变电站防雷接地技术1

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本 科 生 毕 业 论 文（设 计）

题 目： 变电站防雷接地技术

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变电站防雷接地技术

内容摘要

变电站是电力系统的重要组成部分，它是防雷的重要保护部位。防雷措施不完善，如果发生雷击事故，将会导致变电站发生故障，因而会造成大面积的停电，严重影响社会生产和人民生活。因此，要求变电站的防雷保护措施必须是十分可靠的。现代各种电气设备的普遍应用，对接地的要求也越来越高。一旦有雷电波侵入，接地系统是保证电气设备正常运行和人身安全的重要措施。因而接地问题必须受到充分的重视。

本论文所要研究的对象是35KVA变电站的防雷接地设计。以国家《防雷接地标准》为依据且结合变电站具体情况，对变电站的防雷接地方面进行设计。首先根据变电站的电气主接线图等实际情况，在了解雷电参数、雷电机理以及学习各种防雷装置的基础上，采用设计避雷针并计算验证其保护范围实现对变电站直击雷的防护；对变电站雷电侵入波的防护实现，则通过选择安装避雷器型号和设计变电站进线段的保护接线。最后在了解接地基本知识后，计算其接地电阻、最大土壤电阻率、垂直接地体根数等，实现对此35KV变电站的接地保护设计。

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变电站防雷接地技术

目 录

内容摘要 ··························································································································· I 1 绪论 ···························································································································· 1

1.1 变电站防雷接地的意义 ················································································· 1 1.2 课题的研究背景 ····························································································· 2 1.3 本次论文的主要工作 ····················································································· 2 2 变电站的防雷保护 ···································································································· 3

2.1 变电站的直击雷保护 ····················································································· 4 2.2 变电站的侵入波保护 ····················································································· 5 2.3 变电站的进线段保护 ····················································································· 6 2.4 避雷针与避雷线的保护范围的计算 ····························································· 7 2.5 避雷器的保护距离 ························································································· 9 3 变电站的防雷接地 ·································································································· 11

3.1 接地概述 ······································································································· 11 3.2 接地电阻 ······································································································· 11 3.3 变电站接地装置 ··························································································· 12 3.4 变电站的接地原则 ······················································································· 13 3.5 降低变电站接地装置工频接地电阻的措施 ··············································· 13 4 变电站防雷接地设计实例 ······················································································ 15

4.1 变电站的规模 ······························································································· 15 4.2 变电站位置的自然条件 ··············································································· 15 4.3 避雷针的设置及防雷保护校验 ··································································· 15 4.4 接地装置的设置 ··························································································· 20 5 结论 ·························································································································· 23 参考文献 ························································································································ 24

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1 绪论

1.1 变电站防雷接地的意义

在现代社会里，电力已成为国民经济和人民生活必不可少的二次能源，它在现代工农业生产、人们日常生活及各个领域中已获得了广泛应用。离开了电力，要想实现人类社会的物质文明和精神文明是根本不可能的；供不好电力，要实现国家的现代化也是办不到的。我国城乡各行各业广泛使用的电力，绝大部分由电网供给，所以，“电业事故是国民经济的一大灾难”。

电力系统的安全运行有两方面的要求，一是要保证设备及人身的安全，二是要保证电力系统的正常运行。这些都与接地装置的设计是分不开的。在以往电力的规程中，在跨步电压满足的前提下，发电厂、变电站的接地电阻应小于0.5欧姆的标准。然而在新的电力规程《交流电气装置的接地》中，对接地电阻有了更高的要求；另一方面，在电力系统的规模逐渐扩大的同时，而短路电流却随之增加，这也对接地设计的难度大大加高了。在高土壤电阻率区，这一问题尤为突出，因此对降低接地的电阻必须采用各种措施。

