雷电冲击电流作用下地面电位升高及其反击的研究

摘要

随着现代电力系统的发展，大规模、高精度集成模块制成的微电子已经广泛应用于电力系统的控制、保护、信号、通信、监控等设备上，这大大提升了电力系统自动控制水平。它使得电力系统能更快速可靠的工作，诊断，操控。但是相对其应用程度的广泛来说，对这些高精度的设备元件的保护研究并没有得到足够的重视。当变电站遭遇雷击时，除了直接雷对变电站会造成危害，间接雷击也会通过电磁耦合、沿线路入侵和地反击等方式威胁二次低压设备。常规电磁保护的装置单元多为单元件的电阻、电感和电容等，耐热容量大，对尖峰脉冲的耐受能力也比较强，所以能承受高能的雷电暂态冲击，但对于高精度低电压的电子元件来说，就可能遭受雷击损坏。怎样才能使这些微电子设备在恶劣的雷电环境下正常运行，是亟待解决的问题。
　　地电位反击是一种极易对二次低压设备造成损坏的间接雷电灾害。雷电反击就是在交流地、直流地、防雷地、静电地等，按照国家相关标准做单独接地的时候，又没有达到一个有效的安全距离，当雷电流流经这些接地体的时候从另外的接地体回流至设备，从而损坏设备。当接地装置泄放雷电流时，由于其高频特性，接地网呈现明显的电感效应，在其上将产生瞬时高电位并且在地网不同点之间产生电位差。连接在接地装置上的设备外壳和各类接地线上的电位与接地网的电位等幅升高。从外界引入设备的各种电线，如电源线、通信线以及数据采集线和控制线等将受到外壳的高电位的反击。在地网不同位置接地的设备之间也由于存在较大电位差而有发生反击的危险。对电位反击的防护是防雷的主要任务之一。本文主要研究了雷电冲击电流作用下地面电位分布及其反击，通过EMTP-ATP、Matlab软件的建模仿真分析和电厂实地电位试验来验证高频冲击电流作用下发生地电位反击的可能性并提出相应防治措施。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 本课题研究的意义

1．2 国内外研究现状及动态

1．2．1 接地网电位分布测量方法和发展及现状

1．2．2 接地网参数数值计算的发展及运行现状

1．2．3 地电位反击研究的基本方法

1．3 本课题完成的主要工作

2 地电位反击

2．1 雷电地电位反击产生的原理

2．1．1 雷电流入地后，地电位升高的简化推导过程

2．2 地电位反击的定义

2．3 地电位反击的实例

2．3．1 贵州民航高位水塔自控系统地网反击事故

2．3．2 南方电网天生桥超高压局通信机房雷电反击事故

2．3．3 东北警犬基地遭受雷击事故

2．3．4 火电厂一次风机反击事故

2．4 地电位反击的具体种类起成因

2．4．1 由于地面位分布不均造成的反击

2．4．2 独立避雷针塔的旁侧闪击

2．4．3 独立地网问的反击或主地网对相邻接地体和地下金属物的反击

2．4．4 地电位升高反击远地进线

2．4．5 法拉第笼的反击

3 雷电冲击电压引起的地电位反击的电磁暂态仿真(ATP—EMTP)

3．1 ATP软件的介绍

3．2 火花放电效应的接地体原理分析

3．3 单根接地线的电路模型

3．4 2根接地线的电路模型

3．5 参数选择与仿真电路

3．5．1 雷电流源的参数

3．5．2 接地网等值AIP仿真电路

4 攀钢电动鼓风站地电位分布及反击实验

4．1 试验线路布置方法

4．1．1 地中电位分布

4．1．2 分布电位的测量

4．1．3 跨步电压及冲击电位的计算方法

4．1．4 变电站地网冲击电流作用下站内二次设备反击电压测试方法

4．2 试验注意事项

4．2．1 试验电压的选择

4．2．2 测量回路的布置

4．2．3 电流极和电压极的选择

4．2．4 冲击电流的注入点的选择

4．2．5 试验的安全

4．2．6 接地阻抗测试干扰的消除

4．3 测量结果

5 地电位分布不均情况下旁侧闪击和地网间反击的防护措施

5．1 安全距离

5．2 满足各系统接地功能要求的能力

5．3 共用接地工程常见问题及解决方法

6 等电位连接

6．1 等电位连接的意义

6．2 等电位连接的方式

4 小结

5 总结及展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