《110KV变电站接地与防雷保护设计》15000字

KV变电站接地与防雷保护设计目录TOC\o"1-3"\h\u内容提要 I第一部分说明书1绪论 11.1选题背景及其意义 11.2国内外现状 21.3本设计目的 42设计原始资料 52.1原始资料 52.2设计要求 53变电站防雷保护 63.1避雷针与避雷线 63.2保护间隙以及管式避雷器 63.3阀式避雷器 7262223.4氧化锌避雷器 73.5直击雷保护原则 83.6侵入波防雷保护 93.7避雷针保护范围 93.8避雷针安装位置 113.9避雷器安装位置与型号 113.10进线段保护 134短路电流计算 144.1短路计算的目的 144.2短路计算在接地设计的影响 144.3短路电流的假设条件 144.4短路点的选择与确定 154.5短路计算结果 155变电站的接地网设计 165.1工作接地 165.2保护接地 165.3雷电保护接地 165.4防静电接地 175.5接地的必要性 175.6变电站接地电阻的构成和降阻措施 175.7接地材料选择 185.8接地电阻最大允许值 185.9接地电压和跨步电压最大允许值 195.10人工接地极工频接地电阻计算 195.11接地网表面最大接触电位差计算 195.12接地网外的地表面跨步电位差计算 205.13接地网设计 20第二部分计算书6短路计算 216.1阻抗计算 216.2短路电流计算 227接地电阻计算 257.1土壤电阻率 257.2入地短路电流 257.3接地电压和跨步电压最大允许值 257.4人工接地极工频接地电阻计算 267.5接地网表面最大接触电位差 277.6接地网外的地表面最大跨步电位差 287.7由接触电位差和跨步电位差允许值反推接地电阻要求值 288防雷保护配置和避雷针范围计算 318.1避雷针范围计算 318.2避雷针范围计算结果 338.3避雷器选择 34参考文献 35附录 内容提要变电站的防雷接地系统建设得不太完美那么在运行的时候，如果遇到了雷击的情况的话那么会把变电站里面主要的电气设备打坏，如果情况再严重一些，变电站都可能因此而停止工作，这样会造成很大的经济损失还影响到了电网运行的稳定性和安全性。所以，把变电站的防雷接地系统设置得安全可靠是非常重要的。接地系统现在是保障工作人员安全和设备安全的一个重要措施是而且这个系统也是保障变电站电力系统稳定运行得一个重要组成。所以本文就是着重110KV变电站的防雷设计。第一我们要先确定变电站的防雷方案，选避雷针得时候要选能够满足设置要求并且能够在保护范围联合之后能够覆盖整个变电站的避雷针。安装得避雷器也要在符合设置规则。第二我们就要进行接地网设计，接地网设计是个很中古要的地方，我们在设计的时候要符合各个设备的接地要求。再通过演算，查看设计得是否合理。1绪论1.1选题背景及其意义影响电力系统安全运行的情况有很多，而其中雷电是比较重要的一个。建设在雷电较多的地方的变电站，发生雷击事故的可能性非常高。特别是，变电站中的主变压器和其他必要设备会在雷击后在整个站内造成断电。为了保护设备和变电站的人身安全并提高变电站供电的可靠性，开发合理的防雷击和地面基础保护措施尤其重要，这是建筑结构的重要组成部分，非常重要。复杂的是防雷和地基的重要组成部分。重要的是要尽早做好防雷和现场设计，以确保项目的工期，质量和安全，以及建设后运行的安全性和可靠性以及广泛经济效益。在生产中，也起着重要作用。同时，其质量的优劣性，关乎着人身以及设备的安全。这其中接地是一个能够解决雷击问题的一种很有效并且很实用的方法。从21世纪开始，电力系统部分得到了快速的发展，而这种发展也给接地系统得到了升级。接地系统是防止雷电带来危害的主要措施。直击雷，感应雷或其他因雷电引起的损坏会通过接地系统传达到地球。因此，为了能够顺利处理雷电，必须有一个理想的接地系统。变电站的防雷措施就是避雷装置与接地装置的相互配合。当发生雷击的时候，一番都是通过避雷装置把雷电冲击电流进入到大地，或者通过限制过电压的幅值让其不会对设备造成损坏，从而保护建筑物和设备。接地电阻值是一个非常重要的数值，这个关系到变电站的接地系统是否合理。当电网短路或其它大电流接地故障发生时，当变电站接地呼吸过大时，接地网的电位会很高。这种增加的可能性不仅会危及操人员的人身安全，而且变电站二次设备可能会遭受到反击的电流从而导致绝缘损坏，甚至导致变电站设备的故障，造成重大事故。根据我在网上找的资料表明，我国在建设变电站的早期有发生过多起接地电阻因为不满足要求引起的接地电阻增大所导致的事故，每一次发生这种事故的时候，因为变电站不能正常运行，这会导致停电的情况，那么就会造成很大的经济损失和人们的不便。比如1998年一个所属江苏电网的220KV变电站发生了这种事故，当时是这个变电站的110KV断路器发生短路，使得一次系统发生故障，如果这个时候他的接地系统是能够正常工作的话，那么在工作人员及时的发现以及维修的情况下不会出现很大的问题，但是偏偏它的接地系统不是完好的，从而迅速的扩大到了二次系统，最后造成全站的失电；所以，变电站的接地电阻的数值要是合理的且符合这个变电站设计的，这样才能保证接地系统正常工作。