煤矿3510KV变电所供电系统设计毕业设计

煤矿35/10KV变电所供电系统设计摘要35kV变电所是整个煤矿供电系统的重要组成部分，它为全矿提供电力保障。变电所供电系统的可靠运行对提高煤矿经济效益及保证安全生产等方面都有十分重要的意义。本毕业设计论文是关于某A煤矿供电系统的初步设计。设计内容主要包括负荷计算、变压器选型、主接线设计、短路计算、电气设备选型、微机保护整定、变电所的防雷保护与接地等。根据负荷统计的结果，用需用系数法进行负荷计算和无功补偿。根据负荷计算的结果确定出该变电所主变压器的台数、容量及型号。用标幺值法对供电系统进行短路电流计算，为电气设备的选择及校验提供数据。根据煤矿供电系统的特点，制定变电所的主接线方式、运行方式、微机保护方案等。考虑到电气设备可能的漏电现象及变电所遭到雷击，还要对变电所进行保护接地和防雷保护的设计。关键字：变电所；短路电流计算；微机保护；防雷保护35/10KVPowerSystemDesignofSubstationinCoalMineAbstract35kVsubstationisanimportantpartofthecoalminesupplysystem,whichprovidespowerprotectionforthewholemine.Reliableoperationofthesubstationpowersupplysystemisveryimportantandsignificantforeconomicefficiencyandsafetyproductionofcoalmine.ThisgraduationprojectisaboutpowersystemspreliminarydesignofACoalMine.Thedesignincludesloadcalculations,transformerselection,themainwiringdesign,shortcircuitcalculations,electricalequipmentselection,microcomputerprotectionsetting,substationlightningprotectionandgrounding.Accordingtotheresultsofloadstatistics,makeloadcalculationwithdemandingcoefficientmethod.Determinethenumberofthemaintransformer,loadcapacityandtypeofthetransformerbasedontheresultsofloadcalculation.CalculateshortcircuitcurrentforpowersupplysystemwithPer-unitvaluemethodinordertoprovidedatafortheselectionandverificationofelectricalequipment.Accordingtothecharacteristicsofcoal-poweredsystems,makesubstationmainwiring,modeofoperation,relayprotectionprogramsandsoon.Takingthepossibleleakagephenomenonofelectricalequipmentandsubstationwasstruckbylightningintoaccount,makegroundingandlightningprotectionforsubstation.Keywords:substation;shortcircuitcalculations;microcomputerprotection;lightningprotection目录TOC\o"1-3"\h\u546摘要 ②按长时允许电流校验电缆截面本所环境温度为43℃，故环境温度为43℃时，导线的长时允许载流量为：满足条件。