35KV变电站防雷接地保护设计毕业设计.docx
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35KV变电站防雷接地保护设计毕业设计
毕业论文
题目名称：
35KV变电站防雷接地保护设计
系部名称：
班级：
学号：
学生姓名：
毛毛
指导教师：
年月
35KV变电站防雷接地保护设计
摘要
雷电事故是对变电站、发电厂安全的主要威胁，如何有效、合理对变电站、发电厂采取防雷接地保护措施有着十分重要的意义。
本文就通过对35KV变电站为研究对象，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进行保护设计，具有一定代表性。
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。
关键词：
35kV变电站；直击雷防护； 雷电侵入波防护； 接地保护
目录
摘 要......................................................................................................................
目 录......................................................................................................................
第1章 前言................................................................................................................ 5
1.1课题的提出和意义.......................................................................................... 5
1.2国内外研究现状.............................................................................................. 6
1.3本课题的主要工作.......................................................................................... 6
1.3.1研究目标................................................................................................... 6
1.3.2主要研究内容........................................................................................... 7
1.4变电站防雷接地国家相关标准...................................................................... 7
1.5本论文涉及的35KV变电站 .......................................................................... 8
1.5.1变电站的概况........................................................................................... 8
1.5.2变电站相关参数....................................................................................... 9
1.5.3变电站电气主接线图............................................................................... 9
第2章 雷电与防雷装置.......................................................................................... 11
2.1雷电................................................................................................................ 11
2.1.1雷电及其放电过程................................................................................. 11
2.1.2雷电参数................................................................................................. 13
2.1.3雷击过电压产生的机理......................................................................... 17
2.2防雷装置........................................................................................................ 18
2.2.1避雷针..................................................................................................... 18
2.2.2避雷线..................................................................................................... 20
2.2.3避雷带和避雷网.....................................................
2.2.4避雷器..................................................................................................... 21
第3章 变电站直击雷的防护.................................................................................. 23
3.1变电站直击雷防护概述................................................................................ 23
3.2建筑物年预计年雷击次数.................................................................... 23
3.2.1年预计雷击次数计算公式..................................................................... 23
3.2.2 35KV变电站年预计雷击次数N .......................................................... 24
3.3反击................................................................................................................ 24
3.3.1反击的产生............................................................................................. 24
3.3.2反击的防止............................................................................................. 24
3.4 35KV变电站对直击雷防护的设计 ............................................................. 26
3.4.1采用两根等高避雷针进行防护设计..................................................... 26
3.4.2采用四根等高避雷针进行防护设计..................................................... 27
第4章 变电站雷电侵入波防护.............................................................................. 29
4.1变电站对雷电侵入波防护概述.................................................................... 29
4.2 35KV变电站对雷电侵入波的防护 ............................................................. 29
4.2.1避雷器的防护距离................................................................................. 29
4.2.2变电站的雷电侵入波防护接线.............................
4.2.3变电站的进线段雷电防护..................................................................... 32
4.3雷电侵入波防护要素....................................................
4.3.1避雷器与35KV变压器的最大电气距离 .............
4.3.2雷雨季节在运行方式上尽量保证母线并列运行................................. 35
