《110kV降压变电站的一次部分简要设计》13000字

kV降压变电站的一次部分简要设计TOC\o"1-2"\h\u8279引言 16112第1章绪论 2245041.1课题研究的背景及意义 269221.2变电站的历史、现状、发展趋势 256211.3变电站的原始资料 2118421.4本章小结 423326第2章负荷计算和变压器的选择 51172.1负荷计算 59500=27.825MVA 5286212.2变压器的选择 6168242.3主接线形式的选择 7251362.4本章小结 931119第3章短路电流的计算 10222203.1计算目的 10276423.2计算步骤 1184333.3计算过程 11294343.3.1110kV侧 13324533.4本章小结 156044第4章电气设备选择 1547654.1高压断路器 1588274.2隔离开关 17153484.3电流互感器 18289934.4电压互感器 19300484.5本章小结 2016736第5章变电站的保护接地与防雷 20181675.1概述 20249195.2变电站的保护接地 2063965.3防雷保护 2213315.4本章小结 2320683结论 238254参考文献 24引言现如今，世界正在经历着颠覆性的变化，整个世界也正处于各种因素相互交织的时代，电力设施作为国家的基础设施，它的安全稳定运行不仅对整个国民经济有着不言而喻的作用，而且也关系到千千万万老百姓的生活质量。变电站的电压等级分好多种，110kV变电站的是目前应用最多的地区变电站之一，它的安全稳定运行对千家万户的民众有着重要的意义。在如今火力发电等污染较为严重的情况下，新能源并网现在变得越来越热门，在并网过程中，有很多需要亟待解决的难题，像如何准确地获取电网电压的频率、幅值、相位等。并网之前，必然要经过变压器的升降压，如何让变压器具有良好的性能，是我们迫切解决的问题。目前在我国的110kV等级的变电站在建设的过程中，存在着非常多的问题，像现有的变电站的设计难以负荷将来发展的规划以及变压器的选用不合理等情况。它的建设的关键在于主变压器的选择，但是想要完成主变的选择并进行主要电气设备选择的话要首先进行的是符合的计算。在建造变电站的各个环节中，我们要按照手册进行准确地计算与选择，只有这样，才能符合新时代我国的发展方向，才能更好地利用资源，当然，研究变电站的建设也是我们作为电气学子义不容辞的事情，更是我们的义务、责任，因此我以110kV变电站设计作为我的题目。第1章绪论1.1课题研究的背景及意义十四五时期，我国将进入新的历史发展时期，制造业将迎来巨大的转型，转向更高质量的发展模式。随着高质量的发展的要求，部分工厂对电能的质量也有了更高的要求，尤其是一些高端制造业、芯片、集成电路等企业对电网的要求非常高，要求电压不允许波动超过很小的百分比，由此可以看出电网的建设与工业的发展乃至国家的战略布局有着密切的关系。但是对于一些人口较多的区域，甚至出现了当前变电站不能适应该地区未来电力的发展方向的状况，所以合理的建造变电站，才能更好的与城市的发展融为一体。变压器变压之后，最后实现电能的合理化分配，显示出了变电站在电力网中的举足轻重的位置。110kV在我国算是较为常见的处于高压和低压之间的区域变电站，因此该电压等级的变电站是高压和低压变电站的联系枢纽，起着重要的联系作用。所以选取最合适的方案建设110kV变电站，是工程师不得不重视的问题。1.2变电站的历史、现状、发展趋势发电站和变电站是一对我们作为电气人都能联想到的名词，没有发电厂就的话，变电站就无从谈及，由相关数据可知第一座电站位于是欧洲的大不列颠国，是依靠水力来发电的。在之后，与我们隔洋相望的自由民主的大洋彼岸的美国爱迪生的通用电气公司，依靠着先进的技术和资金支持，逐渐地建成了第一个公共发电站，该公司现在也在电气领域有着独一无二的地位，第一座公共电站通过高架电缆为附近的公共设备供电。