变电站防雷案例分析报告

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变电站防雷案例分析报告I摘要变电站是电力系统的枢纽,由雷击造成的事故会引发大面积停电。雷电是带电荷的雷云引起的放电现象,是过电压的一个重要产生原因。因此,在变电站设计和运行中必须保证其雷电防护措施的可靠性。本文首先分析了变电站防雷接地技术的背景和意义,阐述了变电站防雷的内容并进行综合性分析。其次,研究了变电站二次设备、弱电系统和运行中的防雷接地技术,概况了每种防雷技术的特点。文章最后总结了变电站防雷与接地技术方法。关键词:电力系统;变电站;防雷;接地III目录摘要.......................................................................................................................................I目录....................................................................................................................................III1提出问题..............................................................................................................................11.1课题的背景...............................................................................................................11.2感应雷对二次设备的影响.......................................................................................11.3二次设备接地的必要性...........................................................................................22分析成因..............................................................................................................................52.1雷电形成的过程分析...............................................................................................52.2雷电的主要特征分析...............................................................................................62.3弱电系统中雷电干扰...............................................................................................73变电站防雷的应用..............................................................................................................93.1电源防雷分析...........................................................................................................93.2信号防雷分析............................................................................................................93.3等位线分析..............................................................................................................104变电站防雷应用展望........................................................................................................115致谢.............................................................................................错误!未定义书签。参考文献...................................................................................................错误!未定义书签。11提出问题1.1课题的背景雷击对变电站的一次和二次设备均会产生较大的影响。对一次侧的主要影响表现在:引起线路过电压从而造成线路对地或相间闪络、损坏变压器及开关设备等。当变电站一次回路受到强电干扰或二次回路本身受到电磁干扰时,可通过传导、感应和辐射等途径引入到电子元件上,当干扰水平超过装置逻辑元件或逻辑回路允许的干扰水平时,将引起逻辑回路的不正常工作,而使整个装置误动或拒动;如果引入的干扰水平过高,甚至会造成半导体元件的损坏。当变电站遭受雷击时,雷电流经由避雷针、避雷器或避雷线的接地引下线流入地网。