过电压两种.内部过电压,是指由于电力系统内部的原因如闭合空载线路、空载变压器,以及发生单相接地故障

22、等所引起的过电压.产生内部过电压的根本原因是由于系统内能量分布发生瞬间突变.内部过电压分为两大类：一类是由于在操作如断路器的合闸、分闸或故障断线、接地等时的过渡过程中所产生的过电压叫操作过电压,其持续时间较短；另一类是在某些操作或故障后所形成的回路中,由于电感和电容相等而产生的谐振过电压叫做谐振过电压或称共振过电压,其持续时间较长.大气过电压又叫外部过电压.它是由于雷电放电而引起的过电压,所以又叫做雷电过电压.大气过电压又分为直击雷过电压和感应雷过电压.直击雷过电压指带电的雷云直接对架空电力线路和电气设备放电.具过电压数值可达几百万伏,对电气设备的危害极大.感应雷过电压指当雷击于线路附近地面时

23、在雷电放电的先导阶段,先导路径中充满了电荷,因而对导线产生静电感应,在先导路径附近的导线上积累了大量的异性束缚电荷.当雷击大地后,主放电开始,先导路径中的电荷自上而下被迅速中和,这时导线上的束缚电荷变为自由电荷,沿导线两侧流动.由于主放电的速度很快,所以导线中的电流很大,感应电压就会到达很大的数值,这就是感应雷过电压.第4章10kv牵引变电所防雷保护和接地设计发电厂、变电站及输电线是电力系统的重要组成局部,如果遭受雷击,会在系统中产生幅值很高的雷电过电压,从而严重危及线路和电气设备的绝缘.一旦系统中某处绝缘遭到破坏,就可以引起跳闸或其他设备事故.因此,电力系统的雷电过电压及其防护问题一直是人类

24、研究的一项重要课题.4.1 直击雷保护4.1.1 保护对象屋外配电装置,包括组合导线、母线廊道.4.1.2 保护举措110KV配电装置装设避雷针或装设独立避雷针；主变压器装设独立避雷针；屋外组合导线装设独立避雷针.4.1.3 避雷针装设应注意的问题应妥善采用独立避雷针和构架避雷针,其联合保护范围应覆盖全所保护对象.根据?电力设备过电压保护技术规程?SDJ7-76规定：独立避雷针(线)宜设独立的接地装置,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.110KV及以上的配电装置,一般将避雷针装在其构架或房顶上；6KV及以上的配电装置,允许将避雷针装在其构架或房顶上；35KV及以下高压配电装

25、置,构架或房顶上不宜装设避雷针.装在构架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.避雷针与主接地网的地下连接点至变压器接地线与主接地网的地下连接点,沿接地体的长度不得小于15m0在主变压器的门型构架上,不应装设避雷针、避雷线.我国规程规定：(1)110KV及以上的配电装置,一般将避雷针在构架上.但是在土壤电阻率p>1000Q*m的地区,仍宜装设独立避雷针,以免发生还击；(2)35KV及以下的配电装置应采用独立避雷针来保护；(3)10KV的配电装置,在p>500Q*m的地区宜采用独立避雷针,在p<5000Q*m的地区容许采用构架避雷针.4.2 雷电侵入波保护4.2

26、.1 保护举措避雷器结合进线段保护.装设阀式避雷器是变电站对雷电过电压波进行防护的主要举措,它的保护作用主要是限制过电压波的幅值.但是为了使阀式避雷器不至与负荷过重(流过的冲击电流过大)和有效的发挥其保护功能,还需要有进线段保护与之配合,这是现代变电站防雷接线的根本思路.阀式避雷器的保护作用基于三个前提：它的伏秒特性与被保护绝缘的伏秒特性有良好的配合在一切电压波形下,前者均处于后者之下它的伏安特性应保证其残压低于被保护绝缘的冲击电气强度被保护绝缘必须处于该避雷器的保护距离之内.4.2.2 避雷器的设置参考?电力设备过电压保护技术规程?SDJ79中的规定:第78条：变电站的每相母线上都应装设阀型

