变电所的防雷接地技术.docx
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变电所的防雷接地技术
变电所的防雷接地技术
1绪论
1.1课题研究的意义
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。
【1】
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。
1.2变电站防雷接地的研究背景
科学技术不断发展,避雷器制造水平得到了很大的提高,金属氧化物避雷器被广泛推广使用,使得对变电站中一次部分的雷电过电压的保护得到了保证。
另一方面,大规模、高精度集成模块制成的微电子为主要元件的控制、保护、信号、通信、监控等设备在电力系统中的使用也越来越广泛,特别是在一些大型发变电站中,即使在采样和计量系统中也普遍采用,它们大大提升了电力系统自动控制水平。
相对其应用程度来说,与这些高精度的二次设备的保护研究并没有得到相应的重视。
当变电站遭遇雷击时,一次系统的雷电过电压将通过避雷针、避雷器等设备导入地网之中,从而保护一次设备。
常规电磁保护的装置单元多为单元件的电阻、电感和电容等,耐热容量大,对尖峰脉冲的耐受能力也比较强,所以能承受高能的雷电暂态冲击,但对于运行电压只有几伏,信号电流只有微安级的二次设备来说,就不一定经受的住。
怎样才能使这些微电子设备在恶劣的雷电环境下正常运行,是亟待解决的问题。
近年来氧化锌避雷器的飞速发展。
在变电站接地技术上取得了一些重大的突破,在电力系统绝缘配合上日趋完善,特别是最近几年城乡电网改造对防雷设施也进行了重点改造,电网的耐雷水平有了很大的提高。
但是我国对电力系统的防雷保护,主要集中在一次设备,对二次设备的防雷保护措施研究较少;按照防护范围来说,主要是外部防护,对内部防护研究较少。
综上可以看出,大部分文献论述的重点都集中在变电站电磁兼容环境及其算法的研究。
针对整个变电站遭受雷击时,整个系统中各控制、信号、通讯电力设备应采取何种具体措施降低其雷电过电压,以达到保护设备正常运行,减少损失之目的研究并不多。
所以本文就主要对变电站的防雷接地保护进行研究。
【2】
1.3本次论文的主要工作
本文选保定同口变电站作为设计对象,分析该变电站的防雷接地设计。
本次论文主要研究同口变电站的防雷接地部分的设计
1.4本章小结
本文第一章介绍了变电所防雷接地的研究意义和研究背景,主要介绍了避雷装置的研究现状和防雷接地的研究方向。
第二章首先介绍了雷电的基本知识,然后介绍了变电站防雷的基本方法。
第三章介绍了防雷接地的基本方法。
最后一章结合同口变电站,分析了该变电站防雷装置的基本情况。
2变电站的防雷保护
雷电干扰对变电站安全稳定运行的影响是相当大的。
为找到有效的防护措施,彻底防止雷击干扰事故的发生,应从根源上进行研究。
本章首先介绍雷电形成的原理。
雷电是雷云层接近大地时,地面感应出相反电荷,当电荷积聚到一定程度,产生云和云之间以及云和大地之间放电,迸发出光和声的现象。
供电系统在正常运行时,电气设备的绝缘处于电网的额定电压作用之下,但是由于雷击的原因,供配电系统中某些部分的电压会大大超过正常状态下的数值,通常情况下变电站雷击有两种情况:
一是雷直击于变电站的设备上,二是架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电站。
