防雷保护
输电线路防雷保护
三、输电线路的防雷措施 1、3~10kV线路防雷保护 不架设避雷线，可利用水泥杆的自然接地，为提高供电可 靠性可投入自动重合闸。在雷电特别强烈地区可因地制宜 采用高一电压等级的绝缘子，或顶相用针式两边改用两片 悬式绝缘子，也用采用瓷横担，以提高线路的绝缘水平。 对特殊用户应用用环形供电或不同杆双回路供电，必要时 改为电缆供电。
二、不对称短路引起的工频电压升高 对于中性点不接地系统，当单相接地时， 对于中性点不接地系统，当单相接地时，健全相的 工频电压升高约为线电压的1.1 1.1倍 因此， 工频电压升高约为线电压的1.1倍，因此，在选择避 雷器时，灭弧电压取110%的线电压，称为110% 110%的线电压 110%避雷 雷器时，灭弧电压取110%的线电压，称为110%避雷 器 对中性点经消弧线圈接地系统在过补偿时， 对中性点经消弧线圈接地系统在过补偿时，单相接 地时健全相上电压接近线电压， 地时健全相上电压接近线电压，因此在选择避雷器 灭弧电压时， 100%的线电压 称为100% 的线电压， 100%避雷器 灭弧电压时，取100%的线电压，称为100%避雷器 对中性点直接接地系统单相故障接地时， 对中性点直接接地系统单相故障接地时，健全相电 压约为0.8倍线电压， 0.8倍线电压 压约为0.8倍线电压，对于该系统避雷器的最大灭弧 电压取为最大线电压的80% 称为80% 80%， 80%避雷器 电压取为最大线电压的80%，称为80%避雷器
3、变压器中性点保护 三相同时进波时，中性点不接地的变压器中性点电位可 能达到绕组端电压的2倍，所以中性点需保护。 110kV及上变压器中性点加装Y1W或Y1.5W系列的氧化 锌避雷器保护中性点绝缘。 4、配变变压器的防雷保护 三点共同接地：避雷器的接地引下线、配变外壳、低 压绕组的中性点连接在一起。 逆变换，解决方法：低压侧某一相装设一只避雷器
防雷保护的主要措施及适用场合
防雷保护的主要措施及适用场合：
防雷保护的主要措施包括：
1.安装避雷针：避雷针可以拦截闪电，将雷电流引入大地，从而起到保护作用。
2.安装避雷带和避雷网：这些设备可以拦截闪电，减少雷击的可能性。
3.接地：接地是防雷中最基础、最重要的一环，可以将直接雷击和雷电电磁干扰能量
的最有效手段之一排泄到大地。
4.均压：也称“均衡连接”或“等电位连接”。
5.分流：将雷电流分流到不同的路径，减少雷击的破坏力。
6.屏蔽：利用金属网、箔、壳或房间等把需要保护的对象包围起来，使雷电的电磁脉
冲被限制在一定的区域内。
7.隔离：把相互连接的金属物体分隔开，防止雷电电磁脉冲沿金属物体传导。
这些措施的适用场合包括但不限于：
1.建筑物防雷：在建筑物上安装避雷针、避雷带等设备，以及进行接地处理，可以保
护建筑物免受雷击的破坏。
2.电子设备防雷：对于电子设备，如计算机、通信设备等，可以通过接地、屏蔽、分
流等措施来防止雷电对其造成干扰和破坏。
3.电力设施防雷：电力设施如输电线路、变电所等，可以通过安装避雷器、加强绝缘
等措施来防止雷电对其造成破坏。
4.野外防雷：在野外活动时，如登山、露营等，需要注意避免站在高处、避免接触金
属物体等，以防止雷击造成的伤害。
1 输电线路的防雷保护
雷电波侵入变电所，破坏设备绝缘， 造成停电事故
3、输电线路的雷击事故
在我国跳闸率比较高的地区的高压线路由雷击引起的次数约
占40～70％，尤其是在多雷、土壤电阻率高、地形复杂的地 区，雷击事故率更高
在日本50％以上电力系统事故是由于雷击输电线路引起的，
雷击经常引起双回同时停电，20－30％的输电线路故障发生 在双回输电线路
第五章 电力系统防雷保护
电力系统的防雷保护包括了线路、变电所、发电厂等各个环节。
★ 输电线路的防雷保护 ★ 发电厂和变电所的防雷保护
★ 旋转电机的防雷保护
第一节 输电线路的防雷保护