110KV的变电站在各个地方都会有，这就说明了其重要性，我们都知道我们使用的电都是一级一级降下来的，所以110KV变电站可以说是整个电网的重要组成部分，所以我们要保证其能够安全稳定的运行，这就要我们在建设它的时候，我们要好好的设计他的避雷以及接地部分，这样就能保证其能够安全稳定的运行从而解决很多的麻烦。1.2国内外现状我们人类在搞建设的时候采用避雷装置这一东西大约要在12世纪的时候。比如说我们湖南现在都还存在的岳阳慈氏塔，从塔的顶端有6条链顺着6个角下垂至地面上，想和就是一种古时候的防雷措施。而在国外首先提出用避雷针来对建筑物进行保护的理论和方法是在1750年，美国的B·富兰克林提出的。而在19世纪80年代末，人们在电话线路上安装了一个可以避雷的东西，这个东西的内部结构是一个装在管内的间隙，然后把一个熔断器与间隙串联。到了90年代初期，E·汤姆孙制做出了磁吹间隙，就是由一个角形间隙和一个磁吹线圈组成，磁吹线圈用来吹灭角形间隙的电弧，这种装置可用在直流发电机的保护上，这个装置就是20世纪50年代研制的磁吹避雷器的前身。20世纪初，德国人制造出用串联线性电阻来限制电流的角形间隙来限制电力系统在间隙放电时的工频续流，这是现代阀型避雷器的前身。随着电力系统电压等级越来越高，随着时间先后又有十几种保护装置出现。到了现在，各种防雷设备和器件发展得更多且更全面。我国在电网防雷技术上做了很长时间的研究，也获得了一定的成绩。近年来又在研究氧化锌避雷器，由于研究氧化锌避雷器的时间较长，这让我们的氧化锌避雷器的技术也得到了进步。变电站接地系统技术相比以前来说进步很大，而且在电力系统设备绝缘的配合上显得更加的成熟，这使得电力系统的防雷水平得到了很大的进步。但在我国电网的网架结构上以及雷电直击跳闸率上还是与世界上的发达国家的电力系统防雷水平还存在有一定的差距。近几年来，随着我们国家得电网的不断改进，我国在变电站设计以及运维当中，接地系统出现的问题越来越多。其主要原因在于，超、特高压变电站的电气设备比平常变电站的要多很多，而且其占地面积很大，所以说他的接地网的面积也很大，万一发生接地故障时可能会存在点位分布不均匀的情况，而这个与我们设计当中需要的等电位有很严重的差别，这样不仅会让接触电位和跨步点位明显升高，影响到设备的安全运行，还对影响到变电站的整个接地系统，还会造成工作人员的安全隐患。以及城市需要发展那么就离不开电网的建设，现在城市的用电量增长以及地价越来越高，只有建设面积越来越小但是能够满足越来越大的用电负荷的变电站。但是，问题就出现了，那就是变电站面积小那么接地网的面积就小，这就有可能会让接地电阻升高，这样不仅会让变电站内电气一次设备和二次设备受到损坏，还有可能因为变电站附近的跨步点位高，危害到附近人的人身安全。我们国家在早期都是比较穷的所以当时得接地极一般都使用废钢，但是废钢被腐蚀较快，所以当时的接地网得正常工作时间都是只有几年，几年过后就要换新。那时候的发达国家都是用铜来作为接地网得材料，但是和我们国家当时使用得废钢差不多，没过几年就坏掉了，同样失去了效果。后来经过大量研究发现酸性的土壤环境和设备运行时的泄流，都会把接地网腐蚀掉。后来因为变电站的电压等级越来越高，对接地网的要求就越来越高，而对接地网方面就是要提高接地装置得防腐性和热稳定性。影响变电站接地网安全运行的问题有很多，所以接地网随着发现的问题而改进从以前的等间距布置改为了现在的不等间距布置，从水平接地网到现在加入垂直接地极形成现在的复合三维，而出现的安全问题就包括接地电阻大小、地表电位分布、跨步电势和接触电势等，而现在发展的过程中也发现了越来越多的新问题。如果只是单纯的按照计算公式来设计变电站的接地网，那么会存在比较大的安全隐患，比如说一些特殊地理位置的变电站或者是有复杂电网的变电站，这个是因为计算是没有系统全面的考虑到实际情况，所以在对接地网参数计算时往往都会有很大误差。由于我国在变电站接地系统方面起步得相对较晚，但是在众多学者坚持不懈得研究下，我们也获得了很大得成果。这些年来那些专家得研究让我们在建设变电站时不能够只有简单得水平接地网，还要考虑加上垂直接地极的复杂三维接地网。所以说在建设变电站防雷接地系统时，要保证其高效的可靠性和具有高电阻率，也要保证避雷装置的合理以及防雷方案的可靠有效，以及接地设计参数的计算、还要选择稳定的接地极，如果接地电阻过高的时候还要采取效果明显可靠的降阻措施。1.3本设计的目的雷电是影响变电站安全运行的重要因素，如果一个变电所的防雷接地的措施不是太合理的话，在变电站被雷击得时候，就有可能防雷装置不会动作，从而发生雷击事故，如果能够及时反应并且制止得话还好，如果情况恶化，将会导致停电，这就会影响到经济以及人们得正常生活，毕竟现在什么都离不开电，电也充斥在我们生活的每一个角落。