变电站防雷系统

西华大学课程设计说明书

变电站的防雷保护课程设计

摘 要：随着经济的快速发展，企业生产和家庭用电对电能质量的要求越来越高，同

时使用电能的安全性的要求也在进一步提高。雷电一直是危害电力系统安全稳定运行的重要因素之一，如果变电站发生雷击事故，将造成大面积停电，给社会生产和人民生活带来不便，这就要求防雷措施必须十分可靠。文章对变电站防雷保护系统进行了研究，并提出了变电站防雷与接地措施。根据该变电站的基本情况，对该变电站的接地网防雷和保护进行设计，使该站的接地电压满足允许0值，跨步电压和接地电压不超过允许值，其接地电阻、接触电压和跨步电压都满足要求，选择合适的设备对雷入侵波引起的过电压进行保护，由变电站土建面积进行变电站电气总平面的布置，根据避雷针设置规则、变电站构架跨度及保护站内所有电器设备的要求，对站内进行避雷针设置构成防雷保护措施，使全站设备都处于防雷保护范围内。本文通过计算短路电流，从结论中选择合适接地材料，设置接地网，达到防雷保护变电站的全范围目的。

关键词：电力线路 ，变电站 ，防雷措施。

Abstract: With the rapid economic development, production and household electricity requirements of power quality are getting higher and higher use of electricity,at 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, 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, so that the whole station equipment in the lightning protection within. By calculating short-circuit 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 ， substation ，lightning protection measure

西华大学课程设计说明书

目录

1 前言 ................................................................................................................................................................................ 1 2 整体方案设计 ................................................................................................................................................................ 2 3 单元模块设计 ................................................................................................................................................................ 2

3.1短路电流计算 ..................................................................................................................................................... 2 3.1.1 短路电流计算需要进行以下基本假定 .................................................. 2 3.1.2 短路计算过程说明 ...................................................................................................................................... 3 3.1.3短路点的选择原则与确定 ............................................................................................................................. 3 3.1.4短路计算原理 ................................................................................................................................................. 3 3.1.5计算基准值 ..................................................................................................................................................... 4 3.1.6等效电路图 ..................................................................................................................................................... 4 3.1.7短路电流详细计算 ......................................................................................................................................... 4 3.1.8入地短路电流计算结果.................................................................................................................................. 6 4 防雷保护装置 ................................................................................................................................................................. 7

4.1防雷保护装置概述 ............................................................................................................................................. 7 4.1.1避雷针保护范围 ............................................................................................................................................. 7 4.1.2避雷器装置概述与要求.................................................................................................................................. 9 4.2直击雷的保护原则 ............................................................................................................................................... 10 4.2.1避雷针的装设原则及其接地装置的要求 .................................................................................................... 10 4.2.2直击雷保护装置的布置................................................................................................................................ 10 4.3雷电侵入波保护原则 ........................................................................................................................................... 11 4.3.1雷电保护原则 ............................................................................................................................................... 11 4.3.2变压器的防雷保护 ....................................................................................................................................... 11 4.3.3避雷器的配置原则 ....................................................................................................................................... 11 4.4本设计的防雷保护方案 ....................................................................................................................................... 12 4.4.1避雷器设备原则 ........................................................................................................................................... 12 4.4.2避雷针位置布置 ........................................................................................................................................... 12 4.5防雷保护配置与范围计算 ................................................................................................................................... 12 4.5.1避雷针的保护范围 ....................................................................................................................................... 12 4.5.2保护范围计算结果 ....................................................................................................................................... 15 4.6避雷器的选择 ....................................................................................................................................................... 16 5 结论 .............................................................................................................................................................................. 16 6参考文献 ....................................................................................................................................................................... 17

第 I 页

西华大学课程设计说明书

1 前言

据统计， 在我国高压输电线路运行的总跳闸事故中， 由雷击引起的跳闸事故占 40%~70%， 尤其在多雷、 土壤电阻率高、 地形复杂的地区， 雷击引起的跳闸率更高。 从国外 的 实 际 运 行 来 看，雷击仍然是输电线路安全可靠运行的主要危害， 电力系统事故中雷害事故一般占 50%以上， 例如：

