110kV变电站避雷设计

llOkV变电站避雷设计.doc110KV变电站防雷设计复转军人培训班指导老师：杨旭设计人：张涛日期：2007.10.171、2、9一*

第一章1、2、第四章第五章接地装置的布置接地装置的选择计算..1、2、9一*

第一章1、2、第四章第五章接地装置的布置接地装置的选择计算..・・感应■过电压的保护设计入侵雷电瞄保护设计…..9..91011过电压保护的特点及基本要求变电所防■所采用的保护方式变电所直击雷保护设计1、避■针位置的确定42、避■针保护范围的计算4第三章接地装置的设计81、进线保护设计122、进线保护设计计算13第六章避■器的设计及安装方式141、避■器的设计142、避■器的安装方式15第七章变压器的安装方式16（咐国）17总结1818致谢词1818参考文献110KV变电站防雷设计保护张涛第一章变电所过电压保护的特点及基本要求1、过电压保护的特点及基本要求：变电压是电力系统的枢纽，它担负着电网供电的重要任氤变电所除了可能遭受直击雷以外，还有可能沿着线路向变电所传来的雷电波威胁着变电所设备的安全。一旦发生损坏*故，其后果是十分严重的。为此必须认真做好变电所的过电压保护工作，堵塞一切漏洞，以确保对广大用户的不间断供电。⑴变电所过电压保护的特点：由于变电所和架空线路直接相连而线路的绝缘水平又住住比变电所内的电气设备为高，尤其是木横担的线路更为突出，因此沿♦线路入侵到变电所来的■电波的幅值住住是很高的，如无适当完善的保护设施，就有可能使变电所内的主变压器或其它电器的绝缘损坏。如果是终端变电所，进行波到达变电所后会因末端的反射作用使其幅值升高一倍，其危险性就更大了。⑵基本要求：知已知彼，方能百战百胜,要想对变电所实施可靠的防.保护，首先我们必须了解■电对变电所设备有什么危害以及采取怎样的措施才能做到防■电对变电所电气设备的危害•■电的危害有两点：其一、可高达几个甚至几十兆伏的高电压；其二,就是可高达几百千安的大电流。在电力系统正常运行中，电气设备的绝缘处在电网的额定电压之下。但是由于■击，故障、操作或系统参配合不当等设备绝缘的击穿，严重威胁电气设备的安全运行，我们对这种危及绝缘子的电压称为过电压。由于故障,操作或系统参数配合不当等，电压可能升高，有时会大大超过正常状态下的此变电所的过电压保护工作必须从技术经济观点原因引起的过电压，称为内部过电压，而由于■击引起的过电压称为大气过电压。大气过电压是■击被击物，在被击物内流经很大的.电流造成的；感应■过电压则是因■击于设备附近，由于电磁波的剧烈变化而产生的,直击■过电压对电气设备的绝缘具有严重危害，必须采取防护措施，感应■过电压的幅值一般不超过500KV，这时35KV及以下•级的绝缘是危险的，应采取防护措施，而对110KV及以上等级的绝缘，其冲击耐压水平一般已高出此值，故无危险。在这里我们所设计的是配合不当等设备绝缘的击穿，严重威胁电气设备的安全运行，我们对这种危及绝缘子的电压称为过电压。由于故障,操作或系统参数配合不当等，电压可能升高，有时会大大超过正常状态下的此变电所的过电压保护工作必须从技术经济观点原因在变电所内一般都有一些高大的建筑物，如果遭受■击就会发生重大事故,因此必须对它采取完善的直击雷保护装置，如采用避■骨或避■线•为了节约投资，成物利用变电所的架构.照明灯塔或在高建筑物上安装避雷针•变电所的直击.保护范围还应包括进终皱杆塔和变电所的直击.保护范围必须进行具体的计算，绘出保护范围图，防止出现任何保护空白点，使应该被保护的设备全部处在直击.保护范围之内。变电所的进线和出线都应该具有完善的防.