110kV变电站接防雷设计
院 系：机电动化学院
专 业 班：电气工程动化班
姓 名：
学 号：
指导教师：
2012年X月
110kV变电站接防雷设计
The Design of 110kV Substation Grounding and Lightning Protection
摘
着济快速发展企业生产家庭电电质量求越越高时电安全性求进步提高雷电直危害电力系统安全稳定运行重素果变电站发生雷击事造成面积停电社会生产民生活带便求防雷措施必须十分文章变电站防雷保护系统进行研究提出变电站防雷接措施根该变电站基情况该变电站接网防雷保护进行设计该站接电压满足允许0值跨步电压接电压超允许值接电阻接触电压跨步电压满足求选择合适设备雷入侵波引起电压进行保护变电站土建面积进行变电站电气总面布置根避雷针设置规变电站构架跨度保护站电器设备求站进行避雷针设置构成防雷保护措施全站设备处防雷保护范围文通计算短路电流结中选择合适接材料设置接网达防雷保护变电站全范围目
关键词：电力线路 110kV变电站 防雷措施 接网设计
Abstract
With the rapid economic development production and household electricity requirements of power quality are getting higher and higher use of electricityat the same time the security requirements are further increased Lightning has been one of the important factors that endanger safe and stable operation of power systems if the substation lightning accident occurs it will cause blackouts and inconvenience to the social production and people＇s lives which requires lightning protection measures have to be very reliable According to the substation lightning protection and protection of the substation grounding grid design the station and the ground voltage to meet the allowable value the step voltage and ground voltage does not exceed the allowable value the grounding resistance touch voltage and stepvoltage requirements are met select the appropriate equipment of lightning invasion wave overvoltage protection master plan layout of the electrical substation by substation civil area set the rules according to the lightning rod the requirements of the substation architecture span and protection stations all electrical equipmentstation lightning rod to set the form of lightning protection measures so that the whole station equipment in the lightning protection within By calculating shortcircuit current from the conclusion to select the appropriate grounding materials set the ground network to achieve the purpose of the full range of lightning protection of substations
Keywords power lines 110kv substation lightning protection measures ground grid design
目 录
摘…………………………………………………………………………………I
Abstract……………………………………………………………………………II
绪…………………………………………………………………………………1
1 设计原始资料……………………………………………………………………2
11 设计变电站基情况………………………………………………………2
111 接网防雷保护目…………………………………………………2
112 变电站规模容量站区理条件………………………………………2
113 系统容量阻抗值…………………………………………………………2
114 变电站电气面布置总图…………………………………………………2
115 短路电流计算接线图………………………………………………………3
12 设计求………………………………………………………………………3
13 设计基容………………………………………………………………3
2 短路电流计算……………………………………………………………………4
21 短路电流计算目假定…………………………………………………4
211 短路电流计算目…………………………………………………………4
212 短路电流计算需进行基假定……………………………………4
22 短路计算程说明……………………………………………………………4
23 短路点选择原确定……………………………………………………5
24 短路计算原理…………………………………………………………………5
25 计算基准值……………………………………………………………………5
251 等值电路图…………………………………………………………………6
252 参数标幺值…………………………………………………………………6
253 短路计算程注意事项……………………………………………………6
254 计算序阻抗…………………………………………………………………7
255 短路电流详细计算………………………………………………………10
256 入短路电流计算结果……………………………………………………12
3 接网设计………………………………………………………………………13
31 变电站接分类………………………………………………………………13
32 变电站接设计必性……………………………………………………13
33 变电站接设计原…………………………………………………………13
34 变电站接电阻构成降阻措施…………………………………………14
35 接网设计方案………………………………………………………………14
36 接网设计计算……………………………………………………………15
361 入短路电流………………………………………………………………15
362 接电阻允许值计算………………………………………………………15
363 接触电压跨步电压允许…………………………………………………15
364 工接极工频接电阻…………………………………………………16
365 接网表面接触电位差………………………………………………17
366 接网外表面跨步电位差………………………………………17
367 接触电位差跨步电位差反推接电阻求值………………………18
368 接网计算结……………………………………………………………18
4 变电站防雷设计………………………………………………………………19
41 防雷保护装置…………………………………………………………………19
411 防雷保护装置概述…………………………………………………………19
412 避雷针保护范围…………………………………………………………19
413 避雷器概述求…………………………………………………………21
42 直击雷保护原……………………………………………………………22
421 避雷针装设原接装置求…………………………………22
422 直击雷保护装置布置……………………………………………………22
43 雷电侵入波保护原…………………………………………………………23
431 雷电保护措施………………………………………………………………23