③稳定性校验最大三相稳态短路电流为，，电缆最小热稳定截面为：不满足条件。故选用MYJV22-6/10-3×120型交联聚乙烯绝缘阻燃铜芯电缆，最高允许工作温度为80℃，在环境温度为25℃时长时允许载流量为318A。此时：满足条件。也满足要求。④按正常工作电压损失校验电缆截面已知电缆长度为1000m，,A=120mm2，故电压损失为：电压损失百分数为：满足要求。（2）材料斜井绞车线路（电缆）①按经济电流密度选择导线截面负荷电流为：取小时，。电缆经济截面为：故选用MYJV22-6/10-3×25型交联聚乙烯绝缘阻燃铜芯电缆，最高允许工作温度为80℃，在环境温度为25℃时长时允许载流量为128A。②按长时允许电流校验导线截面本所环境温度为43℃，故环境温度为43℃时，导线的长时允许载流量为：，满足要求。③稳定校验最大三相稳态短路电流为，主保护为速断保护，，电缆最小热稳定截面为：不满足要求。故选用MYJV22-6/10-3×120型交联聚乙烯绝缘阻燃铜芯电缆，最高允许工作温度为80℃，在环境温度为25℃时长时允许载流量为318A。此时：，满足要求。也满足要求。④按正常工作电压损失校验电缆截面已知电缆长度为700m，,A=120mm2，故电压损失为：式中——电缆工作电流；rcu——导线导电率；A——导线截面面积。电压损失百分数为：满足要求。其它10kV出线电缆，同样按经济电流密度选取截面，按电压损失和热稳定校验。结果如表7-2所示。表7-2电缆选型结果汇总名称型号下井电缆MYJV22-6/10-3×120260.82177.97100.7512038.060.38材料斜井绞车MYJV22-6/10-3×120260.8221.65102.511203.240.03某A风井压风机MYJV22-6/10-3×120260.8214.26103.501201.680.02皇后风井压风机MYJV22-6/10-3×120260.8214.26103.501202.130.02主斜井皮带MYJV22-6/10-3×120260.8236.82102.511205.510.062>10kV侧各出线架空线的选型与校验按经济电流密度选择导线截面，按长时允许电流校验导线截面，并进行电压损失校验1#瓦斯抽放泵：①按经济电流密度选择导线截面负荷电流为：取小时，。导线经济截面为：选用LGJ-16型钢芯铝绞线，最高允许工作温度为70℃，在环境温度为25℃时长时允许载流量为105A。②按长时允许电流校验导线截面本所环境温度为43℃，故环境温度为43℃时，导线的长时允许载流量为：，满足要求。③电压损失校验导线截面取几何间距为1.5m，LGJ-16型钢芯铝绞线的单位长度电阻r0=1.926Ω/km，电抗为x0=0.412Ω/km。则电压损失为：电压损失百分数为：满足要求。④按机械强度校验由表7-1查得10kV非居民区最小允许截面为16mm2，故所选的LGJ-16型钢芯铝绞线符合规定。其余架空线选型方法与上述过程类似，结果如表7-3所示。表7-3架空线选型结果汇总表名称型号1#瓦斯抽放泵LGJ-1681.3311.8613.181645.840.462#瓦斯抽放泵LGJ-50170.4143.1147.9050166.671.67皇后风井主扇风机LGJ-95259.4994.7782.3995334.753.34回风斜井主扇风机LGJ-50151.3314.2615.845064.120.64第八章.供电系统微机保护8.1微机继电保护综述电力系统继电保护是指继电保护技术和由继电保护装置组成的继电保护系统。继电保护装置在电力系统中承担重要的保护任务，在系统发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障设备从电力系统中切除，保证其他部分恢复正常运行；在系统出现不正常工作状态时，可动作于发出信号、减负荷或跳闸。继电保护在技术上一般应满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性的基本要求。