在现代的变电站中，广泛应用了自动化技术，它也成为了变电站改革的重要思想。客观来看，自动化技术被应用于多个环节之中，发挥了非常好的作用，也取得了非常好的效果，省下了巨大的人力资源。由于电力电子技术与自动化技术在变电站上面的应用，将来的变电站必然会呈现出以下趋势：（1）更加系统地分析用电市场；（2）变电站智能化保护更加完美；（3）变电站的自动化水平更加综合；（4）变电站的自动化系统规模会越来越大；1.3变电站的原始资料1.3.1变电站的规模拟设计等级为110kV的一个降压变电站，主要内容是一次部分的简要设计，根据这个地区的远景发展规划要求，并且按照变电站设计的规则，其性质定位为地区变电站。该地区以企业为主，根据规划的要求，该地区应定位为II类地区，对供电质量要求较高。此变电站的建设应当尽可能满足该地区经济发展的要求，并且保证本地区供电的质量。1.3.2变电站的基本数据110kV侧负荷参数如下表1-1所示：表1-1110kV侧负荷参数用电企业的名称负荷最大的功率值（MW）功率因数回路数出线方式航空公司200.92回架空线煤炭集团20.50.92回架空线如上所述：110kV侧同时系数取0.9，出线采用四回，备用两回。35kV电压等级侧负荷参数如下表1-2所示：表1-235kV侧负荷参数用电企业的名称负荷最大的功率值（MW）功率因数回路数出线方式军工厂100.92回架空线汽车制造厂50.92回架空线造船企业40.92回架空线商业广场60.91回架空线芯片加工企业1.50.91回架空线如上所述：35kV侧同时系数取0.9，出线采用八回，备用两回。10kV侧负荷：装一个大电抗器，目的是来限制电流，再装有一台TT-30-6调相机，用来补偿无功功率，提高功率因数。站用负荷：占站用负荷的绝大多数的是照明、动力所产生的负荷，因此在这里只考虑这两者，负荷最大值为88.3kVA，功率因数与同时系数都取0.85。1.3.3站址情况该站电压等级公有三个，分别是110和35以及10kV，它是依靠两个不同容量的系统共同向变电站输送电能，系统S1的输电线长度为L1=30kM，容抗大致为0.38，容量约为600MVA；系统S2的输电线长度为L2=20kM，容抗大致为0.45，容量约为800MVA；公共端到变电站的距离为L3，约为25kM的距离。向变电站供电的导线采用的钢芯铝轻绞线[1]，如图1-1所示：图1-1系统结构概况图1.4本章小结本章主要介绍了一下变电站的研究背景及意义，变电站的发展历史，并对某一区域变电站的原始材料的负荷进行了统计，以保证接下来选择该变电站所需采用的变压器的型号以及其他事宜。负荷的统计对建造变电站有着重要的意义，因为没有负荷的统计，工程师建造变电站根本无从下手。最后介绍了该变电站的来电方式，由两个系统共同向该变电站送电。

第2章负荷计算和变压器的选择2.1负荷计算2.1.1负荷计算的目的负荷计算最重要的目的之一就是为了最合理地选择变压器，从而使得变电站安全可靠的运行。计算负荷务必要有一定的裕度，是因为在不同的时期，负荷的加入必然也不同，所以必须要有一定的裕度。虽说有一定的裕度，但并不是说很大的裕度。如果负荷计算过高，必然会增加其他东西的耗费，在如今有色金属有限的情况下，这种做法是非常不妥的，还会增加初始的资金投入；计算过低更不行了，那样尤其是变压器，可能会导致它的过负荷运行，直接把变压器给损坏了。2.1.2负荷计算想要顺利地选择主变和站变，首先要对各电压等级侧负荷的总和进行计算[2]。具体有以下负荷：站用侧负荷、10kV以及35kV和110kV侧的负荷这四部分。只有这样先计算负荷，才可以完成接下来的变压器选型步骤。所用公式为：（2-1）Kt:同时系数，一般取0.85—0.9站用侧负荷：根据式（2-1）可知=92.715kVA=0.092MVA35kV电压等级侧负荷：根据式（2-1）可知=27.825MVA110kV电压等级侧负荷：根据式（2-1）可知=(42.525+0.092)MVA=42.617MVA2.2变压器的选择2.2.1主变压器台数的选择对于较为重要的变电站，要装设两台甚至更多的主变压器。