摘要根据设计任务书的要求，本次设计为110kV变电所的防雷设计，变电所是电力系统中重要组成部分，而且变电所的电气部分要装设合理的避雷装置和接地装置，因此，它是防雷的重要保护对象。

如果变电所发生雷击事故，将造成大面积的停电，给人民生活和社会生产带来重大不便，还有可能给国家造成大经济损失，这就要求防雷措施必须十分可靠变电所的防雷设计应做到设备先进、保护动作灵敏、安全可靠、维护方便，在此前提下，力求经济合理的原则。

本次设计，主要对变电所的主要设备进行选择，重点设计变电所的防雷部分，包括变电所进线段保护、防直击雷、防感应雷以及变电所二次设备的防雷。

通过对各种避雷器的性能对比，结合变电所实际情况，确定变电所的避雷器的选择，并考虑变电所控制系统的防雷，提出防雷方案。

氧化锌避雷器以其优越的性能，越来越受到电力行业的关注。

本次设计，将结合氧化锌避雷器性能的优点，并结合变电所设计的情况，讨论氧化锌避雷器在变电所中的应用前景。

关键词：变电所避雷器防雷保护目录1 引言 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 课题研究的意义 (1)2 系统设计方案的研究 (2)2.1雷电对变电所的危害 (2)2.1.1雷的直击和绕击危害 (2)2.1.2雷电反击危害 (2)2.1.3 感应雷危害 (3)2.1.4雷电侵入波危害 (3)2.2变电所简介 (4)2.2.1变电所概述 (4)2.2.2变电所主要任务 (4)2.2.3变电所主接线 (4)2.3变电所防雷措施 (5)2.3.1变电所遭受雷击的来源 (5)2.3.2变电所防雷具体措施 (6)2.3.3变电所对直击雷防护 (6)2.3.4变电所对雷电侵入波的防护 (6)2.3.5变电站的进线防护 (7)2.3.6变压器的防护 (7)2.3.7变电所的防雷接地 (7)3 防雷保护装置 (7)3.1避雷针 (7)3.1.1避雷针原理 (7)3.1.2避雷针设置原则 (8)3.1.3避雷针保护范围的计算 (8)3.2避雷器 (14)3.2.1避雷器作用原理 (15)3.2.2氧化锌避雷器的研究与应用 (15)3.2.3氧化锌避雷器的特性 (15)3.2.4氧化锌避雷器的优势 (16)3.2.5氧化锌避雷器在变电所中的发展前景 (17)3.2.6氧化锌避雷器的安装要求 (17)3.3主控室及屋内配电装置对直击雷的防雷措施 (18)3.4防雷接地 (18)4 本设计的防雷方案 (19)4.1 电工装置的防雷设计 (19)4.1.1进线段保护 (19)4.1.2 直击雷的保护 (20)4.1.3雷电入侵波的保护 (21)4.1.4 变电所二次设备防雷保护 (23)4.2 接地装置 (24)4.2.1 接地网 (24)4.2.2接地线 (26)4.2.3防雷接地 (26)总结 (27)致谢 ..............................................................................................参考文献 (28)1 引言1.1 课题背景变电所是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成，它从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备。

随着电力技术高新化、复杂化的迅速发展，电力系统在从发电到供电的所有领域中，通过新技术的使用，都在不断的发生变化。

变电所作为电力系统中一个关键的环节也同样在新技术领域得到了充分的发展。

作为电能传输与控制的枢纽，变电所的防雷保护也越来越得到重视。

本次设计为110kV牵引变电所防雷设计，牵引变电所是指主要向牵引系统供电的变电所。

牵引变电所主要应用于工矿企业电气化运输、城市公共交通、市郊电气化铁路、煤矿井下平巷运输和地面工业广场运输，为运输机车提供可靠的供电电源。

1.2 课题研究的意义随着科学技术的发展，作为现代工业发展的基础和先行官—电力工业，也随之有了很大的发展。

电力需求的大大增加，促使电力技术和电力工业进一步向高电压，大机组，大电网的方向发展。

110kV变电所是电力配送的重要环节，也是电网建设的关键环节。

变电所设计质量的好坏，直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。

变电所是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。

雷电放电落于电气设备上时,如没有特殊保护,雷云放电能产生数百万伏的过电压电波,这种过电压足以使任何额定电压的设备发生绝缘闪络或击穿。

从而会使设备损坏，甚至危及人身安全，造成不可弥补的损失。

电力设备的造价普遍较高，而且建造工期较长，电力设备的损坏，不但会造成发电厂或变电所的巨大损失，更会影响到对用户的供电，造成更大面积、更严重的后果。

雷电一直是危害电力系统安全稳定运行的重要因素之一，如果变电所发生雷击事故，将造成大面积停电,给社会生产和人民生活带来不便，这就要求防雷措施必须十分可靠。

随着电力技术高新化、复杂化的迅速发展，电力系统在从发电到供电的所有领域中，通过新技术的使用，都在不断的发生变化。

变电所作为电力系统中一个关键的环节也同样在新技术领域得到了充分的发展。

而防雷保护作为变电所设计的一个重要环节，同样会有充分的发展空间。

众所周知，防雷的最有效办法就是架设避雷器。

目前氧化锌避雷器(MOA）在电力系统中作为过电压限制措施的应用越来越广泛，其雷电侵入波的保护能，尤其是对电气设备的保护距离，已成为变电所工程设计、施工和运行亟待解决的问题。