瑞典因雷击引起的事故占所有事故的 51%； 日本50%以上的电力系统事故是由于雷击输电线路引起的； 国际大电网会议的统计资料表明： 美国、 加拿大等 12 个国家， 电压等级为 275~500 kV、 总长3.27 万公里的输电线路 ， 雷害事故占总事故的60%。 输电线路的电压等级越高， 遭受自然雷害的几率也随之增加。

雷电波沿着输电线路侵入变电站， 就会对变电站设备构成巨大威胁。 变电站是电力系统的枢纽，站内的变压器等主要电气设备的内绝缘大多没有恢复能力， 一旦雷击损坏， 有可能造成大面积停电，给生产和生活带来重大损失和影响。 目前世界范围内由于雷电波侵入变电站而引起开关设备闪络甚至爆炸的事件接连发生， 我国华南和华东地区的变电站及电厂也发生了数次由于雷击引起的开关闪络和爆炸事件。

因此， 如何切实有效地制定及改善输电线路和变电站的防雷措施， 已经成为确保电力系统安全、可靠、 稳定运行的重要工作之一。 到目前为止， 包括我国在内的世界各国已经在该领域开展了大量的研究工作， 研究成果成为科研设计单位和运行部门的重要参考资料。 笔者在参阅了大量文献资料的基础上， 综述和分析了目前国内外使用的常规防雷措施和一些新型防雷技术， 归纳并分析了各自的特点及局限性， 以期对输电线路和变电站的防雷设计提供参考。

第 1 页

西华大学课程设计说明书

2 整体方案设计

根据该变电站的基本情况，对该变电站的接地网防雷和保护进行设计。使该站的接地电压满足允许值，跨步电压和接地电压不超过允许值；使全站设备都处于防雷保护范围，并且选择合适的设备对雷入侵波引起的过电压进行保护。

根据当地天气和土壤情况对变电站的接地网和防雷布置设计，使得变电站全站都在防雷保护范围之内，使得其接地电阻、接触电压和跨步电压都满足要求。掌握设计的一般程序，综合运用所学的专业课程知识，对防雷接地方案作一些技术比较。通过这次设计，要对变电站接地网与防雷保护设计有更深的了解，同时培养在设计上独立的思考能力，为从事电气工程方面的工作打下良好的基础。

3 单元模块设计

该设计主要有断流电流部分，防雷保护装置

3.1短路电流计算

接地装置的设计中需要先进行短路计算，通过计算各个短路点的短路电流，然后经过比较选出短路电流的最大值，作为计算接地电阻最大允许值的短路电流，通过短路电流的最大值计算算出变压器中性点最大入地电流，再进行接地网设计的一系列的计算。

3.1.1短路电流计算需要进行以下基本假定

(1) 正常工作时，三相系统对称运行。 (2) 所有电源的电动势相位角相同。

(3) 系统中的同步和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导体集肤效应等影响；转子结构完全对称；定子三相绕组空间位置相差120度电气角度。

(4) 电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电器设备电抗值不随电流大小发生变化。

(5) 电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷接在高压母线上，50%负

第 2 页

西华大学课程设计说明书

荷接在系统侧。

(6) 同步电机都具有自动励磁调整装置(包括强行励磁)。 (7) 短路电流为最大瞬间值。

(8) 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。

(9) 除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计。

(10) 元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。 (11) 输电线路的电容略去不计。

3.1.2短路计算过程说明

接地网设计中，短路电流计算是其中一个重要环节，只要想进行短路计算得出最大入地电流，才能进行接地电阻允许值的计算。计算时一定要注意以下几点：

(1) 接线方式：计算短路电流时方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式，即最大运行方式。

(2) 短路种类：应为是要计算变压器中性点最大入地电流，因此考虑两相接地短路和单相短路。

3.1.3 短路点的选择原则与确定

短路计算点是指在正常接线方式时，通过电器设备的短路电流为最大的地点。所选的短路点一定要是各种短路类型是最严重的情况，应为只要这样才能得出变压器中性点的最大入地电流，算出后才能进行接地电阻允许值的计算。而且一般不止选择一个短路点，而是通常选择2～3个分别进行计算，然后将计算结果进行比较。在该系统中分别选择了110kV高压侧母线d1、35kV中压侧母线d2、10kV低压侧母线d3这三个点进行短路计算。