这样做的好处是当一台变压器故障时，不会造成后面全部用户用电中断供电，造成不必要的经济损失和恐慌。对于较大的变电所，它可以安装2-4台主变甚至更多，目的是可以减小单台变压器的容量，这样制造起来也很方便，并且可以起到可靠运行的作用。由于该变电站由两个系统送电，为了保证下级用电的可靠性，此处采用2台主变压器。2.2.2主变压器容量的选择要根据最大负荷和将来变电站的发展来选取主变压器的容量。主变压器的容量选用的过大或者过小都是不合理的，因为主变压器容量造的太大的话，建造起来是很不方便的，而且投资也会增加，运行维护也不方便，设备并不能充分发挥能力，造成了浪费的现象；倘若主变压器容量选得过小的话，将会使主变压器经常性地在过负荷的条件下运作，必然会影响主变压器的寿命，对居民企业用电造成严重的影响，是更加不可以允许。综上所述，变压器的选型一定要合理[3]。对于容量大较的区域变电站而言，如果一台主变发生意外停运的情况，按照规划要求，没有损坏的变压器的容量加起来要超过全部负荷的70%以上。综上所述，在这里可以选用两台变压器，容量计算过程如下[4]：由上述计算可以得出，变压器的视在容量只要大于49.3094即可，因而可选取共两台容量为50MVA的主变，即可达的要求。2.2.3主变压器型号的选择考虑选用三绕组变压器，各个电压等级中性点的连接方式列在下表：表2-1中性点具体连接方式电压等级Y/△接地方式110kVY直接接地35kVY经消弧线圈接地10kV△不接地由2.2.1小节的结论可得到选用的主变的参数：型号是；额定的电压等级：110kV侧这一边是kV，35kV侧这一边是38.5±5%kV，10kV侧这一边是10.5kV;阻抗电压百分比：高-中10.5%，高-低17.5%，中-低6.5%；连接组形式：；空载电流百分比：。2.2.4站用变压器的选择对于负荷不太重要的变电站，可以选取采用一台站用变压器的办法，但是鉴于本变电站电压等级高，因而在这里充分考虑可靠性之后打算采用两台站用变压器，中性点不接地、暗备用方式运行，从而提高站用电的可靠性。由电气规则可知，站用变压器的选用标准：一是要务必要满足基本的负荷要求；二是必须要留下10%左右的空间富裕量，目的为了防止突然增加的站用临时负荷[5]。由上述计算可以选取的站用变压器的参数如下：两台站变，型号：S9-160/10额定电压：高压为，低压为0.4kV阻抗电压%：4%连接组标号：Yyn0空载电流：1.4%空载损耗：0.4kW负载损耗：2.2kW2.3主接线形式的选择2.3.1主接线概念电气主接线表示的是生产、汇聚和分配电能的电路[6]。2.3.2主接线形式与方案的选取为了满足电力系统的可靠性、灵活性等问题以及充分全面的考虑，做出以下接线方式。110kV侧：母线采用LGJ-300/110型钢芯铝绞线，由于前面的分析可知，所需要建设的负荷相当重要。对于电压较高的变压器系统比如35kV~220kV的变电站系统当中，从可靠性角度来考虑的话大部分都采取双母线的接线方式，当然了，对于负荷不太重要的情况下，为了节约成本和方便安装，采用的是单母线分段。倘若不准停电来检修高压断路器的时候，需要另外设置旁路母线来连接的接线方式。根据以上分析，110kV拟设计出以下两种接线方式供选择。图2-1单母线分段带旁路母线接线图2-2双母线带旁路母线接线从技术难易程度以及经济性和可靠性上来综合考虑选用：更方便也更加经济的是单母线分段的方式，但不可靠；双母线带旁路母线接线对系统而言更稳定，但耗资也更大，接线还复杂点。但是顾虑到该侧的负荷较为重要，即使投资再大、接线再复杂，也必须要使用双母线带旁路母线的方式来保证它的可靠性。