PDS110KV變電站接地網與防雷設計

時間：2023-06-05 15:54:01 | 來源：網站運營

時間：2023-06-05 15:54:01 來源：網站運營

PDS110KV變電站接地網與防雷設計：一、課題的來源、目的、意義（包括應用前景）、國內現(xiàn)狀及水平

1.課題來源

眾所周知，雷電具有極大的破壞性，其電壓高達數(shù)百萬伏，瞬間電流可高達數(shù)十萬安培。雷擊所造成的破壞性后果體現(xiàn)于下列三種層次：設備損壞，人員傷亡；設備或元器件壽命降低；傳輸或儲存的信號、數(shù)據（模擬或數(shù)字）受到干擾或丟失，甚至使電子設備產生誤動作而暫時癱瘓或整個系統(tǒng)停頓。變電站是整個供電系統(tǒng)最為重要的組成環(huán)節(jié)之一，如果變電站發(fā)生雷擊事故，將造成大面積停電，給社會生產和人民生活帶來不便，這就要求變電站防雷措施必須十分可靠。此文章對變電站防雷保護系統(tǒng)進行了設計，并提出了變電站防雷與接地措施。

2.目的意義

雷電是影響變電站安全運行的重要因素，變電站發(fā)生雷擊事故，將造成大面積的停電，嚴重影響社會生產和人民生活，因此變電所防雷措接地施必須十分可靠。變電站對直擊雷的防護方法是裝設避雷針，將變電站的進線桿塔和室外電氣設備全部置于避雷針的保護范圍之內。為了防止在避雷針上落雷時對被保護物產生“反擊”過電壓，避雷針與被保護物之間應保持一定的距離。變電站內安裝使用著各種類型的高、低壓變、配電設備，這些設備均直接和供電系統(tǒng)的線路相連，而線路上發(fā)生雷電過電壓的機會較多，因此更要注意防雷。變電站中防雷的主要裝置是避雷器，避雷器是一種防雷設備，它對保護電氣設備、尤其是變壓器起了很大的作用。一旦出現(xiàn)雷擊過電壓，避雷器就很快對地導通，將雷電流泄入大地；在雷電流通過后，又很快恢復對地不通狀態(tài)。變電站進線段的防護變電站的進線段桿塔上裝設一段避雷線，使感應過電壓產生在規(guī)定的距離以外，侵入的沖擊波沿導線走過這一段路程后，波幅值和陡度均將下降，使雷電流能限制在5kV，這對變電站的防雷保護有極大的好處。為此本文的研究具有理論意義與實踐價值。

3.發(fā)展前景

變電站防雷接地技術是確保變電所安全、可靠運行的保障，避雷是防止雷擊對設備危害主要措施，而接地網則是防雷措施最主要形式，接地方案是電力工程避雷技術最重要的環(huán)節(jié)，任何形式的雷電都會經接地系統(tǒng)導入地表。而接地設計技術是一門多學科的綜合科學技術，接地系統(tǒng)要根據變電站防雷設計的整體性、結構性、層次性，及整個變電站站址附近土質條件、地理位置、以及電氣設備性能和用途要在實踐中不斷探索、不斷發(fā)現(xiàn)，從而更加的完善可靠。

110kV變電站防雷接地設計需根據要求選擇變電站站址，勘察擬建站址的地形、地質情況和土壤電阻率。確定變電站的防雷方案，在站址范圍內合理布置構架避雷針和獨立避雷針，計算避雷針的保護范圍，使整個變電站的設備和建筑物在保護范圍內；在規(guī)程規(guī)范的內選擇避雷器和站內避雷器的設置點。對變電站的接地網進行設計，確定變電站的主接地網和各設備接地要求。對變電站進行接地設計的計算(需要短路電流計算結果數(shù)據)，通過接地設計計算可計算出設計接地

網的接地電阻理論值、接地線截面校核以及跨步電壓和接觸電勢等對接地電阻的要求值。

隨著科學技術水平不斷提升，變電站的在防雷接地技術方面也會有長足的進步，接地降阻措施的發(fā)展也會越來越經濟，越來越持久有效。在今后變電站的防雷接地設計中，考慮到變電站的發(fā)展方向將會進入一個智能化變電站的時代，而智能變電站技術的進步也必然是未來建設變電站的必然趨勢，因此在防雷接地設計方面我們將會更多的從智能變電站的要求出發(fā)。電力科學技術的發(fā)展帶動下的變電站防雷接地的研究所帶來的成果將會得到更加廣泛的應用，從而更好的為智

