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1、邵阳学院毕业设计（论文）绪 论随着近年来电力行业的不断发展，电力系统的供电安全成为一个很重要的问题，然而变电站在电力系统中占有重要位置，故变电站的安全可靠运行的工作就显得十分重要。变电站接地系统的合理性是直接关系到人身和设备安全的重要问题。随着电力系统规模的不断扩大，接地系统的设计也越来越复杂。变电站接地包含工作接地、保护接地、雷电保护接地。工作接地即为电力系统电气装置中，为运行需要所设的接地；保护接地即为电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等，由于绝缘损坏有可能带电，为防止其危及人身和设备的安全而设的接地；雷电保护接地即为为雷电保护装置向大地泄放雷电流而设的接地。变电站接地网安全除了
2、对接地阻抗有要求外，还对地网的结构、使用寿命、跨步电位差、接触电位差、转移电位危害等提出了较高的要求。雷电是影响变电站安全运行的重要因素，变电站发生雷击事故，将造成大面积的停电，严重影响社会生产和人民生活，因此变电所防雷措接地施必须十分可靠。变电站对直击雷的防护方法是装设避雷针，将变电站的进线杆塔和室外电气设备全部置于避雷针的保护范围之内。为了防止在避雷针上落雷时对被保护物产生“反击”过电压，避雷针与被保护物之间应保持一定的距离。变电站内安装使用着各种类型的高、低压变、配电设备，这些设备均直接和供电系统的线路相连，而线路上发生雷电过电压的机会较多，因此更要注意防雷。变电站中防雷的主要装置是避雷
3、器，避雷器是一种防雷设备，它对保护电气设备、尤其是变压器起了很大的作用。一旦出现雷击过电压，避雷器就很快对地导通，将雷电流泄入大地；在雷电流通过后，又很快恢复对地不通状态。变电站进线段的防护变电站的进线段杆塔上装设一段避雷线，使感应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5kV，这对变电站的防雷保护有极大的好处。对于本次设计，一方面汲取了指导老师的宝贵意见，一方面查阅了相关的文献，并经过自己学习、研究和大量的计算将其完整的做出，但限于设计者的专业水平有限，难免会出现错误和不足之处，热诚希望老师批评指正。第一部分 设计说明书1 设计原
4、始资料1.1设计变电站的基本情况1.1.1接地网与防雷保护设计的目的 根据该变电站的基本情况，对该变电站的接地网防雷和保护进行设计。使该站的接地电阻满足允许值，跨步电压和接地电压不超过允许值；使全站设备都处于防雷保护范围内，并且选择合适的设备对雷入侵波引起的过电压进行保护。1.1.2 变电站规模变电站性质：110kV变电站。变电站土建面积：62.267.5m2（包括站区围墙）。变压器：两台三绕组变压器 容量120MVA连接组别 YN，yn0，d11 出线规模：110kV出线4回，向北架空出线；35kV出线6回，向东架空出线；10kV出线通过电缆沟均由本所南侧出线。1.1.3 站区地理条件土质表
5、层为旱地黑黄沙土、土、石方，变电站站址以旱土和山地为主，只有极少部分低产田，根据地质物探结果并且考虑了季节系数，该站土壤电阻率取100。1.1.4 系统的容量及阻抗值分别为 计算基准值: 100MVA 115、37、10.5kV系统零序阻抗: =0.1758 =1.63841.1.5短路电流计算接线图图1.1短路电流计算接线图1.1.6 变电站电气平面布置总图图1.2变电站电气平面布置总图1.2设计要求 根据当地天气和土壤的情况对变电站的接地网和防雷布置设计，使得变电站全站都在防雷保护范围之内，使得其接地电阻、接触电压和跨步电压都满足要求。掌握设计的一般程序，综合运用所学的专业课程知识，对防雷
6、接地方案作一些技术比较。通过此次设计，要对变电站接地网与防雷保护设计有更加深入的了解，同时培养在设计上独立的思考能力，为从事电气工程方面的工作打下良好的基础。1.3设计基本内容(1)最大入地短路电流的计算；(2)接地网接地电阻、最大接触电压、最大跨步电压的计算，如果不满足规程要求必须采取降阻措施，直到满足要求；(3)直击雷保护设计包括避雷针安装位置、避雷针高度、直击雷保护范围等。要求变电站内的所有设备和构筑物都在防雷保护范围内；(4)对变电站配电装置侵入雷电波的过电压保护措施进行设计。 2 短路电流计算2.1 短路电流计算的目的与假定2.1.1 短路电流计算目的接地装置的设计中需要先进行短路计
7、算，通过计算各个短路点的短路电流，然后经过比较选出短路电流的最大值，作为计算接地电阻最大允许值的短路电流，通过短路电流的最大值计算算出变压器中性点最大入地电流，再进行接地网设计的一系列的计算。2.1.2 短路电流计算需要进行以下基本假定(1)正常工作时，三相系统对称运行。(2)所有电源的电动势相位角相同。(3)系统中的同步和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导体集肤效应等影响；转子结构完全对称；定子三相绕组空间位置相差120度电气角度。(4)电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电器设备电抗值不随电流大小发生变化。(5)电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50%9负荷
8、接在高压母线上，50%负荷接在系统侧。(6)同步电机都具有自动励磁调整装置（包括强行励磁）。(7)短路电流为最大瞬间值。(8)不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。(9)除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计。(10)元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。(11)输电线路的电容略去不计。2.2 短路计算过程说明接地网设计中，短路电流计算是其中一个重要环节，只要想进行短路计算得出最大入地电流，才能进行接地电阻允许值的计算。计算时一定要注意以下几点：(1)接线方式：计算短路电流时方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式，即最大运行方式。(
