關(guān)鍵詞：電力線路110kV變電站防雷措施接地網(wǎng)設(shè)計(jì)ⅡWiththerapideconomicdeverequirementsofpowerqualityaregettinghigherandhigheruseofelectricity,atthesametimethesecurityrequirementsarefurtherincreased.Lightninghasbeenoneofimportantfactorsthatendangersubstationlightningaccidentoccurs,itsocialproductionandpeople'slives,whichrequireslightningprotectionmeasureshavetobeveryreliable.Accordingtothesubstation,lightningprotecallowablevalue,thestepvoltageandgroundvoltagedothegroundingresistanappropriateequipmentoflightninginvasionwavlightningrod,therequallelectricalequipment,stationlightningrodtosettheformoflightnmeasures,sothatthewholestationequipmentinthelightningprotectionwithin.Bymaterials,setthegroundnetwork;toachievethepurposeofthefprotectionofsubstations.Ⅲ摘要 I 1 21.1設(shè)計(jì)變電站的基本情況 21.1.1接地網(wǎng)與防雷保護(hù)的目的 21.1.2變電站規(guī)模、容量與站區(qū)地理?xiàng)l件 21.1.3系統(tǒng)容量及阻抗值 21.1.4變電站電氣平面布置總圖 21.1.5短路電流計(jì)算接線圖 31.2設(shè)計(jì)要求 31.3設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 32短路電流計(jì)算 42.1短路電流計(jì)算的目的與假定 42.1.1短路電流計(jì)算目的 42.1.2短路電流計(jì)算需要進(jìn)行以下基本假定 42.2短路計(jì)算過(guò)程說(shuō)明 42.3短路點(diǎn)的選擇原則與確定 52.4短路計(jì)算原理 52.5計(jì)算基準(zhǔn)值 52.5.1等值電路圖 62.5.2參數(shù)標(biāo)幺值 62.5.3短路計(jì)算過(guò)程注意事項(xiàng) 62.5.4計(jì)算序阻抗 72.5.5短路電流詳細(xì)計(jì)算 2.5.6入地短路電流計(jì)算結(jié)果 3接地網(wǎng)設(shè)計(jì) 3.1變電站接地分類 3.2變電站接地設(shè)計(jì)的必要性 3.3變電站接地設(shè)計(jì)原則 3.4變電站接地電阻的構(gòu)成及降阻措施 3.5接地網(wǎng)設(shè)計(jì)方案 3.6接地網(wǎng)設(shè)計(jì)的計(jì)算 3.6.1入地短路電流 3.6.2接地電阻允許值計(jì)算 3.6.3接觸電壓和跨步電壓允許 3.6.4人工接地極工頻接地電阻 3.6.5接地網(wǎng)表面最大接觸電位差 3.6.6接地網(wǎng)外的地表面最大跨步電位差 3.6.7由接觸電位差和跨步電位差反推接地電阻要求值 3.6.8接地網(wǎng)計(jì)算結(jié)論 4變電站的防雷設(shè)計(jì) 4.1防雷保護(hù)裝置 4.1.1防雷保護(hù)裝置概述 4.1.2避雷針的保護(hù)范圍 4.1.3避雷器概述與要求 4.2直擊雷的保護(hù)原則 4.2.1避雷針的裝設(shè)原則及其接地裝置的要求 4.2.2直擊雷保護(hù)裝置的布置 4.3雷電侵入波保護(hù)原則 4.3.1雷電保護(hù)措施 4.3.2變壓器的防雷保護(hù) 4.3.3避雷器的配置原則 4.4本設(shè)計(jì)的防雷保護(hù)方案 V4.4.1避雷設(shè)備選擇 4.4.2避雷針位置布置 4.5防雷保護(hù)配置和范圍計(jì)算 254.5.2保護(hù)范圍計(jì)算結(jié)果 在變電站110kV出線的構(gòu)架上裝設(shè)2根25m高的避雷針#3、#4;在變電站南部的兩護(hù)物產(chǎn)生“反擊”過(guò)電壓，避雷針與被保護(hù)物之間應(yīng)21設(shè)計(jì)原始資料1.1設(shè)計(jì)變電站的基本情況1.1.1接地網(wǎng)與防雷保護(hù)的目的根據(jù)該變電站的基本情況，對(duì)該變電站的接地網(wǎng)防雷和保護(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。