3.1.4短路计算原理

(1) 制定等值网络

①选取基准功率SB100MVA，基准电压VbVav；

②系统S1和S2正、负电抗用Xs1、Xs2,略去网络各元件的电阻和输电线路的电容和变压器的励磁支路；

③ 无限大功率电源的内电抗等于零； ④ 略去负荷。

第 3 页

西华大学课程设计说明书

(2) 制定序网图 (3) 进行网络化简

(4) 根据《电力系统分析》短路计算中两相短路和单相短路的计算公式分别计算其短路的正序、负序和零序的电流

3.1.5计算基准值

表2-1 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 100 115 0.502 37 1.56 10.5 5.5 SB(MVA) UB(kV) IB (kA) UB=Uav IbSB/3UB 3.1.6等值电路图

由前面的已知条件可以得出下面的等值电路图：

图2-1 系统等值网络图

3.1.7短路电流详细计算

(1) 110kV侧 d1点短路：

①两相接地短路：XjsXff(1)(Xff(2)//Xff(0))=0.1583

1正序电流：Id1= 6.316 Xsj第 4 页

西华大学课程设计说明书

零序电流：Id0Xff(2)Xff(2)Xff(0)13.915 Id该短路点短路电流的有名值：有名值=标幺值×基准值； 在d1点的电流基准值是：

IB100kA=0.502 kA 3115100=6.316×0.502=3.1706 kA 3115100=3.915×0.502=1.6021 kA 31151有名 =Id1IB=Id1IdId0有名 =Id0IB=Id0②单相短路：XjsXff(1)Xff(2)Xff(0)=0.29974

1正序电流：Id13.336 Xjs13.336 零序电流：Id0Id各短路电流的有名值：

1有名 =Id1IB=Id1Id100= 3.336×0.502=1.6747 kA 31151有名= 1.6747 kA Id0有名 =Id(2) 35kV侧 d2点短路：

①两相接地短路：XjsXff(1)(Xff(2)//Xff(0))=0.2886

12正序电流：Id=3.465

Xsj零序电流：Id0Xff(2)Xff(2)Xff(0)12.779 Id该短路点短路电流的有名值：有名值=标幺值×基准值； 在d2点的电流基准值是：

IB100kA=1.56 kA 337第 5 页

西华大学课程设计说明书

2有名 =Id2IB=Id2Id100=3.465×1.56=5.4054 kA 337100=2.779×1.56=4.3352 kA 3115Id0有名 =Id0IB=Id0②单相短路：XjsXff(1)Xff(2)Xff(0)=0.5413

2正序电流：Id11.847 Xjs21.847 零序电流：Id0Id各短路电流的有名值：

2有名 =Id2IB=Id2Id100=1.847×1.56 =2.881 kA 3372有名 =2.881 kA Id0有名 = Id(3) 10kV侧d3点短路：

①两相短路接地：XjsXff(1)Xff(2)=0.235+0.235

3正序电流：Id1=2.128 kA Xsj该短路点短路电流的有名值：有名值=标幺值×基准值； 在d3点的电流基准值是：

IB100kA=5.499 kA

310.5100 =2.128×5.499=11.70 kA

310.53有名 =Id3IB=Id3Id②单相短路：因为不存在零序输入阻抗，因此单相短路时不存在短路电流。

3.1.8入地短路电流计算结果

表2-2 短路计算结果

短路类型 短路点 d1 两相短路接地(kA) 单相短路(kA) 1Id有名 =3.171 Id0有名 =1.602 1Id有名 =1.675 Id0有名=1.675 第 6 页

西华大学课程设计说明书

有名d2 2Id3Id =5.405 Id0有名 =4.335 2Id有名 =1.847 Id0有名=2.881 d3 有名 =11.70 — — — 从表2-2中的计算结果可知35kV母线上发生两相接地短路时，短路电流具有最大值，因此将d2点两相接地短路时的短路零序电流作为接地装置接地电阻计算时的短路电流值。因为短路电流经过变压器中性点入地时将变为原来数值的三倍，所以Imax3I0，即入地短路电流：