微机继电保护装置自20世纪80年代在我国首次投入运行以来，越来越受到继电保护工作者的青睐和关注，并在电力系统中得到了广泛应用。由于微机继电保护装置具有比常规的继电保护装置不可比拟的优越性，从而大大提高了电力系统供电的可靠性和安全性，促进了电力系统自动化的发展。伴随着集成电路、通讯技术、计算机技术，信息技术、人工智能的迅速发展，微机继电保护的结构更加合理，性能更加完善，功能更加全面，有效地承担起了确保电网安全可靠的重任。8.1.1微机继电保护的主要特点1、改善和提高继电保护的动作特征和性能，动作正确率高。主要表现在能得到常规保护不易获得的特性；其很强的记忆力能更好地实现故障分量保护；可引进自动控制、新的数学理论和技术如自适应、状态预测、模糊控制及人工神经网络等，其运行正确率很高也已在运行实践中得到证明。2、可以方便地扩充其他辅助功能。如故障录波、波形分析等，可以方便地附加低频减载、自动重合闸、故障录波、故障测距等功能。3、工艺结构条件优越。体现在硬件比较通用，制造容易统一标准；装置体积小，减少了盘位数量；功耗低。4、可靠性容易提高。体现在数字元件的特性不易受温度变化、电源波动、使用年限的影响，不易受元件更换的影响；且自检和巡检能力强，可用软件方法检测主要元件、部件的工况以及功能软件本身。5、使用灵活方便，人机界面越来越友好。其维护调试也更方便，从而缩短维修时间；同时依据运行经验，在现场可通过软件方法改变特性、结构。6、可以进行远方监控。微机保护装置具有串行通信功能，与变电所微机监控系统的通信联络使微机保护具有远方监控特性。8.1.2微机继电保护与传统的继电保护技术相比的优缺点常规继电保护缺点:常规继电保护是采用继电器组合而成的,比如:过流继电器、时间继电器、中间继电器、等通过复杂的组合,来实现保护功能,它的缺点:1.占的空间大,安装不方便2.采用的继电器触点多,大大降低了保护的灵敏度和可靠性3.调试、检修复杂,一般要停电才能进行,影响正常生产4.没有灵活性,当CT变比改动后,保护定值修改要在继电器上调节,有时候还要更换.5.使用寿命太短,由于继电器线圈的老化直接影响保护的可靠动作.6.继电器保护功能单一,要安装各种表计才能观察实时负荷7.数据不能远方监控,无法实现远程控制8.继电器自身不具备监控功能,当继电器线圈短路后不到现场是不能发现的9.继电器保护是直接和电器设备连接的,中间没有光电隔离,容易遭受雷击10.常规保护已经逐渐淘汰,很多继电器已经停止生产11.维护复杂,故障后很难找到问题.12.运行维护工作量大运行成本比微机保护增加60%左右13.操作复杂、可靠性低,在以往的运行经验中发现很多事故的发生主要原因有两条:A人为原因:因为自动化水平低,操作复杂而造成事故发生.B继电保护设备性能水平低,二次设备不能有效的发现故障经济分析:常规保护从单套价来说比微机保护约便宜,但使用的电缆数量多、屏柜多、特别是装置寿命短、运行费用(管理费用、维护费用等)比微机保护高出60%,综合费用还是比微机保护多的.微机保护优点:1.微机保护是采用单片机原来,系统具备采集、监视、控制、自检查功能、通过一台设备可以发现:输电线路的故障,输电线路的负荷、自身的运行情况(当设备自身某种故障,微机保护通过自检功能,把故障进行呈现),采用计算机原理进行远程控制和监视.2.由于微机保护采用各种电力逻辑运算来实现保护功能,所以只需要采集线路上的电流电压,这样大大简化了接线.3.微机保护的保护出口、遥控出口、就地控制出口都是通过一组继电器动作的,所以非常可靠.4.微机保护采用计算机控制功能,保护定值、保护功能、保护手段采用程序逻辑,这样可以随时修改保护参数,修改保护功能,不用重新调试.微机保护还具备通讯功能,可以通过网络把用户所需要的各种数据传输到监控中心,进行集中调度.6.微机保护采用光电隔离技术,把所有采集上来的电信号统一形成光信号,这样有强电流攻击时候,设备可以建立自身保护机制.7.微机保护采用CPU进行数据处理,加大了数据处理速度.8.微机保护的寿命长,由于设备在正常状态处于休眠状态,只有程序实时运行,各个元器件的寿命大大加长.微机保护具备时钟同步功能,对于故障可以记录,采用故障录波的方式把故障记录下来,便于对故障的分析.