4.3.3电缆进出线有利于降低雷电侵入波的幅值和陡度............................. 35
第5章 接地的基本常识.......................................................................................... 37
5.1接地、接地电阻及接地装置........................................................................ 37
5.1.1接地概念及分类..................................................................................... 37
5.1.2接地电阻与对地电压............................................................................. 38
5.1.3接地装置................................................................................................. 39
5.1.4接触电压和跨步电压............................................................................. 39
5.2工频接地电阻、冲击接地电阻和冲击系数................................................ 40
5.3接地体工频接地电阻计算............................................................................ 41
5.3.1自然接地体及其工频接地电阻计算..................................................... 41
5.3.2人工接地体及工频接地电阻计算......................................................... 42
第6章 变电站的接地.............................................................................................. 44
6.1变电站接地装置的型式................................................................................ 44
6.2变电站的接地装置要求................................................................................ 44
6.2.1接地电阻值的要求................................................................................. 44
6.2.2变电站主接地网的均压要求及计算..................................................... 46
6.3 35KV变电站接地设计 ................................................................................. 47
致谢............................................................................................................................. 51
参考文献...................................................................................................................... 52
第1章 前言
1.1课题的提出和意义
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”。
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、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安全条件。
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。
由于我国农村变电站大多建于旷野开阔的偏僻地区，附近高层建筑较少，是雷电的多发区，加之农村变电站一般是110KV以下的小型变电站，对变电站设计重视不够，考虑问题不尽全面，造成农村变电站成为易受雷击的“重灾区”。
近年来在农村变电站中多次发生因雷电而造成设备破坏、爆炸甚至引起“火烧连营”的事故：
例如，2004年8月6日，某35KV变电站在雷电活动时造成该综合自动化插件损坏，并使35KV开关误动；2002年7月20日，某110KV变电站遭受雷击，高压设备安然无恙，该站保护装置电源模块损坏；2001年8月2日，某山区35KV变电站遭雷击，导致35KV母线避雷器爆炸，进线也有多处放电痕迹。
像此类变电站遭受雷击例子还有很多，因此很有必要对农村变电站在目前防雷接地保护措施上，进行更系统化的防雷接地保护设计。
本论文就以农村某35KV变电站为对象，对其进行防雷接地保护的设计。
1.2国内外研究现状
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。
上世纪70年代中期发展起来的基于磁场定位和时差定位原理的雷电定位系统，使雷电测量更为准确和及时。
目前，雷电定位系统组成的雷电监测网络已在我国和北美、日本、韩国、欧洲等世界许多国家得到运用，它能帮助电力部门实现故障定位、分类、准确计算地面落雷密度等雷电参数，但雷电数据分散性较大，需要长期统计雷电数据。
但总体上变电站的防雷安全形势不容乐观，主要表现在：
一是社会公众防雷安全意识不强,对雷电灾害的危害性认识不够,存在侥幸心理；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,还要防感应雷的新时代,而许多措施仍然停留在传统的防雷阶段。
1.3本课题的主要工作
1.3.1研究目标
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。
1.3.2主要研究内容
1、对雷电的产生、参数、危害等做到一个系统化了解掌握；学习各种用于变电站的防雷装置，包括避雷针、避雷线、避雷器等，它们的原理、作用以及保护范围。
2、采用各种相应的防雷装置，结合变电站实际情况，实现对变电站直击雷防护和雷电侵入波防护的设计。
3、了解基本接地常识，结合变电站基本情况，实现对变电站的接地保护设计。
1.4变电站防雷接地国家相关标准
变电站是保证国民经济生产所需电能的供应中心，是要害部门，一旦遭受雷击破坏，其后果相当严重。
故应按国家第一类建筑物标准作防雷保护。
1、应装设独立避雷针或架空避雷线（网），使被保护的建筑物及风帽、放散管等突出屋面的物体均处于接闪器的保护范围内。
架空避雷网的网格尺寸不应大于5m×5m或6m×4m。
2、独立避雷针的杆塔、架空避雷线的端部和架空避雷网的各支柱处应至少设一根引下线。
对用金属制成或有焊接、绑扎连接钢筋网的杆塔、支柱，宜利用其作为引下线
3、独立避雷针和架空避雷线（网）的支柱及其接地装置至被保护建筑物及与其有联系的管道、电缆等金属物之间的距离，应符合下列表达式的要求，但不得小于3m：
1、地上部分：
当hx<5Ri时，Sa1≥0.4（Ri+0.1hx） 当hx≥5Ri时，Sa1≥0.1（Ri+）；Se1—地中距离（m）； Ri—独立避雷针或架空避雷线（网）支柱处接地装置的冲击接地电阻（Ω）； Hx—被保护物或计算点的高度（m）。
4、独立避雷针、架空避雷线或架空避雷网应有独立的接地装置，每一引下线的冲击接地电阻不宜大于10Ω。
在土壤电阻率高的地区，可适当增大冲击接地电阻。
5、建筑物内的设备、管道、构架、电缆金属外皮、钢屋架、钢窗等较大金属物和突出屋面的放散管、风管等金属物，均应接到防雷电感应的接地装置上。
金属屋面周边每隔18～24m应采用引下线接地一次。
6、平行敷设的管道、构架和电缆金属外皮等长金属物，其净距小于100mm时应采用金属线跨接，跨接点的间距不应大于30m；交叉净距小于100mm时，其交叉处亦应跨接。
当长金属物的弯头、阀门、法兰盘等连接处的过渡电阻大于0.03Ω时，连接处应用金属线跨接。
对有不少于5根螺栓连接的法兰盘，在非腐蚀环境下，可不跨接。
7、防雷电感应的接地装置应和电气设备接地装置共用，其工频接地电阻不应大于10Ω。
屋内接地干线与防雷电感应接地装置的连接，不应少于两处。
8、低压线路宜全线采用电缆直接埋地敷设，在入户端应将电缆的金属外皮、钢管接到防雷电感应的接地装置上。
当全线采用电缆有困难时，可采用钢筋混凝土杆和铁横担的架空线，并应使用一段金属铠装电缆或护套电缆穿钢管直接埋地引人，其埋地长度应符合下列表达式的要求，但不应小于15m：
在电缆与架空线连接处，尚应装设避雷器。
避雷器、电缆金属外皮、钢管和绝缘子铁脚、金具等应连在一起接地，其冲击接地电阻不应大于10Ω。
9、架空金属管造，在进出建筑物处，应与防雷电感应的接地装置相连。
距离建筑物100m内的管道，应每隔25m左右接地一次，其冲击接地电阻不应大于20Ω，并宜利用金属支架或钢筋混凝土支架的焊接、绑扎钢筋网作为引下线，其钢筋混凝土基础宜作为接地装置。
1.5本论文涉及的35KV变电站
1.5.1变电站的概况
此变电站为降压变电站与我国大多数农村变电站相似，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3510.5KV（主变压器）、350.4KV与10.50.4KV的形式。
1.5.2变电站相关参数
名称
型号规格
单位
容量（KVA）
数量
变压器
（主）
台
2500
1
变压器
台
50
1
变压器
台
30
1
氧化锌
避雷器
Y5WZ-42135G
只
3
电压互
感器
JDJ2-35 350.1KV
只
1
第2章 雷电与防雷装置
2.1雷电
2.1.1雷电及其放电过程
雷电是一种恐
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