27、避雷器,应以最短的接地线与配电装置的主接地网连接,同时应在其附近架设集中接地装置.第80条：大接地短路电流系统中的中性点不接地变压器如中性点绝缘按线电压设计,应在中性点装设保护装置.第83条：与架空线联络连接的三绕组变压器的10KV绕组,如有开路运行的可能,应采用预防静电感应电压危害该绕组绝缘的举措.在其一相出线上装设一只阀型避雷器.第85条：变电站310KV配电装置应在每相母线和每路架空线上装设阀型避雷器；110KV35KM10KV每段母线上均装一组避雷器；变压器35KV侧每一相上装一个避雷器,10KV侧在一相上装一个避雷器；110KV中性点为分级绝缘且装有隔离开关,故需装一个避雷器；35K

28、V架空出线连接处应装设一组避雷器.4.2.3 变电站的保护根据该变电站的实际情况需要设置四只避雷针分布在四周.由于土壤电阻率p=1000.*m,仍宜装设独立避雷针,以免发生还击；选取避雷针高h=50mt目令口两针的距离D=60m寸角的两针相距D=60£,Em被保护物高hx=10mh当hx=10m<万=25m时(4-1)相邻两针间外侧保护半径为：rx=(1.5h-2hx)p(1.550-210)5.5人5.5=42.78m(4-2)相邻两针间保护范围为：%=h-D/(7P)=50-60/(75.5/50)=39m相邻两针高hx水平面上的保护范围为：bx-1.5(h0-hx)-1.

29、5(39-10)-43.5m对角两针间的保护范围为：(4-5)M二h-.2D/7P=50-26050/(75.5)-34.4m对角两针高hx水平面上的保护范围为:(4-6)bx=1.5(h0-hx)=1.5(34.4-10)=36.6m4.3 110KV高压输电线路的防雷保护4.3.1 线路雷击跳闸分析4.3.1.1雷电参数雷电流幅值概率：雷电流幅值超过I概率P可由下式表示：IgP=-I/88式中：p-雷电流幅值概率：I雷电流幅值,KA当平均年雷暴日在20及以下的地区.雷电流幅值较小.可由下式求得：IgP=1/44卜表给出不同雷电流幅值下,超过该值的概率:表4-1I(KA)1208866442

30、2115.5>20雷电日的P0.0430.10.1780.3160.5620.7500.866w20雷电日的P0.0020.0010.0320.10.3160.5620.7504.3.1.2线路雷击次数对高度小于、等于20米的线路,每年每百公里的雷击次数N=rX1Oh/1000x100xT次/百公里.年式中T:每年平均雷电日；h:输电线路高度m:r：落雷密度,为每平方公里雷电日对地落雷次数.对20米高线路,在每年30雷电日地区,每百公里落雷次数为9次.对高度大于20米的线路,每年每百公里雷击次数为：N=rX2R+V/1000x100x砍/百公里.年=O1rXf2R+WTt中w:为双避雷线

31、间距离：R:吸引半径,R=i6.3hO61m0根据新标准,按40雷暴日计,每年每百公里落雷次数为：N=0.28fb+4h式中b为架空地线间距离；h为输电线路高度n1.对20米高线路,在每年40雷电日地区.每百公里落雷次数为22.4次.对30米高线路,在每年40雷电日地区,每百公里落雷次数为33.6次.4.3.2 有避雷线的线路雷击跳闸率确实定1在以下情况下线路将要跳闸雷击杆塔顶部发生闪络并建立电弧；雷击绕过避雷线击于导线发生闪络并建立电2)耐雷水平确实定雷绕击导线时的耐雷水平：U50%是绝缘子用的50%冲击放电电压：z是雷击导线处的波阻抗约为4001:4是雷击点左右两侧导线波阻并联和雷击到波阻