能變電站工程服務。

4.國內外現(xiàn)狀

人類對雷電采取防護措施，最早可追溯到12世紀。中國湖南現(xiàn)存的岳陽慈氏塔，自塔頂有6條鐵鏈沿6個角下垂至地面上一定高度，可用來防止雷擊損壞。有的古塔還將此類鐵鏈沉入水井，實現(xiàn)良好接地。19世紀80年代末，人們在電話線路上采用了導雷器。其結構是一個裝于管內的火花間隙，串聯(lián)一個熔斷器，與今天電信臺、站采用的放電管串聯(lián)熔斷器的保護裝置在原理上完全相同，隨即電工設備也采用了導雷器。

最近幾年的研究綜述如下：

2.1變電站的直擊雷防護

邱毓昌等（2014）認為DL/T620-1997規(guī)定，110kV及以上配電裝置，由于電氣設備的絕緣水平較高，在土壤電阻率不高的地區(qū)不易發(fā)生反擊，因此一般允許將避雷針裝設在配電裝置的構架上；另外，要注意安裝避雷針的構架應鋪設輔助接地體，此接地體與主變壓器接地點之間的電氣距離應大于15m，這是為了防止雷擊時輔助接地體的電位升高反擊變壓器。主變壓器的絕緣較弱，不應在主變壓器的門型構架上裝設避雷針。

鄭江等（2015）通過研究驗證校驗避雷針保護范圍的方法有電氣幾何擊距法，滾球法，拋球法等。將考慮滾球半徑影響、引雷角45°的避雷針保護范圍設計為標準保護范圍，用于確定不同架設高度的避雷針保護范圍是一種新方法。

許穎等（2014）表明，這些方法算出的避雷針(線)在不同保護范圍時的繞擊率都是定性的，因為避雷針保護范圍與地理條件、空氣溫度濕度、雷電流幅值等很多因素有關。

2.2變電站侵入雷電波的防護

合理配置避雷器的數(shù)量和位置，將侵入變電站的雷電波降低到電氣裝置絕緣強度允許值以內。根據《電力設備過電壓保護設計技術規(guī)程》的要求，變電站的每組母線上都應安裝避雷器。ROY B等（2015）認為避雷器的安裝位置要盡可能靠近變壓器，也要兼顧其他的設備。如果一組避雷器不能滿足要求，建議增設避雷器。

賀體龍（2015）認為35kV及以上電纜段的變電所進線段保護：變電所進出線都有采用電纜的，應在電纜與架空線的連接處應裝避雷器，因為：電纜首端的架空線終端桿塔反擊時，電纜末端電壓升高，導致變電站內較高的過電壓水平。

宋偉新等（2016）認為在雷雨季節(jié)，進線斷路器或隔離開關可能經常開斷。當斷路器跳閘后重合前雷電波沿線路入侵，會在斷口產生過電壓引起斷路器絕緣閃絡甚至爆炸。間隙放電分散性大，動作時相當于線路短路對系統(tǒng)有一定沖擊，保護效果不如線路避雷器，但間隙較廉價而且維護方便。據了解歐洲大部分國家新建變電站時在所有線路進線端加裝線路避雷器。

彭飛（2014）認為對于中性點直接接地系統(tǒng)如110kV及以上系統(tǒng)，其中一部分變壓器的中性點是不接地的，這些變壓器往往是分級絕緣，即變壓器中性點絕緣水平要比相線首端低得多，所以需在中性點上加裝無間隙金屬氧化物避雷器、間隙或無間隙金屬氧化物與間隙配合保護。秦家遠（2015）研究顯示，變壓器入口處加裝避雷器對限制中性點過電壓沒有明顯效果；提高變壓器中性點避雷器的通流容量對限制中性點過電壓效果較好。

2.3GIS變電站的防護

DAWALIBI F等（2014）實際的GIS變電站有不同的主接線方式。進線方式大體可以分為兩類，一是架空線直接與GIS相連；二是經電纜進線的GIS。GIS變電站的保護應根據實際情況，盡量使用保護性能優(yōu)良的金屬氧化物避雷器：

2.4變電站的防雷接地

李臘根（2016）認為有些變電站由于受地理條件的限制，不得不建在高電阻率地區(qū)，而且接地網敷設范圍受到很大限制，導致這些變電站的接地電阻值偏高，無法滿足現(xiàn)行標準的要求。如何合理、有效、經濟地解決這一問題，保障變電站的安全可靠運行，將具有十分重要的理論意義和工程價值。

MITSURU Yasui等（2015）認為增設接地體是通過增設水平接地體、加裝并深埋垂直接地體而達到降阻的目的，水平接地體能在一定程度上減小接地極附近的電流密度，但由于相互之間的屏蔽作用而使效果受到影響。