432 变压器防雷保护…………………………………………………………23
433 避雷器配置原…………………………………………………………24
44 设计防雷保护方案………………………………………………………24
441 避雷设备选择………………………………………………………………24
442 避雷针位置布置……………………………………………………………24
45 防雷保护配置范围计算……………………………………………………25
451 避雷针保护范围……………………………………………………………25
452 保护范围计算结果…………………………………………………………28
46 避雷器选择…………………………………………………………………28
总 结………………………………………………………………………………29
参考文献……………………………………………………………………………30
致 谢………………………………………………………………………………31
绪
着年电力行业断发展电力系统供电安全成重问题 然变电站电力系统中占重位置变电站安全运行工作显十分重
变电站接系统合理性直接关系身设备安全重问题着电力系统规模断扩接系统设计越越复杂变电站接包含工作接保护接雷电保护接工作接电力系统电气装置中运行需设接保护接电气装置金属外壳配电装置构架线路杆塔等绝缘损坏带电防止危身设备安全设接变电站接网安全接阻抗求外网结构寿命跨步电位差接触电位差转移电位危害等提出较高求接装置设计中需先进行短路计算通计算短路点短路电流然较选出短路电流值作计算接电阻允许值短路电流通短路电流值计算算出变压器中性点入电流进行接网设计系列计算
雷电影响变电站安全运行重素变电站发生雷击事造成面积停电严重影响社会生产民生活变电防雷措施接设施必须十分变电站直击雷防护方法装设避雷针变电站进线杆塔室外电气设备全部置避雷针保护范围结合该变电站实际情况设置4根避雷针变电站110kV出线构架装设2根25m高避雷针#3#4变电站南部两角落中分离墙边缘1m方装设2根25m高避雷针#1#2作全站防直击雷保护装置铺设良接网避雷针#3#4装设直径8m圆形接网接电阻5#1#2号避雷针布置集中接极接网相连独立接网接电网中距离保证3m防止避雷针落雷时保护物产生 反击 电压避雷针保护物间应保持定距离变电站安装着种类型高低压变配电设备设备均直接供电系统线路相连线路发生雷电电压机会较更注意防雷
1 设计原始资料
11 设计变电站基情况
111 接网防雷保护目
根该变电站基情况该变电站接网防雷保护进行设计该站接电压满足允许值跨步电压接电压超允许值全站设备处防雷保护范围选择合适设备雷入侵波引起电压进行保护
112 变电站规模容量站区理条件
变电站性质：110kV变电站
变电站土建面积：622×675m2(包括站区围墙)
变压器：两台三绕组变压器容量120MVA连接组 YNyn0d11
出线规模：110kV出线4回北架空出线
35kV出线6回东架空出线
10kV出线通电缆沟均南侧出线
站区理条件：土质表层旱黑黄沙土土石方变电站站址旱土山极少部分低产田根质物探结果考虑季节系数该站土壤电阻率取100Ωm
113 系统容量阻抗值
(1) 计算基准值Sn 100MVAUn 11537105KV
(2) 系统零序阻抗：Xs10 01758Xs20 16384
114 变电站电气面布置总图
图11 变电站电气面布置总图
115 短路电流计算接线图
图12 短路电流计算接线图
12 设计求
根天气土壤情况变电站接网防雷布置设计变电站全站防雷保护范围接电阻接触电压跨步电压满足求掌握设计般程序综合运学专业课程知识防雷接方案作技术较通次设计变电站接网防雷保护设计更深解时培养设计独立思考力事电气工程方面工作良基础
13 设计基容
(1) 入短路电流计算
(2) 接网接电阻接触电压跨步电压计算
(3) 直击雷保护设计包括避雷针安装位置避雷针高度直击雷保护范围
(4) 变电站配电装置侵入雷电波电压保护措施进行设计
2 短路电流计算
21 短路电流计算目假定
211 短路电流计算目
接装置设计中需先进行短路计算通计算短路点短路电流然较选出短路电流值作计算接电阻允许值短路电流通短路电流值计算算出变压器中性点入电流进行接网设计系列计算
212 短路电流计算需进行基假定
(1) 正常工作时三相系统称运行
(2) 电源电动势相位角相
(3) 系统中步异步电机均理想电机考虑电机磁饱磁滞涡流导体集肤效应等影响转子结构完全称定子三相绕组空间位置相差120度电气角度
(4) 电力系统中元件磁路饱带铁芯电器设备电抗值电流发生变化
(5) 电力系统中电源额定负荷运行中50负荷接高压母线50负荷接系统侧
(6) 步电机具动励磁调整装置(包括强行励磁)
(7) 短路电流瞬间值
(8) 考虑短路点电弧阻抗变压器励磁电流
(9) 计算短路电流衰减时间常数低压网络短路电流外元件电阻略计
(10) 元件计算参数均取额定值考虑参数误差调整范围
(11) 输电线路电容略计
22 短路计算程说明
接网设计中短路电流计算中重环节想进行短路计算出入电流进行接电阻允许值计算计算时定注意点：
(1) 接线方式：计算短路电流时方式应发生短路电流正常接线方式运行方式
(2) 短路种类：应计算变压器中性点入电流考虑两相接短路单相短路
23 短路点选择原确定
短路计算点指正常接线方式时通电器设备短路电流点选短路点定种短路类型严重情况应样出变压器中性点入电流算出进行接电阻允许值计算般止选择短路点通常选择2～3分进行计算然计算结果进行较该系统中分选择110kV高压侧母线35kV中压侧母线10kV低压侧母线三点进行短路计算
24 短路计算原理
(1) 制定等值网络
①选取基准功率MVA基准电压
②系统正负电抗略网络元件电阻输电线路电容变压器励磁支路
③限功率电源电抗等零
④略负荷
(2) 制定序网图
(3) 进行网络化简
(4) 根电力系统分析短路计算中两相短路单相短路计算公式分计算短路正序负序零序电流
25 计算基准值
表21 变电站网络等值电路参数基准值取值
电气量
关系式
基 准 值
(MVA)
100
(kV)
115
37
105
(kA)
0502
156
55
251 等值电路图
前面已知条件出面等值电路图：
图21 系统等值网络图
252 参数标幺值
系统侧正负序电抗：
0123556 1418182
系统侧零序电抗：
01758 16384
变压器电抗：
253 短路计算程注意事项
变电站电气设计中短路电流计算中重环节计算允许接电阻时需短路电流中定注意点：
(1) 接线方式：计算短路电流时方式应发生短路电流正常接线方式运行方式
(2) 短路种类：三绕组变压器选择单相两相接短路入电流较
(3) 短路计算点选择：短路计算点指正常接线方式时通电器设备短路电流点变电站系统短路计算点110kV高压侧35kV母线10kV母线处分记
254 计算序阻抗
(1) 110kV母线侧短路(d1短路)
①正序负序网络合成阻抗等值电路
图22 d1正序负序网络合成阻抗等值电路图
图22：01667
158485
正序输入阻抗：
负序输入阻抗：011462
②零序网络合成阻抗等值电路
图23 d1零序网络合成阻抗等值电路图
已知条件图23：
000397
00171
01071
01005
01176
零序输入阻抗：00705
(2) 35kV母线侧短路(d2短路)
①正序负序网络合成阻抗等值电路
图24 d2正序负序网络合成阻抗等值电路图
已知条件图24：
01667
029022
正序输入阻抗：
负序输入阻抗：02409
②零序网络合成阻抗等值电路
图25 d2零序网络合成阻抗等值电路
00689
00649
零序输入阻抗：00620
(3) 10kV母线侧短路(d3短路)
①正序负序网络合成阻抗等值电路
图56：
000397
00171
01071
01279
正序输入阻抗：0235
负序输入阻抗：0235
图56 d3正序负序网络合成阻抗等值电路
②零序网络合成阻抗等值电路
10kV侧变压器三角形接线零序电流流进d3点短路时存零序电流存零序等值电路
255 短路电流详细计算
(1) 110kV侧 d1点短路：
①两相接短路：01583
正序电流： 6316
零序电流：3915
该短路点短路电流名值：名值标幺值×基准值
d1点电流基准值：
0502 kA
名 6316×050231706 kA
名 3915×050216021 kA
②单相短路：029974
正序电流：3336
零序电流：3336
短路电流名值：
名 3336×050216747 kA
名 名 16747 kA
(2) 35kV侧 d2点短路：
①两相接短路：02886
正序电流：3465
零序电流：2779
该短路点短路电流名值：名值标幺值×基准值
d2点电流基准值：
156 kA
名 3465×15654054 kA
名 2779×15643352 kA
②单相短路：05413
正序电流：1847
零序电流：1847
短路电流名值：
名 1847×156 2881 kA
名 名 2881 kA