由于地网接地体阻抗,特别是感抗的作用,使得在雷电流下的地网电位分布变得极不均匀。同时由于地网接地体上的电流随时间的变化率(di/dt)很大,使得地网附近的二次回路上产生较高的感应电势。计算机和其它的二次设备对这种幅值高、变化快、持续时间短的暂态干扰极为敏感,常常会因为处在这种干扰之下而影响正常工作,甚至还会造成设备的损坏和其它事故的发生。雷击过电压分为直击雷过电压和感应雷过电压,直击雷是指雷电直接击中电气设备、线路或建筑物,引起强大的雷电流流过这些物体导致整个系统过电压;感应雷是指雷云对地放电过程中,放电通道周围空间的电磁场发生急剧变化,在附近导体上产生感应过电压。1.2感应雷对二次设备的影响感应雷虽然没有直击雷产生的影响猛烈,变电站二次系统发生的雷击事故绝大部分是由感应雷引起的。下面将介绍感应雷对变电站二次设备的影响。感应雷对二次设备的影响主要是指在雷云之间放电或雷云对地之间放电时,在附近的户外传输信号线路、埋地电缆线路、设备连接线上产生电磁感应并侵入设备,使串联在线路之间或线路末端的电子设备受到损坏。当雷云层与层之间以及雷云与大地之间放电时,在放电通道周围产生的电磁感应、雷电电磁脉冲的辐射以及雷云电场的静电感应,使建筑物上的金属部件、管道、钢筋和由室外进入室内的电源线、信号传输线、天线馈线等感应出雷电高电压,并通过这些线路以及进入室内的管道、电缆等引入室内造成电子设备损坏。感应雷的频谱很宽,从能量积累大多分布来看,大多集中在低频段。如10/700μs冲击波,总能量95%以上分布在3kHz频率以下;而1.2/50μs冲击波,大约总能量90%以上分布在18kHz频率以下。可见这类波形对工作在低频和直流状态的电子设备危害2极大。当集成电路任一个端口的能量达到10~6J左右时,芯片会遭到永久性破坏。1.3二次设备接地的必要性我国电力事业发展迅速,电力系统容量越来越大。随着继电保护技术和计算机技术的高速发展,系统中微机型继电保护已应用的极为广泛。从系统保护、线路保护到设备的元件保护,都已从模拟型和晶体管型更新换代为微机保护。微电子技术已成为电力继电保护和监控系统中的最重要的技术。计算机技术和网络技术在电力系统中的应用,大大提高了电力系统运行的安全性和可靠性,同时也提高了系统暂态稳定和动态稳定性。但是,由于变电站的二次电缆数目众多并且敷设得错综复杂,导致电力系统和设备一旦发生故障,其暂态过程和故障电气量的数值陡增,伴随着复杂的电磁振荡过程,微机系统由于自身工作电压低,在此环境中极易受到干扰。二次电缆和继电保护设备自身的接地和抗干扰性能变得极其重要。在实际生产中,不断有因二次系统接地方式不正确和干扰造成保护误动作或开关误跳,甚至造成保护及控制元件损坏的事故出现。电力系统中的二次系统是由各种二次设备和电缆组成的,几乎所有的电气量都是通过电缆引入二次设备的。这些电缆处于一次设备的高压电磁场中,工作条件极其复杂,同时还经受着系统故障时各种暂态环境和各种气候条件的考验。而作为二次系统的大脑,各种保护装置和信息处理系统,都是由计算机、通信设备等敏感的电子原器件构成,对各种诸如雷电过电压、电力系统操作过电压、静电放电、电磁辐射等干扰非常敏感。为了能使各设备免受干扰的影响,在发电厂和变电站中出于安全的考虑,都会布置一个范围覆盖全厂或全站的接地网,所有的一次、二次设备都要求与这个地网连接。地网敷设情况直接影响变电站各设备的运行,电力系统中发生的很多重大事故往往都和接地网的性能指标以及一、二次设备与地网的连接设计有关。综上,对于一次系统,可靠的接地有效降低了电力设备的绝缘水平,同时可以有效避免雷电的危害。对于二次系统,可靠正确的接地能够有效地降低干扰水平,保证继电保护装置的正常运行和信息畅通。对于操作运行人员,可靠的安全接地有效地减少了设备故障及系统故障时的不安全因素,保证人身安全。接地根据工作内容划分为以下几种:1.工作接地工作接地是为系统正常工作而设置的接地。如为了降低电力设备的绝缘水平,在及以上电力系统中采用中性点接地的运行方式,在两线一地的双极高压直流输电中也需将其中性点接地。除主设备的接地外,在微电子电路中,根据电路性质不同,还有各种不同的工作接地比如直流地、交流地、数字地、模拟地、信号地、功率地、电源地等。2.防雷接地3为了避免雷电的危害,避雷针、避雷线和避雷器等防雷设备都必须配以相应的接地装置以便将雷电流引入大地。3.安全接地为了保证人身的安全,将电气设备外壳设置的接地。任何接地极都存在着接地电阻,正因为如此,当有电流流过接地体时,在接地电阻上的压降将引起接地极电位的升高电流在地中扩散时,地面会出现电位梯度。52分析成因2.1雷电形成的过程分析1.雷电概述人们通过模拟地球原始大气在密室中进行放电的实验,结果由无机物合成了11种氨基酸。这些物质的出现,是生命起源的基础,因此,一些生命起源学说认为,是雷电孕育了地球上的生命。同理,地球上空有一层电离层,它是由正电的粒子组成,该电离层起着防止太阳和宇宙空间各种有杀害生命作用的射线进入地面,保护地球上的生命,如果没有这电离层,即使地球上本来已经有的生命,也会被来自太空的各种射线杀死。由于雷电不断补充电离层放电失去的电荷,保持电离层总电荷量大体平衡,使这层生命的保护屏障得以保存,使地球上的生命不致被宇宙射线灭绝。因此,可以说,是雷电促使地球成为文明的星球。2.雷云的形成不管是直击雷还是感应雷,都与带电的云层存在分不开,带电的云层称为雷云。有关雷云的假说很多,但至今尚未有一种被公认为无懈可击的完整学说,这里介绍其中被认为比较完整并经常被推荐的假说。根据大量科学测试可知,地球本身就是一个电容器,通常稳定地带了50万库仑左右的负电荷,而地球上空存在一个带正电的电离层,这两者之间便形成一个充电的电容器,它们之间的电压为300kV左右,并且场强为上正下负。当地面含水蒸汽的空气受到炙热的地面烘烤受热而上升,或者温暖的潮湿空气与冷空气相遇而被垫高都会产生向上的气流。这些含水蒸汽的气流上升时,温度逐渐下降形成雨滴、冰雹,水成物在地球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