铜川110KV马坊变电站二次系统雷电过电压防护技术方案

武汉华通电力科技有限公司陕西铜川110kV马坊变电站二次系统雷电过电压防护技术方案地址：武汉东湖开发区庙山小区武汉大学科技园创业楼电话：[phone]传真：[phone]陕西铜川供电公司110kV马坊变电站二次系统雷电过电压防护技术方案武汉华通电力科技有限公司2010年11月武汉华通电力科技有限公司陕西铜川110kV马坊变电站二次系统雷电过电压防护技术方案地址：武汉东湖开发区庙山小区武汉大学科技园创业楼电话：[phone]传真：[phone]-目录一、前言......................................................3二、雷电过电压的形成及危害.......................................42.1雷电的产生.................................................42.2雷电参数...................................................42.3雷击种类...................................................52.4我国雷暴活动的特征..........................................62.5雷击的主要途径（图一）......................................6三、雷电防护应采取措施和方法....................................8四、变电站过电压防护要求........................................10五、马坊110KV变电站低压二次系统防护设计方案...................11武汉华通电力科技有限公司陕西铜川110kV马坊变电站二次系统雷电过电压防护技术方案地址：武汉东湖开发区庙山小区武汉大学科技园创业楼电话：[phone]传真：[phone]-一、前言随着人类社会电子化进程的加快，雷击事故造成的危害越来越多，造成的损失也越来越惨重。我国由于经济上比较落后，电子化程度不高，长期以来，对雷电的防护仅仅停留在外部防雷阶段，相对地，国内对防雷的研究也只限于建筑物防雷的范围。国家对建筑物防雷要求较为严格，制定了强制性的规范来确保人民生命与财产的安全。由于有关方面对雷电的认识水平较低，也未能很好地研究并加以宣传雷击灾害的原因与严重程度，以至于很多人对防雷的认识是仅仅一根避雷针就可以解决问题了。其实，由于大量电力、通信线路、控制线路的架设，雷击入侵的渠道也在增加。除了直接雷击在建筑物、线路或设备上造成损失之外，雷击损害电子设备的主要途径是通过静电感应和电磁感应感应在线路上产生的高电压。在日常运行中，电子设备常常被雷电击坏，尤其是采用先进电子设备比较集中的部门，也是设备损坏较为严重的部门。近几年来，各行各业先进电子设备遭受雷击现象愈来愈普遍，已引起国家相关部门的高度重视。我国变电站保护方法主要沿用前苏联规范设置，主要由三个子系统即三道防线组成。第一道防线主要作用是防止雷电直击变电站电力设备。第二道防线为进线保护段，雷击进线保护段首段及以外时，绝大部分雷电流被引入地中，只有很小部分雷电流沿架空线路导线侵入变电站。雷电流沿架空线路导线传播时，受冲积电晕和大地效应影响二衰减，能降到变电站电气装置绝缘强度的允许值。第三道防线主要是采用金属氧化锌防雷器，将侵入变电站的雷电波降低到电气装置绝缘强度的允许值以内。但近几年来，大量的微机保护等在变电站保护、远动、通讯的升级中使用，大规模集成电路的耐过电压水平比原来的晶体管电路脆弱了许多，晶体管设备的耐压水平可达到500～1000V，而大规模集成电路的耐压水平不到100V。