(3) 10kV侧d3点短路：
①两相短路接：0235+0235
正序电流：2128 kA
该短路点短路电流名值：名值标幺值×基准值
d3点电流基准值：
5499 kA
名 2128×54991170 kA
②单相短路：存零序输入阻抗单相短路时存短路电流
256 入短路电流计算结果
表22 短路计算结果
短路类型
短路点
两相短路接(kA)
单相短路(kA)
d1
名 3171
名 1602
名 1675
名1675
d2
名 5405
名 4335
名 1847
名2881
d3
名 1170
—
—
—
表22中计算结果知35kV母线发生两相接短路时短路电流具值d2点两相接短路时短路零序电流作接装置接电阻计算时短路电流值短路电流变压器中性点入时变原数值三倍入短路电流：
3×433521301kA
3 接网设计
31 变电站接分类
变电站接系统合理否直接关系身设备安全重问题着电力系统规模断扩接系统设计变电站安全运行着重作变电站接包含工作接保护接雷电保护接
(1) 工作接电力系统电气装置中运行需设接
(2) 保护接电气装置金属外壳配电装置构架线路杆塔等绝缘损坏带电防止危身设备安全设接
(3) 雷电保护接雷电保护装置泄放雷电流设接变电站接网安全接阻抗求外网结构寿命跨步电位差接触电位差转移电位危害等提出较高求
32 变电站接设计必性
接避雷技术重环节直击雷感应雷形式雷雷击电流通接装置导入没合理良接装置效防雷避雷角度讲接闪器做良电气连接装置称接装置接装置作雷电接闪器闪击电荷快泄放异种电荷中变电站接网连接着全站高低压电气设备接线低压电系统接电缆屏蔽接通信计算机监控系统设备接变电站维护检修时时接果接电阻较发生电力系统接障电流入时造成电位异常升高果接网网格设计合理造成接系统电位分布均局部电位超规定安全值会出运行员安全带威胁反击低压二次设备电缆绝缘造成损坏高压窜入控制保护系统变电站监控保护设备会发生误动拒动酿成事甚扩事带巨济损失社会影响
33 变电站接设计原
(1) 量采建筑物基钢筋然金属接物连接作接网
(2) 量然接物基础辅工接体外形采闭合环形
(3) 应采统接网点接方式接
34 变电站接电阻构成降阻措施
(1) 接引线电阻指接体设备接母线间引线身电阻阻值引线尺寸材质关
(2) 接体身电阻电阻接体尺寸材质关
(3) 接体表面土壤接触电阻阻值土壤性质颗粒含水量土壤接体接触面积接触紧密程度关
(4) 接体开始远处(20米)扩散电流路径土壤电阻散流电阻决定散流电阻素土壤含水量
(5) 垂直接体佳埋置深度指散流电阻易达埋置深度决定垂直接体佳深度应考虑三维网素谓三维网指垂直接体埋置深度接等值半径处数量级接网
(6) 接体通常设计根垂直接体入中水接体联组成接体组名单接体埋置间距仅等单接体长度两倍左右时电流流入名单接体时受相互限制妨碍电流流散等增加名单接体电阻种影响电流流散现象称屏蔽作
(7) 变电站般采外引接降阻深井降阻
35 接网设计方案
站110kV降压变电站占面积41985设4根独立避雷针需设独立接装置必须设计接网相连该变电站接网采水接体垂直接体组成复合接网水接体采50×5扁钢全站栅格网布置网格孔尺寸8000×8000水接体埋深800垂直接体采2500长∠50×50×5角铁桩角铁桩水接体间隔网格布置根接网外围网格布置根接角铁桩
电器设备接引分支线采40×4扁钢接网连接单支柱电器设备采根引线双支柱电器设备采两根引线相互焊接A型架龙门架采两根引线变压器基础站变压器基础断路器基础电力电容器基础采两根引线
站电缆沟角铁支架采25×3扁钢连成体电缆沟扁钢接网接点少两点
36 接网设计计算
361 入短路电流
第2章计算结果短路电流35kV母线(d2点)两相接短路时短路电流：1301 kA
系统短路时三倍短路零序电流部分短路点入部分变压器中性点入电流根图25计算变压器中性点入短路电流流变电接中性点接电流：
1241 kA
交流电气装置接(DLT6211997)中入短路电流值计算式：
(31)
(32)
入电流I入间较者数带入式(31)(32)：
03 kA
1117 kA
取两者较值站入短路电流值：I入1117 kA
362 接电阻允许值计算
交流电气装置接(DLT6211997)中变电站接网接电阻允许计算规程接网接电阻允许值：
(33)
0179
：0179
363 接触电压跨步电压允许值
根交流电气装置接(DLT6211997)中接触电压跨步电压计算部分知
接触电压： (34)
跨步电压： (35)
式中——土壤电阻率
——障切时间02s
带土壤电阻率保护动作时间入式面公式：
4271 V
5456 V
364 工接极工频接电阻（水复合接网）
根交流电气装置接(DLT621—1997)中110kV变电站接网设计规定该接网参数：
(1) 水复合接网采边缘闭合50×5扁钢
(2) 接网总面积：41985m2
(3) 水接极总长度L 5598+607511673m(50×5热镀锌扁钢)
(4) 垂直接极深度H25m设置81根垂直极
(5) 接极总长度
L10926(50×5热镀锌扁钢)+81×25(L50×5垂直角钢)13393 m
(6) 水接极埋深h08m
(7) 水接极d0025m
(8) 网边缘长度L0258m
09463
等值方形接网接电阻：
工接极工频接电阻：
0696
365 接网表面接触电位差
(36)
(37)
式中 ——接触电位差
——接触电位差系数
——接装置电位
1201
（接网采方孔布置方式取10）
n 10017
01535
09842
01814
366 接网外表面跨步电位差
跨步电位差： (38)
式中 ——跨步电位差
——跨步电位差系数
式中 ——跨步距离
式：00722Ug
367 接触电位差跨步电位差反推接电阻求值
363节算出接触电压跨步电压允许值：
4271V
5456V
(1) 接触电位差反推电阻求值：
(39)
(310)
(311)
(2) 式38跨步电位差反推电压求值：
545600722 75568V
接电阻值求值： 7556811170 0677
(3) 考虑绝缘面：ρ5000
： (174+017×5000)22897V
22897(01814×11170)113
368 接网计算结
综述变电站接电阻超接网表面接触点位差接电阻值述计算结果知工接装置接电阻值满足接电阻跨步电压接电压求站工接装置需进行降阻处理
4 变电站防雷设计
变电站电力系统重组成部分果发生雷击事变压器电器设备造成破坏引起面积长时间停电严重影响国民济民生活变电站防雷保护显尤重变电站雷害事两方面：雷直击变电站二雷击输电线路产生雷电波线路侵入变电站求变电站设计十分防雷保护装置章通介绍防雷保护装置直击雷保护侵入雷保护防雷保护估算确定该变电站防雷保护装置
41 防雷保护装置
411 防雷保护装置概述
电力系统中基防雷保护装置：避雷针避雷线避雷器防雷接装置直击雷保护装置指保护物体避免雷击引雷身利泄入发装置避雷针避雷线防止雷电直接击中保护物体称作直击雷保护避雷器防止输电线侵入变电站雷电电压波称作侵入波保护接装置作减少避雷针避雷器间电阻值达降低雷电电压幅值目
根设计求结合该变电站实际情况选避雷针避雷器防雷接装置配合作防直击雷保护装置避雷线作考虑
412 避雷针保护范围
装设避雷针应该变电站设备构筑物处保护范围避雷针设计般两种类型：单支避雷针保护两针支避雷针保护
(1) 单根避雷针保护范围图41示设避雷针高度(m)保护物体高度(m)避雷针效高度高度避雷针保护范围半径(m)公式计算：
≥时：
(41)
<时：
(42)
式中 ——高度校验系数
≤30m时130m<≤120m时实际设计中＞30m取098
公式4142图表示图41避雷针顶尖作斜线斜线旋转成锥体构成≥时保护范围面距离避雷针15处避雷针075高处作连线连线旋转成锥体构成<时保护范围
图41 单根避雷针保护范围
(2) 工程采两支支(等高等高)避雷针扩保护范围
①等高避雷针联合保护范围两针保护范围避雷针外侧保护范围样公式4142确定击两针间单针保护范围边缘外侧雷相邻避雷针吸引击两针间保护范围加图42
保护底点高度(0点高度)：
(43)
②避雷针保护宽度
交流电气装置电压保护绝缘配合(DLT621—1997)中两等高避雷针间保护范围侧宽度关系)确定＞时取求图43绘出两针间保护范围两针间距离针高宜5
图42 两根等高避雷针保护范围
图43 两等高避雷针间保护范围侧宽度关系
413 避雷器概述求
(1) 避雷器限制线路传雷电电压操作引起部电压种电器设备避雷器种放电器联连接保护设备附作电压超避雷器放电电压时避雷器先放电限制电压发展保护电器设备免遭击穿损坏目前避雷器四种类型：保护间隙式避雷器排气式避雷器阀型避雷器氧化锌避雷器
(2) 避雷器够达预期保护效果必须满足基求：
①具良伏秒特性易实现合理绝缘配合
②应较强绝缘强度恢复力利快速切断工频续流电力系统继续运行
42 直击雷保护原
421 避雷针装设原接装置求
(1) 独立避雷针宜设独立接装置非高土壤电阻率区工频接电阻宜超10困难时该接装置接网连接两者接电阻降低防止接网反击35kV设备求避雷针接网接点35kV设备接网连接点接体长度15m15m长度般接体传播雷电电压衰减35kV设备危险程度