雷电一直是影响电力系统安全稳定运行的重要原因，对于处在雷电频发地区的电力设备来说，防雷保护就显得至关重要。我国是雷电活动十分频繁的国家，全国有21个省会城市雷暴日都在50天以上，最多可达134天。据不完全统计，我国每年因雷击造成人员伤亡达3000~4000人，损失财产50~100亿元人民币。随着社会经济发展和现代化水平的提高，特别是信息技术的快速发展，雷电灾害程度和造成的经济损失及社会影响也越来越大。

变电站的作用是改变电压，在电力系统中起着很重要的作用，不幸遭遇雷击，极有可能对电器设备造成严重的损坏，以至于正常的运行受到影响而导致大面积的停电，现在的变电站都有较为完善的防雷接地保护措施，变电站的设备遭雷击损坏的概率较小，变电站的防雷措施得以进一步完善，基本能够确保电力系统运行的正常。电力系统的安全运行有两方面的要求，一是要保证设备及人身的安全，二是要保证电力系统的正常运行。这些都与接地装置的设计是分不开的。

电气安全工作是一项综合性的工作，有工程技术的一面，也有组织管理的一面。工程技术和组织管理相辅相成，有着十分密切的联系。电气安全工作主要有两方面的任务。一方面是研究各种电气事故，研究电气事故的机理、原因、构成、特点、规律和防护措施；另一方面是研究用电气的方法解决各种安全问题，即研究运用电气监测、电气检查和电气控制的方法来评价系统的安全性或获得必要的

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安全条件。

所有防雷接地技术不仅是电气安全工程技术的一方面，更是电气安全工作的重中之重。变电站是电力系统的心脏和枢纽，一旦遭受雷击，引起变压器等重要电气设备绝缘毁坏，不但修复困难，而且造成大面积、长时间停电，必然给国民经济带来严重损失，跟人民生活带来诸多不便。因此，变电站的防雷接地保护技术必须十分可靠。

1.2 课题的研究背景

变电站是电力系统防雷的重要保护设施，如果发生雷击事故，将造成大面积的停电，严重影响社会生产和人民生活。为保证电力系统的安全运行，电力系统应根据被保护物的重要性和危险程度的不同，对于直接雷、雷电感应、雷电侵入波应采取相应的防雷保护措施。因此要求变电站的防雷保护措施必须十分可靠。 长期以来，国内外学者在雷电活动规律、雷击线路物理过程方面做了大量的研究工作，建立起较为完善的输电线路防雷理论体系。雷电流幅值、波形、地闪密度以及线路落雷次数对于分析线路防雷性能极为重要，但雷电数据分散性较大，需要长期统计雷电数据。

所有可以说变电站的防雷安全形势不容乐观，主要表现在：一是社会人民防雷安全意识不强,对雷电灾害的危害性认识不够,事不关己的态度旁观此事；二是随着社会经济的发展,雷电灾害的危害途径增多,防雷安全理念已发生巨大变化,不仅要有传统的防御直击雷,还要防感应雷。而许多地方还是采用传统的防雷方式，防雷效果较差。

1.3 本次论文的主要工作

随着电力工业的发展，自动化程度越来越高，对安全供电的要求也越来越高。为了防止各种电气事故，保障人民生产、生活的正常有序进行，电气安全已成为社会关注对象，各种电气安全措施也正在建立与完善。

本课题是针对我国农村35KV变电站进行防雷接地保护设计；根据变电站国家防雷接地标准，结合35KV变电站电气接线图以及具体情况，学习利用各种防雷接地装置等，实现对变电站的直击雷防护、雷电侵入波防护以及变电站的接地保护设计，具有一定广泛性。

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实测土壤电阻率。可供利用的自然接地体的状况及接地电阻值。这些对接地工程设计计算和施工布置都是很重要的。在具体工程中变电站不同地点和不同深度的土壤电阻率是不相同的。在计算接地电阻时如何选取一个等值的土壤电阻率进行计算是每个工程中都要解决的问题。在设计时需考虑以下几点：

