35KV变电站防雷接地技术毕业论文

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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

变电站是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所，是联系发电厂与电力用户的纽带，担负着电压变换和电能分配的重要任务。如果变电所发生雷击事故，会给国家和人民造成巨大的损失。所以变电所的防雷是不可忽视的问题。随着电力系统的快速发展，使得电能这一清洁能源在人民生产、生活中得到了普遍使用。但当高压输电网在为人们提供动力和照明时，不能忽视自然界产生的雷电对高压输变电设备产生的大量危害。因此，必须加强变电站防雷接地问题的认识与研究。

本论文针对目前变电站设备中防雷接地技术的中存在的问题，针对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。

关键词：变电站；防雷接地；直击雷防护；雷电侵入波防护

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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 变电站防雷接地的研究背景 ········································································· 1 1.3 本次论文的主要工作 ····················································································· 4 2 变电站的防雷保护 ···································································································· 6

2.1 变电站的直击雷保护 ······················································································ 8 2.2 变电站的侵入波保护 ··················································································· 11 2.3 变电站的进线段保护 ··················································································· 12 2.4 避雷针与避雷线的保护范围的计算 ··························································· 14 3 变电站的防雷接地 ·································································································· 16

3.1 接地概述 ······································································································· 16 3.2 接地电阻 ······································································································· 17 3.3 变电所接地装置 ··························································································· 18 3.4 变电站的接地原则 ······················································································· 18 3.5 降低变电所接地装置工频接地电阻的措施 ··············································· 18 4 变电所防雷接地设计实例 ······················································································ 20

4.1 变电所的规模 ······························································································· 20 4.2 变电所位置的自然条件 ··············································································· 20 4.3 避雷针的设置及防雷保护校验 ··································································· 21 4.4 接地装置的设置 ··························································································· 22 5 结论 ·························································································································· 24 参考文献 ························································································································ 25 附 录 ·························································································· 错误！未定义书签。

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1 绪论

1.1 变电站防雷接地的意义

雷电是大自然中最宏伟但又最恐怖的气体放电现象。对雷电的物理本质了解开始于18世纪，最有名的当属美国的富兰克林和俄国的罗蒙索诺夫。富兰克林在18世纪中期提出了雷电是大气中的火花放电，且首次阐述了避雷针的原理并进行了试验。近几十年来，由于雷电放电对于现代航空、电力、通信、建筑等领域都有很大的影响，促使人们从20世纪30年代开始加强了对雷电及其防护技术的研究。

变电站是电力系统的重要组成部分，变电站发生雷击事故，将造成大面积停电，会对电网造成较大的危害。近年来，随着我国电力变电站实现综合自动化，不仅为变电站实现无人值守和配电网实现自动化奠定了基础，而且也为供电部门提供更安全、经济、可靠和高质量的电能创造了条件，这就更加要求防雷接地措施必须十分可靠。

因此，在变电站的设计过程中，保护变电站的设备安全，提高其供电可靠性，优化防雷接地设计方案，加强变电站的防雷接地安全措施，最大程度的减少雷击事故发生，有着极其重要的意义。

1.2 变电站防雷接地的研究背景

在我国有过许多的遭受雷击的危害事故。1981年8月27日，江苏省常州市某微波站遭到雷击，电力载波204、102电路终端机报警整流器的3只整流二极管被击穿；铅皮电缆外皮与地网接触处烧出凹坑；微波设备回路机的4线收发信号衰耗器烧坏，致使南京方向的7、8、11路电话中断，上海方向的第7路不通。

1983年9月西南某工程遭受一次雷击，使配套的一批电子设备损坏，系统工作无法进行，损坏的电子设备和元件有：数字传输机—损坏集成电路芯片20多块；通信系统—8台机中有6台受到不同程度的损坏；时控单元—脉冲处理回路和脉冲变换电路4块芯片损坏；遥测系统—由于连接电缆较长，损坏电路板3块。

华中大电网有微波站近百个，其中进口设备站65个。事故统计表明，造成设备损坏、导致长时间通信中断的主要原因就是雷害。武-衡线段的15个微波站12个曾遭受雷击影响正常通信，甚至损坏多台设备。