独立避雷针应设通行方避雷针接装置道路出入口等距离宜3m否应采取均压措施铺设砾石沥青面
(2) 电压110kV配电装置般避雷针装配电装置架构屋顶土壤电阻率1000区宜装设独立避雷针否应通验算采取降低接电阻加强绝缘等措施防止造成反击事
63kV配电装置允许避雷针装配电装置架构房顶土壤电阻率500区宜装设独立避雷针
35kV高压配电装置架构房顶宜装设避雷针绝缘水低雷击时易引起反击
装架构避雷针应接网连接应附装设集中接装置装避雷针架构接部分带电部分间空气中距离绝缘子串长度空气污秽区困难空气中距离非污秽区标准绝缘子串长度确定
避雷针接网连接点变压器接线接网连接点接体长度15m
变压器门型架构应装设避雷针避雷线门型架构距变压器较装设避雷针架构集中接装置距变压器金属外壳接点中距离难达15m求
422 直击雷保护装置布置
综述结合该变电站实际情况设置4根避雷针变电站110kV出线构架装设2根25m高避雷针#3#4变电站南部两角落中分离墙边缘1m方装设2根25m高避雷针#1#2作全站防直击雷保护装置(图11示)铺设良接网避雷针#3#4装设直径8m圆形接网接电阻5#1#2号避雷针布置集中接极接网相连独立接网接电网中距离保证3m
电器设备接引分支线采40×4mm2扁钢接网连接单支柱电器设备采根引线双支柱电器设备采两根引线相互焊接A型架龙门架采两根引线变压器基础站变压器基础断路器基础电力电容器基础采两根引线
43 雷电侵入波保护原
431 雷电保护措施
变电站配电装置侵入雷电波电压保护采氧化锌避雷器氧化锌避雷器相配合进线保护段等保护措施
110kV35kV配电装置电器设备绝缘氧化锌避雷器雷电击10kA基准配合系数取1410kV配电装置电器设备绝缘氧化锌避雷器雷电击5kA基准进行配合
进线保护段作利阻抗限制雷电流幅值利电晕衰耗降低雷电波陡度通进线段避雷器作超绝缘配合求数值
432 变压器防雷保护
变压器变电站重电器设备绝缘较薄弱必须变压器装设防雷保护
(1) 三绕组变压器正常运行时时会出现高中压绕组工作低压绕组开路运行情况时万高中压绕组雷电波入侵通绕组间静电电磁耦合低压侧出现电压危变压器绝缘必须低压绕组相直接出口处加装氧化锌避雷器
(2) 中性点接消弧线圈接系统变压器全绝缘三相受雷电波入侵概率般变电站进线止条发生雷击时非雷击进线起分流作中性点般需保护中性点接系统变压器通常分级绝缘时需中性点装设氧化锌避雷器间隙保护
433 避雷器配置原
氧化锌避雷器安装位置组数应根电器设备雷电击绝缘水避雷器特性侵入波陡度结合配电装置接线方式确定
避雷器电器设备允许距离雷电季节常运行进线路数关进线数越允许距离相应增
断路器隔离开关耦合电容器等电器绝缘水变压器高避雷器设备允许距离增
述允许距离应种长期运行方式符合求般考虑事检修短时运行方式
44 设计防雷保护方案
变电该区重电力枢纽旦发生雷击事造成该区面积停电站重设备变压器等半恢复绝缘部绝缘果发生闪络会损坏设备电站带较损失该变电实际求完全耐雷样保证电站安全供电性满足
441 避雷设备选择
站较型110kV变电站110kV35kV10kV三电压等级电站东西长622米南北长675米面积较电力工程电气设计手册 电气次部分110kV变电站典型设计确定站防雷装置选择避雷针需全站雷电保护范围站装4等高避雷针避雷针高25m
442 避雷针位置布置
电力工程电气设计手册 电气次部分110kV变电站典型设计中110kV变电站防雷保护设计相关规定避雷针安装原确定变电站2根避雷针安装110kV出线构架外2根安装变电站南部两角落中分离墙边缘1m请参考图11
45 防雷保护配置范围计算
451 避雷针保护范围
首先确定需保护设备建筑高度：
110kV出线断面图知 110kV设备保护高度：(包括110kV构架取高度)35kV出线断面图知35kV设备高度：
变电站土建面积进行变电站电气总面布置根避雷针设置规变电站构架跨度保护站电器设备求站进行避雷针设置避雷针位置见变电站电气面布置图(图11)图知避雷针标：#1#2#3#4针高进行计算
(1) 单根避雷针保护范围：
①确定单根避雷针保护象保护物高度
图44中110kV出线断面图图45中35kV出线断面图：
避雷针：#1#2保护110kV设备
避雷针：#4#5保护35kV设备
图44 110kV出线断面图
图45 35kV出线断面图
②单根避雷针保护半径：
#1#2#3#4针均保护物高＜情况公式42计算单根避雷针保护半径中——高度影响系数＜30m取1单根避雷针保护范围 ：
避雷针#1#2：
避雷针#3#4：
(2) 两针联合保护范围：
①两针外侧保护范围应单支避雷针计算方法确定
②两针间保护范围应通参(图42两针顶点保护范围)中部边缘低点O圆弧确定圆弧半径O点假想避雷针顶点高度应式计算：
(43)
式中 ——两避雷针间距离 (m)
——两针间保护范围部边缘低点高度(m)
首先公式43算出两针间保护范围部边缘低点高度然通较保护物高度避雷针高度选择图43计算曲线然算出曲线确定值终计算出保护宽度然电力工程电气设计手册 电气次部分中两等高避雷针保护范围绘出两针间保护范围
避雷针 #1#2：
198m＞10m
2413
09
135m
避雷针 #3#4：
164m＞73m
3401
085
150m
避雷针 #2#4：
160m＞10m
4313
06
9m
避雷针 #1#3：
164m＞10m
402
062
93m
(3) 三支等高避雷针形成三角形外侧保护范围应分两支等高避雷针计算方法确定三角形保护物高度水面相邻避雷针间保护范围侧宽度时全部面积受保护
避雷针 #2#3：
146m＞10m
428
07
105
避雷针 #1#4：
133m＞10m
546
045
675m
452 保护范围计算结果
表41 避雷针联合保护范围表
联合保护针号
针高 (m)
两针距离D (m)
保护物(m)
保护宽度(m)
#1－#2
25
362
10
135
#1－#3
25
603
10
93
#1－#4
25
819
10
675
#2－#3
25
726
10
105
#2－#4
25
632
10
9
#3－#4
25
602
73
15
通计算知0高保护设备高度该变电站全站包保护范围前面确定避雷针位置高度位置全满足求
46 避雷器选择
根安装点电网额定电压选择氧化锌避雷器表42
表42 氧化锌避雷器参数表
安装
点
型号
额 定
电 压
效值
kV
持续运行电压
效值
kV
操作击(30~100μs)
10kA残压（峰值）kV
雷电击（820μs）
10kA残压（峰值）
kV
陡坡击（1μs）
10kA残压
（峰值）kV
110kV侧
Y10W100260
100
78
221
260
291
35kV侧
HY5WZ51134
51
408
114
134
154
10 kV侧
HY5W16545
165
136
45
568
383
参考文献
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[2] 杨宛辉发电厂变电电气次部分设计参考图册郑州学出版社1996
[3] 范锡普发电厂电气部分（第二版）水利电力出版社1995．
[4] 仰赞温增银编著．电力系统分析（第三版册）华中科技学出版社2002．
[5] 文远芳编．高电压技术．武汉：华中科技学出版社2001．
[6] 孙莹王葵编著．电力系统动化．北京：中国电力出版社2004．
[7] 弋东方编．电力工程电气设计手册(电气次部分)．北京：中国电力出版社1999．
[8] 刘涤尘编电气工程基础(第版)武汉武汉理工学出版社2001
[9] 刘君张东英编著．电力系统专题．北京：华北电力学出版社2002．
[10] 陈慈萱编电压保护原理运行技术(第版)北京中国电力出版社2002
[11] 金良编电压保护绝缘配合北京：清华学出版社2000
[12] 魏金成编建筑电气重庆学出版社2002
[13] 陈跃编电气系统专业毕业设计指南中国水利水电出版社2003
[14] Bimal KBosePower electronics and drivesadnancesElsevier Science2006
[15] Jai P Agrawal Power electronic systemstheory and design Prentuce Hall2001
结
设计题110kV变电站接网防雷设计长达两月努力指导老师胡胜指导规定时间完成次设计文讨分析变电站接防雷设计通查找网资源图书资料计算量该变电站数出结果根出结果该变电站4墙角附处4根25米高避雷针保证该变电站建筑物设备避雷针保护范围110kV侧安装Y10W100260氧化锌避雷器35kV侧安装HY5WZ51134氧化锌避雷器10kV侧安装HY5W16545氧化锌避雷器确保线路防雷水接方面该变电站接网采水接体垂直接体组成复合接网确保设备良接选择合适接材料满足接电阻跨步电压接电压求该变电站工接装置需进行降阻处理确保该变电站接安全节省投资建站费
时间知识限制导致次设计存错误处恳请位老师批评指正
致 谢