使該站的接地電壓滿足允許值，跨步電壓和接地電壓不超過(guò)允許值；使全站設(shè)備都處于防雷保護(hù)范圍，并且選擇合適的設(shè)備對(duì)雷入侵波引起的過(guò)電壓進(jìn)行保護(hù)。1.1.2變電站規(guī)模、容量與站區(qū)地理?xiàng)l件變電站性質(zhì)：110kV變電站。變電站土建面積：62.2×67.5m2(包括站區(qū)圍墻);變壓器：兩臺(tái)三繞組變壓器容量120MVA連接組別YN,yn0,dl1;出線規(guī)模：110kV出線4回，向北架空出線；35kV出線6回，向東架空出線；10kV出線通過(guò)電纜溝均由本所南側(cè)出線。站區(qū)地理?xiàng)l件：土質(zhì)表層為旱地黑黃沙土、土、石方，變電站站址以旱土和山地為主，只有極少部分低產(chǎn)田，根據(jù)地質(zhì)物探結(jié)果并且考慮了季節(jié)系數(shù)，該站土壤電阻率取100Ω/m。1.1.3系統(tǒng)的容量及阻抗值(1)計(jì)算基準(zhǔn)值：Sn=100MVA,Un=115、37、10.5KV(2)系統(tǒng)零序阻抗：Xs1o=0.1758,Xs20=1.63841.1.4變電站電氣平面布置總圖圖1-1變電站電氣平面布置總圖31.1.5短路電流計(jì)算接線圖1.2設(shè)計(jì)要求根據(jù)當(dāng)?shù)靥鞖夂屯寥狼闆r對(duì)變電站的接地網(wǎng)和防雷布置設(shè)計(jì)，使得變電站全站都在防雷保護(hù)范圍之內(nèi)，使得其接地電阻、接觸電壓和跨步電壓都滿足要求。掌握通過(guò)這次設(shè)計(jì)，要對(duì)變電站接地網(wǎng)與防雷保護(hù)設(shè)計(jì)有更深的了解，同時(shí)培養(yǎng)在設(shè)計(jì)(1)最大入地短路電流的計(jì)算；(2)接地網(wǎng)接地電阻、最大接觸電壓、最大跨步電壓的計(jì)算；(3)直擊雷保護(hù)設(shè)計(jì)包括避雷針安裝位置、避雷針高度、直擊雷保護(hù)范圍；(4)對(duì)變電站配電裝置侵入雷電波的過(guò)電壓保護(hù)措施進(jìn)行設(shè)計(jì)。42.1短路電流計(jì)算的目的與假定2.2短路計(jì)算過(guò)程說(shuō)明52.4短路計(jì)算原理(2)制定序網(wǎng)圖(3)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)2.5計(jì)算基準(zhǔn)值電氣量6圖2-1系統(tǒng)等值網(wǎng)絡(luò)圖2.5.2參數(shù)標(biāo)幺值2.5.3短路計(jì)算過(guò)程注意事項(xiàng)X?=X?=0.34127X?=X?=0在變電站的電氣設(shè)計(jì)中，短路電流計(jì)算是其中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在計(jì)算最大允許(1)接線方式：計(jì)算短路電流時(shí)方式，應(yīng)是可能發(fā)生最大短路電流的正常接線(2)短路種類：因?yàn)槭侨@組變壓器，所以選擇的是單相和兩相接地短路，因(3)短路計(jì)算點(diǎn)的選擇：短路計(jì)算點(diǎn)是指在正常接線方式時(shí)，通過(guò)電器設(shè)備的短路電流為最大的地點(diǎn)。本變電站系統(tǒng)的短路計(jì)算點(diǎn)為110kV高壓側(cè)、35kV母線和72.5.4計(jì)算序阻抗(1)110kV母線側(cè)短路(即d1短路)①正序、負(fù)序網(wǎng)絡(luò)的合成阻抗等值電路正序輸入阻抗：②零序網(wǎng)絡(luò)的合成阻抗等值電路8Xs//)圖2-3d1零序網(wǎng)絡(luò)的合成阻抗等值電路圖由已知條件和圖2-3可得：零序輸入阻抗：(2)35kV母線側(cè)短路(即d2短路)①正序、負(fù)序網(wǎng)絡(luò)的合成阻抗等值電路9由已知條件和圖2-4可得：X?