1987年8月1日三门峡站受雷击损坏16台装置柜。

1989年8月30日有5个站遭雷击损坏11块电路盘，通信中断17小时。 1990年9月27日黑龙江省电力局调度大楼遭受雷击，使调度自动化的计算机

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系统和程控交换设备损坏停止运行27小时。其中，程控交换机损坏电路板8块，VAX 计算机接口板损坏，远动室调度模拟盘 43 块显示消失，PDP-11/24型计算机系统的PMA接口板损坏，内存损坏8块。

1992年6月22日傍晚，北京城区下了一阵中雨。8时左右，雷电击中国国家气象中心大楼楼顶，楼内的大型计算机与小型计算机网络瘫痪，6条同步线路和1条国际同步线路被中断。整个计算机系统停止工作46小时，气象业务受到严重影响，损失数十万元，次日中央电视台气象预报空白。因为大楼装有避雷针，使闪电由避雷针引入大地，所以大楼、人员及普通设备安然无恙，但是雷电流在四周产生的巨大脉冲电磁场，却损坏了具有极为敏感的微电子器件及计算机系统。

1993年5月17日和6月3日，雷击广西人民银行证券中心，击坏计算机16台，损失11万元。广西南宁市两个专业银行的计算机网络及电信局程控机也同时损坏。

1994年7月5日和17日两天，四川省气象局业务系统连遭雷击，计算机网络、气象雷达、卫星接收系统等电子设备被损坏。

1995年9月3日19时55分到4日21时26分，河南省三门峡市出现强雷雨天气，致使中国工行三门峡市湖滨支行遭受严重雷击，当即击毁计算机16部、内部电话总机1台，直接经济损失15万元。

1996年8月31日，华夏证券公司广州分公司遭雷击，损坏彩色及单色LBE大屏幕设备、交换式集成器、四块电话语音卡、微机设备等，经济损失约28多万元。

1996年6月22日晚9时前后，天空乌云密布，雷声隆隆，忽远忽近。一声巨响之后，北京东直门附近一座居民楼2至6层的20户居民中，15台电视机被强大的雷电击毁；一层办公室中的视盘机、一台触摸式台灯和小型程控电话交换机也被雷击损坏；邻近的一栋楼上，也有数台电话机遭到破坏。据报道，同日西城区展览路也有居民的电视机和单位的电话机遭到雷击。

1997年10月13日吉山珠村化工仓库遭雷击造成严重的火灾爆炸事故，烧毁两座共贮存240吨纯苯的简易仓库，直接经济损失70万元。幸好消防部门扑救及时，不致使爆炸蔓延酿成更大灾害。

1998年7月29日上海市某电子工程有限公司智能大楼遭雷电袭击，楼内安防管理监控报警、对讲系统、6只摄像机、13部电梯的电脑控制程序遭损坏，损失严重。

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1999年8月9日，吉林省蛟河发生雷害，天岗地区某单位的通讯设备被雷击毁，当地1000余台电视机和300余部电话出现故障。雷害发生后的36小时内， 远离百里的蛟河市区，市话、手机全停，银行专线无法正常运行，损失严重。相当多的公安机关的专线和军事机关的雷达也受到雷击。

2001年2月21日凌晨，由于大雾闪络造成外部电网对邯郸钢铁股份有限公司电力供应中断，使炼铁、炼钢、轧钢三大系统全面停产，这是公司历史上从未有过的特大事故。由于停电影响，炼铁厂全部高炉断水、断电、断气，不同程度发生灌渣、烧坏冷却设备等事故；炼钢系统导致铁水、钢水落地，部分铁包、钢包损坏；轧钢系统造成部分设备损坏。本次停电事故，给公司生产带来严重影响，初步估计直接经济损失达数千万元。

从以上的雷电事故来看，自二十世纪八十年代以来，我国几乎每年都有由于雷电引起的弱电系统重大事故发生，这也说明对于弱电系统的防雷保护措施还有待加强。因此，对于弱电系统的防雷保护的各项措施还应不断完善。

研究现状：

当雷电直接击中电力系统的导线部分时，会产生极高的雷电过电压，任何电压等级的设备绝缘都会难以耐受变电站对于直击雷的保护一般采取装设避雷针或采用沿变电站进线段一定距离内架设避雷线，吸引雷电击向自身，减低雷击点的过电压，通过良好接地的装置，将雷电流迅速泄入大地。

