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1、目录第1章 雷电的特性及危害221.1 雷电的形成221.2 雷电的种类221.2.1直击雷221.2.2感应雷击231.2.3球雷241.2.4 雷电侵入波241.3 雷电的威力及危害241.4 雷电入侵途径241.4.1 对各种雷击的解决方案251.4.2 接地261.5 雷击电子设备的途径及其原理271.6雷电日和雷电小时27第2章 变电站的防雷设备292.1 避雷针292.2 避雷器292.2.1 避雷器的种类302.2.2 各避雷器的特点302.3 变电所建筑物的防雷32第3章 变电站的防雷区及系统设计原则333.1 第一级防护区的处理措施333.2 第二级防护区的处理措施343.2
2、.1 进出所管线的处理343.2.2 二次电缆及端子箱353.2.3 所用电系统的保护353.3第三级防护区的主要任务353.3.1多重屏蔽363.3.2地电位均压363.3.3浮点电位牵制363.4 变电所综合防雷措施373.4.1 避雷针对直击雷的防护37第4章 变电站防雷保护的分类384.1雷电过电压的保护384.2 变电站雷击电流的防护384.3 变电站对最大冲击电压和残压的防护394.4 变电站微波机房的接地保护394.5 变电站配电箱的保护404.6 变压器中性点接地的配置原则404.6.1 并联间隙的特性404.6.2 中性点间隙与继电保护414.7 单相接地时的工频电压424.
3、8 变电所配电变压器的保护424.8.1 正反变换过电压424.8.2 变压器不同接线对正反变换过电压的影响434.8.3 避雷器安装的具体要求444.8.4 防雷接地装置的形式及其电阻的算法44第五章 西110KV变电所防雷接地系统设计465.1城西110kV变电所及环境气象条件465.2 城西110kV变电所的直击雷防护方案及计算465.2.1直击雷防护方案465.2.2 避雷针的计算及其安装475.2.3 短路计算505.2.4 接地电阻的计算595.3城西110kV变电所感应雷的防护645.3.1变电所进线段保护715.3.2变电所内变压器的防雷接地保护745.3.3城西110kV变电
4、所馈线段防雷保护755.4 城西110kV变电所避雷器的选择755.4.1进线段母线上避雷器的选择765.4.2变压器架设避雷器的选择76参考文献77设计心得78致谢79第1章 雷电的特性及危害1.1 雷电的形成雷电放电是带电荷的雷云引起的放电现象，在某种大气和大地条件下，潮湿的热气流进入大气层冷凝而形成雷云，大气层中的雷云底部大多数带负电，它在地面上感应出大量的正电荷，这样，雷云和大地之间就形成了强大的电场，随着雷云的发展和运动，当空间电场强度超过大气游离放电的临界电场强度时，就会发生雷云之间或雷云对地的放电，形成雷电。按其发展方向可分为下行雷和上行雷。下行雷是在雷云产生并向大地发展的，上行
5、雷是接地物体顶部激发起，并向雷云方向发起的。雷电是一种极具破坏力的自然现象，其电压可高达数百万伏，瞬间电流更可高达数十万安培。千百年来，雷电所造成的破坏可谓不计其数。落雷后在雷击中心1.5-2km范围内都可能产生危险过电压损害线路上的设备。雷电灾害如同暴雨、飓风一样都属于气象（自然）灾害，它与水、旱、刑事犯罪、交通事故统称为影响社会安全和经济发展的六大灾害。1.2 雷电的种类1.2.1直击雷雷云对地面或地面上凸出物的直接放电，称为直击雷，也叫雷击。直击雷放电过程的展开图见图1.1。图1.1雷云放电图雷云放电过程的展开图可以这样解释：当雷云对地面放电时，开始出现先驱放电，放电电流比较小，一经到达