微机保护采用了多层印刷板和表面贴装技术,因而具有很高的可靠性和抗干扰能力.11.易用性:中文用户界面标准化,易学、易用、易维护.12.经济分析:微机保护从单套价来说比常规保护约贵些,但使用的电缆数量极少、屏柜少、特别是使用寿命长达25年、运行费用(管理费用、维护费用等)比常规保护降低60%,综合费用还是比常规保护少许多.8.2微机继电保护的硬件原理：从功能上讲，微机保护装置硬件包括四个部分：数据采集系、CPU、主系统、开关量、输入/输出回路、电源回路等。其中处理器、数据采集系统对微机保护工作的性能提高影响很大。8.2.1数据采集系统在微机继电保护装置中，数据采集系统的功能是将输入的模拟量准确的转换为微机能够是别的数字量。微机继电保护装置中的数据采集的速度、精度以及动态范围对保护性能有十分重要的影响。早期的微机继电保护装置中数据采集系统多为基于A/D转换的数据采集系统，以A/D转换器为模拟量到数字量的转换单元。按其原理主要有，逐次逼近是、双积分式、量化反馈式和并行式A/D转换器。该系统使用的芯片比较多，电路复杂，抗干扰性较差。例如基于逐次逼近式A/D转换的数据采集系统，它包括电压形成回路、模拟低通滤波器ALF、采样保持电路S/H、多路转换开关MPX及A/D转换电路等。第二代微机保护采用根据电压频率转换（VFC）原理的计数式数据采集系统。电压频率转换器VFC（VoltageFrequencyConverter）是一种实现模数转换功能的器件，我们可以通过VFC器件与其他电路一起构成数据采集系统，从而实现模拟信号到数字信号的转换功能。该系统用光电隔离实现信号隔离且输出的是方波脉冲，所以抗干扰性较强，同时更容易实现与多单片机系统的多CPU接口。近几年来，人工智能技术和小波分析理论等逐步引入几点保护领域，对采样速度提出了更高的要求。8.2.2CPU主系统一个基本的CPU主系统包括中央处理器CPU、存储器、晶振电路、复位电路、定时器、I/O接口等、CPU执行放在程序存储器中的程序，对数据采集系统输入到数据存储器的原始数据进行分析处理，完成继电保护的参量、逻辑和控制功能。继电保护装置中的处理器主要有三类：单片机、DSP和嵌入式处理器。单片机与通用的微机相比，在结构、指令设置上有独到之处。单片机的存储器RAM和ROM是严格区分的，采用面向控制的指令系统，多功能引脚，并且具有较强的外部扩展能力。由于单片机具有体积小、面向控制、抗干扰能力强、方便实现多机和分布式控制的优点，所以被应用于微机继电保护装置中。在微机继电保护中要进行大量的数字信号处理，这就需要高速处理能力的微处理器。DSP具有相当强大的处理能力，在相同的主频下，比目前最先进的个人计算机快10~50倍。随着数字信号处理器（DSP）技术的不断推广和应用，DSP强大的处理能力逐渐在微机继电保护装置中得到体现。快速的指令周期、哈佛结构、流水操作、专用乘法器、特殊的指令，加上集成电路优化设计，可以使DSP的指令周期达到200ns。将DSP应用于微机继电保护，极大地缩短了数字滤波、滤序和算法的计算时间。不但可以完成数据采集、信号处理功能，还可以完成以往主要由CPU完成的运算功能，甚至完成独立的继电保护功能。8.2.3开关量输入/输出回路所谓开关量就是触电状态（接通或断开）或逻辑电平的高低等。微机继电保护装置中，除了模拟量输出外，还有大量的开关量输入和输出。与微机继电保护相关的外设的开关量状通过输入回路送入CPU，CPU将相关的开关量指令输出到执行回路。为了提高稳定性，开关量输入/输出回路中应用光电偶和隔离实现信号传递和干扰的隔离。硬件电路总体结构图：人机接口(通信单元键盘与显中央处理示单元)数据采集单元单元（单片机）模拟量和开时钟单元关量输出单元图8-1硬件电路总体结构图微机保护硬件系统框图：交流电压U变换器滤波S/H被交流多电流I变换器滤波S/H路A/D微键盘保转显示直流换型护电压U降压滤波S/H器隔离计设开关光耦算备隔离机打印光耦驱动图8-2微机保护硬件系统框图8.2.4微机继电保护实物图图8-3微机继电保护实物图8.2.4微机继电保护的算法算法就是对数据进行处理、分析、判断以实现保护功能的方法。