35kV侧：母线采用LGJ-185矩形铝绞线，35kV电压等级侧按照负荷的重要程度来划分，一般来说有两种接线方式，单双接线都可以。一般工程师考虑为了尽量在检修时不断电，应该增设旁路母线的接线方式。但是为了检修时间尽可能的变得短一些，因此当35kV这一侧在采取双母线时，应该尽量避免搭设旁路母线。但可以装设隔离开关[7]，因此35kV侧拟设计以下两种接线方式供选择：图2-3单母线分段带旁路母线接线图2-4双母线接线从技术难易程度上来说，单母线分段带旁路母线接线相对于双母线来说要方便很多、并且如果将来需要接入另外的负荷，也是很方便的，并且投资相对来说也小很多，但是从最注重的可靠性来说，它却不如双母线接线，综合考虑到35kV侧负荷较多，所以我还是更加地倾向于选择的是双母线接线运行。10kV侧：母线采用截面为的铝母线，该侧的功能较少，可以理解为仅仅用调相机来进行无功补偿，因此可使用较为简便经济的单母线分段的接线方式，具体的接线形式见下图：图2-5单母线分段接线2.4本章小结本章主要陈述的内容有计算负荷的大小，从而选用变压器以及主接线方式。首先是进行了负荷的计算，计算的目的是准确的选择变压器的型号，变压器容量选择的过大或者过小对变电站的稳定运行都会产生不良影响。变电所中最重要的设备就是变压器了，因此合理的选用它是变电所建设过程中的地基，有着非常重要的意义。主变压器选择完之后按照步骤选了站用变压器，站用变压器选择时一定要确保10%的富余裕度。最终，确定了主变压器采用两台50MVA的三绕组变压器，来保证供电；站用变压器采用了两台的降压型变压器，来保证供电质量。最后讲述的是主接线形式的选取，经过对各电压等级测进行一系列的可靠性、简便性、实惠性作为出发点考虑之后，按照最优化的设计，确定了各个电压等级侧的接线类型。第3章短路电流的计算3.1计算目的1）确定最好的主接线方案以及限流措施等[8]；2）为了确保供电在短路状态下的稳定性，并且让保护系统正确地实施保护动作；3）准确地求出各短路点的电流值，有利于合理且正确地设置电网系统的保护方法，才可以把短路造成的损害降低到最低；4）合理地选择母线等电气设备。3.2计算步骤1）选择容量、电压、电流和电抗参数的基准值，其中，计算电抗标幺值的时候要不止是计算输电线路的，还要计算供电系统的，并且要折算到同一个容量下，方便下面的计算；2）制定此变电站的等值网络图；3）对各个电压等级都需要选择一次短路点；4）对上面所制定的网络图利用串并联以及星三角的关系进行等效电路的化简，需要把S1、S2这俩系统看成无穷大，下一步再来求出电流相对于短路这一点的所谓的转移电抗，继续利用转移电抗来求得下面的短路参数短路标幺值，短路有名值；5）最后一步，再使用第四步计算出来的短路电流的有名值的这一个数值来求取下面几个参数。为了便于计算，取三相短路的情况下讨论。计算冲击值，冲击值的有效值计算短路容量。3.3计算过程1）系统等值电路图按两台主变压器一起运行的情况下进行短路电流的计算。图3-1系统等值电路图2）计算所需参数基准值：由原始数据可以得到电力系统电抗：基准阻抗：所以有：线路的型号是，查表可得线路阻抗：故得到：由主变压器的性能参数可以计算出：所以，根据三绕组变压器各个绕组上面的等值电抗标幺值计算结果如下：由第二章选取的站用变压器的性能参数可以求得：由上述求得的各个元器件的电抗参数可以将系统的电路图化简成如下图所示：图3-2化简后的系统等值电路图3.3.1110kV侧当k1点出现三相短路故障时，也就是所谓短路故障在110kV侧母线上出现的时候，在这种状态下，系统的等值电路图异常的简单，如下所示：图3-3110kV三相短路电路图计算短路电流的有名值计算冲击电流的最大值有效值计算短路容量3.3.235kV侧当k2点发生故障导致三相短路时，也就是在35kV这一侧出现了三相短路，在这种情况下，整个系统的等值网络图，就可以化简成下面所示是的样子：图3-435kV三相短路电路图计算短路电流有名