，所以说变电站得防雷基地设计是建设变电站得重中之重。变电站防护直击雷得方法是装置避雷针，并且避雷针得位置也有讲究，那就是要把整个变电站都要置于避雷针得保护范围之类。但是避雷针与被其保护的设备之间要保持一定的距离，这是为了防止当雷电落到避雷针上时对被保护物产生“反击”过电压。变电站里面也有很多得电气设备，这些设备也是非常重要的，因为这些设备是否能够正常运行影响着整个变电站得稳定运行。而且变电站里面有很多线路，这些线路往往很容易遭到雷电得照顾，所以说这些也要装设防雷装置，而这一部分得防雷装置就是避雷器。避雷器得工作原理就是在有雷电过电压得时候可以导通，然后将雷电电流引入到地里面，在过电压平稳后，就会恢复到动作前得状态。变电站进线段保护就是在变电站附近装设一段2km长得进线段，使雷电过电压产生在规定的距离以外，侵入的冲击波沿导线走过这一段路程后，波幅值和陡度均将下降，使雷电流能限制在5kA。2设计原始资料2.1原始资料（1）该变电站所在地土壤电阻率为。（2）变电所中110千伏变压器中性点接地，且为分级绝缘变压器，其中性点绝缘为35千伏级。（3）110千伏出线全线装有避雷线。（4）变电站长64米，宽62.4米。（5）电气主接线图，平面图，截面图。2.2设计要求（1）变电站直击雷防护方案拟采用独立避雷针进行直击雷防护，要求变电站的全部设施均置于避雷针的保护范围之内。1）设计避雷针安装位置，计算其高度，画出保护范围图。2）要求避雷针的接地电阻小于10欧，设计接地装置，画出设计图（设冲击系数等于0.57，利用系数等于0.75。）（2）入侵波的防护方案1）确定避雷器的数量、型号以及安装位置，计算避雷器的保护范围画出安装位置图。2）进线段保护设计。3变电站防雷保护3.1避雷针与避雷线防直击雷的最常见的是安装避雷针（线），避雷针高于设备进行保护，其任务是当有雷打进变电站得时候能够将它吸引过来，然后导入到地里，不要让他车队变电站造成伤害。避雷针得组成部分有三个，避雷针是一个接闪器为针头，而接闪器和接地引下线为圆钢，垂直接地极通常用角钢正确地与地面连接，然后与接地线连接。雷电保护的范围表示在避雷针的保护下，其设备不会被雷击中。而这个范围的设定都是在实验的条件下得出的。但在科学界中并未公认到这种类型的保护。避雷线大的作用主要是保护由雷电场引起的线路问题，而且避雷线畸变的可能性小于避雷针，所以，避雷线吸收雷电的作用和保护的范围要比针小，但它的保护长度等于线长，因此很多电力线和大型建筑物都用避雷线保护，这些年来，世界上有很多国家都抛弃的避雷针都使用避雷线。3.2保护间隙以及管式避雷器有些设备保护电气设备是通过与电气设备并联的方式，而且可以让后面设备的放电电压低于绝缘耐压，当设备有被过电压损坏的风险时，保护器就会放电，从而实现对电气设备的保护保护间隙是这种设备最简单的形式，以电气设备安全的保护，被保护设备伏秒特性的下包线高于保护间隙伏秒特性的上包线。管式避雷器可以说是一个有比较好灭弧能力的间隙，主要部分是其内部产生火花间隙的元件，间隙由电极棒和环形电极组成，产气管可以由纤维，塑料或橡胶制成，这些材料在高温下会产生大量气体，由环形电极喷出，从而形成强力的纵吹的作用，从而在1-3个电流周期后电弧频率为零电弧，如果要使管式避雷器能够正常的工作那么就对开端短路电流得大小有很打得关系，开端短路电流太大会使管式避雷器损坏而不能够熄弧，如果开端短路电流太小这管式避雷器又不会动作。所以如果要使用管式避雷器得话，先要做的工作就是把短路开断电流限制在一点得数值，这样才能使管式避雷器正常得工作。在变电站中通常接地部分对人体要安全，所以管式避雷器的喷火口端应放在高电位以免喷火时误伤到他人。3.3阀式避雷器阀型避雷器的基本工作原理如下：阀式避雷器中存在一个间隙，这个间隙存在得目的就是为了防止系统母线在正常工作得情况之下有冲击电流流入大地。阀式避雷器得阀片不是线性的，就因为这个所以能够限制残压，保护一些绝缘较低的设备的安全。当过电压消失后，避雷器的间隙中会存在工频电弧继续的流过避雷器，这个续流最后会受阀片电弧切断。此后，这个间隙的绝缘就会起到作用，使得整个系统能过够恢复到正常的工作状态而且不会重燃。并且整个的过程用的时间很短，短到继电保护装置都还没有动作就已经恢复正常。按照上面所说，其值应为设备的耐冲击性高于避雷器的冲击放电电压以及残压，如果两个标准均下降，则可能会降低设备的冲击耐压值。阀式避雷器的普通型正常动作和磁性完全与自然电弧熄灭电弧的能力有关，所以没有任何的灭弧措施。其阀片的热容量有限，如果在长间的内过电压冲击电流的情况之下，可能会让阀片受到损坏；在对内部电压进行防雷时通常不使用这种设备，当前仅用于将系统的热容量限制为220kV或低于大气压。磁吹型的工作原理就是利用磁吹电弧来进行熄弧，磁吹型阀式避雷器的间隙的熄弧能力较高，高到能够在很高的回复电压之下经行熄弧。3.4氧化锌避雷器氧化锌避雷器（MOA）就是将几个的氧化锌电阻片（MOV）装进陶瓷或其他绝缘体里面并且密封完好。