保护装置，110KV及以上的高压送电线路一般都是全线用避■线保护，以防止导线遭到直接■击后■电进行波侵入变电所内，对35KV的线路，为了降低线路造价，一般只在变电所进线或出线1—2km的范围内加装避■线保护，并相应地在木横担线路的进线首端安装一组排气式避■器，以限制沿着线路入侵到变电所的■电波的陡度的皿对变电所3—10KV的配电线一般只在线路出口处安装阀型避■器，并在母线上安装阀型避■器，以保护变电所3—10KV的配电装置。一般变电所的额定电压越高，则其容■也就越大，供电■要性也就越高，它的防.保护应当越可靠。出发，根据变压器容■及供电■要性等条件，因地制直确定具体的保护方案，不可干篇一律的要虬如有的变电所供电性质不太重要，容量也比较小，就可以采取简化的防.保护方式，以便为国家节约投资，加速农业电气化和国家的社会主义建设。在每个电力系统中，还有可能发生内部过电威胁系统的安全，因此必须根据具体条件分别采用磁吹避■器、金属氧化物避■器或其它防止内部过电压的技术措施，以保证电网的安全运行。在变电所内对进行波的保护主要依靠装在母线上的阀型避■器或金属氧化-s&HS«ssflRSF@is.s&HsettKK^SflRseis・咨B.eMLSISS・£ef华annnSHLeliES^SSM9l£e£ss^&ssesMUM.smsMBS^-se^sgsKS.iiHmEHms^&aex»«HS*sssi@*目eApssmlnA点BBSISSRfrrs@Ns^swimsa^s(本・着集蕾■相m)-ttRIMVOIBEw44s*・iseaw.sesHsxffiSSBtfHesiessiiss盛员•SIE■isue^ffissmsMKSSSKSOitfss.ffiHffiiMffl碱MKBE银SSMWMSEI-i^RSSISQ^-ttR*eBE隹e■隹感崩4.issesASSMSS•eHmsesue&^ssss.NSSSKINS«efi$lsl«M•盛蕾厘KeQBE冒兽•s&sgss•ssff^s^•esBSMSV.MS^SmsswEfisimis.sseitfl^seSSMS^SSS•smsSSZSSB^SSS,sas^,ss^sss^s^_nx»3H§・lM^3s§sn«ssimaias、SSSSBSls«ssss«一ss^s^-ttissaHSSlas*ssss一画«。wvls^sssasi^US・§s«§3£m。»3£sfis83H»R—旨案傍餐38as8■非・«83£H»§»S8WBB>HS-mlffis£3TBIWI4RB、m»B«38WRkmras、辱了WHSmsvl・3真。尸SSSS-100xl00m2•»彰善3»旱6米・sss^aisn•RHWaBs厚9MW■等3B»・•SIHssmsfi・W38SB・m^asmssl»・ea兵馨签狭ass^ss^ffB2*3«HIaw■等s*rWHim-38§:D2X962+962H96七2m5xu6msfi^s^sss-演荐一asai厚画8HIB曲非aNtk昌^5^5・aD/hm5•ahN*物D、5.w・2¥33l181SSK^iB・352D、nN962+962=96N2In*ahlv〔H27.152m曾阜・•HHIK38s-WN—」IRS・tt3thn28m>/hn96、28n3.43A5b/h&35.76、28£5A5•翠鹿畀。XI»hn28mA3cm•sllupnr»€^s3»18%hxu6m・hxu6mAh/2•slurMll(L5h.2>F)pAL5x28.2x6)xl=30m§」^»l85mhxzKdaaJZs要普・H拼琳e着于3»・SBSaffisJWMrxsn普wmllltm皿mhxzKdaJZs彰蕃。hollh.D/7pn28.9$ln28.13.7E4.29ms:屏is2ai^skusi^ss-941SHWNSBS39SW3r司普W2s提、<n兽IHKISSS&3・(IKx)SKS^SHaRq扉-xq・KsW9.8咒q.q11c«q«旻we«・m。