所以在对变电站的保护、远动、通讯等弱电设备进行升级换代时一定要考虑设备的防过电压措施。如果二次系统的防雷设施不完善，极易由于一次系统对二次系统的雷电反击造成变电站二次控制部分瘫痪而发生变电站毁灭性的事故。武汉华通电力科技有限公司陕西铜川110kV马坊变电站二次系统雷电过电压防护技术方案地址：武汉东湖开发区庙山小区武汉大学科技园创业楼电话：[phone]传真：[phone]-二、雷电过电压的形成及危害2.1雷电的产生雷电是一种自然现象，其物理成因仍处于探索阶段，比较流行的观点是起电学说。根据这种学说，雷电源于异性电荷群体间的起电机制。这里所说的电荷群体既可以是带大量正、负极性电荷的雷云，也可以是附有大量感应电荷的大地或物体表面。我们知道，异性电荷群体间存在着电场，当电荷量增大或电荷间距缩小时，电场强度将增大，若场强增大到超过空气的击穿场强（一般为500-600kv/m）后，就会发生大气放电现象，伴随着强烈的光和声音，这便是人们常说的电闪雷鸣。2.2雷电参数（1）雷电流波形雷电流是一个非周期的微秒级（μs）瞬态电流，常用“波头时间/波长时间”来表示。波头时间是指雷电波从始点到峰值的时间，波长时间是指从始点经过波峰下降到半峰值的时间。必须注意的是，雷电流在导线上传输后，由于受到传播特性的影响，其波头时间和波长时间都将变长。在IEC标准、国际及原邮电部通信电源入网检测细则中，规定的模仿雷电波形有10/350μs电流波、8/20μs电流波、1.2/50μs电压波或10/700μs电压波等。这里的10/350μs电流波，是指波头时间为10μs、波长时间为350μs的冲击电流波；余下类同。（2）雷电流峰值雷电流峰值的单位为kA（千安），其数值一般以统计概率形式给出。若以P（i）表示雷电流超过i的概率，则有：p(i)=e-bib为统计常数，在我国大部分地区b=0.021ka-1，在西北、内蒙古、西藏及东北边境等少雷武汉华通电力科技有限公司陕西铜川110kV马坊变电站二次系统雷电过电压防护技术方案地址：武汉东湖开发区庙山小区武汉大学科技园创业楼电话：[phone]传真：[phone]-地区，可取b=0.042ka-1。下表给出了我国雷电流概率，易知[1-P（i）]即表示雷电流不大i的概率。我国雷电流峰值概率表（b=0.021ka-1）I(ka)102050100150200P(i)(%)81.165.735.012.24.31.51-p(i)18.934.365.087.895.798.5（3）雷电流上升陡度（di/dt）max（4）年雷暴日数和年雷暴时数雷暴日数是一个气象统计数，它规定为若24小时内凭听觉听到一次以上的雷声就叫做一个雷暴日。某地区在一年中所记录到的雷暴日数就作为该地区的年雷暴日数。年雷暴时数的概念与年雷暴日数类似，它更能反映某地区落雷的频度。年雷暴日数和年雷暴时数是衡量雷害程度的主要参数，一般在当地的气象部门保存有记录数据。2.3雷击种类我国的雷击种类主要有直击雷、球雷、感应雷和雷电侵入波四种。直击雷是雷电与地面、树木、铁塔或其它建筑物等直接放电形成的，这种雷击的能量很大，雷击后一般会留下烧焦、坑洞，突出部分被削掉等痕迹。球雷是一种紫色或灰紫色的滚动雷，它能沿地面滚动或在空中飘动，能从门窗、烟囱等孔洞缝隙窜入室内，遇到人体或物体容易发生爆炸。感应雷是指感应过压。雷击于电线或电气设备附近时，由于静电和电磁感应将在电线或电气设备上形成过电压。没听到雷声，并不意味没有雷击。雷电侵入波是雷电发生时，雷电流经架空电线或空中金属管道等金属体产生冲击电压，冲击电压又随金属体的走向而迅速扩散，以致造成危害。武汉华通电力科技有限公司陕西铜川110kV马坊变电站二次系统雷电过电压防护技术方案地址：武汉东湖开发区庙山小区武汉大学科技园创业楼电话：[phone]传真：[phone]-危害设备的雷击，大部分是雷电侵入波或感应雷。若设备遭直击雷或球雷，安装在附近的其它电气设备一般也将被损坏，反之亦然。