如果有一些其他的需要，也可以和以前的碳化硅电阻片避雷器一样，通过间隙之间的串联来起到隔离工频电压的作用。但通常都是通过氧化锌电阻片本身所具有的非线性来起作用。当MOA工作于大电流区时，就说明系统中存在过电压，这个时候MOV就会转变为低阻态，这样就能抑制过电压。氧化锌避雷器除了具有较理想的非线形伏安特性以外，其主要优点是：1）氧化锌避雷器的通流能力大。2）氧化锌避雷器的保护性比其他避雷器要好，是因为氧化锌避雷器是用来避免系统中出现过电压时设备受损的装置。因为氧化锌电阻片的伏安特性是非线性的，这种特性让氧化锌避雷器在正常工作电压下只有微量的电流通过，但是当在系统中有过电压时，电阻片上的电流量激增，同时让电压的幅值不会太大，这样就会保护线路不受损坏，在完成这一系列操作之后，又会恢复正常情况下的状态，系统恢复正常工作，所以最好在设计是不要有间隙，这样可以让它的保护性更好，重量合适，尺寸相对较小。3)氧化锌避雷器通过采用抗老化性能好的复合外套，并且通过控制密封圈压强以及增涂密封胶等措施，确保密封可靠，使得避雷器在工作时能够稳定运行。4)氧化锌避雷器的机械性能主要考虑以下三方面因素：1、承受的地震力；2、作用于避雷器上的最大风压力；3、避雷器的顶端承受导线的最大允许拉力。3.5直击雷保护原则(1)独立避雷器要有自己的接地装置，在土壤电阻率较低的地方，它的接地电阻不应该超过。如果在超过的情况下，要与主接地网链连接，这样可以让其接地电阻下降到正常值。但是在与接地网连接的时候要注意要与35KV设备与主接地网连接点的位置有一些距离，这个距离不能小于15m，这是为了防止雷电通过避雷针进入到接地网后，通过35KV设备的地下连接点反击到它。而且独立的避雷针要安装在离人通行通道较远的位置，这个距离不能小于3m，这样才能保证安全，如果有特殊情况，那么就在通道上铺设砾石等东西，来经行均压。(2)在保护110KV装置的时候，一般都会把避雷针安装在构架或者是在屋顶上面，但是还是有特殊情况，那就是在土壤电阻率大于1000的地方，我们还是要装设独立避雷针最好，不然的话就要采取措施，使得接地电阻降低或者提高绝缘强度等。(3)保护35kV及的设备的时候，最好不要用到避雷针，其原因就是这个电压等级的装置的绝缘相对110KV及以上的设备的绝缘都要低，如果在它上面安装避雷针，在雷电通过避雷针的时候就有可能使得它们的绝缘损坏，从而引起反击。(4)避雷针与主接地网的地下连接点至变压器接地线与接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15m。(5)在变压器的周围，不能够安装避雷针或者避雷线。这是因为如果在变压器周围安装避雷针或避雷线的话不能够保证其安全的接地距离，这样可能会产生反击作用。3.6侵入波防雷保护变电站配电装置对侵入雷电波的保护是采用避雷器及与避雷器相配合的进线保护段的联合保护。侵入波保护中用到的最主要的保护装置就是避雷器，在110kV及35kV的配电装置中氧化锌避雷器以雷电冲击10kA为基准，而他的配合系数取值不小于1.4；10kV的配电装置氧化锌避雷器以雷电冲击5kA为基准。3.7避雷针保护范围安装避雷针时，要确定安装完成后避雷针的保护范围能够覆盖整个变电站。(1)单根避雷针的保护范围我们设避雷针的高度为，在设置被保护物体的高度为，那么可以计算出避雷针的有效高度为，在高度上就可以计算出避雷针保护范围的半径如下：当时(3.1)当时(3.2)式中为高度的校验系数；h避雷针高度。当时，；当时，，当，取。根据上面的两个算式可以做出如下面图3.1的图形，从避雷针顶尖向下作斜线，此斜线旋转而成的锥体，构成时的保护范围。从地平面距离避雷针处向避雷针高处作连线，此连线旋转成的锥体，构成时的保护范围。图3.1(2)两根等高避雷针保护用两个相同高度的避雷针同时经行保护时，其保护的范围要比单个避雷针保护的范围要大，主要是因为当有雷要击打在两个避雷针之间的范围的时候可能会被离击打出近的避雷针所吸引，然后落在那根避雷针之上如图3.2所示。两跟避雷针之间的保护范围可用下式求得：（3.3）（3.4）式中最低点的高度；在的水平面上的最小宽度。图3.2(3)三支或多支避雷针计算三支避雷针的联合保护范围的时候我们可以先计算三根针两两间的保护范围，然后将其合起来，就在成为了三针的保护范围。只要在高度的水平面上，各个双针的，那么三针的中间部分就在保护范围以内。在四根针和多根针的时候，我们可以按照上面的三针的方法把三个针不同的组合计算，然后叠加成总的保护范围，如果每个范围的最小的宽度，那么多根针之间的空白部分就在避雷针的保护范围之内。3.8避雷针安装位置我设计的变电站有110kV、35kV、10kV三个电压等级。且变电站东西长62.4米，南北长64米，面积比较小。据《电力工程电气设计手册变电站设计》我确定了采用的避雷装置使避雷针，为了把整个变电站都包含在避雷针的保护范围内，我设计了4个等高避雷针，避雷针高30米。