胃pNKeHHB域崔：ns卧*qttESEE寸本IIPs.EEesIS8»fisss••s日36.£=I9.EXS・In(9・I9QO)s.v*0es.4q.?sgf■«卷-HIB卧祐廿ESSIE14I1IP寸^£E寸MllrE£.£EmsEe贵I4I«X?S^EKSHSSS.S目y导.ET&QOxy.IAg.a.EM.Incq.IOey.I'Lxq。ttffis嘘3WK寸本IIPz本M卷恒Bsss§将苴srKs曜amwrBe蕾罢E£1IPI着§q善-s月9.8肖.61.§1§|>.38甘4{1.112•ttKe曜amKmffiHB坡崔厘筐£llr寸4T£E£W£^@^PTi比例:1:1000InESH由+£吊r1□La_10y£DR•Seesisa威Cassesa欧■«蕾垂A根4ittM§・S8«i^^KKSKQ・sslff是LS8.SSMS3IB9s£HSI5£a・s&s—sa^ssBs^ssff•aHs)SHS•Hs日SEZETSIQOxgT^SITrDSTCqLOeSTRq目mzrKnmz.wxm.v^mz.ozK.IncqJ^ln.I'Lxq目lnw8・oz.m*6.w9t>.3ln£=d4Q.q%q宙导£.my£=E6.w96IA£=dz/a.qlL0q@9*E6.0x(9xEIAExgndcqz,s1rX.Ii^ssssssss-也Z/q>in9}6E6.0A6.*.xwmwwnda.甲菖clnsnVTmVM・a£a96n<a或KB^e-llgEM9KBHSR-a^essfissm-ss・as§.ss^ssss^■uunno寸•华asss<■111・es£ss・8Sss・JJnYm・Ke8is•<nuio9sss^assw.M£issss^MSSWSSKSSSm®.SSSS§^S.MSSSK»£Hsw^ssdOS«is«£Mssms£-Ns■sas^assKa•瘩wawthKWFISSSHWSSSSSMSFSSSSMWaSS8S#...tdse£S8S»•MiiKEStsmtfss^Esea^•sslsd寸%s«£sfrcs^aoitbm冒Hstf董ms«6SKA根um・ossss%ssfitfKSKBS-uSES.3&£axohsm-£9BssisaMM«eMS»J•蚩盘»«■RFse&HSSSBS•置.§sliatfs・・wySHW-Mufi&Ksev・efiss&eHSSS郭.Mis^tKS•Suss^ssss盛恒*蚤BEIE*・I«@oslwB^SMesMwrtfefr^KS§£s§R^&s&s.@KHMissMAseMSSttmw季节系数甲=1.2,±壤电阻率P/=100n血,计算用电阻率P=^p/=1.2x100=120nm单根钢管垂直接地体稳定状态下的接地电阻：R=P/2nlln4l/d=120/2*3.14*3ln4*3/0.06=33.76Q因为■电流的幅值I=150KA,所以每个接地体流大地的电流帽I=150/3=50KA,冲击系数取口=0.6,则冲击接地电阻R/Ch=aR=0.6*33.76=20.26Q效'注:冲击接地电阻:在■电放电时，流过接地装置的■电流密度很大,波头陡度也很高,会在接地体周围的土壤中产生局部火花放电,其效果好比增大了接地体的尺寸,会使接地电阻的数值降低，即在冲击电流作用下接地装置的电阻效'垂直接地体数n=3,且比值亦6/3=2,由查表得利用系数n=0.75,求得接嶙置的冲击接地电阻为:RCh=RCh/h*1/n=20.26/3*1/0.75=8.98Q,因为Rch=8.98<10,所以满足R<10Q的要求。