110KV变电站防雷接地技术
4 变电所防雷接地设计实例
4.1 变电所的规模
变电站的最高建筑物是门型框架，高度为20m，35KV与10.5KV母线架高度都为15m,变电装置屋高为8m。由于此35KV变电站，占地面积长50m，宽40m,变电站的最高点高度为20m，本防雷方案设计范围是针对主控室内的二次设备提供防雷保护，重点考虑二次设备的外部电源线路防雷、外部信号线路防雷、重要设备屏的防雷等几个方面。一次场地进入主控室的PT、CT线路，本方案暂不设计安装防雷产品。本防雷方案的防护措施对雷击过电压（感应雷击）及操作过电压都能有很好的防护作用。但不涉及建筑物外部防护措施方式。江西地势南高北低，地形复杂，全省雷暴日数分布由南向北逐渐减少。江西年平均雷暴日数为42.2～82.9天，最多雷暴日数出现在赣南的会昌，最少雷暴日数出现在赣北的鄱阳湖区北端湖口。江西历年中出现年雷暴日数≥100天的共有6个县，其中出现3年的有会昌和寻乌；出现1年的有龙南、定南和靖安。
4.2 变电所位置的自然条件
拟建的110KV变电所位于江西南昌大学附近根据江西省气象台气象信息，江西是雷电天气多发区，年平均落雷17万至20万个，每年发生雷电事故180至200起。据不完全统计，全省每年因雷击造成人员伤亡一百多人，损坏变压器、家电、通讯设备、网络设备上千台，并造成建筑物被毁、火灾事故以及部分地区停电、停水、信息网络瘫痪、通信中断，经济损失近亿元。赣南以丘陵为主，气候湿润温和，属亚热带季风气候，雨量充沛，四季分明。雷暴日多达65天，属于高雷区，做好电力二次设备的防雷工作刻不容缓。随着电力二次设备综合自动化改造的深入，雷电对二次设备的危害更加突出，已引起了相关领导的高度重视。根据周围环境的具体情况，变电所采用通过对赣州市供电公司110KV会昌、宁都变电站主控楼内各二次设备防雷现状的勘查，参照相关标准，本着“安全第一，预防为主”的原则，制定本方案。最热月平均温度27.9oC，最热月平均最高温度31.9oC，极端最高温度38.9oC，极端最低温度-9.4oC，最热月地下0.8m深处平均温度27.2oC，年平均雷电日数40日/年。土壤电阻率2×104Ω.cm，中等含水量，土壤热阻系数80oC.cm/W。
4.3 避雷针的设置及防雷保护校验
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
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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[14-15]。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4.1 110kV出线断面图
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图4.2 35kV出线断面图
②单根避雷针的保护半径rx：
h因为#1、#2、#3、#4针均为被保护物高hx＜情况，因此按公式4-2计算单
2根避雷针的保护半径，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 ：
避雷针#1、#2：rx1?rx2?(1.5h?2hx1)p=(1.5?25?2?10）?1?17.5m 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
?，O点为假想避雷针的顶点，其高度应按最低点O的圆弧确定，圆弧的半径为R0下式计算：
h0?h?D (4.1) 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。
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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/7P25?63.2/7?1==16.0m＞10m
D/haP63.2/?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
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bx?2~4?=6.75m
保护范围计算结果:
表4.1 避雷针联合保护范围表
联合保护针号 针高 (m) #1－#2 #1－#3 #1－#4 #2－#3 #2－#4 #3－#4 25 25 25 25 25 25 两针距离D (m) 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 被保护物hx(m) 最小保护宽度bx(m) 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。
4.4 接地装置的设置
该110KV变电站主变压器容量2500kV·A，电压为110/10.5kV，中性点不接地，经消弧线圈接地。最大运行方式下，低压母线三相短路电流为4.25kA，单相短路电流为10.8kA。低压侧主保护动作时限为0.7s。变电站范围为长为50m，宽为40m。
变电站电源进线为一回110KV架空线路，导线型号为LJ-95，3km长。电源变电站35KV母线最大运行方式下短路容量500MV·A，单相接地电容电流为15A。35kV出线继电保护动作时限为1.4s。功率因数要求不小于0.9。
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