110kV变电站的接地网与防雷设计

绪论

随着近年来电力行业的不断发展，电力系统的供电安全成为一个很重要的问题，然而变电站在电力系统中占有重要位置，故变电站的安全可靠运行的工作就显得十分重要。

变电站接地系统的合理性是直接关系到人身和设备安全的重要问题。随着电力系统规模的不断扩大，接地系统的设计也越来越复杂。变电站接地包含工作接地、保护接地、雷电保护接地。工作接地即为电力系统电气装置中，为运行需要所设的接地；保护接地即为电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等，由于绝缘损坏有可能带电，为防止其危及人身和设备的安全而设的接地；雷电保护接地即为为雷电保护装置向大地泄放雷电流而设的接地。变电站接地网安全除了对接地阻抗有要求外，还对地网的结构、使用寿命、跨步电位差、接触电位差、转移电位危害等提出了较高的要求。

雷电是影响变电站安全运行的重要因素，变电站发生雷击事故，将造成大面积的停电，严重影响社会生产和人民生活，因此变电所防雷措接地施必须十分可靠。变电站对直击雷的防护方法是装设避雷针，将变电站的进线杆塔和室外电气设备全部置于避雷针的保护范围之内。为了防止在避雷针上落雷时对被保护物产生“反击”过电压，避雷针与被保护物之间应保持一定的距离。变电站内安装使用着各种类型的高、低压变、配电设备，这些设备均直接和供电系统的线路相连，而线路上发生雷电过电压的机会较多，因此更要注意防雷。变电站中防雷的主要装置是避雷器，避雷器是一种防雷设备，它对保护电气设备、尤其是变压器起了很大的作用。一旦出现雷击过电压，避雷器就很快对地导通，将雷电流泄入大地；在雷电流通过后，又很快恢复对地不通状态。变电站进线段的防护变电站的进线段杆塔上装设一段避雷线，使感应过电压产生在规定的距离以外，侵入的冲击波沿导线走过这一段路程后，波幅值和陡度均将下降，使雷电流能限制在5kV，这对变电站的防雷保护有极大的好处。

对于本次设计，一方面汲取了指导老师的宝贵意见，一方面查阅了相关的文献，并经过自己学习、研究和大量的计算将其完整的做出，但限于设计者的专业水平有限，难免会出现错误和不足之处，热诚希望老师批评指正。

第一部分设计说明书

1 设计原始资料

1.1设计变电站的基本情况

1.1.1接地网与防雷保护设计的目的

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。使该站的接地电阻满足允许值，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内，并且选择合适的设备对雷入侵波引起的过电压进行保护。

1.1.2变电站规模

变电站性质：110kV变电站。

变电站土建面积：62.2×67.5m2（包括站区围墙）。

变压器：两台三绕组变压器

容量120MV A

连接组别YN，yn0，d11

出线规模：110kV出线4回，向北架空出线；

35kV出线6回，向东架空出线；

10kV出线通过电缆沟均由本所南侧出线。

1.1.3站区地理条件

土质表层为旱地黑黄沙土、土、石方，变电站站址以旱土和山地为主，只有极少部分低产田，根据地质物探结果并且考虑了季节系数，该站土壤电阻率取100m

。

1.1.4 系统的容量及阻抗值分别为

S＝100MV A

计算基准值:

n

U＝115、37、10.5kV

n

X=0.1758

系统零序阻抗:

s

10

X=1.6384

20

s

1.1.5短路电流计算接线图

图1.1短路电流计算接线图1.1.6 变电站电气平面布置总图

图1.2变电站电气平面布置总图

1.2设计要求

根据当地天气和土壤的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。通过此次设计，要对变电站接地网与防雷保护设计有更加深入的了解，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。

1.3设计基本内容

(1)最大入地短路电流的计算；

(2)接地网接地电阻、最大接触电压、最大跨步电压的计算，如果不满足规程要求必须采取降阻措施，直到满足要求；

(3)直击雷保护设计包括避雷针安装位置、避雷针高度、直击雷保护范围等。要求变电站内的所有设备和构筑物都在防雷保护范围内；

(4)对变电站配电装置侵入雷电波的过电压保护措施进行设计。

2 短路电流计算

2.1 短路电流计算的目的与假定

2.1.1 短路电流计算目的

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。

2.1.2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%[9]负荷接在高压母线上，50%负荷接在系统侧。

(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。

2.2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。