2 系统设计方案的研究2.1雷电对变电所的危害2.1.1雷的直击和绕击危害雷云单体浮在大地上空，其所带电荷拖着地表相反电荷犹如一个影子随风移动。

如果途经变电所的避雷针或地表其它突出物，地电荷会导致突出物顶端电场畸变集中。

闪电开始之前先是雷云底部的始发先导按间歇分级跃进方式向地表发展，当距地面50～100m时，由避雷针等地表突出物电场畸变集中的地方产生垂直向上的迎面先导。

两者相接，进入直击或绕击的主放电阶段。

通常当地面上突出物的高度为h，雷云正下方的平均电场强度大于和等于580h-0.7kV/m时，则该突出物将容易受到直击雷。

原因是高为h的避雷针可影响雷云单体向下的始发先导发展方向的半径，用公式表述为: R=16.3h0.61m 。

该式还表明，地表安装独立避雷针后，将会在其附近出现大量的散击，甚至对避雷针进行直击，对受避雷针保护范围内的物体进行绕击。

一次雷击主放电一般为几万安培到十几万安培。

瞬间高热和电动力，会造成混凝土杆炸裂，小截面金属熔化，引起火灾和大爆炸，金属导体连接部分断裂破损，建筑物倒坍，电气设备损坏。

2.1.2雷电反击危害直击雷电流通过地表突出物的电阻入地散流。

假如地电阻为10Ω，一个30kA的雷电流将会使地网电位上升至300kV。

如果受雷击变电所输电线路来自另一个不同地网的变电所，那么上升的地电位与输电线上的电位将形成巨大反差，导致与输电线路相连的电气设备的损坏。

不仅仅是输电线路、动力电缆，凡是引进变电所的金属管线都会引起雷电反击。

另一种雷电反击，对变电所的电子设备危害也不容忽视。

雷电流沿变电所的接地网散流，支线上的雷电流和各点电位差异很大。

连接在不同等电位地网上的电子设备。

如果其间有电信号联系，那么超过其容许承受能力的地电位差将导致设备损坏。

2.1.3 感应雷危害直击雷放电的能量通过电磁感应和静电感应方式向四周辐射，导致设备过电压放电，则为感应雷。

显然，感应雷危害是大面积的，是电子设备的克星。

有资料计算表明，当雷击电流为30kA斜角波，雷云高度为3公里，导线高度为10m，击中距末端匹配的500m长架空线路中点100m处地面时，线路上感应电压为150kV幅值的振荡波。

此波为电磁感应和静电感应共同作用的结果。

还有计算显示，一栋由工字钢架构且金属部分连接成法拉第笼的10层（60m×30m×100m，每层高10m）的建筑物，被-2.6/40us，100kA的雷击中楼顶，其各层楼面1m高处的感应电场垂直分量达数kV/m，随楼层降低感应电场强度趋向于均匀，但强度整体上无大的衰减。

事实上，在生产实践中，雷击的静电感应破坏力数倍于电磁感应。

静电感应还可用雷击的二次效应理论来解释。

带电雷云飘浮在地表上空，地表带上与雷云相反的等量电荷。

当雷击过后，雷击点地表变为电荷的相对空穴，周围高电荷区域内与地电位相对绝缘的导体上的电荷，将像受突然击发的水波一样冲向雷击点，导致设备打火，绝缘受损和电子设备失效。

特别注意的是电子设备的高阻抗输入回路，信号回路等引线较长，且直接连接的金属体积较大处，虽然已作电磁屏蔽（采用屏蔽电缆且屏蔽层两端接地）仍会遭受厄运。

2.1.4雷电侵入波危害远方落雷，通过直击或电磁感应和静电感应方式从高压输电线路、配电线路、低压电源线路、通信线、电缆线、金属管道等途径侵入变电所，由于管线相对较长，且存在着分布电感和电容，使雷电传播速度减慢，这样一种现象用波传输理论来说明的概念称作雷电波。

雷电波在传输过程中通过不同参数的连接线段或线路端点时，波阻抗发生变化会产生反射、折射，可导致波阻抗突变处的电压升高许多，加大了对设备的危害。

2.2变电所简介2.2.1变电所概述电力牵引的专用变电所。

牵引变电所把区域电力系统送来的电能，根据电力牵引对电流和电压的不同要求，转变为适用于电力牵引的电能，然后分别送到沿铁路线上空架设的接触网，为电力机车供电，或者送到地下铁道等城市交通所需的供电系统，为地铁电动车辆或电车供电。

一条电气化铁路沿线设有多个牵引变电所，相邻变电所间的距离约为40～50公里。

在长的电气化铁路中，为了把高压输电线分段以缩小故障范围,一般每隔200～250公里还设有支柱牵引变电所,它除了完成一般变电所的功能外，还把高压电网送来的电能，通过它的母线和输电线分配给其他中间变电所。

牵引变电所的主要电力设备是单机容量为10000千伏安以上的降压变压器,称主变压器或牵引变压器。

工矿和城市交通大多采用直流电力牵引，故直流牵引变电所里除降压变压器外，还有把交流电变成直流电的半导体整流器。

此外，各类牵引变电所中还有用来接通和开断电力电路的主断路器、为了检修和安全用的隔离开关，以及为了自动、远动控制和保护用的自动控制系统和断电保护系统。

2.2.2变电所主要任务将电能从电力系统传送给电力机车的电力装置的总称叫电气化铁路的供电系统，又称牵引供电系统，主要由牵引变电所和接触网两大部分组成。

牵引变电所将电力系统输电线路电压从110kV(或220kV)降到所需要的电压，经馈电线将电能送至接触网；接触网沿铁路上空架设，电力机车升弓后便可从其取得电能，用以牵引列车。