其具体表现形式如下:
(1)直击雷过电压。
雷云直接击中电力装置时,形成强大的雷电流,雷电流在电力装置上产生较高的电压,雷电流通过物体时,将产生有破坏作用的热效应和机械效应。
(2)感应过电压。
当雷云在架空导线上方,由于静电感应,在架空导线上积聚了大量的异性束缚电荷,在雷云对大地放电时,线路上的电荷被释放,形成的自由电荷流向线路的两端,产生很高的过电压,此过电压会对电力网络造成危害。
(3)雷电侵入波。
架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电站,是导致变电站雷害的主要原因,若不采取防护措施,势必造成变电站电气设备绝缘损坏,引发事故。
防雷措施总体概括为2种:
①避免雷电波的进入;
②利用保护装置将雷电波引入接地网。
防雷保护措施应根据现场常见的雷击形式、频率、强度以及被保护设施的重要性、特点安装适宜的保护装置。
2.1变电站的直击雷保护
直接雷保护的主要措施是安装避雷针。
避雷针和避雷线这两种装置都是通过拦截措施,改变雷电波的入地路径,从而起到直击雷保护的作用。
小变电所多采用独立避雷针,大变电所多在变电站构架上采用避雷针或避雷线。
也或者可以两者相结合。
安装避雷针时应该注意以下问题:
①反击问题:
当雷电流通过引下线和接地装置入地时,会在接地引下线和接地电阻上形成很高的电位升高,当避雷针和被保护物间的空气间隙Sa不够大时,避雷针上的高电位可击穿空气间隙而将高电位传递到被保护物上称为反击,同样当避雷针的接地装置和被保护物接地装置间的距离Se不够大时,高电位可击穿土壤反击到被保护物的接地装置上。
一般:
Sa不应小于5m;Se不应小于3m。
②关于接触电压和跨步电压的问题:
当雷击避雷针或杆塔时,如果有人站在地面上而手去接触塔什塔身或引下线时,作用在人的手和脚间的电压(称为接触电压)。
又由于雷电流在地中扩散时会在地面沿半径各点形成不同的电位,当人在附近行走时,人的两脚间将会有电压作用(称为跨步电压)根据计算:
r=7.7m内都有可能有跨步电压危及的可能。
一般规定“避雷针及其接地装置与道路或出入口的距离不宜小于3m”,即使如此,这一要求仍不满足要求。
③关于高电位引入的问题:
如果在避雷针的杆塔上有低压线或通信线,则将沿这些线路传入相应的低压设备或通信设施,造成雷击。
④关于感应的问题:
当雷击避雷针而使针体电位抬高时,在针体附近有限长的孤立导体上将出现静电感应过电压。
⑤主控楼、主控室或是网络控制楼和室内配电装置的保护,如果屋顶有金属结构或是屋顶是金属做的时,要将金属部分接地;如果屋顶是钢筋混凝土结构的,则要将钢筋焊接成网并接地;如果屋顶的结构是非导电的时候,采用避雷保护,可以在屋顶设置8m~10m左右的金属网,并且避雷带网络设引下线接地。
⑥安装避雷针时,应该注意让设备的接地点离避雷针接地引线的入地点要尽可能的远,并且避雷针的接地引下线离电气设备也要要尽可能的远;同时,上述接地应该和总线地网相连,并且加装集中接地装置,其工频接地电阻应该大于10Ω。
2.2变电站采取的防护措施
(1)、采用气体绝缘封闭式组合电器(GIS)设备,采用SF6气体作为相间及带电部分与接地部分间的绝缘,三相成等边三角形布置,相间几何尺寸很小,带电设备密封在接地的合金筒内,筒外的电场及磁场几乎为零.