值计算冲击电流最大值有效值计算短路容量3.3.310kV侧假如k3点突然发生故障，导致三相短路的情况出现的时候，在这里可以认为三相短路的状况出现在了10kV侧母线上，这种情况下，按照串并联关系，系统的等值电路网络图，可以化简成下图这种情况：图3-510kV三相短路电路图计算短路电流的有名值冲击电流的最大值有效值计算短路容量3.3.40.4kV侧当k4点发生故障导致三相短路时，也就是所谓的短路点发生在了0.4kV侧母线上，这种情况下，也很简单，也就是在10kV母线后面还有一个电抗而已，系统的等值电路图，可以化简成下面这种情况：图3-60.4kV三相短路电路图计算短路电流的有名值大小计算冲击电流的最大值有效值计算短路容量3.4本章小结本章主要进行了短路电流的计算。众所周知，短路对电力网络的危害是非常大的，而且也会影响用户的供电的稳定性，甚至破坏电气设备。进行短路计算的目的是合理的选择电气设备以及导线，在计算三相短路过程中，不允许一点差错，因为稍微出现一点差错对供电系统或者变电站来说，可能就是毁灭性的。在进行计算时，化简系统的电路图非常重要，因为这是计算短路电流前面的一步，所以一定要进行仔细化简，保证化简的准确性才能保证计算的准确性。第4章电气设备选择4.1高压断路器高压断路器，顾名思义，起保护作用[10]。不管电路工作在何种条件下，它都具备完善的切断或者闭合电路中的电流的功能。它还也可以通过继电器等电气装置，切断非正常工作条件下的电流，并且断路器还具备非常厉害的断流能力和非常好的灭弧结构。110kV侧断路器的选择：额定电压等级为110kV额定电流的数值为额定的开断电流数值；短路的开断电流数值大小比较按照上述基本参数以及计算的数据，可以初步选用户外少油高压断路器来试一下，它的固有的分闸的时间是0.04s，合闸的时间是0.2s，全开断的时间是0.07s。计算热稳定取后备保护5秒；不再另外考虑非周期分量产生的影响，查询周期分量曲线即可以得到：；；；满足 综上，110kV侧拟采用型户外少油断路器。35kV侧断路器的选择：额定电压等级35kV额定电流数值额定开端电流数值；短路开断电流数值的大小比较根据上面计算出的这几项数据，打算选用型户外少油高压断路器，该断路器的分闸、合闸以及全开断参数和上面一样。计算热稳定时，取后备保护5s来计算；不再另外考虑非周期分量产生的影响，查询周期分量曲线即可以得到：；；；满足综上，35kV侧拟采用。10kV侧断路器的选择：该电压等级侧没有接负载，只安了一个电抗器和同步调相机，因此该侧选用户外真空断路器。额定电压等级10kV额定电流的计算数值，装了一个电抗器后，由于大电感的作用，电流不能突变，短路电流被限制在了9.05kA。那么它的额定开断电流就是短路开断的电流计算；短路容量：由上述分析，10kV侧拟选用真空断路器，固有分闸时间为0.06s。计算热稳定时，取后备一秒计算；无需另外考虑非周期分量产生的影响，查询周期分量曲线可以得到：；；综上，可以得出10kV侧用真空断路器即可。4.2隔离开关隔离开关也是一种主要起保护作用的电气设备，具有闭合和切断小电路电流、隔离电源等功能。但它不具有灭弧能力，这是和断路器最大的区别。它仅仅能在无负荷电流的状态下作用于电路，实现电路的合、分[11]。110kV侧隔离开关的选取：额定电压等级额定电流的数值有以上两项基本数据，打算拿的隔离开关来用，它的4秒的热稳定电流有效值以及动稳定电流查数据手册得到分别是16kA和50kA。计算热稳定参数；，满足；动稳定参数的大小比较由上面的一系列过程可以明确知道，110kV侧完全可以选用GW4-110型户外隔离开关来使用。35kV侧隔离开关的选取：额定电压等级额定电流的数值根据上面额定电压与电流这两项基本数据，该侧初步打算拿的隔离开关来用，它的4s热稳定电流的有效值以及动稳定电流查数据手册可以得到分别是25kA以及64kA。