(⑷独立垂直接地体图：150K第四章感应■过电压的保护设计当雷没有直接击中电力系统中的导线或其它电气设备时，由于■电放电，电磁场剧烈改变，此时电力系统的导线或电气设备将感应出过电压。这样的过电压称为感应■过电压。如果要设计■击避■针时产生感应过电压的保护，首先必须明白设计它的当■击避■针后，它的对地电位可能很高，如果它与被保护物之间的绝缘距离（包括空气中及地中）不够时，就有可能在避■针受■击后，从避■针到被保护物间发生放电，这种情况就叫做逆闪络或反击。此时仍能将高电位加至被保护物，造成事故。为了防止反击，要求避■针写被保护物之间在空气中和地中保持一定的距离，这就叫做■击避雷针上时产生感应过电压的保护。独立避■针写配电装置导电部分间，以及写发电厂.变电所电气设备和架构接地部分间的空气距离一般不得小于5m，为降低避■针落■时产生的感应过电压，在条件许可时，此空气距离宜增大至10m。实际运行经验证明，独立避■针的接地装置与发电厂、变电所接地网间最近的地中距离不应小于3m。如果采用避雷线保护配电装■，则避■线与配电装■导电部分间，以及与发电厂,变电所电气设备和架构接地部分间的空气距离一般不应小于5m在条件许可时对60KVs^sssa•^SER1l£SSMI£•0sfSB^Ks•wffifisEtfsa•iSS3WS•粉*IOK^Kssma1«普Essesffiessxs•K§»«selma•*・sss^・§svsss^ssss^SM««寸69EUQO6.QOXE・onw^3AIps«psBsl@E^ii«SWMIies营«是mw.abh£s@s£srs&ss•板蓄■»K«圭整HIKSttslsHmimtfass08HmKBEISSSimaMi•8£tKps.K9^BB3BB£s.sem«iwssH£»sa寸69EAIPSBOO6.8XE.0AIPS玉眠寻用E.OAIPS善着«BaW86.8xln.4wonps•aHmKBSSes&s£saH8另虻B目yssliT^B^sssssa96耳9打・0+86.8<.0如(日)qro+/E.oAI工s-SaipmBs■#ssgs&ssf4A削寸3A6QOx03ngnpQA弟邑noEXSX9x86QOxo3ILp、PTq+^7VQGatfswftsMWSEm直9npq«芸■«曹301WPVa5a卧着ff・303凸semtfH-s§9is)ss£s^£r州)目mHmtK&TBSSSsisctfsMissm.KS^SBmHSHFi」「-匕-T-rk.I<wnL-l~L--sMR(ffin)sman-SSH3-snJ.337iiTSKffin€s£・ssess^.KISKKSKSSHSESS、smilM^sffilssss、SSSSKisii-・ssgtts^ssss・sesmKfe.smsMKSSise^sKSSsisesmMM・蕾霍着.&等％Ywasa夜DLIYWYW全线有避■线的进线保护（110KV）⑵进线保护的作用：利用进线导体本身的阻抗，使流经避■器的■电流受到限制，使其幅值不超过5KA（在电压为330KV级时，为10KA）,当雷电流很大时，利用导线上的冲击电晕来影响入侵波的陡度及其幅值下降。并通过进线段上氧化锌避■器的作用使侵入波幅值，陡度不超过变电所的设备绝缘配合的要求，限制在避雷器所允许的范围内。（3）各元件的作用：避■线：（也叫架空地线），在近变电站的线路上，架设1-2KM避■线作为进线保护段（本设计只有0.88KM,近乎于1KM所以取1KM,见（4）进线保护长度计算）在110KV及以上电压等级中,一般都是全线都装设避■线,其作用有以下三点：a.b.c.