通过算法的处理，可以若干已被量化的采样数据求得被测信号的有效值、相位、比值等量值。传统的微机保护算法分两类。一类是直接由采样值经过某种运算，求出被测信号的实际值，在预定值比较。另一类是依据几点起的动作方程，将采样值代入动作方程，转换为运算式的判断。算法基于的数学模型的不同，有基于正弦信号的算法、基于复杂数学模型的算法、基于随即函数模型的算法等。目前广泛采用全波傅氏算法和最小二乘法，作为电力系统微机继电保护提取基波分量的算法。全波傅氏算法能滤除所有整次谐波分量，且稳定型好，但响应速度慢；最小二乘法需已知故障信号的模型和干扰信号的分布特性；除此之外还有半波傅氏算法，但半波傅氏算法滤波能力相对较弱只能用于保护切除出口或近处故障。随着电力系统的不断发展，对保护的要求越来越高，继电保护的性能都力求能适应各种运行方式和各种复杂故障，而传统的微机保护算法自适应能力有限，故探讨新理论和新方法应用于微机保护势在必行。继电保护的算法种类很多，不管哪一类保护的算法，其核心问题归根结底不外乎是算出可表征被保护对象运行特点的物理量，如电压、电流等的有效值和相位以及视在阻抗等，或者算出他们的序分量、基波分量、某次谐波分量的大小和相位等。有了这些基本电气量的计算值，就可以很容易地构成各种不同原理的保护。基本上可以说，只要找出任何能够区分正常与短路的特征量，微机保护就可以实现。8.3微机继电保护的软件原理8.3.1微机继电保护装置的软件构成微机继电保护的硬件氛围人机接口和保护接口两大部分，与之相对应的软件也分为接口软件和保护软件两大部分。接口软件接口软件是指人机接口部分的软件，其程序分为监控程序和运行程序。监控程序主要是键盘命令处理程序，是为接口插件及各CPU保护插件进行调节和整定而设置的程序。运行程序由主程序和定时服务中断程序构成。主程序的任务是完成巡检、键盘扫描和处理及故障信息的排列和打印；定时中断服务程序包括软件时钟程序、以硬件时钟控制并同步各CPU插件的软时钟和检测各CPU插件启动元件是否动作的检测启动程序。保护软件保护软件包括主程序和两个中断服务程序。主程序包括初始化和自检循环模块、保护逻辑判断模块及跳闸处理模块。中断服务程序有定时采样中断服务程序和串行口通信服务程序。微机继电保护的典型主程序图：Y开始初始化toY开始初始化to打开中断初始化A/D初始化串口CHUANKO结束采集数据＜MM?打开out0灯亮不报警打开out1灯不亮报警打开out2灯亮报警MM＜采集数据＜AA?AA＜采集数据?NNNYY图8-4微机继电保护的典型主程序图8.3.2微机保护的软件设计微机保护的软件设计就是建立保护的数学模型。所谓数学模型，即是微机保护工作原理的数学表达式，是编程保护计算程序的依据。通过不同的算法可以实现各种保护的功能。模拟式保护的特性和功能完全由硬件决定，而微机保护的硬件是共同的，保护的特性与功能主要由软件决定。供电系统继电保护的种类很多，然而不管哪一类保护的算法，其核心问题都是要算出可表示被保护对象运行特点的物理量，如电压、电流的有效值和相位等。或者算出它们的序分量，或基波分量，或谐波分量的大小和相位等。有了这些基本电器量的值，就可以很容易地构成各种不同原理的保护。所以讨论这些基本电量的算法是研究微机保护的重点之一。目前微机保护的算法较多，常用的有导数算法、正弦曲线拟合法（采样值积算法）、傅立叶算法等。8.435/6KV供电系统微机保护汇总表本设计需要采用的微机保护类型：序号型号保护功能测控功能适用范围1KLD-9311微机线路保护测控装置1）三段过流保护；2)电流闭锁电压速断保护；3)三段零流保护；4)两段逆功率保护；5）低频减载；6)低压保护；7)过压保护；8）冷负荷保护；9）过负荷保护；10）快速母线保护；11）母线充电保护；12）反时限过流保护；13）过频保护；14）非电量保护；15）三相四次重合闸(检无压、同期、不检)；16)后加速保护遥测、遥信、遥控、手动合闸检无压/检同期作为110KV及以下系统输电线路的主保护或后备保护测控装置2KLD-9331微机变压