9、2)短路种类：应为是要计算变压器中性点最大入地电流，因此考虑两相接地短路和单相短路。2.3 短路点的选择原则与确定2.3.1 短路点选择原则 短路计算点是指在正常接线方式时，通过电器设备的短路电流为最大的地点。所选的短路点一定要是各种短路类型是最严重的情况，应为只要这样才能得出变压器中性点的最大入地电流，算出后才能进行接地电阻允许值的计算。而且一般不止选择一个短路点，而是通常选择23个分别进行计算，然后将计算结果进行比较。2.3.2 短路点的选择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（参见短路电流计算等值网络图6.1）。2.4 短路
10、计算原理(1)制定等值网络。 选取基准功率MVA，基准电压； 系统和正、负电抗用、,略去网络各元件的电阻和输电线路的电容和变压器的励磁支路； 无限大功率电源的内电抗等于零； 略去负荷。(2)制定序网图 根据电力系统分析中关于正、负和零序网络制定的方法，将各个短路点的正负和零序的等值序网图画出。(3)进行网络化简。按网络化简的原理，将个电抗按三角型化Y型、并联化串联将网络化简，得出化简后的正负和零序网络图，然后算出正、负、零序阻抗。(4)根据电力系统分析短路计算中两相短路和单相短路的计算公式分别计算其短路的正序、负序和零序的电流。3接地网设计3.1接地网设计目的 变电站接地系统的合理与否是直接关
11、系到人身和设备安全的重要问题。随着电力系统规模的不断扩大，接地系统的设计对变电站的安全运行有着重要的作用。变电站接地包含工作接地、保护接地、雷电保护接地。(1)工作接地即为电力系统电气装置中，为运行需要所设的接地；(2)保护接地即为电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等，由于绝缘损坏有可能带电，为防止其危及人身和设备的安全而设的接地；(3)雷电保护接地即为为雷电保护装置向大地泄放雷电流而设的接地。变电站接地网安全除了对接地阻抗有要求外，还对地网的结构、使用寿命、跨步电位差、接触电位差、转移电位危害等提出了较高的要求。3.2 变电站接地设计的必要性接地是避雷技术最重要的环节，不管是直击雷
12、，感应雷或其它形式的雷，雷击过电流都将通过接地装置导入大地。因此，没有合理而良好的接地装置，就不能有效地防雷。从避雷的角度讲，把接闪器与大地做良好的电气连接的装置称为接地装置。接地装置的作用是把雷电对接闪器闪击的电荷尽快地泄放到大地，使其与大地的异种电荷中和。变电站的接地网上连接着全站的高低压电气设备的接地线、低压用电系统接地、电缆屏蔽接地、通信、计算机监控系统设备接地，以及变电站维护检修时的一些临时接地。如果接地电阻较大，在发生电力系统接地故障或其他大电流入地时，可能造成地电位异常升高；如果接地网的网格设计不合理，则可能造成接地系统电位分布不均，局部电位超过规定的安全值，这会给出运行人员的安
13、全带来威胁，可能因反击对低压或二次设备以及电缆绝缘造成损坏，使高压窜入控制保护系统、变电站监控和保护设备会发生误动、拒动，酿成事故，甚至是扩大事故，由此带来巨大的经济损失和社会影响3.3 变电站接地设计原则由于变电站各级电压母线接地故障电流越来越大，在接地设计中要满足R2000/I是非常困难的。现行标准与原接地规程有一个很明显的区别是对接地电阻值不再规定要达到0.5，而是允许放宽到5，但这不是说一般情况下，接地电阻都可以采用5，接地电阻放宽是有附加条件的，即：防止转移电位引起的危害，应采取各种隔离措施；考虑短路电流非周期分量的影响，当接地网电位升高时，310kV 避雷器不应动作或动作后不应损坏
14、，应采取均压措施，并验算接触电位差和跨步电位差是否满足要求，施工后还应进行测量和绘制电位分布曲线。变电站接地网设计时应遵循以下原则：(1) 尽量采用建筑物地基的钢筋和自然金属接地物统一连接地来作为接地网；(2) 尽量以自然接地物为基础，辅以人工接地体补充，外形尽可能采用闭合环形；(3) 应采用统一接地网，用一点接地的方式接地。3.3.1 变电站接地电阻的构成及降阻措施(1)接地引线电阻，是指由接地体至设备接地母线间引线本身的电阻，其阻值与引线的几何尺寸和材质有关。(2)接地体本身的电阻，其电阻也与接地体的几何尺寸和材质有关。(3)接地体表面与土壤的接触电阻，其阻值与土壤的性质、颗粒、含水量及土
15、壤与接地体的接触面积及接触紧密程度有关。(4)从接地体开始向远处（20米）扩散电流所经过的路径土壤电阻，即散流电阻，决定散流电阻的主要因素是土壤的含水量。(5)垂直接地体的最佳埋置深度是指能使散流电阻尽可能不而又易于达到的埋置深度。决定垂直接地体的最佳深度，应考虑到三维地网的因素，所谓三维地网，是指垂直接地体的埋置深度与接地等值半径处于同一数量级的接地网。(6)接地体的通常设计，是用多根垂直接地体打入地中，并以水平接地体并联组成接地体组，由于名单一接地体埋置的间距仅等于单一接地体长度的两倍左右，此时电流流入名单一接地体时，将受到相互的限制而妨碍电流的流散，即等于增加名单一接地体的电阻，这种影响电流流散的现象，称为屏蔽作用。(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)对于变电站一般采用外引接地的降阻和深井降阻。3.3.2 变电站接地电阻最大允许值计算 据交流电气装置的接地（DL/T621-1997）可知： 接地电阻允许值：