Imax3I0=3×4.3352=13.01kA

4.防雷保护装置

4. 1 防雷保护装置概述

电力系统中最基本的防雷保护装置有：避雷针、避雷线、避雷器和防雷接地装置。直击雷保护装置是指能使被保护物体避免雷击，而引雷于本身，并顺利地泄入大地发装置，避雷针和避雷线可以防止雷电直接击中被保护物体，因此也称作直击雷保护。避雷器可以防止沿输电线侵入变电站的雷电过电压波，因此也称作侵入波保护；接地装置的作用是减少避雷针或避雷器与大地之间的电阻值，以达到降低雷电过电压幅值的目的。

根据设计要求，结合该变电站的实际情况，只选用避雷针、避雷器和防雷接地装置配合作为防直击雷保护装置，避雷线在此不作考虑。

4.1.1 避雷针的保护范围

装设避雷针应该使变电站的所有设备和构筑物处于保护范围内。避雷针的设计一般有以下两种类型：单支避雷针的保护和两针或多支避雷针的保护。

(1) 单根避雷针的保护范围如图4-1所示。设避雷针的高度为h(m)，被保护物体的高度为hx(m)，则避雷针的有效高度为hahhx，在hx高度上避雷针保护范围的半径rx(m)由以下公式计算：

当hx≥h时：

2rx(hhx)phap (4-1)

当hx2第 7 页

西华大学课程设计说明书

rx(1.5h2hx)p (4-2) 式中 p——高度校验系数；

当h≤30m时，p=1；当30mh公式4-1和4-2可由几何图表示图4-1。从避雷针顶尖向下作45斜线，此斜线旋转而成的锥体，构成bx≥h/2时的保护范围。从地平面距离避雷针1.5h处向避雷针0.75h高处作连线，此连线旋转成的锥体，构成hxhahhxh/245°0.75h1.5hhx水平面上保护范围的截面 rx

图4-1 单根避雷针的保护范围

(2) 工程上多采用两支以及多支(等高或不等高)避雷针以扩大保护范围。

①等高避雷针的联合保护范围要比两针各自保护范围的和要大。避雷针的外侧保护范围同样可以由公式4-1和4-2确定，而击于两针之间单针保护范围边缘外侧的雷，可能被相邻避雷针吸引而击于其上，从而使两针间保护范围加大，如图4-2所示。 保护最底点高度(0点的高度)：

h0hD (4-3) 7p②避雷针保护宽度bx。

按《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》(DL/T621—1997)中的两等高h避雷针间保护范围的一侧最小宽度bx与D/haP的关系)确定。当bx＞rx时，取bxrx。求得bx后，可按图4-3绘出两针间的保护范围。两针间距离与针高之比D/h不宜大于5。

第 8 页

西华大学课程设计说明书

R0D/7p1O2O-O'截面hahhxrxo'h0h/2h0bxhxDhx水平面上保护范围的距离bx1.5h1.5h0rxbx图4-2 两

根等高避雷针的保护范围

图4-3 两等高h避雷针间保护范围的一侧最小宽度bx与D/haP的关系

4.1.2 避雷器概述与要求

(1) 避雷器是用以限制由线路传来的雷电过电压或由操作引起的内部过电压的一种电器设备。避雷器是一种放电器，并联连接在被保护设备附近，当作用电压超过避雷器的放电电压时，避雷器即先放电，限制了过电压的发展，从而保护了其他电器设备免遭击穿损坏。目前使用的避雷器有以下四种类型：保护间隙式避雷器、排气式避雷器、阀型避雷器和氧化锌避雷器。

(2) 为使避雷器能够达到预期的保护效果，必须满足以下基本要求： ①具有良好的伏秒特性，以易于实现合理的绝缘配合。

第 9 页

西华大学课程设计说明书

②应有较强的绝缘强度自恢复能力，以利于快速切断工频续流，使电力系统得以继续运行。

4.2 直击雷的保护原则

4.2.1 避雷针的装设原则及其接地装置的要求

(1) 独立避雷针宜设独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区，其工频接地电阻不宜超过10。当有困难时，该接地装置可与主接地网连接，使两者的接地电阻都得到降低。但为了防止经过接地网反击35kV及以下的设备，要求避雷针与主接地网的地下接地点至35kV及以下的设备与主接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15m。经15m长度，一般能将接地体传播的雷电过电压衰减到对35kV及以下的设备不危险的程度。