两月忙碌工作次毕业设计已接尾声作科生毕业设计知识验匮乏难免许考虑周全方果没导师督促指导起工作学支持想完成设计难想象里首先感谢导师胡胜老师胡老师日里工作繁做毕业设计阶段查阅资料设计草案确定修改中期检查期详细设计装配草图等整程中予悉心指导设计较复杂烦琐胡老师然细心纠正中错误敬佩X老师专业水外治学严谨科学研究精神永远学榜样积极影响学工作次感谢学私帮助特软件方面帮助正利完成设计感谢母校——XX学XX分校母校提供优良学环境外感谢授课位老师教会专业知识说次谢谢谢谢家
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110kV变电站接防雷设计
院 系：机电动化学院
专 业 班：电气工程动化班
姓 名：
学 号：
指导教师：
2012年X月
110kV变电站接防雷设计
The Design of 110kV Substation Grounding and Lightning Protection
摘
着济快速发展企业生产家庭电电质量求越越高时电安全性求进步提高雷电直危害电力系统安全稳定运行重素果变电站发生雷击事造成面积停电社会生产民生活带便求防雷措施必须十分文章变电站防雷保护系统进行研究提出变电站防雷接措施根该变电站基情况该变电站接网防雷保护进行设计该站接电压满足允许0值跨步电压接电压超允许值接电阻接触电压跨步电压满足求选择合适设备雷入侵波引起电压进行保护变电站土建面积进行变电站电气总面布置根避雷针设置规变电站构架跨度保护站电器设备求站进行避雷针设置构成防雷保护措施全站设备处防雷保护范围文通计算短路电流结中选择合适接材料设置接网达防雷保护变电站全范围目
关键词：电力线路 110kV变电站 防雷措施 接网设计
Abstract
With the rapid economic development production and household electricity requirements of power quality are getting higher and higher use of electricityat the same time the security requirements are further increased Lightning has been one of the important factors that endanger safe and stable operation of power systems if the substation lightning accident occurs it will cause blackouts and inconvenience to the social production and people＇s lives which requires lightning protection measures have to be very reliable According to the substation lightning protection and protection of the substation grounding grid design the station and the ground voltage to meet the allowable value the step voltage and ground voltage does not exceed the allowable value the grounding resistance touch voltage and stepvoltage requirements are met select the appropriate equipment of lightning invasion wave overvoltage protection master plan layout of the electrical substation by substation civil area set the rules according to the lightning rod the requirements of the substation architecture span and protection stations all electrical equipmentstation lightning rod to set the form of lightning protection measures so that the whole station equipment in the lightning protection within By calculating shortcircuit current from the conclusion to select the appropriate grounding materials set the ground network to achieve the purpose of the full range of lightning protection of substations
Keywords power lines 110kv substation lightning protection measures ground grid design
目 录
摘…………………………………………………………………………………I
Abstract……………………………………………………………………………II
绪…………………………………………………………………………………1
1 设计原始资料……………………………………………………………………2
11 设计变电站基情况………………………………………………………2
111 接网防雷保护目…………………………………………………2
112 变电站规模容量站区理条件………………………………………2
113 系统容量阻抗值…………………………………………………………2
114 变电站电气面布置总图…………………………………………………2
115 短路电流计算接线图………………………………………………………3
12 设计求………………………………………………………………………3
13 设计基容………………………………………………………………3
2 短路电流计算……………………………………………………………………4
21 短路电流计算目假定…………………………………………………4
211 短路电流计算目…………………………………………………………4
212 短路电流计算需进行基假定……………………………………4
22 短路计算程说明……………………………………………………………4
23 短路点选择原确定……………………………………………………5
24 短路计算原理…………………………………………………………………5
25 计算基准值……………………………………………………………………5
251 等值电路图…………………………………………………………………6
252 参数标幺值…………………………………………………………………6
253 短路计算程注意事项……………………………………………………6
254 计算序阻抗…………………………………………………………………7
255 短路电流详细计算………………………………………………………10
256 入短路电流计算结果……………………………………………………12
3 接网设计………………………………………………………………………13
31 变电站接分类………………………………………………………………13
32 变电站接设计必性……………………………………………………13
33 变电站接设计原…………………………………………………………13
34 变电站接电阻构成降阻措施…………………………………………14
35 接网设计方案………………………………………………………………14
36 接网设计计算……………………………………………………………15
361 入短路电流………………………………………………………………15
362 接电阻允许值计算………………………………………………………15
363 接触电压跨步电压允许…………………………………………………15
364 工接极工频接电阻…………………………………………………16
365 接网表面接触电位差………………………………………………17
366 接网外表面跨步电位差………………………………………17
367 接触电位差跨步电位差反推接电阻求值………………………18
368 接网计算结……………………………………………………………18
4 变电站防雷设计………………………………………………………………19
41 防雷保护装置…………………………………………………………………19