(1)设施的作用； (2)设施的设计寿命； (3)土壤电阻率； (4)土壤的自然腐蚀性； (5)地网面积和形状；

(6)周边的建筑物和他们的接地系统； (7)季节因素和温度因素。

变电站接地系统主要用于短路电流泄流保护，一般为水平接地为主，外加少量垂直接地体且边缘闭合的复合式接地网。通常变电站接地网作为一种大电流接地短路电流系统，其对接地电阻的要求通常极其严格，因此在设计时要对其接地电阻值进行重点研究。

3.4 变电站的接地原则

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。

3.5 降低变电站接地装置工频接地电阻的措施

列举几个方面进行说明。分析对比几种降阻措施，给出接地网计算公式。 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，其阻值怀土壤的性质、颗粒、含水量及土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

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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网的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。

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4 变电站防雷接地设计实例

4.1 变电站的规模

拟建的35KV变电站位于我国大多数农村，采用设计安装避雷针对变电站直击雷的防护，而对变电站雷电侵入波的防护则设计安装避雷器。 变电站的接地网常采用40mm×4mm的扁钢或直径为20mm的圆钢排列成方孔形或长孔形，埋地0.6～0.8m，在北方应埋在冻土层以下，其面积与变电站的面积相同或稍大，埋在变电站的围墙外侧，距墙1.5～2m，四周外缘应闭合，外缘各角做成圆弧形，圆弧的半径不宜小于接地网内均压带间距的一半。网内敷设的均压带间距一般取3～10m，可以等间距布置，也可以不等间距布置，但应按一定规律变化。

4.2 变电站位置的自然条件

建在视野开阔的偏僻地区，附近无高层建筑。占地面积长为50m,宽为40m。变电站最高点为20m，且当地平均雷电日为40。有三种规格的变压，分别为35/10.5KV（主变压器）、35/0.4KV与10.5/0.4KV的形式。 最热月平均温度27.9o C，最热月平均最高温度31.9o C，极端最高温度38.9o C，极端最低温度-9.4oC，最热月地下0.8m深处平均温度27.2oC，年平均雷电日数40日/年。土壤电阻率2×104Ω·cm，中等含水量，土壤热阻系数80oC·cm/W。

4.3 避雷针的设置及防雷保护校验

变电站所处地区土壤电阻率2×102Ω·m，虽然不大于500Ω·m，但由于是35KV电压级的配电装置，故不宜采用构架式避雷针。

1、采用两根等高避雷针进行防护设计

由于此35KV变电站，占地面积长50m，宽40m,变电站的最高点高度为20m,在变电站宽两侧对称位置上距5m处设立两等高避雷针。如图2-1所示。

避雷针1 10.5KV母线架 20m

20m 35KV母线架 变配电装置 避雷针2

门型框架 50m 15 变电站防雷接地技术

图2-1 两等高避雷针位置图

具体有：两针间距D=5+50+5=60m。设避雷针高度为h，又变电站的最高点为20m，故hx=20m。

（4）在避雷针1或2的一侧按单避雷针来计算

r?(1.5h?2hx)p 显然有 hx

bx?(25?5)2?202小保护宽度有，故有bx?36Dm；

h0?h?b?1.5(h0?hx)7p 所以h?56 m。 又 x且

综上所述，只用两根等高避雷针实现对变电站的直击雷防护，需要求避雷针高度不小于56m。

由于不宜采用构架式避雷针，只能用两根60m的避雷针按图3-4-1设计联合保护。其中支架高58m，接闪器选2m长，直径为12～16mm的圆钢，引下线选截面12mm×4mm扁钢。接闪器和引下线要做防腐处理。