32、为Z/2的导线上其阻抗近似等于雷电通道波阻ZO寸的雷电流比雷击零欧时减半而构成的.雷绕击导线时的耐雷水平如下：110Kx线路杆塔每用瓷并为耐雷水平为7KA一旦有超过上述耐雷水平的雷电绕击与导线都会出现瓷瓶用闪络,跟随而来的工频续流建立电弧,造成线路跳闸.4.4 牵引变电所进线段保护进线段保护是指在临近变电所12km的一段线路上增强防累保护举措,如图所示.当线路全线无避雷线时,此段必须架设避雷线.这样,就可以认为侵入变电所的雷电波主要是来自“进线保护段之外,使它经过这段距离后才能到达变电所.在这一过程中由于进线波阻抗的作用减小了通过避雷器的雷电流,同时由于导线冲击电晕的影响削弱了侵入波的陡度.进

33、线段的耐雷水平如表4.2所示.表4.2进线段的耐雷水平额定电压(kV)3560110220330500耐雷水平(kA)306075120140175FZGGBGB|j图4.1无避雷线线路的变电所进线段的变电所进线段保护接线图1)进线段首端落雷,流经避雷器电流的计算最不利情况是在进线段首端落雷,由于进线段波阻抗的作用,流经避雷器的冲击电流减小.设侵入波的幅值为线路绝缘的50%中击闪络电压,那么行波在长度12km的进线段内往返一次所用的时间为t=2l/v=6.713.3Nsl为进线保护段的长度,而入侵波的波前又较短.故避雷器动作后,产生的负电压曲折回雷击点产生的反射波到达避雷器前,流经避雷器的雷电

34、流已过了峰值.因此,可用图中的等效电路按下式计算流过避雷器雷电流的最大值八：ZI11Umu.*IZ_2U.FBIbFBTJ图4.2流经避雷器的雷电流计算用等效电路(4-7)(4-8)25.UcmUcm=9)不同电压等级的Ib如表4.3所示uAtu(0.53)1hd(kV/s)(4-9)表4.3进线段外落雷流经单路进线变电所避雷器雷电流的最大值额定电压kV避雷器型号线路名勰的U50%kAIb(kA)35FZ-353501.4110FZ110J7002.6220FZ220J120014004.355.38500FCZ-500206023108.63102进入变电所的雷电波陡度的计算(4-10)aa

35、a=二(kV/m)300在最不利的情况下,计算出的变电所侵入波陡度如表4.4所示.表4.4变电所入侵波计算陡度额定电压kV入侵波陡度kV/m1km进线段2km进线段或全线有避雷线351.00.5601.10.61101.50.754.5 牵引变电所内变压器的防雷接地保护4.5.1 自藕变压器的防雷保护自藕变压器除有高、中压自耦绕组外,还采用三角形连接的低压非自藕绕组,以减小零序阻抗和改善电压波形.在低压非自藕绕组上,为限制静电感应电压需装一台避雷器.此外,当雷电波从高、中压绕组的一侧侵入而另一侧开路时,将在开路侧出现过电压,因此,必须在自藕变压器的两个自耦合的绕组出线上装设避雷器,此避雷器应该

36、装在自藕变压器和断路器之间.如图4.3所示.Arh(FZ3匚旺A1|FZ1rfzE图4.3自藕变压器的防雷保护接线图自藕变压器过度过程如下：当无穷长直角波Uo加在高压端A点时,那么由于中压开路,电位起始分布、稳态分布以及最大包络线都和中性点接地的绕组相同,如图4.3a所示.在开路的中压端A上出现的最高电位即对地电压约为高压侧电压Uo的2k倍k是高压侧与中压侧的变比,这可能使处于开路状态的中压端套管闪络.因此中压端与断路器之间应装设一组避雷器进行保护.当高压侧开路,中压端子上出现幅值为Uo的侵入波时,绕组电位的起始分布如图中4.3b曲线1,稳态分布曲线如曲线所示.由A'到0这段绕组的电位