=(X?+X?)//(X?+X?)=0正序輸入阻抗：②零序網(wǎng)絡(luò)的合成阻抗等值電路(3)10kV母線側(cè)短路(即d3短路)①正序、負(fù)序網(wǎng)絡(luò)的合成阻抗等值電路如圖5-6可得：②零序網(wǎng)絡(luò)的合成阻抗等值電路因?yàn)?0kV側(cè)的變壓器都是三角形接線，零序電流流不進(jìn)去，所以當(dāng)d3點(diǎn)短路時(shí)不存在零序電流，既而也不存在零序等值電路。2.5.5短路電流詳細(xì)計(jì)算該短路點(diǎn)短路電流的有名值：有名值=標(biāo)幺值×基準(zhǔn)值；在d1點(diǎn)的電流基準(zhǔn)值是：零序電流：Iao=I?=3.336各短路電流的有名值：正序電流：零序電流：該短路點(diǎn)短路電流的有名值：有名值=標(biāo)幺值×基準(zhǔn)值；在d2點(diǎn)的電流基準(zhǔn)值是：正序電流：零序電流：Iao=I"?=1.847各短路電流的有名值：該短路點(diǎn)短路電流的有名值：有名值=標(biāo)幺值×基準(zhǔn)值；在d3點(diǎn)的電流基準(zhǔn)值是：②單相短路：因?yàn)椴淮嬖诹阈蜉斎胱杩?，因此單相短路時(shí)不存在短路電流。2.5.6入地短路電流計(jì)算結(jié)果短路點(diǎn)兩相短路接地(kA)單相短路(kA)有名=3.171Iao有名=1.602Ido有名=1.675I"2有名=5.405Iao有名=4.3352有名=1.847Iao有名=2.881Id?有名=11.70從表2-2中的計(jì)算結(jié)果可知35kV母線上發(fā)生兩相接地短路時(shí)，短路電流具有最大值，因此將d2點(diǎn)兩相接地短路時(shí)的短路零序電流作為接地裝置接地電阻計(jì)算時(shí)的短路電流值。因?yàn)槎搪冯娏鹘?jīng)過(guò)變壓器中性點(diǎn)入地時(shí)將變?yōu)樵瓉?lái)數(shù)值的三倍，所以Imax=3I。,即入地短路電流：3.1變電站接地分類3.2變電站接地設(shè)計(jì)的必要性3.5接地網(wǎng)設(shè)計(jì)方案網(wǎng)格布置一根，接地網(wǎng)外圍每個(gè)網(wǎng)格布置一根接地角鐵樁。電器設(shè)備接地引下分支線采用40×4mm2的扁鋼與主接地網(wǎng)連接，單支柱電器設(shè)備采用一根引下線，雙支柱電器設(shè)備采用兩根引下線，相互焊接的A型架和龍門架采用兩根引下線，主變壓器基礎(chǔ)、站用變壓器基礎(chǔ)、斷路器基礎(chǔ)，電力電容器基礎(chǔ)采用兩根引下線。站內(nèi)所有電纜溝內(nèi)的角鐵支架采用25×3mm2的扁鋼連成一體，電纜溝內(nèi)的扁鋼與主接地網(wǎng)的接地點(diǎn)不少于兩點(diǎn)。3.6接地網(wǎng)設(shè)計(jì)的計(jì)算3.6.1入地短路電流由第2章計(jì)算結(jié)果可得，最大短路電流為35kV母線(即d2點(diǎn))兩相接地短路時(shí)因?yàn)橄到y(tǒng)短路時(shí)三倍的短路零序電流一部分經(jīng)短路點(diǎn)入地，一部分經(jīng)變壓器中性點(diǎn)的入地電流的，所以根據(jù)圖2-5來(lái)計(jì)算其變壓器中性點(diǎn)入地短路電流。流經(jīng)變電所接地中性點(diǎn)的最大接地電流為：由《交流電氣裝置的接地》(DL/T621-1997)中入地短路電流最大值的計(jì)算式可I?=I×(1-Ke?)=11.17kA3.6.2接地電阻允許值計(jì)算由《交流電氣裝置的接地》(DL/T621-1997)中變電站接地網(wǎng)接地電阻的允許計(jì)算規(guī)程可得接地網(wǎng)接地電阻允許值：3.6.3接觸電壓和跨步電壓允許值根據(jù)據(jù)《交流電氣裝置的接地》(DL/T621-1997)中的接觸電壓和跨步電壓計(jì)算接觸電壓：U,=(174+0.17p)/√f(3-4)跨步電壓：U,=(174+0.7p)/√f式中p——土壤電阻率；t——故障切除時(shí)間0.2s;U,=(174+0.17p)/Ji=(174+0.17×100)/√0.3.6.4人工接地極工頻接地電阻(水