计算热稳定的数值；，满足动稳定参数的大小比较由上述计算可以明确知道，35kV侧确确实实可以拿GN16-35/2000这一种隔离开关来使用。10kV侧隔离开关的选取：该电压等级侧没有接负载，只安了一个电抗器还有一个同步调相机，因此该侧可以选用轻型的户内隔离开关。额定电压的等级额定电流的数值根据上面额定电压和电流的这两项基本数据，10kV侧打算拿的隔离开关来用，它的5秒热稳定电流有效值以及动稳定电流，查数据手册，可以方便的知道分别是4kA以及40kA，。计算热稳定；满足动稳定参数的大小比较由上述计算可以清楚地知道，10kV侧确确实实可以拿GN22Q的隔离开关来用。4.3电流互感器在电力系统中，电流可以大到几百安培甚至更高，我们不可能直接去测量，因此必须要采用电流互感器来使用，原理是将大电流转换成小电流，然后再和转换系数一乘，就可以得出一次侧的电流大小[12]。110kV侧：额定电压额定电流的数值由上面额定电压与电流这俩参数可以知道，可以拿型号为来验证下，它的参数如下：（1）额定电流的比值；（2）准确次级是二分之一；（3）二级负荷的阻抗比是2；（4）1秒钟的热稳定是30倍。计算热稳定；；满足计算动稳定；；满足要求。由上述计算可以清楚地知道，该侧可以选择LB7-110电流互感器来使用。35kV侧：额定电压等级；额定电流的数值。由上面额定电压与电流这俩参数可以知道，该侧初步选择电流互感器型号为，它的参数如下：（1）额定电流比是2000/5=400；（2）准确次级是0.2；（3）1秒的热稳定是40kA.计算动稳定；；满足计算动稳定；；满足要求。由上述计算可以清楚地知道，该侧完全可以选择LB6-35电流互感器来使用。10kV侧：额定电压等级：；额定电流等级：。由上面额定电压与电流这俩参数可以知道，该侧拟初步选用电流互感器的型号为，其参数如下：（1）额定的电流比是400比5（2）准确次级是二分之一；（3）2秒的热稳定电流是31.5kA;（4）动稳定电流的数值是80kA检验热稳定数值；；满足。计算动稳定；满足要求。由上述计算可以清楚地知道，该侧完全可以选择LDEB6-10电流互感器来使用。4.4电压互感器电压互感器，顾名思义，它具有变换电压的作用[13]。可以用它来测量输电线路的功率和电压，下面对各电压等级侧所使用的电压互感器的型号做一个简单介绍，不再一一赘述：（1）110kV侧1)汇流母线上可以采用电压互感器来使用。2）出线侧选用，它是电容式的电压互感器。（2）35kV侧选用电压互感器的型号是。（3)10kV侧可以采用JSJW-10电压互感器。4.5本章小结本章作为短路电流后面的一章，介绍了一些比较基本并且较为常见的电气设备的选用。短路电流计算完毕之后，需要进行的是设备的校验从而选用合适的电气设备，这些设备是较为基本的电气设备，如上面所列出的这四个，计算短路电流时，应严格按照电力手册进行计算，只有准确计算，才能更准确地进行设备选择。它们是根据短路电流进行校验才选出的。首先介绍了各个设备的作用，然后根据此次变电站提供以及计算的数据来选择这些常用设备的型号，目的是保证该变电站的平稳运行。第5章变电站的保护接地与防雷5.1概述任何东西必须要确保安全，安全无小事，变电站也不例外，安全是第一位的。保护接地和防雷是确保稳定安全供电的重要措施[14]。5.2变电站的保护接地5.2.1电流对人体的危害触电，广义来说就是人体的某一部位不小心接触到了电流，电流通过人体对人体致使人受伤或者致人死亡的现象。我国规定在50Hz频率的条件下下来说，当流过人体的电流大于50mA的情况下，大部分器官包括心脏等主要的生命器官便会立刻停止跳动，严重的情况甚至会发生生命危险；流过人体的工频电流超过0.1A即100mA时，将很快威胁到人的生命安全，致人死亡。我国规定触电时间不超过1s的安全工频电流为30mA[15]。5.2.2接地和接地装置在变电站乃至整个电力系统中，为了保护电气设备的正常运作，从人体安全的角度作为出发点来考虑，将设备的外露导电部分连接到大地上，此过程称为接地。