411 防雷保护装置概述…………………………………………………………19
412 避雷针保护范围…………………………………………………………19
413 避雷器概述求…………………………………………………………21
42 直击雷保护原……………………………………………………………22
421 避雷针装设原接装置求…………………………………22
422 直击雷保护装置布置……………………………………………………22
43 雷电侵入波保护原…………………………………………………………23
431 雷电保护措施………………………………………………………………23
432 变压器防雷保护…………………………………………………………23
433 避雷器配置原…………………………………………………………24
44 设计防雷保护方案………………………………………………………24
441 避雷设备选择………………………………………………………………24
442 避雷针位置布置……………………………………………………………24
45 防雷保护配置范围计算……………………………………………………25
451 避雷针保护范围……………………………………………………………25
452 保护范围计算结果…………………………………………………………28
46 避雷器选择…………………………………………………………………28
总 结………………………………………………………………………………29
参考文献……………………………………………………………………………30
致 谢………………………………………………………………………………31
绪
着年电力行业断发展电力系统供电安全成重问题 然变电站电力系统中占重位置变电站安全运行工作显十分重
变电站接系统合理性直接关系身设备安全重问题着电力系统规模断扩接系统设计越越复杂变电站接包含工作接保护接雷电保护接工作接电力系统电气装置中运行需设接保护接电气装置金属外壳配电装置构架线路杆塔等绝缘损坏带电防止危身设备安全设接变电站接网安全接阻抗求外网结构寿命跨步电位差接触电位差转移电位危害等提出较高求接装置设计中需先进行短路计算通计算短路点短路电流然较选出短路电流值作计算接电阻允许值短路电流通短路电流值计算算出变压器中性点入电流进行接网设计系列计算
雷电影响变电站安全运行重素变电站发生雷击事造成面积停电严重影响社会生产民生活变电防雷措施接设施必须十分变电站直击雷防护方法装设避雷针变电站进线杆塔室外电气设备全部置避雷针保护范围结合该变电站实际情况设置4根避雷针变电站110kV出线构架装设2根25m高避雷针#3#4变电站南部两角落中分离墙边缘1m方装设2根25m高避雷针#1#2作全站防直击雷保护装置铺设良接网避雷针#3#4装设直径8m圆形接网接电阻5#1#2号避雷针布置集中接极接网相连独立接网接电网中距离保证3m防止避雷针落雷时保护物产生 反击 电压避雷针保护物间应保持定距离变电站安装着种类型高低压变配电设备设备均直接供电系统线路相连线路发生雷电电压机会较更注意防雷
1 设计原始资料
11 设计变电站基情况
111 接网防雷保护目
根该变电站基情况该变电站接网防雷保护进行设计该站接电压满足允许值跨步电压接电压超允许值全站设备处防雷保护范围选择合适设备雷入侵波引起电压进行保护
112 变电站规模容量站区理条件
变电站性质：110kV变电站
变电站土建面积：622×675m2(包括站区围墙)
变压器：两台三绕组变压器容量120MVA连接组 YNyn0d11
出线规模：110kV出线4回北架空出线
35kV出线6回东架空出线
10kV出线通电缆沟均南侧出线
站区理条件：土质表层旱黑黄沙土土石方变电站站址旱土山极少部分低产田根质物探结果考虑季节系数该站土壤电阻率取100Ωm
113 系统容量阻抗值
(1) 计算基准值Sn 100MVAUn 11537105KV
(2) 系统零序阻抗：Xs10 01758Xs20 16384
114 变电站电气面布置总图
图11 变电站电气面布置总图
115 短路电流计算接线图
图12 短路电流计算接线图
12 设计求
根天气土壤情况变电站接网防雷布置设计变电站全站防雷保护范围接电阻接触电压跨步电压满足求掌握设计般程序综合运学专业课程知识防雷接方案作技术较通次设计变电站接网防雷保护设计更深解时培养设计独立思考力事电气工程方面工作良基础
13 设计基容
(1) 入短路电流计算
(2) 接网接电阻接触电压跨步电压计算
(3) 直击雷保护设计包括避雷针安装位置避雷针高度直击雷保护范围
(4) 变电站配电装置侵入雷电波电压保护措施进行设计
2 短路电流计算
21 短路电流计算目假定
211 短路电流计算目
接装置设计中需先进行短路计算通计算短路点短路电流然较选出短路电流值作计算接电阻允许值短路电流通短路电流值计算算出变压器中性点入电流进行接网设计系列计算
212 短路电流计算需进行基假定
(1) 正常工作时三相系统称运行
(2) 电源电动势相位角相
(3) 系统中步异步电机均理想电机考虑电机磁饱磁滞涡流导体集肤效应等影响转子结构完全称定子三相绕组空间位置相差120度电气角度
(4) 电力系统中元件磁路饱带铁芯电器设备电抗值电流发生变化
(5) 电力系统中电源额定负荷运行中50负荷接高压母线50负荷接系统侧
(6) 步电机具动励磁调整装置(包括强行励磁)
(7) 短路电流瞬间值
(8) 考虑短路点电弧阻抗变压器励磁电流
(9) 计算短路电流衰减时间常数低压网络短路电流外元件电阻略计
(10) 元件计算参数均取额定值考虑参数误差调整范围
(11) 输电线路电容略计
22 短路计算程说明
接网设计中短路电流计算中重环节想进行短路计算出入电流进行接电阻允许值计算计算时定注意点：
(1) 接线方式：计算短路电流时方式应发生短路电流正常接线方式运行方式
(2) 短路种类：应计算变压器中性点入电流考虑两相接短路单相短路
23 短路点选择原确定
短路计算点指正常接线方式时通电器设备短路电流点选短路点定种短路类型严重情况应样出变压器中性点入电流算出进行接电阻允许值计算般止选择短路点通常选择2～3分进行计算然计算结果进行较该系统中分选择110kV高压侧母线35kV中压侧母线10kV低压侧母线三点进行短路计算
24 短路计算原理
(1) 制定等值网络
①选取基准功率MVA基准电压
②系统正负电抗略网络元件电阻输电线路电容变压器励磁支路
③限功率电源电抗等零
④略负荷
(2) 制定序网图
(3) 进行网络化简
(4) 根电力系统分析短路计算中两相短路单相短路计算公式分计算短路正序负序零序电流
25 计算基准值
表21 变电站网络等值电路参数基准值取值
电气量
关系式
基 准 值
(MVA)
100
(kV)
115
37
105
(kA)
0502
156
55
251 等值电路图
前面已知条件出面等值电路图：
图21 系统等值网络图
252 参数标幺值
系统侧正负序电抗：
0123556 1418182
系统侧零序电抗：
01758 16384
变压器电抗：
253 短路计算程注意事项
变电站电气设计中短路电流计算中重环节计算允许接电阻时需短路电流中定注意点：
(1) 接线方式：计算短路电流时方式应发生短路电流正常接线方式运行方式
(2) 短路种类：三绕组变压器选择单相两相接短路入电流较
(3) 短路计算点选择：短路计算点指正常接线方式时通电器设备短路电流点变电站系统短路计算点110kV高压侧35kV母线10kV母线处分记
254 计算序阻抗
(1) 110kV母线侧短路(d1短路)
①正序负序网络合成阻抗等值电路
图22 d1正序负序网络合成阻抗等值电路图
图22：01667
158485
正序输入阻抗：
负序输入阻抗：011462
②零序网络合成阻抗等值电路
图23 d1零序网络合成阻抗等值电路图
已知条件图23：
000397
00171
01071
01005
01176
零序输入阻抗：00705
(2) 35kV母线侧短路(d2短路)
①正序负序网络合成阻抗等值电路
图24 d2正序负序网络合成阻抗等值电路图
已知条件图24：
01667
029022
正序输入阻抗：
负序输入阻抗：02409
②零序网络合成阻抗等值电路
图25 d2零序网络合成阻抗等值电路
00689
00649
零序输入阻抗：00620
(3) 10kV母线侧短路(d3短路)
①正序负序网络合成阻抗等值电路
图56：
000397
00171
01071
01279
正序输入阻抗：0235
负序输入阻抗：0235
图56 d3正序负序网络合成阻抗等值电路
②零序网络合成阻抗等值电路
10kV侧变压器三角形接线零序电流流进d3点短路时存零序电流存零序等值电路
255 短路电流详细计算
(1) 110kV侧 d1点短路：
①两相接短路：01583
正序电流： 6316
零序电流：3915
该短路点短路电流名值：名值标幺值×基准值
d1点电流基准值：
0502 kA
名 6316×050231706 kA
名 3915×050216021 kA