为了限制入侵雷电波的幅值，在变电站内要求装设避雷器，使电气设备的过电压不致于超过其冲击耐压值在变电站的进线段上装设避雷器，可以限制流经避雷器的雷电流幅值及入侵雷电流的陡度。

建筑物防雷设计规范GB50057-94中指出，常规防雷的保护对象主要是保护建筑物免遭直接雷击，防雷保护的措施主要是装设避雷针或避雷网(带)，其中避雷针的应用最为普遍，在各类建筑物的顶端一般都布置了避雷针。这种常规的防雷方法已经有两百多年的历史了，而且经过长期实践证明，它对直击雷的防护的确是有效的“但是防雷光靠装设避雷针肯定是不行的，因为避雷针是通过把雷电引到自身来完成其保护范围内的被保护对象免遭直接雷击的。所以在这样的保护过程中会产生较多的负面影响，其中最主要的有：增加雷击概率、产生感应雷以及地电位反击等。

避雷针大大增加雷击概率，这使得依附于一次设备的，目前正在大量更新的保护、监控、通信等二次设备遭受雷击的概率大大增加，损坏方式也多种多样，

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从而给电力生产带来很大的损失。这些二次设备防感应雷基本上靠机壳和内部元件本身，可靠性较低，当雷击使高压线路引入雷电波时，往往影响到变电站的整个低压电源系统通信系统，导致低压电源系统中绝缘薄弱设备的某些元件损坏，如设备的电源模块，计算机监控系统等，一旦被波及往往造成接口元件击穿或烧坏。

接地起着维持正常运行、保护、防雷、防干扰等作用。当接地不规范时，雷电电磁脉冲容易引起接地点之间电位差，产生的电磁场干扰二次设备的运行，严重时会损坏设备内部的电子回路。接地电阻不合格，雷电引起的地电位升高，也会通过设备的接地线引入二次设备中，损坏设备的插件。所以，各接地网间必须通过合理布置接地线，等电位连接屏蔽及装置本身的电磁兼容防护来解决设备的安全问题。

总之，变电站在高压一次系统的防雷保护措施还是比较完善的。防直击雷有避雷针(带)，110kV及以上线路有架空地线保护；35kV线路、10kv线路有线路避雷器保护，变电站还有各级母线变压器的避雷器保护。但在二次系统，由于重视程度不够，防雷措施没有跟上设备的发展，防雷保护措施都不够完善，存在较多的问题和不足。

变电站的防雷和接地问题既非常的复杂又至关重要不可或缺，它的好与坏直接对电气系统的设备和人身的安全造成严重的后果。特别是如今随着电力系统的日益发展，电网规模的逐渐扩大，接地短路电流被要求的越来越大。各式各样的 微机监控设备的不断普及和应用，同样对防雷接地的要求逐渐增高。以前由于接 地装置的一些问题从而引发了主设备的损坏，变电站一度停止运行带来了巨大的 损失和严重的问题，给电网的稳定运行造成了很大的麻烦，因此变电站的防雷接 地措施必须要高度的重视起来。变电站的接地系统是保护电力系统的正常运行， 保障设备及人身安全的措施之一。

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。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、选某某变电站作为设计对象，

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分析该变电站的防雷接地设计。

大多数的中型电力用户，都采用的是35 kV电压等级供电，供电部门的35 kV变电站也就成为了电力用户供电的重要的供电渠道。而变电站不一定在在变电站避雷针的保护范围之内，所以35 kV变电站很容易受到雷电的破坏，并给电力用户的生产以及社会经济的发展带来了严重的影响，导致供电部门的供电可靠性也达不到要求。

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，具有一定针对性和广泛性。

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2 变电站的防雷保护

雷电是一种大气里的放电现象，它产生在积雨里。积雨的云在形成的过程中， 部分云团带有正电荷，部分云团带有负电荷，因此，当电荷总量积聚到了一定的程度时，在不同的电荷云团之间，或者云团和大地之间的电压数值非常大，足够击穿空气。当云团开始游离放电的时候，我们称这个过程为先导放电。云团对地的先导放电现象是云团向地面的跳跃式逐渐发展的过程，当先导放电现象到达地面的时候(地面的建筑物和架空输电线路等)，就会产生从地面向云团的主要放电阶段。在主要放电阶段中，由于不同种电荷进行剧烈中和，往往此时会出现非常大的雷电流(一般为在几百千安到几千千安之间)，并且随后会产生强烈的闪电及巨大的响声，从而形成了雷电。雷电的防护措施包括以下三个部分: 直击雷的防护、侧击雷的防护和感应雷的防护。防雷工程的一个十分方面是接地和引入下地下线路的基本布线工程，整个防雷工程的效果和防雷器件是否有效都取决这一点， 所以，我们应当认真的研究变电站中电力设备和电子设备的接地效果，它是保障电力设备的安全、操作人员的安全以及设备正常工作运行的必要部分。可以这样说，只要是和电网相连的仪器和设备都必须接地；只要有电力需要的地方，就会是接地工程需要配置的地方。