2、采用四根等高避雷针进行防护设计

变电站的最高建筑物是门型框架，高 度为20m，35KV与10.5KV母线架高度

都为15m,变电装置屋高为8m。采用四根等高避雷针对变电站进行防护，避雷针1号与2号，3号与4号处于水平位置上，如图2-2所示。

避雷针1

10.5KV母线架 变配电装置

避雷针3

35KV母线架

避雷针4 2m 门型框架 50m 60m

图2-2 四等高避雷针的位置图

2m 避雷针2

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（1）门型框架两侧，1号和2号针之间，假设选高度为40m的避雷针，即40m,20m。

显然 hx=h/2 故1号2号单根保护半径rx为：

rx?(h?hx)p

= （40-20）×0.79 =15.8m

两等高避雷针针联合保护范围 D12=60m h0=40-60/(7×0.79)=29.2m bx=1.5×(29.2-20)=13.8m

（2）35KV侧，3号和4号之间，选用40m高的避雷针即h=40m,hx=15m。 显然 hx

rx?(1.5h?2hx)p

=（1.5×40-2×15）×0.79 =23.7m

两等高避雷针针联合保护范围 D34=60m h0=40-60/(7×0.79)=29.2m bx=1.5×(29.2-15)=21.3m

（3）35KV与10.5KV同一侧，2号与4号避雷针之间，选用40m 高的避雷针即h=40m , hx= 15m。

显然 hx

rx?(1.5h?2hx)p

=（1.5×40-2×15）×0.79 =23.7m

两等高避雷针针联合保护范围 D24=36m h0=40-36/(7×0.79)=33.5m bx=1.5×(33.5-15)=27.8m

（4）35KV与10.5KV对角线一侧，2 号和3 号针之间, 选用40m 高的避雷针即h=40m，hx= 15m。

显然 hx

rx?(1.5h?2hx)p

=（1.5×40-2×15）×0.79 =23.7m

两等高避雷针针联合保护范围 D24=62m h0=40-62/(7×0.79)=28.8m

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5 结论

本文在分析和研究雷电过电压放电过程及其机理的基础上，重点对农村某35KV变电站进行防雷保护设计。结合各种防雷装置的防护原理，采用设计安装避雷针对变电站直击雷的防护，而对变电站雷电侵入波的防护则设计安装避雷器。同时结合基本接地常识与变电站接地标准对此35KV变电站进行接地保护设计。在国家防雷接地标准下，根据理论与计算可以得到如下结论：

（1）本文以现在防雷接地保护较弱的农村35KV变电站为设计对象，具有一定的广泛性与实际意义。

（2）根据避雷针保护范围，分别采用两根等高或四根等高避雷针对整个变电站实施直击雷防护，确定所需避雷针高度，从而根据经济、技术等因素选择所采用方案。

（3）对变电站雷电侵入波的防护，不仅要正确安装内部避雷器，还要对变电站进线段（1～2km内)防雷保护接线。当然，还要对被保护设备与避雷器之间的安装距离l 进行校核,即雷电防护要有一定裕度。 （4）建议采用的变电站防雷电侵入波方案为： a、各线路入口装设一组51KV氧化锌避雷器。 b、两条母线上均装设一组51KV氧化锌避雷器。 c、电压互感器上装设一组0.8KV氧化锌避雷器。

（5）接地网如图6-1，选用角钢L50×50×5，长3.5m做垂直接地体，需要30根；并选扁钢40mm×5mm做水平接地体，构成以垂直接地体为主的复式接地装置。

通过这次毕业设计，我基本上掌握了变电站防雷设计的基本思路和实施步骤。在设计和论文写作的整个过程中，指导教师在各方面都给予了全面的指导和帮助。导师的精深渊博知识、求实创新、勤奋严谨的治学风范、忘我的工作作风时刻熏陶着我；导师的因材施教、诲人不倦的授业精神给学生留下了深刻的印象，这将使我受益终身。在此，谨向我尊敬的导师致以诚挚的谢意！

同时，由于自己理论水平有限，导致此次设计存在错误之处，恳请老师批评指正，谢谢！

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参考文献

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1gov.html