平復(fù)合接地網(wǎng))根據(jù)《交流電氣裝置接地》(DLT621—1997)中對(duì)110kV變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)的規(guī)定，該接地網(wǎng)的參數(shù)如下：(1)水平復(fù)合接地網(wǎng)采用主邊緣閉合的50×5扁鋼；(2)接地網(wǎng)總面積：S=62.2×67.5=4198.5m2;(3)水平接地極總長(zhǎng)度：L=559.8+607.5=1167.3m(-50×5熱鍍鋅扁鋼);(4)垂直接地極深度：H=2.5m,共設(shè)置81根垂直地極；(5)接地極總長(zhǎng)度：L=1092.6(-50×5熱鍍鋅扁鋼)+81×2.5(L50×5垂直角鋼)=1339.3m;(6)水平接地極埋深：h=0.8m;等值方形接地網(wǎng)的接地電阻：Ka=0.841-0.2251gd=0.841-0.2251g0.02K,=0.234+0.41411g√s=1.201×1.0×0.1535×0.9842×Ug3.6.7由接觸電位差和跨步電位差反推接地電阻要求值由3.6.3節(jié)算出的接觸電壓和跨步電壓允許值如下：(1)由接觸電位差反推電阻要求值：UmaxR=Ug/I(2)由式3-8跨步電位差反推電壓要求值：(3)若考慮絕緣地面：p=5000QamR=U?/I=U,/K,mxI=2289.7/(0.1814×1113.6.8接地網(wǎng)計(jì)算結(jié)論綜上所述，變電站的接地電阻不能超過(guò)接地網(wǎng)表面的最大接觸點(diǎn)位差的接地電阻值，即R≤1.13Q,由上述的計(jì)算結(jié)果可知人工接地裝置的接地電阻的值為不需要進(jìn)行降阻處理。4.1防雷保護(hù)裝置圖4-1單根避雷針的保護(hù)范圍按《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》(DL/T621—1997)中的兩等高h(yuǎn)避雷針間保護(hù)范圍的一側(cè)最小寬度b與D/h.P的關(guān)系)確定。當(dāng)b>r時(shí)，取b=r。圖4-2兩根等高避雷針的保護(hù)范圍bbD/h,P5.05.25.45.65.86.06.26.46.6D/h.Pbxh.=0—0圖4-3兩等高h(yuǎn)避雷針間保護(hù)范圍的一側(cè)最小寬度b與D/h.P的關(guān)系4.1.3避雷器概述與要求(1)避雷器是用以限制由線路傳來(lái)的雷電過(guò)電壓或由操作引起的內(nèi)部過(guò)電壓的一種電器設(shè)備。避雷器是一種放電器，并聯(lián)連接在被保護(hù)設(shè)備附近，當(dāng)作用電壓超過(guò)避雷器的放電電壓時(shí)，避雷器即先放電，限制了過(guò)電壓的發(fā)展，從而保護(hù)了其他電器設(shè)備免遭擊穿損壞。目前使用的避雷器有以下四種類型：保護(hù)間隙式避雷器、排氣式避雷器、閥型避雷器和氧化鋅避雷器。4.2直擊雷的保護(hù)原則地電阻不大于5Ω;在#1、#2號(hào)避雷針布置集中接地極并4.3雷電侵入波保護(hù)原則4.4本設(shè)計(jì)的防雷保護(hù)方案電站東西長(zhǎng)62.2米，南北長(zhǎng)67.5米，面積4.5防雷保護(hù)配置和范圍計(jì)算圖4-4110kV出線斷面圖④②就延⑤4避雷針#1、#2:、h?=h-D/7P=25-36.3/7×1=19D/h.P=36.2/(25-10)×1=2.413避雷針#3、#4:h?=h-D/7P=25-60.2/7×1=16.D/h.P=60.2/(25-10)×避雷針#2、#4:h?=h-D/7P=25-63.2/7×1=16.0m避雷針#1、#3:h?=h-D/7P=25-60.3/7×1=16.4(3)三支等高避雷針?biāo)纬傻娜切蔚耐鈧?cè)保護(hù)范圍應(yīng)分別按兩支等高避雷針避雷針#2、#3:h?=h-D/7P=25-72.6/7×1=14避雷針#1、#4:h?=h-D/7P=25-60.3/7×1=134.5.2保護(hù)范圍計(jì)算結(jié)果兩針距離D(m)被保護(hù)物h(m)最小保護(hù)寬度b(m)9電站全站都在包保護(hù)范圍內(nèi)。所以前面所確定的避雷針的位置、高度、位置全都滿4.6避雷器的選擇根據(jù)安裝地點(diǎn)電網(wǎng)額定電壓的不同，選擇氧化鋅避