变电站接地技术是用来防止电力设备和电子设备遭到雷击从而采取的基础性的保护措施，它的目的是把由雷电产生的巨大的雷击电流引到大地中，进而起到保护变电站的作用。同时，变电站接地技术也是保护我们人身安全一种十分有效手段，如果由于某种原因而引起了相线与设备外壳相碰触的时候，电力设备的外壳将会有非常危险的电压产生，此时，故障产成的电流将会流经接地保护装置到达大地，进而起到了保护的作用。

因为变电站具有的特殊环境，比如强大的电磁场、巨大的雷电等其他许多因素影响，使得变电站特别容易受到各式各样的干扰，因此，为了提高变电站运行时的安全及工作时的可靠性，我们应该根据现实存在的不同的干扰源，来采取相应的防雷和抗干扰的措施。 一、变电站防雷及抗干扰措施

变电站防雷的措施总体可以为两种：第一种是避免雷电电流进入电网系统，第二种则是利用二次保护装置把雷电流引入接地网络。在实际不同的电网中，我们应该根据现场采集的雷电的形式、雷电的频率、电流强度和需要保护的设施重要性，来采取符合需要的保护措施。

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1、正确屏蔽雷电流

对于微机保护的控制装置，电力系统的通信线路应该采用带有屏蔽层的多绞屏蔽电缆，并且应该尽可能把强电的导线单独安装，同时保证电缆的屏蔽层接地自始至终都只有一个点。这是因为在变电站中，电力装置里既有模拟的电路还有数字的电路，所以，数字设备和模拟设备必须应该分开，最后它们只能够具有一个连接点，假如两者不分开，将会互相地干扰，严重时甚至可能损坏设备。 2、加装浪涌的二次保护器

变电站开关的操作、静电放电现象及闪电放电时产生的瞬时过电压可能会对电力设备造成毁灭性的伤害或者加快它的老化过程。

对于浪涌现象的保护方法主要是在变电站系统内加装浪涌的二次保护器。浪涌的二次保护器是采用同等电位的原理，及时把浪涌电流导入接地系统。当系统的过电压现象发生时，瞬时的高电压将会抑制电力二极管(Rm)作为反应速度最快的电力元件首先动作，同时开始泄放巨大的雷电电流，并且把输出的电压钳位控制在它的截止电压之上，从而十分有效地防止了巨大的过电压对于电力设备的损伤。当加在TVS里的放电的电流随着电压幅值的上升进而使得充气式的放电器(HFB)两端放电电压超过了它的点火电压UM时，GDT将会瞬时动作，并且也会开始泄放雷电电流。这时，GDT呈现低阻的状态，它的两端仅仅只有20~40V的电弧电压，所以可以避免因为过电压的持续时间长进而把TVS烧毁。 3、变电所接闪器

在变电站发生雷击之后，防雷系统可以通过直接拦截的方法，引导雷电流进入接地网。接闪器有避雷针和避雷线两种。小型的变电所多数装备独立的避雷针，大型的变电所通常在变电所的架构上采取避雷针和避雷线，或者把两者相结合，并且大型变电所对于引流的线路和接地的装置都有十分严格的要求。 4、变电所避雷器

避雷器能够把侵入变电所中的雷电流降低至电气装置的绝缘强度允许范围以内。我国的变电所避雷器主要采用的是金属氧化物的避雷路器(ROA)，西方的国家除了使用ROA之外，还在所有的电气装置内安装空气的间隙，并作为ROA失效之后的备用设备。

5、合理布置避雷装置的安装位置

目前，大多数的RTU子站(或者一体化的微机二次保护装置等)，大部分安装在了高压室的配电开关柜上，电力的量测信息通过从高压配电室接到主控台的通

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