②单相短路：029974
正序电流：3336
零序电流：3336
短路电流名值：
名 3336×050216747 kA
名 名 16747 kA
(2) 35kV侧 d2点短路：
①两相接短路：02886
正序电流：3465
零序电流：2779
该短路点短路电流名值：名值标幺值×基准值
d2点电流基准值：
156 kA
名 3465×15654054 kA
名 2779×15643352 kA
②单相短路：05413
正序电流：1847
零序电流：1847
短路电流名值：
名 1847×156 2881 kA
名 名 2881 kA
(3) 10kV侧d3点短路：
①两相短路接：0235+0235
正序电流：2128 kA
该短路点短路电流名值：名值标幺值×基准值
d3点电流基准值：
5499 kA
名 2128×54991170 kA
②单相短路：存零序输入阻抗单相短路时存短路电流
256 入短路电流计算结果
表22 短路计算结果
短路类型
短路点
两相短路接(kA)
单相短路(kA)
d1
名 3171
名 1602
名 1675
名1675
d2
名 5405
名 4335
名 1847
名2881
d3
名 1170
—
—
—
表22中计算结果知35kV母线发生两相接短路时短路电流具值d2点两相接短路时短路零序电流作接装置接电阻计算时短路电流值短路电流变压器中性点入时变原数值三倍入短路电流：
3×433521301kA
3 接网设计
31 变电站接分类
变电站接系统合理否直接关系身设备安全重问题着电力系统规模断扩接系统设计变电站安全运行着重作变电站接包含工作接保护接雷电保护接
(1) 工作接电力系统电气装置中运行需设接
(2) 保护接电气装置金属外壳配电装置构架线路杆塔等绝缘损坏带电防止危身设备安全设接
(3) 雷电保护接雷电保护装置泄放雷电流设接变电站接网安全接阻抗求外网结构寿命跨步电位差接触电位差转移电位危害等提出较高求
32 变电站接设计必性
接避雷技术重环节直击雷感应雷形式雷雷击电流通接装置导入没合理良接装置效防雷避雷角度讲接闪器做良电气连接装置称接装置接装置作雷电接闪器闪击电荷快泄放异种电荷中变电站接网连接着全站高低压电气设备接线低压电系统接电缆屏蔽接通信计算机监控系统设备接变电站维护检修时时接果接电阻较发生电力系统接障电流入时造成电位异常升高果接网网格设计合理造成接系统电位分布均局部电位超规定安全值会出运行员安全带威胁反击低压二次设备电缆绝缘造成损坏高压窜入控制保护系统变电站监控保护设备会发生误动拒动酿成事甚扩事带巨济损失社会影响
33 变电站接设计原
(1) 量采建筑物基钢筋然金属接物连接作接网
(2) 量然接物基础辅工接体外形采闭合环形
(3) 应采统接网点接方式接
34 变电站接电阻构成降阻措施
(1) 接引线电阻指接体设备接母线间引线身电阻阻值引线尺寸材质关
(2) 接体身电阻电阻接体尺寸材质关
(3) 接体表面土壤接触电阻阻值土壤性质颗粒含水量土壤接体接触面积接触紧密程度关
(4) 接体开始远处(20米)扩散电流路径土壤电阻散流电阻决定散流电阻素土壤含水量
(5) 垂直接体佳埋置深度指散流电阻易达埋置深度决定垂直接体佳深度应考虑三维网素谓三维网指垂直接体埋置深度接等值半径处数量级接网
(6) 接体通常设计根垂直接体入中水接体联组成接体组名单接体埋置间距仅等单接体长度两倍左右时电流流入名单接体时受相互限制妨碍电流流散等增加名单接体电阻种影响电流流散现象称屏蔽作
(7) 变电站般采外引接降阻深井降阻
35 接网设计方案
站110kV降压变电站占面积41985设4根独立避雷针需设独立接装置必须设计接网相连该变电站接网采水接体垂直接体组成复合接网水接体采50×5扁钢全站栅格网布置网格孔尺寸8000×8000水接体埋深800垂直接体采2500长∠50×50×5角铁桩角铁桩水接体间隔网格布置根接网外围网格布置根接角铁桩
电器设备接引分支线采40×4扁钢接网连接单支柱电器设备采根引线双支柱电器设备采两根引线相互焊接A型架龙门架采两根引线变压器基础站变压器基础断路器基础电力电容器基础采两根引线
站电缆沟角铁支架采25×3扁钢连成体电缆沟扁钢接网接点少两点
36 接网设计计算
361 入短路电流
第2章计算结果短路电流35kV母线(d2点)两相接短路时短路电流：1301 kA
系统短路时三倍短路零序电流部分短路点入部分变压器中性点入电流根图25计算变压器中性点入短路电流流变电接中性点接电流：
1241 kA
交流电气装置接(DLT6211997)中入短路电流值计算式：
(31)
(32)
入电流I入间较者数带入式(31)(32)：
03 kA
1117 kA
取两者较值站入短路电流值：I入1117 kA
362 接电阻允许值计算
交流电气装置接(DLT6211997)中变电站接网接电阻允许计算规程接网接电阻允许值：
(33)
0179
：0179
363 接触电压跨步电压允许值
根交流电气装置接(DLT6211997)中接触电压跨步电压计算部分知
接触电压： (34)
跨步电压： (35)
式中——土壤电阻率
——障切时间02s
带土壤电阻率保护动作时间入式面公式：
4271 V
5456 V
364 工接极工频接电阻（水复合接网）
根交流电气装置接(DLT621—1997)中110kV变电站接网设计规定该接网参数：
(1) 水复合接网采边缘闭合50×5扁钢
(2) 接网总面积：41985m2
(3) 水接极总长度L 5598+607511673m(50×5热镀锌扁钢)
(4) 垂直接极深度H25m设置81根垂直极
(5) 接极总长度
L10926(50×5热镀锌扁钢)+81×25(L50×5垂直角钢)13393 m
(6) 水接极埋深h08m
(7) 水接极d0025m
(8) 网边缘长度L0258m
09463
等值方形接网接电阻：
工接极工频接电阻：
0696
365 接网表面接触电位差
(36)
(37)
式中 ——接触电位差
——接触电位差系数
——接装置电位
1201
（接网采方孔布置方式取10）
n 10017
01535
09842
01814
366 接网外表面跨步电位差
跨步电位差： (38)
式中 ——跨步电位差
——跨步电位差系数
式中 ——跨步距离
式：00722Ug
367 接触电位差跨步电位差反推接电阻求值
363节算出接触电压跨步电压允许值：
4271V
5456V
(1) 接触电位差反推电阻求值：
(39)
(310)
(311)
(2) 式38跨步电位差反推电压求值：
545600722 75568V
接电阻值求值： 7556811170 0677
(3) 考虑绝缘面：ρ5000
： (174+017×5000)22897V
22897(01814×11170)113
368 接网计算结
综述变电站接电阻超接网表面接触点位差接电阻值述计算结果知工接装置接电阻值满足接电阻跨步电压接电压求站工接装置需进行降阻处理
4 变电站防雷设计
变电站电力系统重组成部分果发生雷击事变压器电器设备造成破坏引起面积长时间停电严重影响国民济民生活变电站防雷保护显尤重变电站雷害事两方面：雷直击变电站二雷击输电线路产生雷电波线路侵入变电站求变电站设计十分防雷保护装置章通介绍防雷保护装置直击雷保护侵入雷保护防雷保护估算确定该变电站防雷保护装置
41 防雷保护装置
411 防雷保护装置概述
电力系统中基防雷保护装置：避雷针避雷线避雷器防雷接装置直击雷保护装置指保护物体避免雷击引雷身利泄入发装置避雷针避雷线防止雷电直接击中保护物体称作直击雷保护避雷器防止输电线侵入变电站雷电电压波称作侵入波保护接装置作减少避雷针避雷器间电阻值达降低雷电电压幅值目
根设计求结合该变电站实际情况选避雷针避雷器防雷接装置配合作防直击雷保护装置避雷线作考虑
412 避雷针保护范围
装设避雷针应该变电站设备构筑物处保护范围避雷针设计般两种类型：单支避雷针保护两针支避雷针保护
(1) 单根避雷针保护范围图41示设避雷针高度(m)保护物体高度(m)避雷针效高度高度避雷针保护范围半径(m)公式计算：
≥时：
(41)
<时：
(42)
式中 ——高度校验系数
≤30m时130m<≤120m时实际设计中＞30m取098
公式4142图表示图41避雷针顶尖作斜线斜线旋转成锥体构成≥时保护范围面距离避雷针15处避雷针075高处作连线连线旋转成锥体构成<时保护范围
图41 单根避雷针保护范围
(2) 工程采两支支(等高等高)避雷针扩保护范围
①等高避雷针联合保护范围两针保护范围避雷针外侧保护范围样公式4142确定击两针间单针保护范围边缘外侧雷相邻避雷针吸引击两针间保护范围加图42
保护底点高度(0点高度)：
(43)
②避雷针保护宽度
交流电气装置电压保护绝缘配合(DLT621—1997)中两等高避雷针间保护范围侧宽度关系)确定＞时取求图43绘出两针间保护范围两针间距离针高宜5
图42 两根等高避雷针保护范围
图43 两等高避雷针间保护范围侧宽度关系
413 避雷器概述求
