PDS110KV变电站接地网与防雷设计

时间：2023-06-05 15:54:01 | 来源：网站运营

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PDS110KV变电站接地网与防雷设计：一、课题的来源、目的、意义（包括应用前景）、国内现状及水平

1.课题来源

众所周知，雷电具有极大的破坏性，其电压高达数百万伏，瞬间电流可高达数十万安培。雷击所造成的破坏性后果体现于下列三种层次：设备损坏，人员伤亡；设备或元器件寿命降低；传输或储存的信号、数据（模拟或数字）受到干扰或丢失，甚至使电子设备产生误动作而暂时瘫痪或整个系统停顿。变电站是整个供电系统最为重要的组成环节之一，如果变电站发生雷击事故，将造成大面积停电，给社会生产和人民生活带来不便，这就要求变电站防雷措施必须十分可靠。此文章对变电站防雷保护系统进行了设计，并提出了变电站防雷与接地措施。

2.目的意义

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。为此本文的研究具有理论意义与实践价值。

3.发展前景

变电站防雷接地技术是确保变电所安全、可靠运行的保障，避雷是防止雷击对设备危害主要措施，而接地网则是防雷措施最主要形式，接地方案是电力工程避雷技术最重要的环节，任何形式的雷电都会经接地系统导入地表。而接地设计技术是一门多学科的综合科学技术，接地系统要根据变电站防雷设计的整体性、结构性、层次性，及整个变电站站址附近土质条件、地理位置、以及电气设备性能和用途要在实践中不断探索、不断发现，从而更加的完善可靠。

110kV变电站防雷接地设计需根据要求选择变电站站址，勘察拟建站址的地形、地质情况和土壤电阻率。确定变电站的防雷方案，在站址范围内合理布置构架避雷针和独立避雷针，计算避雷针的保护范围，使整个变电站的设备和建筑物在保护范围内；在规程规范的内选择避雷器和站内避雷器的设置点。对变电站的接地网进行设计，确定变电站的主接地网和各设备接地要求。对变电站进行接地设计的计算(需要短路电流计算结果数据)，通过接地设计计算可计算出设计接地

网的接地电阻理论值、接地线截面校核以及跨步电压和接触电势等对接地电阻的要求值。

随着科学技术水平不断提升，变电站的在防雷接地技术方面也会有长足的进步，接地降阻措施的发展也会越来越经济，越来越持久有效。在今后变电站的防雷接地设计中，考虑到变电站的发展方向将会进入一个智能化变电站的时代，而智能变电站技术的进步也必然是未来建设变电站的必然趋势，因此在防雷接地设计方面我们将会更多的从智能变电站的要求出发。电力科学技术的发展带动下的变电站防雷接地的研究所带来的成果将会得到更加广泛的应用，从而更好的为智

能变电站工程服务。

4.国内外现状

人类对雷电采取防护措施，最早可追溯到12世纪。中国湖南现存的岳阳慈氏塔，自塔顶有6条铁链沿6个角下垂至地面上一定高度，可用来防止雷击损坏。有的古塔还将此类铁链沉入水井，实现良好接地。19世纪80年代末，人们在电话线路上采用了导雷器。其结构是一个装于管内的火花间隙，串联一个熔断器，与今天电信台、站采用的放电管串联熔断器的保护装置在原理上完全相同，随即电工设备也采用了导雷器。

最近几年的研究综述如下：

2.1变电站的直击雷防护

邱毓昌等（2014）认为DL/T620-1997规定，110kV及以上配电装置，由于电气设备的绝缘水平较高，在土壤电阻率不高的地区不易发生反击，因此一般允许将避雷针装设在配电装置的构架上；另外，要注意安装避雷针的构架应铺设辅助接地体，此接地体与主变压器接地点之间的电气距离应大于15m，这是为了防止雷击时辅助接地体的电位升高反击变压器。主变压器的绝缘较弱，不应在主变压器的门型构架上装设避雷针。

郑江等（2015）通过研究验证校验避雷针保护范围的方法有电气几何击距法，滚球法，抛球法等。将考虑滚球半径影响、引雷角45°的避雷针保护范围设计为标准保护范围，用于确定不同架设高度的避雷针保护范围是一种新方法。

许颖等（2014）表明，这些方法算出的避雷针(线)在不同保护范围时的绕击率都是定性的，因为避雷针保护范围与地理条件、空气温度湿度、雷电流幅值等很多因素有关。

2.2变电站侵入雷电波的防护

合理配置避雷器的数量和位置，将侵入变电站的雷电波降低到电气装置绝缘强度允许值以内。根据《电力设备过电压保护设计技术规程》的要求，变电站的每组母线上都应安装避雷器。ROY B等（2015）认为避雷器的安装位置要尽可能靠近变压器，也要兼顾其他的设备。如果一组避雷器不能满足要求，建议增设避雷器。