器差动保护装置1）差动速断保护；2）比率差动保护（可单独投退CT断线闭锁和二次、五次谐波闭锁）；3）一段2时限高压侧过电流保护；4）一段2时限低压侧过电流保护；5）一段2时限中压侧过电流保护；6）一段2时限第四侧过电流保护；7）非电量保护；8）差流越限报警1）可采集16路开入量，并记录遥信变位；2）本侧路断路器遥控分合；3）可采集变压器四侧电流，计算差动电流中二次、五次谐波分量、各个模入量与高压侧A相电流的夹角；4）遥控事件记录及事件SOE等作为110KV及以下系统变压器的主保护装置3KLD-9361微机备用电源自投保护测控装置1）变电站备投；2)并网线备投；3）DL位异常告警；4）母线失压保护；5）母线过压保护；6）PT断线遥测、遥信、遥控作为110KV及以下系统的备用电源自投保护测控装置4KLD-9371微机PT监测切换装置过压保护、失压保护、零压保护、接地保护、PT高压断线保护、PT低压断线保护、PT自动切换功能、随隔刀同步切换功能遥测、遥信、遥控适用于110KV以下电压等级系统中所装设PT的监视及测控5KLD-9316微机配电变压器保护测控装置三段定时限过流保护(带方向、低电压闭锁投退)、反时限过流保护、过负荷保护、低压零流保护、低压零流反时限保护、高压零流保护、二段负序过流保护、零压保护、非电量保护、故障录波遥测、遥信、遥控适用于3-10KV等级的非直接接地系统或小电阻接地系统中所装设配电变压器的保护及测控8.5变压器的微机保护变压器是电力系统的主要设备之一，他的正常运行对供电系统的可靠性意义重大，电力变压器的常用保护装置有瓦斯保护、电流速断保护、过电流保护、过负荷保护和差动保护等。本变电所中变压器主要采用瓦斯保护、过流保护和差动保护。其中瓦斯保护和差动保护是主保护，过流保护是后备保护。8.5.1变压器的瓦斯保护瓦斯保护主要用于变压器油箱内部故障的主要保护以及油面过低保护。瓦斯保护是利用安装于油箱和油枕间管道中的瓦斯继电器来实现的。容量在800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内，变压器都应装设瓦斯保护。其中轻瓦斯动作于预告信号，重瓦斯动作于跳开变压器各侧的断路器。瓦斯保护的主要优点是动作快，灵敏度高，稳定可靠，接线简单，能反应变压器油箱内部的各种类型的故障，特别是短路匝数很少的匝间短路，其他保护可能不动作，对这种故障，瓦斯保护具有特别重要的意义，所以瓦斯保护是变压器内部故障的主要保护之一。8.5.2微机变压器的差动保护装置本设计采用石家庄科林电气股份有限公司生产的KLD-9331微机变压器差动保护装置，KLD-9331微机变压器差动保护装置满足变电站综合自动化系统的要求，可作为110KV及以下系统变压器的主保护装置。KLD-9331微机变压器差动保护装置的保护功能包括：1）差动速断保护；2）比率差动保护（可单独投退CT断线闭锁和二次、五次谐波闭锁）；3）一段2时限高压侧过电流保护；4）一段2时限低压侧过电流保护；5）一段2时限中压侧过电流保护；6）一段2时限第四侧过电流保护；7）非电量保护；8）差流越限报警。装置的测控功能包括：1）可采集16路开入量，并记录遥信变位；2）本侧路断路器遥控分合；3）可采集变压器四侧电流，计算差动电流中二次、五次谐波分量、各个模入量与高压侧A相电流的夹角；4）遥控事件记录及事件SOE等。装置逻辑框图：图8-5KLD-9331微机变压器差动保护装置逻辑框图8.5.3变压器的过流保护为了防止外部短路引起变压器绕组的过电流，并作为差动和瓦斯保护的后备，变压器还必须装设过电流保护。对于单侧电源的变压器，过流保护安装在电源侧，过流保护动作时切断变压器两侧的开关。过流保护安躲过最大工作电流整定，起动值比较大，不能满足灵敏要求时可采用电压闭锁的过电流保护以提高灵敏度。8.6备用电源自投保护测控装置本设计采用科林电气生产的KLD-9361微机备用电源自投保护测控装置作为该矿备用电源的保护装置。8.6.1装置功能及适用范围KLD-9361微机备用电源自投保护测控装置的保护功能包括：1）变电站备投；2)并网线备投；3）DL位异常告警；4）母线失压保护；5）母线过压保护；6）PT断线。