接地装置是由接地线和接地极所组成的[16]。当电气设备外壳不小心带电时，与外壳连接的接地线上会有电流流过，此时接地电流便会通过接地极这个装置，向大地有一个较为均匀的半球状扩散状态电流，此电流也被叫做接地电流，此电阻被称为流散电阻。应首先考虑自然接地极，大致有：地下水管道和一些大型建筑物比较常见的一些好的材料等。近些年来，人工制造的接地极也取得了较好的发展，包括有：人工混凝土钢筋等作为接地极，一般条件下，更倾向于采用管形接地体较好，原因概括如下：机械强度相对于其他形状的接地体来说，它的强度相比而言较高，不易被外物损坏，而且方便用重锤砸入地底，施工简单粗暴；当我们想要获得同样大小的电阻值的情况下，管形接地体比其他形状的接地体更加省钱；更加容易和接地线连接，工人师傅安装起来也很方便；很容易加入盐类溶液，这样操作可以很方便降低土壤的电阻率；可以很方便地被埋入地下深处，土壤电阻系数变化较小。一般条件下可以选用2.5m长、半径2.5cm的镀锌钢管来作为人工接地极[17]。5.2.3保护接地IT系统：这种系统，接地情况是电源端的中性点是不需要直接用电线接地的，但是电气设备露着导电的那一部分需要直接用导线接地。这种做法情况下，当设备外壳发生故障而带电时，电流便会通过人体与接地极这俩路径流向大地，最重要的是流过人体的电流与接地极的电阻之间成正比关系。为了限制流过人体电流在安全电流以下，必须使接地极电阻做到尽可能小[18]。TT系统：在该系统中，接地的情况是电源端的中性点需要直接用电线接地，并且电气设备露着的导电的那一部分也需要直接用导线接地。在这种保护系统中，当设备外壳突然带电时，只要限制接地电阻的大小，就可以起到保护的作用。而且是接地电阻越小越好，但是接地电阻做到很小是有一定难度的，特别是在电阻率较高的地方，根本无法达到较小的电阻。倘若有人不小心触到了与中性点连接的导线，显然是非常危险的。因此在低压电网中，一般不采用TT这种保护接地系统[19]。TN系统：在该系统中，电源端中性点需要直接接地，但是用电设备外面露着的金属部分的接地方式共有三种。在这里，我们是按照保护线PE与中性线N的排列状况，来划分的，TN系统可以分成这三种系统[20]。TN-C：可以被称为三相四线制的保护方式，在这种保护系统中，PE与N是一条公用的线，此线习惯上又称为PEN线。使用PEN线与电气设备的外壳连接在一起，当某一相电缆线绝缘发生损坏，与用电设备外壳相连时，会产生很大的接地电流，从而引起断路器等保护电器的动作，起到切断电源的作用。TN-S：习惯上被电工叫做三相五线制系统。三相代表ABC三相，五线就是N、PE以及ABC这五条线。其中，PE线是独自接在设备外壳上面的。此种保护措施通常应用的场所一般来说对安全要求都比较高。TN-C-S：顾名思义，有C有S。有部分是采用PEN线合一的保护接地方式，剩下的部分是采用N与PE分开的保护接地方式。5.3防雷保护5.3.1雷电概述雷击会产生非常高的电压，是大自然常见的一种危害现象，它造成的伤害是非常的强大，小到不起眼的东西被雷击电坏，大到人被电死，甚至可以大到电坏电力系统，发电厂，核电厂，军工企业等。给国家带来严重的经济损失。安装上避雷针和避雷线以及避雷器来搭建防护网络是防止雷击比较有效也是比较常用的保护的措施。常用的防雷保护装置有接闪器、避雷线、避雷器等[21]。5.3.2防雷装置防雷保护装置是由避雷线、避雷针、保护间隙、避雷器、消弧线圈等设备所构成。接闪器的作用是接收雷击，引下线的作用是把雷击产生的电流引入接地极，接地极的作用是起到扩散电流，降低电压。避雷针（线）是由上面三者构成[22]。钢管或圆钢可以制成了避雷针顶端的一个重要部件—接闪器，接闪器接到雷击后，然后再沿着接地引下线向接地极传输电流，从而使电流流向大地，起到保护作用。