输电线路耐雷性能的若干指标
线路雷害事故、发展过程及防护措施
线路耐雷性能的分析计算
一、输电线路耐雷性能的若干指标
有避雷线线路耐雷水平
★ 雷击挡距中央避雷线时的过电压 此情况为雷击于避雷线最严重的情况 雷击点电压的最大值为： i 1 al U A Z g atZ g Zg 4 4 4v A点与导线空气间隙绝缘上所 承受的最大电压为： al U AB U A (1 k ) Z g (1 k ) 4v 我国规定的一般挡距的线路，在挡距中央导线、地线的最 小空气距离为： d 0.012 l 1m 只要 d 满足上述要求，便可保证雷击于此位置时，线路不 会跳闸
感应过电压-电磁感应
♠ 在主放电过程中，伴随 着雷电流冲击波，在放 电通道周围空间出现甚 强的脉冲磁场，其中一 部分磁力线穿过导线－ 大地回路，产生感应电 势，这种过电压为感应 过电压的电磁分量 电磁分量较小，通常只考虑其静电分量
无避雷线时的感应雷过电压
Ihc U i 25 （1）d >65m时 d 可用I≤100kA进行估算。一般认为Ui≤300～400kV。
防雷设备保护
（3）氧化锌避雷器的电气参数
额定电压：
避雷器两端子间允许的最大工频电压的有效值 最大持续运行电压：
允许持续加在避雷器两端的最大工频电压的有效 值。取决于系统最大工作相电压
参考电压（起始动作电压U1mA)： 位于伏安特性曲线中由小电流区上升部分进入大 电流区平坦部分的转折处。
残压：
放电电流通过避雷器时，两端之间出现的电压峰
b) 火花间隙 电极由黄铜圆盘冲压而成，两电极间以云母垫圈隔 开形成间隙，间隙距离为0.5～1.0mm，单个间隙的工 频放电电压约为2.7～3.0kV(有效值)。
单个火花间隙结构 1—黄铜电极 2—云母垫圈
火花间隙作用原理：
间隙电场近似均匀电场,而过电压作用时云母垫圈
与电极之间的缝隙中产生电晕，对间隙产生照射作 用，使间隙的放电时间缩短，故其伏秒特性曲线平
本节内容：
2.2.1 避雷针防雷原理及保护范围 2.2.2 避雷线防雷原理及保护范围
2.2.3 避雷器工作原理及常用种类
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2.2.1 避雷针防雷原理及保护范围
1 避雷针防雷原理 避雷针是明显高出被保护物体的金属支柱，其针头 采用圆钢或钢管制成 作用是吸引雷电击于自身，并将雷电流迅速泄入大 地，从而使被保护物体免遭直接雷击。 避雷针需有足够截面的接地引下线和良好的接地装 置，以便将雷电流安全可靠地引入大地。
（1） 单支避雷针
单支避雷针的保护范围如下图所示
rx (h hx ) P
rx (1.5h 2hx ) P
h (hx ) 2
h (hx ) 2
P:高度影响系数
h 30m, P 1
单支避雷针的保护范围
5.5 30m h 120m, P h
国家规范中防雷保护范围变迁
《建筑防雷设计规范》GBJ57-83是我国第一版防雷规范, 根据原国家基本建设委员会[71]建革函字150号通知的要求，由原第一机械工业部主持，一机部第八设计院负责，会同西南工业建筑设计院、北京市建筑设计院、东北电力设计院、五机部第五设计院、一机部第一设计院（上述单位均为当时名称）于1972 年至 1974 年共同编制，由国家计划委员会以计标[1983]1659号通知批准颁发。
在这前后出现过多种防雷保护范围方法。
一、曲线法我国过去防雷保护范围沿用前苏联的做法,其中为电力系统防雷所用的是所谓曲线法。
根据这一方法，单支避雷针在一定的被保护物高度下的保护范围(半径)可以用下式表示:式( 1-1 )式中：r x—避雷针的保护半径；h—避雷针高度；h x—被保护物高度；h a=h-h x—避雷针的有效高度。
式( 1 )适用于h≤30米的避雷针。
当h＞30米时，式( 1-1 )的结果须乘以系数。