装置的测控功能包括：遥测、遥信、遥控。本装置满足变电站综合自动化系统的要求，可作为110KV及以下系统的备用电源自投保护测控装置。8.6.2一次接线示意图：图8-6KLD-9361微机备用电源自投保护测控装置的一次接线示意图第九章.变电所的防雷与接地9.1变电所防雷在电气线路或电气设备上出线的超过正常工作电压要求的电压，称为过电压。它可分为内部过电压和雷电过电压。根据运行经验表明：内部过电压一般不会超过系统正常运行时相对地（即单相）额定电压的3-4倍。因此对电力系统和电气设备绝缘的威胁不是很大。而雷电过电压又称为大气过电压，也叫外部过电压，它是由于电力系统中的设备，线路和建筑物遭受来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压。雷电过电压产生的雷电冲击波，其电压幅值可高达一亿伏，其电流幅值可高达几十万安，因此对供电系统危害极大，必须加以防护。雷电过电压有两种基本形式：直击雷和间接雷击。还有一种就是沿着架空线路或金属管道侵入变电所或其他建筑物。这种雷电过电压称为雷电波侵入。这三种雷电过电压中对供电系统危害最大的是雷电波侵入。9.1.1常用的防雷保护装置接闪器是专门用来接受直接雷击的金属物体。接闪的金属杆称为避雷针。接闪的金属线称为避雷线，又称架空地线。接闪的金属带称为避雷带。1.避雷针：它的功能实质上是引雷作用，所以避雷针的实质是引雷针，它把雷电流引入地下，从而保护了线路、设备和建筑物等。避雷针的保护范围，以它能够防护直击雷的空间来表示。现行国家标准GB50057-1994《建筑物防雷设计规范》则规定采用IEC推荐的“滚球法”来确定。2.避雷线：它一般采用不小于25mm2的镀锌钢绞线，架设在架空线路的上方，以保护架空线路或其他物体免遭受直接雷击。由于避雷线既是架空又要接地，因此它又称为架空地线。3.避雷器：它是防护雷电波侵入对电气设备产生危害的保护装置。避雷器的放电电压低于所有被保护设备的正常耐压值。由于它具有良好的接地，故雷电波侵入时，避雷器首先被击穿并对地放电，从而使其他电气设备受到保护。当过电压消失后，避雷器又能自动恢复到起始状态。避雷器分为火花间隙、管型避雷器和阀型避雷器。9.1.2变电所的防雷措施（1）装设避雷针：室外配电装置应装设避雷针来防护直击雷。如果变配电所处在附近更高的建筑物上的防雷设施的保护范围之内或变电所本身为车间内型，则不再考虑直击雷的防护。独立的避雷针宜设独立的接地装置。在非高土壤地区，其工频接地电阻Re≤10Ω。独立的避雷针及其引下线与变电所装置在空气中的水平间距不得小于5m。独立避雷针的接地装置与变配电所主接地电网分开时，则它们在地中的水平间距不得小于3m。这些规定都是为了防止雷电过电压对变电所电气设备进行反击闪络。（2）装设避雷线:在变电所的进线段杆塔上装设一段1.5km的避雷线，使感应过电压产生在1.5km以外，侵入的冲击波沿导线走过这一段路程后，波幅值和波陡度均下降，使雷电流能限制在5kA，避免其引起的雷电侵入波对变电所电气装置产生危害。（3）装设避雷器：用来防止雷电侵入波对变电所电气装置特别是对主变压器的危害。为了减少变压器所受过电压幅值，阀型避雷器应尽量安装在电气距离靠近主变压器的地方。如果进线是具有一段引入电缆的架空线，则架空线路终端装设的避雷器应与电缆头处的金属外皮相连并且一同埋地。每组高压母线上均应装设阀型避雷器。对于3-10kV配电变压器低压中性点不接地时，应在中性点装设击穿保险器。变压器两侧的避雷器应与变压器中性点及金属外壳一同接地。9.2变电所接地变电所的接地装置直接关系到变电所的正常运行，更涉及到人身与设备的安全。若接地装置设计考虑不全面、测试不准确，将会导致多起事故，不仅烧毁一次设备，甚至还通过二次控制电缆窜入主控室，造成了事故扩大，因此接地装置对电力系统的安全稳定运行起到非常重要的作用。电气设备的某部分与大地之间作良好的电气连接，称为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体或接地极。