而且可以确定本变电站将1根避雷针安装在110kV出线的构架上，一根安装在东北角离两面墙6米的地方，另外2根安装在变电站南部的两个角落中，分别离所靠近墙边缘1米。3.9避雷器安装位置与型号在变电站中对雷电侵入波的防护措施大多就是装设避雷器以及进线段保护。所以说避雷器的选型也是非常重要的，因为这个关系到变电站内的设备能不能正常的运行，而在选型的时候我们要结合变电站里面的参数然后和所选应的避雷器的参数经行对比，擦好看是否选用得合理，在确定好要使用得避雷器得型号之后，我们又要确定在什么位置安装避雷器，要安装几台避雷器。而避雷器的作用就是当电压超过其正常工作电压的时后，抑制过电压，让电压的幅值在合理的范围之内。而安装避雷针的(1)全线架设避雷线的35—110KV变电站,当进线的隔离开关或断路器经常断路运行,同时线路侧又带电时，宜在靠近隔离开关或断路器处装设一组MOA。(2)35kV及以上装有标准绝缘水平的设备和标准特性的MOA且高压配电装置采用单母线、双母线或分段的电气主接线时,MOA可仅安装在母线上。MOA与主保护设备的最大电气距离超过规定值时，可在主变压器附近增设一组MOA。(3)变电站10kV配电装置应在每组母线和架空进线上分别装设电站型和配电型MOA。(4)变电站内所有MOA应以最短的接地线与配电装置的主接地网连接，同时应在其附近装设集中接地装置。变电站中的电气设备中最重要的可以说是变压器了，但是变压器虽说使最重要的，但是他的绝缘却是比较脆弱的，所以说我们必须要对变压器安装防雷装置：(1)在三绕组变压器运行时，有时会出现低压绕组开路的运行情况，如果在这个时候，高、中压绕组有雷电波入侵，那么就有可能让入侵波进入到低压绕组侧，使其低压侧出现过电压而危及变压器的绝缘，所以说，我们安装避雷器的时候必须要考虑在低压绕组对地加装一个氧化锌避雷器。(2)对于中性点接地系统，变压器通常是分级绝缘的，此时需要在中性点上装设氧化锌避雷器加以保护。选择避雷器的型号就要先计算流过避雷器的冲击电流幅值是否超过了避雷器冲击电流允许值：（3.5）避雷器的冲击电流幅值；避雷器残压；导线波阻抗；。通过计算可以把避雷器的型号选择出来，避雷器选型如下：(1)在110kV线路及110kV母线上装设YH5WZ-108/281型避雷器。35kV配电装置主母线及架空线路进线装设一组Y5W1-51/134型避雷器。(2)每一台三绕组主变压器的110kV及35kV中性点装设氧化锌避雷器，这是为了满足变压器中性点不接地状态下的保护。我们还要在主变中性点高、中压侧，各装YH1.5W-73/200中性点避雷器和Y5W1-51/134型。(3)我们安装避雷器的时候还要在每台主变压器的35kV、10kV侧装设避雷器，这是为了防止来自高压侧的过电压对低压侧的绝缘造成损坏。我们在35kV侧选用Y5W1-51/134型避雷器。我们在10kV侧选用YH5WZ-17/45型避雷器(4)我们要在10kV的电缆出线出和10kV母线上装设相应的避雷器这些地方安装避雷器的原因是当雷电侵入波过电压流过10kV设备时对其进行保护。而且我们还要在主变10kV进线侧、10kV并联电容器、10kV出线侧这几个地方都要装设一组YH5WZ-17/45型避雷器。3.10进线段保护设计进线段保护的作用，就是用进线段的阻抗来让雷电流幅值不会太高还会用自身的殿宇来降低类点播的陡度，最后当雷电流通过避雷器的时候，避雷器再作用，让其不会超过数值。对全线架设避雷器的高压变电站，在进线段内可采用减小保护角、降低杆塔接线电阻等方法。而按照原始资料全线安装有避雷线，所以必须要在靠近变电站的一段划为进线段来和避雷器进行联合保护，在一切进线段上加强防雷措施、提高耐压水平等。从限制进波陡度的要求来确定应有的进线段长度，如另为侵入波陡度的允许值，则需要的进线段陡度公式如下式所示。（3.6）为行波的初始幅值；为进线段导线的平均对地高度。(3.7)由原始资料可知，该变电站全线装有避雷线，那么在靠近变电站的一段有2km的进线段，则可以看出，在110KV的线路中，则可以算出，满足要求。所以说在110kV的进线段装设2km长的进线段保护。4短路电流计算4.1短路电流计算的目的(1)选择有足够热稳定性和动稳定性的电气设备；(2)变电站内电气主接线选择参考条件；(3)确定变选择变电站内继电保护装置和进行设备整定计算；(4)电站中性点接地方式；(5)验算变电站接地装置的跨步电压和接触电压，确保满足要求；(6)确定电气主接线的措施；(7)电力系统稳定性的计算。4.2短路电流计算对接地设计的影响我们短路计算主要是为了再接地网设计时计算出接地网的接地电阻实测值。我们再计算出接地电阻实测值之后我们就要把它拿去和要求值进行比较，只有在然后把接地网实测值与接地电阻要求值进行比较，只有当实测值小于要求值的时候才算合格。