避雷线也被称为架空地线，金属线（带）构成了它的接闪器，在架空输电线路上面，几乎没法使用避雷针防雷，因此最多采用的防雷有效设施就是布设避雷线，防止线路产生过电流损坏线路或者电气设备，同时将雷电引向大地。管式、氧化锌、阀式避雷器是现在常用避雷器，下面分别介绍一下这三者。管式避雷器：它是由内、外部间隙和产气管三者所形成的保护装置。该种避雷器具备制造简便、便宜、残留下来的电压比较小的优良特性，缺点是它的伏秒特性比较陡，在与变压器的绝缘特性相互配合的时候不是很方便，另外它在动作的时候会从管中喷射出不理想电弧和一些气体来，综上所述，它一般大都用在户外的防雷保护方面，尤其是架空线路。阀式避雷器：由阀形电阻片和火花间隙串联所组成。最大突出优点就是电极间的距离比较小，因此可以看作电场相对比较均匀，这是较管式避雷器的优点所在，当然这也是它的最大优点，从而提高了间隙之间的伏秒特性。所以在变电站防雷的情况下，通常选择这种避雷器来进行保护。氧化锌避雷器：ZnO构成了它的阀片的主要成分。这种避雷器有一个非常好的性能就是，它在电阻值是可以变化的，这一点跟电力电子课本上面的电导调制效应有一点相似。在50Hz频率的电压下，此种避雷器呈现出非常强大的电阻，能非常迅速且有效地抑制了电流增大；当电压超过某一个数值时，也就是遭受到雷击的情况下，此种避雷器的电阻值又变得很小，因此能很好地泄掉雷击产生的电流。因为他的电阻效应拥有非常强大的优势，所以它的应用较广。5.3.3变电站的防雷变电站设计防雷的目的是为了确保用户电正常、保护变电站的正常运作。一般状况下，如果想要对直击雷进行防护，进而保护变电站，可以考虑采取的措施是安装避雷针与避雷线；如果想要对输电线路的侵入波进行防护，使变电站的电气设备不至损坏，可以采用的措施是用避雷器来防护[23]。对直击雷与线路的侵入波进行防护应该考虑以下两个方面：反击和电磁感应当独立的避雷针突然遭受到雷击的情况下，雷击产生的过电压定会在接闪器上产生非常高的电位，倘若避雷针与附近的电气设备距离太小，它们两者之间便会产生一种类似于放电的现象，习惯称之为反击。为了抑制这种情况发生，目前来说一种比较简单的方式就是让避雷针和附近的电气设备之间有足够的安全距离。当雷击中避雷针的情况下，在避雷针附近的空气中就会产生一个变化率异常强大的电磁场，由高中学过的法拉第电磁感应定律这一部分知识，我们可以明确地知道，金属导体会在变化的磁场之中，产生感生电动势，这样就会产生电流，如果电流非常大的话，对电气设备是非常不利的。为了消除这一电磁现象，将相互靠近的金属导体很好地连接起来，来预防电磁现象，从而保证变电站设备的安全运行。对线路侵入雷电冲击波的防护当变电站附近的输电线路受到雷击时，一定会产生强大的冲击波，冲击波必然会沿着输电线路一直被送变电站中。电力变压器非常昂贵，因此合理的选择避雷器来保护它，是非常重要的。选用避雷器时有几条规则，一是避雷器的残留的电压务必要小于变压器参数中能够承受的最大电压值；二是伏秒特性的上限要小于变压器下限，并且数值务必小于冲击波的最大值，目的是来确保避雷器放电的限制可以限制到侵入波，不至于其产生强大的放电电流，从而来保护变电站的电气设备不受到过电流的伤害。5.4本章小结主章主要介绍了变电站的保护接地与防雷措施。变电站在电力系统中具有非同凡响的重要性，它的一个微小故障可能将会对整个区域的供电产生毁灭性的影响。因此为了不前功尽弃，必须要安装动作可靠的保护接地和防雷装置，目的是使变电所能够安全稳定地运行，要根据雷击的种类来选取合适的防雷措施。结论2020年的11月19日，在第一次与我的指导老师交流毕业论文的事情。考完研12月末，我开始查阅相关文献资料，逐渐地开始了我的毕业论文写作，从最开始的迷茫，不知该如何下手，再到慢慢地找到方法，再到对思路逐渐的清晰明了，最后再到查重降重，整个过程历经了四个多月，在这段时间里，我和老师、同学以及上一届的学长交流了很多，也收获了很多。我的论文题目是110kV变电站设计