(2)、优化变电站平面布局。
优化变电站平面布局,尽量减少对环境的影响。
(3)、城市变电站可建为室内式变电站。
(4)、对变电站进行绿化美化工作,周边设置绿色屏障,建成后变电站的外观与周围环境相协调。
(5)、变压器内部的变压器油用于绝缘及冷却,现在的变压器油的闪点较高,所以变电站发生着火的情况极少.而且国家对于民居变电站有严格的防火要求。
如变电站内的消防设施需根据各电气设备间的布置及消防要求设有火灾自动报警系统、水喷雾灭火系统、七氟丙烷气体灭火系统、消火栓灭火系统,满足“预防为主,防消结合”的要求。
(6)、室内变电站距离附近建筑普遍较近,在变电站的设计过程中,设计单位已经充分考虑了防爆方面的要求。
如变压器室的墙体全部采用了钢筋混凝土机构,大门采用大型工字钢拼接而成,完全满足设备事故下安全防护的强度要求。
另外,变压器非压力设备,油在常压下运行,变压器油不会发生飞溅或爆炸,变压器发生内部短路时产生的油气可由变压器的防爆口释压.变压器室的通风道在设备事故状态下可迅速向上、下两个方向泄放压力,减轻对大门和墙壁的压力。
2.3本章小结
这章讲述了为了避免雷电干扰对变电站安全稳定运行的影响,对变电站的直击雷保护和变电所防雷讲述一些保护措施,避免了变电所发生一些雷击问题,有利于保护变电所。
3变电站的防雷接地
3.1接地概述
所谓的保护接地是为防止电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等带电危及人身和设备安全而将该电气设备经保护接地线与深埋在地下的接地体紧密连接起来的做法。
接地保护一般用于配电变压器中性点不直接接地(三相三线制)的供电系统中,用以保证当电气设备因绝缘损坏而漏电时产生的对地电压不超过安全范围。
所谓保护接地就是将正常情况下不带电,而在绝缘材料损坏后或其他情况下可能带电的电器金属部分(即与带电部分相绝缘的金属结构部分)用导线与接地体可靠连接起来的一种保护接线方式。
3.2接地电阻及其对接地电阻的要求
接地电阻就是电流由接地装置流入大地再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻,它包括接地线和接地体本身的电阻、接地体与大地的电阻之间的接触电阻以及两接地体之间大地的电阻或接地体到无限大远处的大地电阻。
接地电阻值是衡量接地系统好坏的主要标准之一,接地网形式、土壤结构、土壤电阻率对接地电阻有着显著的影响。
由于各种原因影响,会出现接地系统不满足设计要求、施工量大等不利情况,我国就曾发生过多起由于接地系统未达到要求所导致的事故。
所以在进行接地系统施工前,需对输电线路、变电站的接地系统进行合理、准确的设计,以保障其接地效果,并最大限度的减少施工量和施工难度。
根据GB50057-1994规定,对于1kV以上的小接地电流系统,公共接地装置的接地电阻应满足以下条件:
且
3.3变电所接地装置
接地装置由水平接地体和垂直接地体组成,接地体的截面应经热稳定校验,计及材料的腐蚀程度,并考虑一定裕度后确定。
一般变电站水平接地体选用40mm×5mm扁钢,垂直接地体选用L50mm×5mm角钢,具体的设计原则可归纳总结如下:
(1)避雷针接地装置与道路或出入口等的距离不应小于3m,否则应采取措施,铺设砾石或砾青地面;
(2)独立避雷针的接地装置与主接地网的距离不应小于3m。
接地电阻值不应大于10Ω,当实际接地电阻大于上述值时,可采取加钻深孔或将接地带引至围墙外敷设一小接地网;(3)主接地网的接地电阻值应不大于4Ω,当实际接地电阻值大于上述值时,采取加钻深孔或将接地带引至围墙外敷设一小接地网;(4)接地装置埋深度为0.6m为宜,接地网的外缘须闭合,外缘各角应做成圆弧型,圆弧半径应大于5m,回田土取土壤电阻率低的田园土,预留好引线,以备设备接地,扁钢搭接长度大于宽度的2倍;(5)电缆沟支架与水平接地体连通;(6)各种电气设备外壳、构架支架均须可靠接地;(7)接地网应与土建基础钢筋连接。
以下给出设计步骤:
(以同口变电所为例)【7】
1.总降压变电所接地装置的设计
①现初步考虑采用直径50mm、长2.5m的镀锌钢管接地体,围绕变电所建筑四周,距变电所墙角2~3m,垂直打入地下,管间距5m,管顶距离地面0.6m,管间用40mm×4mm的镀锌扁钢焊接。
②根据地质水文资料,经查相关资料得砂质粘土土质的电阻率为
,则单根钢管的接地电阻
式中,
为钢管接地体的长度,单位为m。
③确定接地钢管数和最终接地方案
根据
,考虑到管子之间的电流屏蔽效应,初选6根直径50mm、长2.5m的钢管作接地体。
以
和
(a为钢管的管间距,单位为m)查有关资料可得
(
为多根接地体并联时的利用系数)。
利用逐步渐进法求得
因此可选择6根直径50mm、长2.5m的镀锌钢管作接地体,用40mm
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