我们在计算短路电流的时候，首先要计算各个短路点的短路电流，然后把所得的短路电流进行比较选出最大值，但是我们在选择最大值的时候我们要选择不对称有效短路最大电流，也就是出现接地故障时的最大短路电流，然后将短路电流最大值作为接地电阻最大允许值来进行计算，最后通过接地电阻最大允许值计算出变压器中性点最大入地电流。通过我所查的资料可以得到接地装置的接地电阻要求值为。4.3短路计算的假设条件(1)在进行正常工作的时候，三相系统要对称运行。(2)自动励磁调整装置要装设在同步电机中。(3)磁路的饱和、磁滞忽略不计，因此系统中各元件的参数便是恒定的。(4)除了不对称故障处以外，系统中的三相都可以当作时对称的因而在应用对称分量法时，对于每一序的网络可用单相等值电路进行分析(5)各元件的电阻忽略不计，但是当总电阻大于总电抗的1/3时，电阻忽略不计。(6)所有电源都有相同的电动势相位角。(7)短路电流为最大瞬间值。(8)不会考虑短路时的电弧阻抗以及变压器的励磁电流。(9)短路为金属性短路，即短路处过度电阻等于零；端相为完全断开，即断相处断口的导纳等于零。(10)在计算时，计算参数均取元件的额定值。4.4短路点的选择与确定我们在进行短路计算的时候都是选择短路电流最大的地方作为短路点。而且我们选的短路点要是各种短路类型中最严重的情况，因为在这种情况下的接地短路电流才是变压器中性点的最大入地电流，当我们计算出最大入地短路电流后我们就可以对接地电阻经行计算了。但是我们在选择短路点的时候都不是只选择一个，而是通常选择2-3个分别进行计算，然后把计算出的结果拿来对比。在该系统中分别选择了110kV高压侧母线、35kV中压侧母线、10kV低压侧母线这三个点进行短路计算。4.5短路计算结果短路计算是为了后面计算接地电阻，计算接地电阻是否符合铺设的规定，短路电流是必不可少的一个计算条件。(1)点三相短路时稳态短路电流：最大有效值电流：短路冲击电流：(2)点三相短路时稳态短路电流为：最大有效值电流：短路冲击电流：(3)点三相短路时稳态短路电流：最大有效值电流：短路冲击电流：(4)点单相接地短路时正、负序电抗：零序阻抗：全阻抗：基准电流：单相短路电流：通过最后对、、三个点的短路计算，最后选择了点的单相接地短路电流作为最大短路电流，因为在后面计算接地电阻时需要的时最大不对称有效短路电流，而短路计算的结果是该电流：5变电站的接地网设计5.1工作接地工作接地的目的是保证电力系统的稳定，这意味着在低压系统中，过电压从高压系统到低压系统，在没有接地工作的情况下，当10kV的高压系统进入低压380V，系统接地电压增加约5800V。在发生单相接地故障时，工作接地可以控制中性点的电压升高。在没有工作接地的情况下，发生单相接地故障的时候，接地中性点的电压上升到最近相的最高电压，其余两相与接地相的电压上升到接近线路电压的水平。当有工作土壤时，由于接触土壤的电流限制而产生的土压力漂移现象形成了通过工作土壤的电路。配电网的线电压是0.4KV时，中性点对地面上的平均电压最好不要超过50V。5.2保护接地为了不让电气设备的金属外壳发生漏电或者其他损坏时、内部配电装置框架也发生故障时对人生命造成危害和电气设备安全以及操作安全所以我们要设置保护接地系统。保护接地就是为了防止设备损坏等情况，电气设备的金属部件可能会发生电压从而危害到人的生命安全，所以必须在导线和接地线之间采用保护连接方式。我在在设置保护接地的时候我们必须确保:由断电引起的接地电压不超过本规定的安全限度。5.3雷电保护接地雷电保护接地是防雷措施的组成部分，不管是防直接雷、防感应雷还是其他类型的防雷。防雷的意思都是把雷电接引到大地里面去。在雷电里面藏着巨大的能量，要是我们人类能够将其中的能量取出来使用，那么这将是一个造福人类的一个举措，但是就目前的技术来说距离将其中的能量取出来用的程度还是比较遥远的。相反的如果其中的能量击打在一个没有防护的地方那么也会造成很大的麻烦，所以有一个可靠、合理和使用良好的接地设备，是进行有效防雷的一个基础，其次，防雷和接地系统的设计得合理的以及高水平的施工也是一个重要的环节对于电力系统防雷措施中来说。5.4防静电接地在变电站中，还会有一些东西会产生静电，而我们为了防止静电给电气设备造成危害，我们一般都会设置个防静电接地，也就是将带静电物体通过导静电体与大地构成回路。静电接地电阻一般要求不大于10Ω。5.5接地的必要性在整个变电站的接地网络上面，连接着整个变电站无论是高压、中压、低压设备的接地线。同时还有一些信号线，通信线，以及监控设备的接地部分还是要接在接地网上面的，并且还有一些在维修时才会用的临时接地。如果没有接地系统的存在，那么这些东西在一起运行的时候可能会出现问题，同时，如果接地电阻高于要求值的话，在发生故障或者雷击的时候，在把这些冲击大电流引入地下的时候可能会把地电位升高，这个时候如果太高就有可能对周围行人造成生命危险；如果在设计接地网络是没有把接地网络设计得合理得话，那么就有可能接地网络没有均压得作用，那么电位就会分布不均匀，如果有的地方得电位太高得话，说不定还会有电流流回设备，形成反击，对设备造成损坏，而且当流回到高压部分得时候，还有可能会让保护误动以及拒动，如果事故继续扩大，可能会带来巨大得经济损失。