在避■线保护范围及进线保护段以内的导线免受直击■；在最不利的情况下，即线路首端受到直击■时,由于避■线本身阻抗的作用,沿线路传达的■电波幅值受到限制；线路发生■击后，入侵的■电波最大值为线路的50%冲击电压，且具有直角波头。此电压已超过导线的临界电晕电压，因此在a.b.c.氧化锌避■器的作用：（参■图a）YW1：在线路绝缘水平很高的情况下，限制入侵■电邮幅值,（此氧化锌避■器的接地电阻要求不大于10gYW2:在雷雨季中如变电所35-110KV进线的隔离开关或断路器，可能经常处于断开状态，且线路侧又带电的情况下，当沿线路有50%幅值的■电波入侵时，在断开点将发生全反射使电压升高一倍，可能发生冲击闪络而产生工频烧毁电弧，使开路的断路器或隔离开关烧毁，因此靠近隔离开关或断路器处，加装YW2。在断路器闭合运行时，入侵雷电波不应使YW2动作，即此时YW2在变电所阀型避■»保护范围之内，退出运行，在断路■断开后，成将YW2投入运行.烧毁YW3:（a）保护母线；0）在断路器闭合运行时YW3保护YW2不误动作。2,该站进线保护设计计算：⑴该站所有线路均顺设■进线保护，⑵）进线保护长度计算：母线架构高hd=6m入侵波陡度a’=0.75KV/m.35KV侧避■器的残压Uc5=134KV根据公式：a’=^（150/Uc5+2.4/hd）lo0・75=U（150/134+2・4/6）lo0・75=1/1・52*lolo=1/0・75*1・52=0・88km根据要求，本站进线保护段长度1km。（3）110KV线路全线设置避雷线，通常不在线路未端装设氧化锌避■器，避雷线可至变电站110KV进线门形架构上，避■线保护角成为20°左右，以尽■减小绕击机会，每根杆塔避■线均接地，接地电阻RV10Q（4）35KV线路进线保护长度为1米，避■线至终端杆，终端杆至出口门型架构，这一段引线由本站避■针进行保护,35时进线保护段首端及终端杆各装设一组氧化锌避■器，其接地电I阻小于10Q,避■线保护角在20°左右，每根杆塔避■线均接地，接地电阻小于10d第六章避■器的设计及安装方式1、避■器的设计避雷器是变电站防雷保护的基本措施之一，它的作用是用来限制作用于设备上的过电压，以保护电气设备虬避雷»与被保护设备并联安装在被保护设备附近，当过电压超过一定值时，避■器先放电，从而限制了被保护设备的电压值。避■器的保护性能对被保护设备绝缘水平的确定有直接的影鼠避■器的类型主要有保护间隙、管型避■器、阀型避雷器和氧化锌避■器等几种。⑴保护间隙：由两个电极组成为使被保护设备得到可靠的保护，要求保护间隙的伏秒特性的上限低于被保护设备伏秒特性的下限，并有一个一定的裕鼠当■电波侵入时，间隙先击穿，将工作母线接地，■电流引入大地，避免了被保护设备的电压升高，从而保护了设备•由于间隙熄弧能力差，住住不能自动熄弧，造成断路器跳闸，这是保护间隙的主要缺点•为此可将保护间隙配合自动重合闸使用，如果被保护设备的伏秒特性较平坦，这时保护间隙的伏秒特性与具配合就比较困难，故不宜用它来保护具有较平坦伏秒特性的电气设备，如变压器、电缆等。⑵管型避■器：实质上是具有较高熄弧能力的保护间隙。它的主要缺点是伏秒特性较陡，旦分散性大，难于与被保护设备配合。管型避雷器动作后，还会形成截断波，对变压器的匝间绝缘不利，此外它的放电特性受大气条件影响较大,因此管型避■器目前只用在线路保护（如大跨距和交叉档距）以及发、变电所的进线保护。⑶间型避■器：是由多个火花间隙与阀片电阻串联组成，火花间隙具有平坦的伏秒特性，且低于被保护设备的冲击耐性强度,阀片电球谶性电阻，其电阻值与流过的电流有关，电流越大，电阻越小。阀型避雷器分为普通型和磁吹型两类。普通型的阀型避■器熄弧完全依靠间隙的自然弧能力，没有采用强迫熄弧措施.