(1) 避雷器限制线路传雷电电压操作引起部电压种电器设备避雷器种放电器联连接保护设备附作电压超避雷器放电电压时避雷器先放电限制电压发展保护电器设备免遭击穿损坏目前避雷器四种类型：保护间隙式避雷器排气式避雷器阀型避雷器氧化锌避雷器
(2) 避雷器够达预期保护效果必须满足基求：
①具良伏秒特性易实现合理绝缘配合
②应较强绝缘强度恢复力利快速切断工频续流电力系统继续运行
42 直击雷保护原
421 避雷针装设原接装置求
(1) 独立避雷针宜设独立接装置非高土壤电阻率区工频接电阻宜超10困难时该接装置接网连接两者接电阻降低防止接网反击35kV设备求避雷针接网接点35kV设备接网连接点接体长度15m15m长度般接体传播雷电电压衰减35kV设备危险程度
独立避雷针应设通行方避雷针接装置道路出入口等距离宜3m否应采取均压措施铺设砾石沥青面
(2) 电压110kV配电装置般避雷针装配电装置架构屋顶土壤电阻率1000区宜装设独立避雷针否应通验算采取降低接电阻加强绝缘等措施防止造成反击事
63kV配电装置允许避雷针装配电装置架构房顶土壤电阻率500区宜装设独立避雷针
35kV高压配电装置架构房顶宜装设避雷针绝缘水低雷击时易引起反击
装架构避雷针应接网连接应附装设集中接装置装避雷针架构接部分带电部分间空气中距离绝缘子串长度空气污秽区困难空气中距离非污秽区标准绝缘子串长度确定
避雷针接网连接点变压器接线接网连接点接体长度15m
变压器门型架构应装设避雷针避雷线门型架构距变压器较装设避雷针架构集中接装置距变压器金属外壳接点中距离难达15m求
422 直击雷保护装置布置
综述结合该变电站实际情况设置4根避雷针变电站110kV出线构架装设2根25m高避雷针#3#4变电站南部两角落中分离墙边缘1m方装设2根25m高避雷针#1#2作全站防直击雷保护装置(图11示)铺设良接网避雷针#3#4装设直径8m圆形接网接电阻5#1#2号避雷针布置集中接极接网相连独立接网接电网中距离保证3m
电器设备接引分支线采40×4mm2扁钢接网连接单支柱电器设备采根引线双支柱电器设备采两根引线相互焊接A型架龙门架采两根引线变压器基础站变压器基础断路器基础电力电容器基础采两根引线
43 雷电侵入波保护原
431 雷电保护措施
变电站配电装置侵入雷电波电压保护采氧化锌避雷器氧化锌避雷器相配合进线保护段等保护措施
110kV35kV配电装置电器设备绝缘氧化锌避雷器雷电击10kA基准配合系数取1410kV配电装置电器设备绝缘氧化锌避雷器雷电击5kA基准进行配合
进线保护段作利阻抗限制雷电流幅值利电晕衰耗降低雷电波陡度通进线段避雷器作超绝缘配合求数值
432 变压器防雷保护
变压器变电站重电器设备绝缘较薄弱必须变压器装设防雷保护
(1) 三绕组变压器正常运行时时会出现高中压绕组工作低压绕组开路运行情况时万高中压绕组雷电波入侵通绕组间静电电磁耦合低压侧出现电压危变压器绝缘必须低压绕组相直接出口处加装氧化锌避雷器
(2) 中性点接消弧线圈接系统变压器全绝缘三相受雷电波入侵概率般变电站进线止条发生雷击时非雷击进线起分流作中性点般需保护中性点接系统变压器通常分级绝缘时需中性点装设氧化锌避雷器间隙保护
433 避雷器配置原
氧化锌避雷器安装位置组数应根电器设备雷电击绝缘水避雷器特性侵入波陡度结合配电装置接线方式确定
避雷器电器设备允许距离雷电季节常运行进线路数关进线数越允许距离相应增
断路器隔离开关耦合电容器等电器绝缘水变压器高避雷器设备允许距离增
述允许距离应种长期运行方式符合求般考虑事检修短时运行方式
44 设计防雷保护方案
变电该区重电力枢纽旦发生雷击事造成该区面积停电站重设备变压器等半恢复绝缘部绝缘果发生闪络会损坏设备电站带较损失该变电实际求完全耐雷样保证电站安全供电性满足
441 避雷设备选择
站较型110kV变电站110kV35kV10kV三电压等级电站东西长622米南北长675米面积较电力工程电气设计手册 电气次部分110kV变电站典型设计确定站防雷装置选择避雷针需全站雷电保护范围站装4等高避雷针避雷针高25m
442 避雷针位置布置
电力工程电气设计手册 电气次部分110kV变电站典型设计中110kV变电站防雷保护设计相关规定避雷针安装原确定变电站2根避雷针安装110kV出线构架外2根安装变电站南部两角落中分离墙边缘1m请参考图11
45 防雷保护配置范围计算
451 避雷针保护范围
首先确定需保护设备建筑高度：
110kV出线断面图知 110kV设备保护高度：(包括110kV构架取高度)35kV出线断面图知35kV设备高度：
变电站土建面积进行变电站电气总面布置根避雷针设置规变电站构架跨度保护站电器设备求站进行避雷针设置避雷针位置见变电站电气面布置图(图11)图知避雷针标：#1#2#3#4针高进行计算
(1) 单根避雷针保护范围：
①确定单根避雷针保护象保护物高度
图44中110kV出线断面图图45中35kV出线断面图：
避雷针：#1#2保护110kV设备
避雷针：#4#5保护35kV设备
图44 110kV出线断面图
图45 35kV出线断面图
②单根避雷针保护半径：
#1#2#3#4针均保护物高＜情况公式42计算单根避雷针保护半径中——高度影响系数＜30m取1单根避雷针保护范围 ：
避雷针#1#2：
避雷针#3#4：
(2) 两针联合保护范围：
①两针外侧保护范围应单支避雷针计算方法确定
②两针间保护范围应通参(图42两针顶点保护范围)中部边缘低点O圆弧确定圆弧半径O点假想避雷针顶点高度应式计算：
(43)
式中 ——两避雷针间距离 (m)
——两针间保护范围部边缘低点高度(m)
首先公式43算出两针间保护范围部边缘低点高度然通较保护物高度避雷针高度选择图43计算曲线然算出曲线确定值终计算出保护宽度然电力工程电气设计手册 电气次部分中两等高避雷针保护范围绘出两针间保护范围
避雷针 #1#2：
198m＞10m
2413
09
135m
避雷针 #3#4：
164m＞73m
3401
085
150m
避雷针 #2#4：
160m＞10m
4313
06
9m
避雷针 #1#3：
164m＞10m
402
062
93m
(3) 三支等高避雷针形成三角形外侧保护范围应分两支等高避雷针计算方法确定三角形保护物高度水面相邻避雷针间保护范围侧宽度时全部面积受保护
避雷针 #2#3：
146m＞10m
428
07
105
避雷针 #1#4：
133m＞10m
546
045
675m
452 保护范围计算结果
表41 避雷针联合保护范围表
联合保护针号
针高 (m)
两针距离D (m)
保护物(m)
保护宽度(m)
#1－#2
25
362
10
135
#1－#3
25
603
10
93
#1－#4
25
819
10
675
#2－#3
25
726
10
105
#2－#4
25
632
10
9
#3－#4
25
602
73
15
通计算知0高保护设备高度该变电站全站包保护范围前面确定避雷针位置高度位置全满足求
46 避雷器选择
根安装点电网额定电压选择氧化锌避雷器表42
表42 氧化锌避雷器参数表
安装
点
型号
额 定
电 压
效值
kV
持续运行电压
效值
kV
操作击(30~100μs)
10kA残压（峰值）kV
雷电击（820μs）
10kA残压（峰值）
kV
陡坡击（1μs）
10kA残压
（峰值）kV
110kV侧
Y10W100260
100
78
221
260
291
35kV侧
HY5WZ51134
51
408
114
134
154
10 kV侧
HY5W16545
165
136
45
568
383
参考文献
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结
设计题110kV变电站接网防雷设计长达两月努力指导老师胡胜指导规定时间完成次设计文讨分析变电站接防雷设计通查找网资源图书资料计算量该变电站数出结果根出结果该变电站4墙角附处4根25米高避雷针保证该变电站建筑物设备避雷针保护范围110kV侧安装Y10W100260氧化锌避雷器35kV侧安装HY5WZ51134氧化锌避雷器10kV侧安装HY5W16545氧化锌避雷器确保线路防雷水接方面该变电站接网采水接体垂直接体组成复合接网确保设备良接选择合适接材料满足接电阻跨步电压接电压求该变电站工接装置需进行降阻处理确保该变电站接安全节省投资建站费
时间知识限制导致次设计存错误处恳请位老师批评指正
致 谢
两月忙碌工作次毕业设计已接尾声作科生毕业设计知识验匮乏难免许考虑周全方果没导师督促指导起工作学支持想完成设计难想象里首先感谢导师胡胜老师胡老师日里工作繁做毕业设计阶段查阅资料设计草案确定修改中期检查期详细设计装配草图等整程中予悉心指导设计较复杂烦琐胡老师然细心纠正中错误敬佩X老师专业水外治学严谨科学研究精神永远学榜样积极影响学工作次感谢学私帮助特软件方面帮助正利完成设计感谢母校——XX学XX分校母校提供优良学环境外感谢授课位老师教会专业知识说次谢谢谢谢家
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