5.6变电站接地电阻的构成和降阻措施(1)接地的东西到设备接地母线引线的电阻叫做接地引线电阻，接地引线电阻的阻值和引线的尺寸以及材质有关。(2)接地体本身的电阻。(3)接地体表面与土壤的接触电阻。(4)从接地体开始向外的扩散电流经过的路径的土壤电阻，也就是散流电阻。(5)垂直接地体的最合适埋在能够使散流电阻尽可能达到的埋置深度。(6)接地体的通常设计，是用三维的复合接地网。而一个接地极与另一个接地极间的距离是两个接地极的长度，这样设置的话当电流流入单一接地体时，接地极间会相互的限制而阻止电流的扩散。(7)化学降阻剂的应用。化学降阻剂机理是，在液态下从接地体向外侧土壤渗出，若干分钟固化后起着散流电极的作用。(8)如果变电站得接地电阻过高得话就要进行降阻措施，而在要进行降阻得时候都会用外引接地的降阻和深井降阻。5.7接地材料的选择在选择接地材料的时候我根据《交流电气装置的接地》，对接地装置进行热稳定校验：式中：—接地线最小截面积；—流过接地线的短路电流；—短路的等效持续时间；其中：—主保护动作时间；—为断路器开断时间；—为接地材料的热稳定系数，扁钢取70。腐蚀校验：按50年，每年腐蚀计算，50年腐蚀，扁钢截面变为，仍能满足热稳定需要，符合要求。根据上述计算结果，考虑到防腐要求，主地网接地线和设备接地线选用-50×5镀锌扁钢能满足工程要求。5.8接地电阻的最大允许值在《交流电气装置的接地》中，我了解到了：接地电阻允许值：(4.1)I—入地电流(4.2)(4.3)—最大接地短路电流；—流过变电站接地中性点最大接地电流；其中我们需要的入地电流取于之间的较大者。5.9接地电压和跨步电压最大允许值在《电力工程设计手册变电站设计》中我了解到了接触电压和跨步电压允许值可得：接触电压：(4.4)跨步电压：(4.5)—土壤的电阻率；—切除故障需要的时间；已知条件：规程规定：5.10人工接地极工频接地电阻计算根据《电力工程设计手册变电站设计》中对110kV变电站接地网设计的规定，对该变电站的接地网设计如下：垂直接地极需要埋置的深度:；水平接地极按照固定需要埋置深度:；水平接地极的截面积:；其中水平接地极接地电阻计算：（4.6）（4.7）（4.8）（4.9）—水平接地极的全部长度；—地网主边缘的周长；—等值方形接地网的接地电阻；—水平接地极的直径或等效直径；—水平接地极的埋设深度；--任何形状边缘闭合接地网接地电阻。5.11接地网表面最大接触电位差根据《交流电气装置接地》（DLT621—1997）中提到的方法：(4.10)(4.11)—最大接触电位差；—最大接触电位差系数；—接地装置的电位(4.12)(4.13)(4.14)(4.15)(4.16)5.12接地网外的地表面最大跨步电位差计算(4.17)—最大跨步电位差；—最大跨步电位差系数。(4.18)(4.19)(4.20)据书中可知：—即跨步的距离。5.13接地网设计接地网是由18跟-50×5的热镀锌扁钢横竖交叉相接而成，埋置在地下处，每一个连接点都要焊锡好保证其能起到均压的作用，再在水平接地网外围的一圈每一个区域安装L50×50×5的垂直接地极，每一个垂直接地极埋置深度为，再在四个避雷针下面安装垂直接地极，还要再110KV，35KV的构架下还有就是在变压器的周围安装垂直接地极。沿电缆沟内敷设均压带，与主网距离1米左右，并每隔8米与地网主干线可靠的连接一次。第二部分计算书6短路计算6.1阻抗计算表各电压等级电气量基准值电气参数计算公式基准值主变电压参数的计算：对110、35、10kV等级电压的电抗进行综合标幺值的计算：则，可以画出阻抗图如图5.1所示：图5.16.2短路电流计算(1)当点发生短路时稳态短路电流：最大有效值电流：短路冲击电流：(2)当点发生短路时稳态短路电流为：最大有效值电流：短路冲击电流：(3)当点发生短路时稳态短路电流：最大有效值电流：短路冲击电流：(4)单相短路时110KV侧单相短路时正、负序电抗：零序电抗：单相短路电流：表5.1短路计算结果短路类型短路点三相短路（kA）单相短路（kA）d1d2d3由表可知，在d1点发生单相短路时有不对称短路电流最大值，所以我们选择在d1点发生单相短路时的电流值作为接地装置接地电阻计算时的短路电流值：7接地电阻计算7.1土壤电阻率根据所给的已知条件中的土壤测试报告和其他的条件可知土壤电阻率：7.2入地短路电流由上面短路电流计算结果可得，最大短路电流为110KV母线（即d1点）单相接地短路时的短路电流：根据在《交流电气装置的接地》（DL/T621-1997）中，计算最大入地短路电流的公式：取两者较大值，因此本站入地短路电流最大值为：因为，则接地电阻最大允许值为：设计规程规定在满足接触电位差和跨步电位差的情况下，工频接地电阻允许达到。