由于其阀片的热容■有限，不能承受较长持续时间内过电压时的冲击电流，故此类避・》通常不容许在内过电压作用下动作，目前这种避■器只使用于220KV及其以下系统中，作为限制大气过电压用•磁吹型阀型避雷器是利用磁吹电弧来强迫工频续流熄弧，具单个间隙的熄弧能力较高，其冲击放电电压和残压较低，保护性能好，同时此类避■器阀片热容■也较大，能允许通过内过电压作用下的冲击电流，故它可用作限制内过电压的备用措施。⑷氧化锌避■器：70年代初期出现了氧化锌避■器，其阀片以氧化锌为主要材料，附以少■精选过的金属氧化物，经高温烧结而成氧化锌阀片具枷理想的日圈性伏安特性，其续流可近似地认为是零，即在工作电压下，氧化锌阀片实际上相当一绝缘体。与普通阀型避雷器相比，氧化锌避■器除了有较理想的日谶性伏安特性外，其主要优点是：无间隙：在工作电压作用下，氧化锌阀片相当一绝缘体，流过阀片的电流只有0.01mA，工作电压不会使阀片烧坏，所以可以用串联间隙来隔离工作电压。无续流：当作用在ZnO阀片上的电压超过某一值（起始动作电压）时将导通，导通后在ZnO阀片上的残压与流过它的电流大小基本无关，为一定值，这是由于ZnO阀片具有良好的日匿性。当作用的电压降至起始动作电压以下时，氧化锌阀片终止“导通"，又相当于一绝缘体，因此不存在工频续流，而SiC避■器却不同，它不仅要吸收过电压的能量，还要吸收工频续流所产生的能■，由于氧化锌阀片无续流，所以它只要吸收过电压能■即可•所以对它的热容■要求比SiC低得多。通流容■大：氧化锌避・》通流■大，耐操作波的能力强，故可用来限制内过电压，也可使用于直流输电系统。降低电气岫所受到的过电压：在10KA■电流下的残压值，氧化锌避■器与普通阀型避雷器相同，但后者只有在串联间隙放电后才可将电流泄放，而前者在整个过电压过程中都有电流流过，因此降低了作用在电气设备上的过电压。此外，由于氧化锌避■器无间隙、无续流，故体积小.■■轻■结构简单.运行维护方便、使用寿命也长、造价也低，因而有很大的发展前途，将会取代SiC型避■器,选择避■器，首先计算避■器与电气设备最大电气距离：W110KV的最大电气距离：Uj(110)=478KVa’=0.75KV/mUc5=332KV|为110KV侧有两路进线，所以K=1.25，根据公式：LmMUj(ii。)-U/2a’*KLm(110)=478-332/2*0.75*1.25=121.7m(2)35KV的"电气距离：Uj(135)=196KVa’=0.75KV/mUc5=134KV|为35KV有四条出线，所以K=1.7Lm(35)=Uj(35)-Uc5/2a’*K=196-134/2*0.75*1.7=70.27m避■器的型号为：110KV选择Y5W-100/260的避■器；35KV选择Y5W—42/134的避■器。避■器的安装方式：110KV避雷器安装在110KV母线上，每条母线一组；另外110KV每条线路未端各装设一组，共四组。35KV避雷器安装在35KV母线上各装设一组，刀闸线路侧各装设一组，在距终端杆1KM处各装设一组，共十组.⑶两台主变低压侧(35KV侧)出口各装设一组氧化锌避■器，其两组.第七章变压器中性点的防雷保护当三相进波时，中性点不接地的变压器中性点电位会达到绕组首端电压的2倍，这时变压器的中性点需要保护。对于中性点不接地或经消弧线圈接地的系统，变压器是绝缘的，即中性点处的绝缘与相线端绝缘水平相同，由于三相来波的概率很小，旦大多数波来自线路较远处，其陡度很小，变电所进线不止一条，非■击的进线起了分流作用，变SH绝缘也有一定裕度等变SH绝缘也有一定裕度等原因，所以有关"规程”规定55—60KV变压器中性点一般不需保护。但对110KV且为单进线的变电所，则宜在中性点上加装避■器，这些避■器的额定电压成与首端的避■器有同样等级。对于中性点接地系统，为了