电气设备接地部分与接地体相连接的金属导体称为接地线。接地体与接地线的组合称为接地装置。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体称为接地网。9.2.1接地的要求对于接地的要求大致有以下几点：（1）为保证人身安全，所有的电气设备，都应装设接地装置，并将电气设备外壳接地。（2）应设置一个总的接地装置，这样可以将各种电气设备接地。（3）在接地装置有困难时，允许用绝缘台来维护电气设备，但应防止同时和电气设备的不接地部分及地有连接的建筑物相接触。（4）电气设备的人工接地体应尽可能的使电气设备所在地点附近对地电压分配均匀。（5）设计接地装置时，应考虑到一年四季中，均能保证接地电阻的要求值。9.2.2接地的种类对于接地可分成三种：（1）工作接地：为了保证电力系统和电气设备达到正常工作要求而进行的一种接地称为工作接地，例如电源中性点的接地、防雷装置的接地等。当配电网单相故障接地时，工作接地也有抑制电压升高的作用。如没有工作接地，发生单相接地故障时，中性点对地电压可上升到接近相电压，另两相对地电压可上升到接近线电压。（2）保护接地：将在故障情况下可能呈现危险的对地电压的设备外露可导电部分进行接地称为保护接地。接地保护一般用于配电变压器中性点不直接接地（三相三线制）的供电系统中，用以保证当电气设备因绝缘损坏而漏电时产生的对地电压不超过安全范围。（3）重复接地：将零线上的一处或多处通过接地装置与大地再次连接，称重复接地。零线重复接地能够缩短故障持续时间，降低零线上的压降损耗，减轻相、零线反接的危险性。在保护零线发生断路后，当电器设备的绝缘损坏或相线碰壳时，零线重复接地还能降低故障电器设备的对地电压，减小发生触电事故的危险性。因此零线重复接地在供电网络中具有相当重要的作用，而这一作用却往往被人们忽视了。9.2.3回路式接地装置变电所中通常用扁钢将若干接地体连接成一个整体构成接地网。接地网的布置形式有外引式和回路式。外引式将接地体引出户外某处集中埋于地下，该方式安装方便，且较经济，但接地体附近地面电位分布不均，跨步电压较大，变电所内接触电压较大；另外，接地网的连线可靠性也较差。因此，变电所中常采用回路式接地装置，回路式是将接地体围绕设备或建筑物四周打入地中，它使地面电位分布均匀，减小跨步电压，同时抬高了地面电位，减小了接触电压，安全性好，连接可靠。本设计中变电所保护接地采用回路式接地装置，回路式接地装置的布置见图9-1。图9-1回路式接地装置的布置结论本论文根据变电所的设计原则，围绕煤矿35KV变电所设计这一课题展开设计，主要完成以下方面的设计工作：（1）针对矿井负荷的用电需求情况，用需要系数法进行了负荷计算。据此对主变压器进行选择，并进行无功补偿。最终无功补偿后的功率因数是0.96，主变压器选择的型号为S11-12500/35。（2）根据变电所主接线设计原则，对变电所的主接线进行了设计：35kV侧采用全桥接线的主接线方式,10kV侧的母线采用单母分段的主接线方式。（3）用标幺值法对供电系统进行了短路电流计算，为电气设备的选择和校验，以及继电保护的整定提供了数据。（4）按安装地点、运行环境和使用要求对电气设备的规格型号进行选择，并按短路条件对它们进行动稳定和热稳定等方面的校验。最终35kV侧选用JYN2-40.5（F）型金属封闭型移开式高压开关柜，10kV侧选用JYN2-12型间隔移开式交流金属封闭型高压开关柜。（5）为了保障在供电系统发生故障时，能够迅速、可靠、有选择地将故障设备从系统中切除，对变电所进行了继电保护设计。最终变电所35kV电源进线侧选用时限电流速断和定时限过流保护，10kV侧各主要馈电线路的继电保护均选用三段式电流保护，主变压器采用瓦斯保护、过流保护和差动保护相配合的方式。（6）防雷和接地保护是变电所保护中的重要保护。本设计采用了在35kV电源进线路上装设1.5km的避雷线，在35kV母线上安装阀型避雷器进行防雷保护，并在变电所安装回路式接地装置进行接地保护。致谢我的毕业论文是在王然风老师的精心指导和大力支持下