2.4我国雷暴活动的特征各国的雷电多发地区随各自的地貌、气象和地质条件而异。我国幅员辽阔，不同地区的雷电活动相差较大。陕西大部分地区属于山区地形，其平均年雷暴日为15-39日，陕西省铜川市平均雷暴日为19.7日，属于一个多雷区。2.5雷击的主要途径（图一）2.5.1变压器高压侧输电线路遭直击雷，雷电流经“变压器—380V供电线”，最后窜入计算机、电能表以及综合自动化等设备。2.5.2220/380V供电线路遭直击雷或感应雷，雷电流窜入计算机、电能表以及综合自动化等设备。2.5.3雷电流通过其它交、直流负载或线路窜入计算机、电能表以及综合自动化等设备。2.5.4传输线路遭受直击雷或感应雷，雷电流窜入远动化主机、电能表、计算机、测量单元以及载波机等设备。2.5.5地电位升高反击计算机、电能表以及综合自动化等设备。武汉华通电力科技有限公司陕西铜川110kV马坊变电站二次系统雷电过电压防护技术方案地址：武汉东湖开发区庙山小区武汉大学科技园创业楼电话：[phone]传真：[phone]-变压器综合自动化设备电能表计算机其它负载其它负载接地电阻说明：、变压器高压侧输电线路遭受直击雷，雷电流经“变压器供电线”，最后窜入计算机、电能表以及综合自动化等设备。2、220V/380V供电线路遭受直击雷或感应雷，雷电流窜入计算机、电能表以及综合自动化等设备。3、雷电流通过其它交、直流负载或电力、信号传输线路窜入计算机、电能表以及综合自动化等设备。4、地电位升高反击设备。雷击设备的主要途径（图一）2.6雷电放电的危害形式雷电是自然界中强大的脉冲放电过程，雷电侵入地面建筑物或设备造成灾害是多渠道的，一般来说，可以分成以下的几种形式：直接雷击：在雷暴活动区域内，雷云直接通过人体，建筑物或设备等对地放电所产生的电击现象，称之为直接雷击。此时雷电的主要破坏力在于电流特性而不在于放电产生的高电位，由此产生强大的雷电流转变成热能，而将物体损坏。感应雷击从雷云密布到发生闪电放电的整个过程中，雷电活动区几乎同时出现两种物理现象，这两种现象可能造成称之为感应雷击的危害形式。（1）静电感应：当雷云来临时，雷云底部分布大量的负电荷，它们将产生静电场。在雷云所覆盖的地表面和各种物体，尤其是导体上，将感生出大量与雷云底部电荷符号相反的电荷，这种静电感应作用随着与雷云正下方地面的距离的增大而迅速减小。（2）电磁感应：闪电电流在闪电通道周围的空间产生磁场，这种磁场将隨时间而变化，武汉华通电力科技有限公司陕西铜川110kV马坊变电站二次系统雷电过电压防护技术方案地址：武汉东湖开发区庙山小区武汉大学科技园创业楼电话：[phone]传真：[phone]-并在附近的各类金属导体上激发出感应电动势或感生电流。这种电磁感应作用随着与落雷点的距离的增大而较快的减少。电磁脉冲辐射闪电放电时，其电流是随时间而非均匀变化的，脉冲电流向外辐射电磁波，这种电磁脉冲辐射虽然随着距离的增大而减小，但却比较缓慢，闪电的电磁脉冲辐射通过空间以电磁波的形式耦合到对瞬间电磁脉冲极其敏感的现代电子设备上，造成设备的损坏。雷电过电压的侵入直接雷击或感应雷都可以使导线或金属管道产生过电压，这种过电压沿导线或金属管道从远处雷区或防雷区域外传来，侵入建筑物内部或设备内部，而使建筑物结构、设备内部损坏或人员伤亡。由于雷电过电压波沿导线或金属管道传播的距离远，扩散面大，所以雷电过电压造成的损失也比较严重，据统计，在电子设备造雷击的事故中，雷电过电压沿线路侵入设备造成的雷击事故，大约要占80%。反击在雷暴活动区域内，当雷电闪击到建筑物的接闪装置上时，尽管接闪装置的接地系统十分良好，其接地电阻也很小，但由于雷电流幅值大，波头陡度高，雷电流流过时也会使接地引下线和接地装置的电位骤升到上百千伏。如果建筑物的接地引下线与各种金属导线、管道或用电设备的工作地线间的绝缘距离未达到安全要求，则可能造成接地引下线与各种金属导线、管道或用电设备的工作地