37、稳态分布和末端接地的变压器绕组相同.由A'到A这段绕组的电压稳态分布是由与A'到0段稳态分布的电磁感应所行成的,高电压的稳态分布为kUoo在震荡过程中A点的电位最高可到达2kUo,这将危及处于开路状态的高压端绝缘套管,因此在高压端与断路器之间也装设一组避雷器.另外,当中压侧有出线时,由于出线才波阻抗较变压器要小的多,当高压侧有雷电时,A端相当与接地,雷电波大局部加在自藕变压器绕组的AA之间,可能使其绝缘破坏,同理,当高压侧有出线时,而中压侧有侵入波时也有类似的情况,这中情况在变比越小的自藕变压器中越严重.因此,当变比小于1.25时,在AA间还应该装一组避雷器如图4.3中虚线的F

38、Z30FZ3的灭弧电压应大于高压或者中压侧接地短路条件下AA的出线的最高工频电压.4.5.2 变压器中性点的防雷保护1)中性点绝缘水平中性点绝缘水平可分为全绝缘和分级绝缘两种.凡中性点绝缘与相线端的绝缘水平相等,叫全绝缘.一般在60kV及以下的电力变压器的中性点是全绝缘的.如果中性点绝缘低于相线端绝缘水平,叫分级绝缘.一般在110kV及以上时,大多中性点是分级绝缘的.本次设计中变压器中性点即为分级绝缘.2)不同电压等级的中性点保护(1) 60kV及以下的电网中的变压器 流过避雷起器的雷电流小于5kV,一般只有1.42.0kV; 实际上变电所进线不只是一条,它是多路进线,一条线的来波可由其他的线

39、路流走一局部电流,这就减少了流经避雷器的雷电流； 大多数来波是以线路远处袭来的,其陡度很小；变压器绝缘有一定的裕度； 避雷器到变压器的距离实际值比允许值近一些；三相来波的概率很小.(2) 110kV及以上电网其冲击放电电压应低于中性点冲击绝缘水平；避雷器的灭弧电压应大于因电网一相接地而引起的中性点电位升高的稳态值,以免避雷器爆炸.保护间隙的放电电压应大于电网一相接地而引起的中性点电位升高的暂态最大值,以免继电保护不能正确动作.对110kV分级绝缘变压器中性点来说,如选用FZ35或FCZH35,那么其灭弧电压低于电网单相接地时中性点的电位升高稳态值,因此一般不可采用,因考虑选用FZ40阀型避雷器

40、或氧化锌避雷器.本文首先论述了牵引变电所防雷接地的必要性,并对我国防雷接地的开展情况进行了概述.接着讲述了雷电、雷电压和雷电流的形成过程,并给出了雷电参数,阐述了防雷装置如避雷针、避雷器的防雷原理以及保护范围,给出了直击雷和感应雷的防护方案,介绍了目前我国牵引变电所防雷接地设计中常用的几种举措,如：合理选择牵引变电所修建的地理位置,架设避雷针、敷设接地网,在进线段装设避雷器,同时对几种防雷举措进行了深入的论述和定量的计算分析.最后基于常用的防雷接地的设计方法,对110kV牵引变电所进行了详细的防雷接地设计.通过对上述内容的研究分析,可得出以下结论：(1)牵引变电所是铁路供电系统的枢纽,因此牵引

41、变电所一旦发生雷击事故时,就有可能造成铁路运输系统的瘫痪,给生产和生活造成巨大的损失,所以应十分的重视牵引变电所的防雷接地.(2)要实现有效的防雷平安,那么要建立一套完善而健全的综合立体的防雷系统.一套完善而健全的综合立体防雷系统包括：直击雷的防护；感应雷的防护；接地网.(3)牵引变电所直击雷的防护应在变电所范围内架设避雷针,使牵引变电所的全面积都在避雷针的保护范围之内.(4)牵引变电所感应雷的防护应在进线段、变压器的高压侧和低压侧和馈线段装设避雷器,并在进线段12km处装设避雷线.(5)地网的工频接地电阻值应小于0.5Q,假设由于环境因素不能到达这一要求,应综合采用敷设外延地网和换土等方法降低接地网的工频接地电阻值.(6)为了保护变电所电气设备的平安运行,在装设避雷器时一定要限制避雷器的残压,也就是对流过避雷器的电流必须加以限制,使之不大于5kA,同时要限制入侵波的陡度.(7)要使所有的设备到避雷器的电气距离