7.3接地电压和跨步电压最大允许值据《电力工程设计手册变电站设计》中的接触电压和跨步电压允许值计算部分可得：接触电压：跨步电压：将和t带入到上述的式子中：7.4人工接地极工频接地电阻计算（水平复合接地网）根据《电力工程设计手册变电站设计》中对110kV变电站接地网设计的规定，对该变电站的接地网设计如下：垂直接地极需要埋置的深度:；水平接地极需要埋置的埋深:；水平接地极的截面积:；接地网总面积：水平接地极总长度：接地极总长度：地网主边缘长度：其中接地极接地电阻计算：7.5接地网表面最大接触电位差计算根据《交流电气装置接地》（DLT621—1997）中提到的方法：7.6接地网外的地表面最大跨步电位差计算据规程可知：—即跨步距离。7.7由接触电位差和跨步电位差允许值反推接地电阻要求值由6.3中算出的接触电压和跨步电压允许值如下：(1)通过计算出的接触电位差来计算接地电阻值：接地电阻值要求值：(2)通过计算出的跨步电位差的情况下计算接地电阻：接地电阻值要求值由上面所算出的结果，水平接地网的接地电阻为，满足接地电阻、跨步电位差和接触电位差的要求，故本站的人工接地装置不需要进行降阻处理。8防雷保护的配置和避雷针范围计算8.1避雷针范围计算在计算避雷针的保护范围时，我们先要确定建筑物的高度。由断面图7.1和7.2可知，可知110kV设备保护高度：；据35kV出线断面图（图7.2）可知35kV设备高度：。而避雷针高度都按来计算。图7.1110KV断面图图7.235KV断面图(1)单根避雷针保护范围避雷针：，；避雷针：，。因为#1、#2、#3、#4针均为被保护物高情况，因此按公式计算单根避雷针的保护半径，其中—高度影响系数，因为，所以取=1。单根避雷针保护范围：避雷针#1、#2避雷针#3、#4(2)两针联合保护范围对于两针量和保护的范围计算，我们要先计算保护范围的边缘最低点的高度，然后通过计算对照曲线如下图7.3确定的值，最后在计算最小保护宽度。图7.3最小宽度与的关系避雷针#1、#2：避雷针#2、#4：避雷针#1、#4：避雷针#1、#3：避雷针#3、#4：避雷针#2、#3：8.2保护范围的计算结果表7.1避雷器联合保护范围表联合保护针号针高(m)两针距离(m)被保护物(m)最小保护宽度(m)#1－#23060.61312.24#1－#33056.51312.92#1－#43082138.84#2－#33079.5139.69#2－#43055.67.316#3－#430621311.9通过上面的避雷针范围计算我们可以发现都大于0，而且都要比设备的高度要高。所以该变电站的全部范围都在包含在保护范围内。所以前面所确定的避雷针的位置、高度、位置全都满足要求。8.3避雷器的选择(1)110kv线路与母线安装YH5WZ-108/281。，满足要求(2)35kv线路与母线安装Y5W1-51/134。，满足要求(3)10kv线路与母线安装YH5WZ-17/45。，满足要求表7.2氧化锌避雷器参数表参考文献[1]交流无间隙金属氧化物避雷器(GB1103-2010)，2010：10-25.[2]王刚.变电站防雷接地保护的设计与研究[D].长春工业大学,2016.[3]阙照.任晓霞.110kV变电站防雷接地设计[J].电气制造,2013(05):40-41,50.[4]邢建浩.任启金，孟庆江，张志强.110kV变电站的防雷接地设计探讨[J].科技创新与应用,2015(35):209.[5]李作洪.太古汇110kV变电站防雷接地设计及施工技术[J].广东土木与建筑,2012(10):19-21.[6]王春杰,祝令瑜,汲胜昌,等.高压输电线路和变电站雷电防护的现状与发展[J].电瓷避雷器,2010(3):52-58.[7]李卫强.浅谈建筑电气安装施工技术[J].中华民居（下旬刊），2014（01）：333.[8]任海斌.建筑电气安装施工技术浅析[J].科学之友，2013（05）：13-14.[9]刘彦辰.建筑电气安装施工技术探讨[J].科技创新与应用，2014（25）：224.[10]辛永恒.浅析变电所的防雷保护问题[J].中小企业管理与科技:下旬刊,2010(11):32-36.[11]杨德清,张文琼.变电站接地装置存在的问题及其解决措施[J].科技信息,2010(12)：98-102.[12]赵智大.高电压技术[M].中国电力出版社,2015，5.[13]KenjiShimizu，Hidekimotoyama．Substationsoutageratepredictionmethodbasedonlightningcharacteristics[J]．ElectricalEngineeringinJapan，2004，148(2)：38-43.[14]刘学军.电力继电保护原理[M].中国水利电力出版社,2013.[15]丁敏山,雷振山.中小型变电所实用设计手册[M].中国水利水电出版社,2000.[16]张保会,尹项根.电力继电保护