6、地面，就开始主放电，主放电由地面开始沿着先驱放电的通道直到云端，放电电流迅速增大。主放电时间很短，电流迅速衰减，以后是余光放电，电流变小。由于雷云中同时存在着多个电荷积聚中心，当第一个电荷集聚中心放电后，其电位迅速下降。第二个电荷集聚中心向第一个电荷集聚中心位置移动，并沿着上一次的放电通道开始先驱放电、主放电、余光放电。紧接着再来第三次、第四次放电。我们平时看到电光闪闪、雷声隆隆就是这个原因。当直击雷直接击于电气设备及线路时，雷电流通过设备或线路泄入大地，在设备或线路上产生过电压，称为直击雷过电压。1.2.2感应雷击感应雷击是地面物体附近发生雷击时，由于静电感应和电磁感应而引起的雷击现象。例如
7、，雷击于线路附近地面时，架空线路上就会因静电感应而产生很同的过电压，称为静电感应过电压。见图1.2图1.2感应雷过电压在雷云放电过程中，迅速变化的雷电流在其周围空间产生强大的电磁场，由于电磁感应，在附近导体上产生很高的过电压，称为电磁感应过电压。静电感应和电磁感应引起的过电压，我们称为感应雷击。1.2.3球雷球雷是一种发红色或白色亮光的球体，直径多在20cm左右，最大直径可达数米，以每秒数米的速度，在空气中飘行或沿地面滚动。这种雷存在时间为3-5s左右。时间虽短，但能通过门、窗、烟囱进入室内。这种雷有时会无声消失，有时碰到人或牲畜或其它物体会剧烈爆炸，造成雷击伤害。1.2.4 雷电侵入波当雷击
8、架空线路和或金属管道上。产生的冲击电压沿线路或管道向两个方向迅速传播的雷电侵入波，称为雷电侵入波。雷电侵入波的电压幅值愈高，对人身或设备造成的危害就愈大。1.3 雷电的威力及危害雷电电流平均约为20000A甚至更大,雷电电压大约是1030 v, 一次雷电的时间大约为千分之一秒, 平均一次雷电发出的功率达21013 W(200亿千瓦)。雷电放电过程中，可能呈现出静电效应、电磁效应、热效应及机械效应，对建筑物或电气设备造成危害；雷电流泄入大地时，在地面产生很高的冲击电流，对人体形成危险的冲击接触电压和跨步电压；人直接遭受雷击，必死无疑。1.4 雷电入侵途径雷电直接击在变电所设备上，这种情况几率比较
9、小，因为设计和施工的时候都会考虑到安装独立的避雷针，避雷带和避雷网。雷电可能沿着电源线入侵，雷电波沿线路侵入到变电所，如避雷器动作，则是避雷器残压叠加两倍后，通过所用变的电磁感应耦合到低压网络，使微机保护、综合自动化的电源模块损坏的。此时，低压电网过电压的幅值主要与避雷器的残压，避雷器与变压器距离和避雷器接地引下线的长度有关。雷电可能沿着通讯线入侵，雷电引起的过电压在通信线路与设备之间有一定电位差直接作用于串行通信口，根本原因是在10KV低压电源侧缺少必要的防雷保护措施，特别是缺少相应电压等级的避雷器保护，使低压网络中的雷电过电压得不到有效的限制。同时，雷电对微机监控系统、调度自动化系统和通信
10、系统的电源又沒有与其他电源分离，或采取特别的防止雷电干扰的措施而使雷害事故发生。1.4.1 对各种雷击的解决方案 直击雷：对于直击雷主要是采用避雷针、避雷器、避雷线和避雷网作为接闪器，然后通过良好的接地装置迅速而安全地把雷电流引入大地。感应雷：（1）等电位连接：均衡电位使变电所内的各个部位都形成一个相等的电位，即等电位。若变电所内的结构钢筋与各种金属设置都能连接成统一的导电体，变电所内当然就不会产生不同的电位，这样就可保证变电所内不会产生因电位不均衡所产生的反击和危及人身安全的接触电压或跨步电压，对防雷电电磁脉冲干扰微电子设备也有很大的好处。钢筋混凝土结构的建筑物最具有实现等电位的条件，因为其