独立避雷针不应设在人经通行的地方，避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜小于3m，否则应采取均压措施，或铺设砾石或沥青地面。

(2) 电压110kV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的架构或屋顶上，但在土壤电阻率大于1000m的地区，宜装设独立避雷针。否则，应通过验算，采取降低接地电阻或加强绝缘等措施，防止造成反击事故。

对于63kV的配电装置，允许将避雷针装在配电装置的架构或房顶上，但在土壤电阻率大于500m的地区，宜装设独立避雷针。

对于35kV及以下高压配电装置架构或房顶上不宜装设避雷针，因其绝缘水平很低，雷击时易引起反击。

装在架构上的避雷针应与接地网连接，并应在其附近装设集中接地装置。装有避雷针的架构上，接地部分与带电部分间的空气中距离不得小于绝缘子串的长度；但在空气污秽地区，如有困难，空气中距离可按非污秽区标准绝缘子串的长度确定。

避雷针与主接地网的地下连接点至变压器接地线与接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15m。

在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线。这是因为门型架构距变压器较近，装设避雷针后，架构的集中接地装置距变压器金属外壳接地点在地中距离很难达到不小于15m的要求。

4.2.2 直击雷保护装置的布置

综上所述，结合该变电站的实际情况共设置4根避雷针。在变电站110kV出线的构架上装设2根25m高的避雷针#3、#4；在变电站南部的两个角落中，分别离墙边缘1m的地方

第 10 页

西华大学课程设计说明书

装设2根25m高的避雷针#1、#2作为全站防直击雷的保护装置(如图1-1所示)。并铺设良好的接地网，避雷针#3、#4装设直径为8m的圆形接地网，接地电阻不大于5；在#1、#2号避雷针布置集中接地极并与主接地网相连，独立接地网和主接地电网在地中距离保证在3m以上。

电器设备接地引下分支线采用40×4mm2的扁钢与主接地网连接，单支柱电器设备采用一根引下线，双支柱电器设备采用两根引下线，相互焊接的A型架和龙门架采用两根引下线，主变压器基础、站用变压器基础、断路器基础，电力电容器基础采用两根引下线。

4.3 雷电侵入波保护原则

4.3.1 雷电保护措施

变电站配电装置对侵入雷电波的过电压保护是采用氧化锌避雷器及与氧化锌避雷器相配合的进线保护段等保护措施。

110kV及35kV的配电装置电器设备绝缘与氧化锌避雷器以雷电冲击10kA为基准，配合系数取不小于1.4；10kV的配电装置电器设备绝缘与氧化锌避雷器以雷电冲击5kA为基准进行配合。

进线保护段的作用，在于利用其阻抗来限制雷电流幅值和利用其电晕衰耗来降低雷电波陡度，并通过进线段上避雷器的作用，使之不超过绝缘配合所要求的数值。

4.3.2 变压器的防雷保护

变压器是变电站最重要的电器设备，但由于其绝缘较为薄弱，因而必须对变压器装设防雷保护。

(1) 三绕组变压器正常运行时，有时会出现只有高、中压绕组工作而低压绕组开路的运行情况，这时，万一高、中压绕组有雷电波入侵，由于通过绕组间的静电和电磁耦合，使其低压侧出现过电压而危及变压器的绝缘，因此，必须在低压绕组任一相直接出口处对地加装一个氧化锌避雷器。

(2) 对于中性点不接地或经消弧线圈接地的系统，变压器是全绝缘的，由于三相受雷电波入侵的概率很小，而且一般变电站的进线不止一条，当发生雷击时，非雷击进线起到分流作用，因而其中性点一般不需保护；对于中性点接地系统，变压器通常是分级绝缘的，此时需要在中性点上装设氧化锌避雷器或间隙保护。