贺体龙（2015）认为35kV及以上电缆段的变电所进线段保护：变电所进出线都有采用电缆的，应在电缆与架空线的连接处应装避雷器，因为：电缆首端的架空线终端杆塔反击时，电缆末端电压升高，导致变电站内较高的过电压水平。

宋伟新等（2016）认为在雷雨季节，进线断路器或隔离开关可能经常开断。当断路器跳闸后重合前雷电波沿线路入侵，会在断口产生过电压引起断路器绝缘闪络甚至爆炸。间隙放电分散性大，动作时相当于线路短路对系统有一定冲击，保护效果不如线路避雷器，但间隙较廉价而且维护方便。据了解欧洲大部分国家新建变电站时在所有线路进线端加装线路避雷器。

彭飞（2014）认为对于中性点直接接地系统如110kV及以上系统，其中一部分变压器的中性点是不接地的，这些变压器往往是分级绝缘，即变压器中性点绝缘水平要比相线首端低得多，所以需在中性点上加装无间隙金属氧化物避雷器、间隙或无间隙金属氧化物与间隙配合保护。秦家远（2015）研究显示，变压器入口处加装避雷器对限制中性点过电压没有明显效果；提高变压器中性点避雷器的通流容量对限制中性点过电压效果较好。

2.3GIS变电站的防护

DAWALIBI F等（2014）实际的GIS变电站有不同的主接线方式。进线方式大体可以分为两类，一是架空线直接与GIS相连；二是经电缆进线的GIS。GIS变电站的保护应根据实际情况，尽量使用保护性能优良的金属氧化物避雷器：

2.4变电站的防雷接地

李腊根（2016）认为有些变电站由于受地理条件的限制，不得不建在高电阻率地区，而且接地网敷设范围受到很大限制，导致这些变电站的接地电阻值偏高，无法满足现行标准的要求。如何合理、有效、经济地解决这一问题，保障变电站的安全可靠运行，将具有十分重要的理论意义和工程价值。

MITSURU Yasui等（2015）认为增设接地体是通过增设水平接地体、加装并深埋垂直接地体而达到降阻的目的，水平接地体能在一定程度上减小接地极附近的电流密度，但由于相互之间的屏蔽作用而使效果受到影响。

二、课题研究的主要内容、研究方法或工程技术方案和准备采取的措施

1.研究的主要内容

（1）查找资料，了解国内外110kV变电站接地网与防雷设计研究现状，功能以及作用。

（2）对于变电站的接地网防雷与保护开展设计，使得其接地电阻满足允许数值，跨步电压与接地电压不超过允许的范围。

（3）使得全站所有设备都处于防雷保护的范围之内，同时选择合适的设备对于雷入侵波引起的电压开展保护。

2.研究方法

首先确定变电站的防雷方案，避雷针的设置要求在站址范围内合理布置构架避雷针和独立避雷针，计算避雷针的保护范围，使整个变电站的设备和建筑物在保护范围内。避雷器的设置要求按照规程规范要求选择避雷器和站内避雷器设置点。

其次对变电站的接地网进行设计，确定变电站的主接地网和各设备接地要求。通过接地设计计算得出设计接地网的接地电阻理论值、接地线截面要求值以及跨步电势和接触电势等对接地电阻的要求值。

最后在接地网施工完成后实测接地电阻，如果实测的接地电阻能满足设计中接地电阻要求值则不需要降阻，反之，则需要采取降阻措施。降阻措施的选择需要根据工程的地形、地质、土壤电阻率等情况选择经济合理的降阻方案。具体的方案为：

1)变电站防雷设计方案。2)变电站接地设计计算。3)提升优化变电站接地设计。4)合理应用变电站降阻措施。

3.准备采取的措施

（1）阅读相关文献和书籍，了解相关设计方法，吸取有关经验。

（2）了解变电站防雷保护基本原理，分析接地的模式、设计敖秋开展降阻措施的分析与设计，计算各种短路电流数值。

（3）接合实际的变电站开展防雷保护的试验设计，通过实际设计与试验，开展测试分析，对于实测结果开展分析与讨论，最终得出结论。

三、现有基础和具备的条件

1.现有基础

首先，几年的大学学习，本人已经积累了一定的相关方面的经验，对本课题所涉及的相关科学有了一定的了解，具有了相关的理论基础。学院图书馆收藏了许多有关专业方面的知识书籍和期刊，还提供了网络化的机房，可以在中国期刊网、维普网、超星数字图书馆等网站查找有关资料。

其次，本人多次参加实习，已经有了一定的实践基础。

最后为，本人曾在XX变电站实习，对变电站的防雷保护系统有较为立体的了解。

2.具备的条件

开设了《电力系统分析》、《电力系统机电保护》、《发电厂电气部分》、生产实习等为完整毕业设计提供了较为完善的理论基础。

通过实习实践，收集了变电站的相关资料与实际运营情况，为毕业设计提供了较为完备的实践材料。

3.参考文献

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