110KV变电站防雷接地技术
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。
本文选110KV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110KV变电站的部分防雷接地的设计。分为四个大的章节来进行阐释；第一章节是绪论部分，介绍了本次课题的研究背景，国内外的发展状况，本次课题所能达到的目的和意义；第二章节介绍本次所设计的110KV变电站中雷击的危害，范围，分类，采取的措施等等，第三章节讲述了变电站在防雷中采取的接地装置，降低接地装置工频电阻的措施；第四章节讲述 变电所的规模，变电所位置的自然条件，避雷针的设置及防雷保护校验，接地装置的设置。最后进行总结，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。
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2 变电站的防雷保护
变电站遭受雷击的主要原因：
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[4]。
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
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
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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[4-6]。
(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。
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。
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。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。
2.2 变电站的侵入波保护
变电站对侵入波的防护的主要措施是在其进出线上装设阀型避雷器，避雷器装设在被保护物的引入端，其上端接在线路上，下端接地，一般安装在变电站母线上。阀型避雷器的基本元件为火花间隙和非线性电阻。目前，SFZ系列阀型避雷器，主要用来保护中等及大容量变电站的电气设备[6]。FS系列阀型避雷器，主要
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用来保护小容量的配电装置。
变电站中限制侵入波的主要设备是避雷器，它接在变电站的母线上，与被保护设备相并联，并使所有设备受到可靠保护。
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。
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。
2.3 变电站的进线段保护
要限制流经避雷器的雷电电流幅值和雷电波的波度，就必须对变电站进线实施保护。当线路上出现过电压时，将有行波导线向变电站运动，起幅值为线路绝缘的50%冲击闪络电压，线路的冲击耐压比变电站设备的冲击耐压要高很多。因此，在接近变电站的进出线上加装避雷线是防雷的主要措施[7-8]。如不架设避雷线，当遭受雷击时，势必会对线路造成破坏。变电站进线保护是在靠近变电站出线架1～2km线路上所采取的可靠的防雷保护措施，变电站进线保护具体措施视变电站的线
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路情况而定。
2.4 避雷针与避雷器的保护范围的计算
雷击只能通过拦截导引措施改变其入地路径。接闪器有避雷针、避雷线。小变电所大多采用独立避雷针，大变电所大多在变电所架构上采用避雷针或避雷线，或两者结合，对引流线和接地装置都有严格的要求。首先介绍相关方面的知识: 装设避雷针是直击雷防护的主要措施, 避雷针是保护电气设备、建筑物不受直接雷击的雷电接受器。它将雷吸引到自己的身上, 并安全导人地中, 从而保护了附近绝缘水平比它低的设备免遭雷击。变电站装设避雷针时, 应该使站内设备都处于避雷针保护范围之内。对于110KV及以上的变电站, 由于此类电压等级配电装置的绝缘水平较高, 可以将避雷针直接装设在配电装置的架构上, 因此, 雷击避雷针所产生的高电位不会造成电气设备的反击事故。
1.110KV变电站年预计雷击次数N
由于110KV变电站，占地面积长100m，宽40m,变电站的最高点高度为20m,当地年平均雷电日为80，故有：
N?kNgAe?0.024kTd1.3Ae
Ae?[LW?2(L?W)H(200?H)??H(200?H)]*10?6
?[50?40?2(50?40)20(200?20)?3.14?20(200?20)]?10?6
=0.124104
1.3k=1；Td=40；Td=401.3=360.97
故N=0.024×1×120.97×0.1241=0.8700次/a
即该变电站可能平均运行9年就要遭受一次雷击。 2. 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
[9-11]
。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 (2.1)
当hx 2 7