4.3.3 避雷器的配置原则

第 11 页

西华大学课程设计说明书

氧化锌避雷器的安装位置和组数，应根据电器设备和雷电冲击绝缘水平和避雷器特性以及侵入波陡度，并结合配电装置的接线方式确定。

避雷器至电器设备的允许距离还与雷电季节经常运行的进线路数有关。进线数越多则允许距离可相应增大。

断路器、隔离开关、耦合电容器等电器绝缘水平比变压器为高。因此，避雷器至这些设备的最大允许距离可增大。

上述允许距离应在各种长期可能的运行方式下都符合要求，但一般不考虑事故或检修的短时运行方式。

4.4 本设计的防雷保护方案

本变电所是该地区重要的电力枢纽,一旦发生雷击事故,就将造成该地区的大面积停电。站内一些重要设备如变压器等,多半不是自恢复绝缘,其内部绝缘如果发生闪络,就会损坏设备从而给电站带来比较大的损失。因此，该变电所实际上是要求完全耐雷的，这样才能保证其电站的安全使得其供电可靠性的满足。

4.4.1 避雷设备选择

由于本站是一个较小型的110kV变电站，有110kV、35kV、10kV三个电压等级。电站东西长62.2米，南北长67.5米，面积比较小。据《电力工程电气设计手册 电气一次部分》和《110kV变电站典型设计》确定本站的防雷装置选择避雷针，因为需要全站都在雷电保护范围内，因此在站内按装4个等高避雷针，避雷针高25m。

4.4.2 避雷针位置布置

据《电力工程电气设计手册 电气一次部分》和《110kV变电站典型设计》中对于110kV变电站防雷保护设计相关规定和避雷针安装原则，可以确定本变电站将2根避雷针安装在110kV出线的构架上，另外2根安装在变电站南部的两个角落中，分别离所靠近墙边缘1m。请参考图1-1。

4.5 防雷保护配置和范围计算

4.5.1 避雷针保护范围

首先确定需要保护的设备及建筑的高度：

据110kV出线断面图可知 110kV设备保护高度：h110m(包括110kV构架取高度，下同)；据35kV出线断面图可知35kV设备高度：h27.3m。

由变电站土建面积进行变电站电气总平面的布置，根据避雷针设置规则、变电站构架

第 12 页

西华大学课程设计说明书

跨度及保护站内所有电器设备的要求，对站内进行避雷针设置，各避雷针位置见变电站电气平面布置图(图1-1)。由图可知将避雷针标为：#1、#2、#3、#4、针高都为H225m进行计算。

(1) 单根避雷针的保护范围：

①确定单根避雷针保护对象及被保护物高度hx

如图4-4中110kV出线断面图和图4-5中35kV出线断面图可得：

避雷针：#1、#2保护110kV设备，hx1hx210m； 避雷针：#4、#5保护35kV设备，hx3hx47.3m。

图4-4 110kV出线断面图

图4-5 35kV出线断面图

第 13 页

西华大学课程设计说明书

②单根避雷针的保护半径rx：

因为#1、#2、#3、#4针均为被保护物高hx＜

h情况，因此按公式4-2计算单根避雷针2的保护半径，其中p——高度影响系数，因为h＜30m，所以取p=1。单根避雷针保护范围 ：

）117.5m 避雷针#1、#2：rx1rx2(1.5h2hx1)p=(1.525210避雷针#3、#4：rx3rx4(1.5h2hx4)p=(1.52527.3）122.9m (2) 两针的联合保护范围：

①两针外侧的保护范围应按单支避雷针的计算方法确定；

②两针间的保护范围应按通过参照(图4-2两针顶点及保护范围)中上部边缘最低点O

，O点为假想避雷针的顶点，其高度应按下式计算： 的圆弧确定，圆弧的半径为R0 h0hD (4-3) 7p式中 D——两避雷针间的距离 (m)；

h0——两针间保护范围上部边缘最低点高度(m)；

首先按公式4-3算出两针间保护范围上部边缘最低点高度h0，然后通过比较别保护物高度

hx和避雷针高度h，选择图4-3计算曲线，然后再将算出的D/haP对照曲线确定bx/haP的值，从而最终计算出最小保护宽度bx。然后则可按《电力工程电气设计手册 电气一次部分》中两等高避雷针的保护范围绘出两针间的保护范围。