11、内部结构钢筋的大部分都是自然而然地焊接或绑扎在一起的。为满足防雷装置的要求，应有目的地把接闪器与梁、板、柱基础可靠地焊接、绑扎或搭接在一起，同时再把各种金属设备和金属管线以及局部等电位预留金属装置与之焊接卡接在一起，这就使整个建筑物成为良好的等电位体。（2）建筑屏蔽：对于变电所内部的重要设备、设施，如大型计算机控制系统的主机，RTU、载波机等，应对建筑物采取屏蔽措施，用金属网箔壳、管等把保护对象包围起来，将闪电形成的脉冲电磁场从空间入侵的通道阻隔起来，以达到保护的目的。（3）线缆屏蔽：电源线、信号线要进行屏蔽，并采取适当的布线方式防止电磁脉冲干扰，在全线电气连通的情况下，把线路两端的金属屏蔽线
12、缆进行良好的接地。针对架空电力线由站内终端引下后应更换为屏蔽电缆；室外通信电缆应采用屏蔽电缆，屏蔽层两端要接地；对于既有铠带又有屏蔽层的电缆，在室内应将铠带与屏蔽层同时接地，而在另一端也要同时接地。电缆进入室内前水平埋地10m以上，埋地深度应大于0.6m；非屏蔽电缆应穿镀锌铁管并水平埋地10m以上，铁管两端应接地。雷电侵入波：（1）在变电所的低压侧安装相应电压等级的泄流型避雷器进行保护。对110kV低压网络要根据所带负荷情况,在各主要用电设备或每一分支线路加装限压型浪涌保护器进行保护。（2）把向微机监控系统、调度自动化系统和通信系统供电的电源与其它办公和生活电源分开,单独采取专用的变压器供电,
13、或采用隔离变压器进行隔离。对向微机监控系统、调度自动化系统和通信系统供电的低压电源线路要采用电缆供电,最好采用屏蔽电缆,防止在变电所近区雷电活动时,在低压电源网络上产生感应雷过电压危及微机监控系统、调度自动化系统和通信系统的电源安全。（3）对变电所的中性线，要在变压器处接地并在低压网络各分支处重复接地,防止在雷电活动时,中性线带高电压,或雷害故障时中性线断线,相电压升高到线电压,烧坏微机监控系统、调度自动化系统和通信系统的电源模块。（4）对微机监控系统、调度自动化系统和通信系统的电源加装浪涌保护器,雷电浪涌保护器利用电感、电容和避雷器组成浪涌吸收单元,能吸收和滤掉高频雷电脉冲,限制雷电过电压,
14、能有效地保护微机监控系统、调度自动化系统和通信系统的电源,使其免受雷电过电压的破坏。1.4.2 接地 良好的接地是防雷系统中至关重要的一环。接地电阻值越小，过电压值越低。因此，在经济合理的前提下应尽可能降低接地电阻。（1）安全接地：使用交流电的设备通过黄绿色安全地线接地，这里包含所有用电设备的机壳，金属框架及传输的金属管道等。（2）雷电接地：设施的雷电保护系统是一个独立的系统，由避雷针通过引下线与接地系统相连组成。该接地系统通常与用做电源参考地及黄绿色安全地线的接地是共用的。（3）电磁兼容接地：出于电磁兼容设计而要求的接地，包括： 屏蔽接地：为了防止电路之间由于寄生电容存在产生相互干扰、电路辐
15、射电场或对外界电场敏感，必须进行必要的隔离和屏蔽，这些隔离和屏蔽的金属必须接地。滤波器接地：滤波器中一般都包含信号线或电源线到地的旁路电容，当滤波器不接地时，这些电容就处于悬浮状态，起不到旁路的作用。雷电对自动化系统造成干扰和破坏的主要原因，是过去人们对低压电源网络的防雷不重视。在变电所低压网络缺少必要的防雷保护措施，存在有较多的漏洞和缺陷，使低压电网的雷电过电压得不到有效限制，对微机监控系统、调度自动化系统和通信系统的电源造成了严重干扰和破坏，从而影响了微机监控系统、调度自动化系统和通信系统的安全运行。1.5 雷击电子设备的途径及其原理雷击过电压损坏设备可分为两种情况，一种是受雷电直击，另一种受感应雷影响所致。据统计电子设备受雷电直击而损坏的机率很小，而绝大多数损坏为感应雷造成，雷电行波通过传输信息的电路线传至电子设备使其某些电子元件受损。还有一种情况值得重视的是电子设备附近的大