二、課題研究的主要內容、研究方法或工程技術方案和準備采取的措施

1.研究的主要內容

（1）查找資料，了解國內外110kV變電站接地網與防雷設計研究現(xiàn)狀，功能以及作用。

（2）對于變電站的接地網防雷與保護開展設計，使得其接地電阻滿足允許數(shù)值，跨步電壓與接地電壓不超過允許的范圍。

（3）使得全站所有設備都處于防雷保護的范圍之內，同時選擇合適的設備對于雷入侵波引起的電壓開展保護。

2.研究方法

首先確定變電站的防雷方案，避雷針的設置要求在站址范圍內合理布置構架避雷針和獨立避雷針，計算避雷針的保護范圍，使整個變電站的設備和建筑物在保護范圍內。避雷器的設置要求按照規(guī)程規(guī)范要求選擇避雷器和站內避雷器設置點。

其次對變電站的接地網進行設計，確定變電站的主接地網和各設備接地要求。通過接地設計計算得出設計接地網的接地電阻理論值、接地線截面要求值以及跨步電勢和接觸電勢等對接地電阻的要求值。

最后在接地網施工完成后實測接地電阻，如果實測的接地電阻能滿足設計中接地電阻要求值則不需要降阻，反之，則需要采取降阻措施。降阻措施的選擇需要根據工程的地形、地質、土壤電阻率等情況選擇經濟合理的降阻方案。具體的方案為：

1)變電站防雷設計方案。2)變電站接地設計計算。3)提升優(yōu)化變電站接地設計。4)合理應用變電站降阻措施。

3.準備采取的措施

（1）閱讀相關文獻和書籍，了解相關設計方法，吸取有關經驗。

（2）了解變電站防雷保護基本原理，分析接地的模式、設計敖秋開展降阻措施的分析與設計，計算各種短路電流數(shù)值。

（3）接合實際的變電站開展防雷保護的試驗設計，通過實際設計與試驗，開展測試分析，對于實測結果開展分析與討論，最終得出結論。

三、現(xiàn)有基礎和具備的條件

1.現(xiàn)有基礎

首先，幾年的大學學習，本人已經積累了一定的相關方面的經驗，對本課題所涉及的相關科學有了一定的了解，具有了相關的理論基礎。學院圖書館收藏了許多有關專業(yè)方面的知識書籍和期刊，還提供了網絡化的機房，可以在中國期刊網、維普網、超星數(shù)字圖書館等網站查找有關資料。

其次，本人多次參加實習，已經有了一定的實踐基礎。

最后為，本人曾在XX變電站實習，對變電站的防雷保護系統(tǒng)有較為立體的了解。

2.具備的條件

開設了《電力系統(tǒng)分析》、《電力系統(tǒng)機電保護》、《發(fā)電廠電氣部分》、生產實習等為完整畢業(yè)設計提供了較為完善的理論基礎。

通過實習實踐，收集了變電站的相關資料與實際運營情況，為畢業(yè)設計提供了較為完備的實踐材料。

3.參考文獻

[1]于璐. 220kV變電站接地網的設計探討[J]. 工程建設與設計,2017,(22):75-76.

[2]譚嘉輝. 110kV變電站接地網的優(yōu)化設計[J]. 通訊世界,2017,(15):157-158.

[3]沈林. 500kV寧州變電站接地網的研究分析與設計[D].廣西大學,2015.

[4]張強. 220kV變電站接地網的設計研究[A]. 中國電子學會電磁兼容分會、中國通信學會電磁兼容委員會.第25屆全國電磁兼容學術會議論文集[C].中國電子學會電磁兼容分會、中國通信學會電磁兼容委員會:,2015:4.

[5]韓程亮. 500kV涌潮變電站接地網設計與分析[D].華北電力大學,2015.

[6]張嘉嘉. 某石化企業(yè)110kV變電站接地網設計淺析[J]. 電氣應用,2015,(07):100-102.

[7]商華,馬秋良. 110kV國貿城變電站接地網優(yōu)化設計[J]. 河北工程技術高等?？茖W校學報,2015,(01):26-30.

[8]胡晨剛. 110kV楊嶺變電站接地網優(yōu)化設計研究[D].華北電力大學,2015.

[9]李錦,張琳. 220kV變電站接地網設計與施工探討[J]. 科技傳播,2013,(18):132+115.

[10]覃乾振. 容縣城南110kV變電站接地網設計[J]. 廣西水利水電,2013,(02):71-73.

[11]楊立成. 220 kV變電站接地網設計與施工[J]. 企業(yè)科技與發(fā)展,2013,(03):39-40.

[12]龐國棟. 220KV變電站接地網的設計[J]. 內蒙古石油化工,2012,(12):95-99.

[13]孔祥勇. 500kV變電站接地網優(yōu)化設計模型研究[D].東北大學,2011.

[14]阮飛. 110kV變電站接地網設計分析[J]. 企業(yè)導報,2010,(22):173-174.