避雷针 #1、#2：h0hD/7P=2536.3/71=19.8m＞10m

D/haP=36.2/25101=2.413 bx/haP=0.9

bx1~2=13.5m

避雷针 #3、#4：h0hD/7P=2560.2/71=16.4m＞7.3m

D/haP=60.2/25101= 3.401 bx/haP=0.85

bx3~4 =15.0m

避雷针 #2、#4：

h0hD/7P=2563.2/71=16.0m＞10m

第 14 页

西华大学课程设计说明书

D/haP=63.2/25101=4.313 bx/haP=0.6

bx2~4=9m

避雷针 #1、#3：

h0hD/7P=2560.3/71=16.4m＞10m D/haP=60.3/25101= 4.02 bx/haP=0.62

bx1~3=9.3m

(3) 三支等高避雷针所形成的三角形的外侧保护范围应分别按两支等高避雷针的计算方法确定。如在三角形内被保护物最大高度hx水平面上，各相邻避雷针间保护范围的一侧最小宽度bx0时，则全部面积受到保护。

避雷针 #2、#3：

h0hD/7P=2572.6/71=14.6m＞10m

D/haP=72.6/25101=4.28 bx/haP=0.7

bx1~3=10.5

避雷针 #1、#4：

h0hD/7P=2560.3/71=13.3m＞10m

D/haP=60.3/25101=5.46 bx/haP=0.45

bx2~4=6.75m

4.5.2 保护范围计算结果

第 15 页

西华大学课程设计说明书

针高 两针距离D (m) 被保护物hx(m) 最小保护宽度bx(m) (m) 表4-1 避雷针联合保护范围表

联合保护针号 #1－#2 #1－#3 #1－#4 #2－#3 #2－#4 #3－#4 25 25 25 25 25 25 36.2 60.3 81.9 72.6 63.2 60.2 10 10 10 10 10 7.3 13.5 9.3 6.75 10.5 9 15 通过以上的计算可知bx都大于0，而且h0都高于所保护的设备高度。因此该变电站全站都在包保护范围内。所以前面所确定的避雷针的位置、高度、位置全都满足要求。

4.6 避雷器的选择

根据安装地点电网额定电压的不同，选择氧化锌避雷器如表4-2。

表4-2 氧化锌避雷器参数表

安装 地点 型号 额 定 电 压 有效值 kV 110kV侧 35kV侧 10 kV侧 Y10W-100/260 HY5WZ-51/134 HY5W-16.5/45 100 51 16.5 最大持续运行电压 有效值 kV 78 40.8 13.6 操作冲击(30~100μs) 10kA残压（峰值）kV 221 114 45 雷电冲击（8/20μs） 10kA残压（峰值） kV 260 134 56.8 陡坡冲击（1μs） 10kA残压 （峰值）kV 291 154 38.3

结语：本设计题为《110kV

变电站接地网与防雷的设计》，经过长时间的努力，在指导老

师同学的帮助下，我在规定的时间内完成了此次设计。本文讨论分析了变电站的接地与防雷的设计，我通过查找网上资源和图书资料，计算大量该变电站的数据得出结果，根据得出的结果在该变电站的4个墙角附近处4根25米高的避雷针，保证该变电站的所有建筑物和设备都在避雷针的保护范围之内，在110kV侧安装Y10W-100/260氧化锌避雷器，35kV侧

第 16 页

西华大学课程设计说明书

安装HY5WZ-51/134氧化锌避雷器，10kV侧安装HY5W-16.5/45氧化锌避雷器，确保线路上的防雷水平。对于接地方面，对该变电站主接地网采用水平接地体和垂直接地体组成的复合接地网，确保所有设备能良好地接地，并且选择了合适的接地材料，满足接地电阻，跨步电压和接地电压的要求，故该变电站的人工接地装置不需要进行降阻处理，确保该变电站的接地安全又节省投资建站的费用。

由于时间和自己知识的限制，导致此次设计存在错误之处，恳请老师批评指正。

参考资料

[1]《供电技术》第4版，西安理工大学，2011 [2]《电力系统分析》第3版，华中科技大学，2002 [3]《电气工程基础》第1版，武汉理工大学出版社，2001. [4]《电力系统专题》，华北电力大学出版社，2002．

[5]《电气系统专业毕业设计指南》中国水利水电出版社，2003.

第 17 页