图1曲线法单支避雷针保护范围由公式可知，曲线法无论计算还是作图，都比较复杂繁琐；对于两支及多支避雷针的保护范围，则需要更复杂的计算，或者依靠复杂的曲线图表才能得出。
为了使计算和作图得以简化，前苏联提出了所谓折线法。
二、折线法折线法被引用于我国《民用建筑物防雷保护》（1962年版）中，图2折线法单支避雷针保护范围当≤2.67时，被保护物将位于下部的△COD和COD´中，此时避雷针的保护半径为：式（2-1）当≥2.67时，被保护物将位于上部的尖顶中，此时避雷针的保护范围较小：式（2-2）折线法虽然在某些方面要比曲线法简单一些，但仍有不少烦琐与不便之处，即使在前苏联，折线法也没有完全取代曲线法，从而形成两种防雷保护法方法长期并存的局面。
三、新折线法3.1 单支避雷针保护范围《建筑防雷设计规范》GBJ57-83部分采用了广西大学发配电教研组的研究成果，即新折线法。
图3新折线法单支避雷针保护范保护范围计算公式为：当≥时，式（2-1）当＜时，式（2-2）上面的结果应用于h≤30米的避雷针。
四、各类建筑物的防雷保护
第二节防雷保护措施第 4 页：四、各类建筑物的防雷保护四、各类建筑物的防雷保护1.第一类建筑物（1） 防直接雷措施① 装设独立避雷针，架空避雷线或避雷网，避雷网网络尺寸不应大于 5m ×5m 或 6m ×4m，其支柱或端部至少应设一条引下线。
② 当装设独立接闪器有困难时，可沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击部位敷设避雷针、避雷线、避雷网等。
这时，建筑物应装设均压环，环间垂直距离不应大于 12m，并采用环形接地体，每一引下线的冲击接地电阻不应大于 10Ω。
③ 当建筑物高度超过 35m 时，应采取侧击雷防护措施。
自 30m 起，每 6m 沿建筑物四周装设水平均压带，并与引下线连接；30m 及 30m 以上的金属门窗、栏杆等构件与防雷装置连接。
④ 对于排放爆炸危险气体、蒸气或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管等，如无管帽，接闪点及接闪器的保护范围外边线应在管口上方半径 5m 的半球之外；对易燃品储罐，避雷针与呼吸阀的水平距离不应小于 3m，储量 5000m3以上的储罐为5m，避雷针针尖高于呼吸阀不应小于 3m；如有管帽，接闪点及接闪器的保护范围应在表 5-15所限定的距离之外。
表 5-15 管口外保护范围的要求 单位：m⑤ 对于无燃爆危险的排放管，管帽或管口在接闪器保护范围内即可。
（2） 防静电感应雷措施① 建筑物内的金属设备、金属管道、金属构架、钢屋架、钢窗、电缆金属护套以及突出屋面的放散管、风管等金属物件应与防雷电感应的接地装置相连。
金属屋面或屋面结构钢筋上相邻引下线之间的距离不应大于 12m （第二类建筑物不应大于 18m）。
② 非金属屋面用明装避雷网保护，并予以接地。
③ 防雷电感应接地装置可以和其他接地装置共用，防雷电感应接地干线与接地装置的连接不得少于两处。
（3） 防电磁感应雷措施① 平行敷设的管道、构架、电缆相距不到 100mm 时，应用金属线跨接，跨接点之间的距离不应超过 30m；交叉相距不到 100mm 时，交叉处也应用金属线跨接。
防雷保护基本措施
防雷保护基本措施汇报人：日期:•雷电的产生与危害•防雷保护基本措施的重要性•防雷保护基本措施的分类与实施目录•防雷保护设备的选择与安装要求•防雷保护设备的维护与保养要求•防雷保护知识的普及与宣传教育目录01雷电的产生与危害云层中的水滴相互摩擦，产生静电感应，使云层上部分带正电荷，下部分带负电荷。
当电荷积累到一定程度时，就会产生放电现象。
当云层接近地面时，地面上的物体也会感应出电荷，形成电场。
当电场强度达到一定程度时，就会发生放电现象。
雷电的形成原理感应生电摩擦生电雷电直接击中建筑物、设备或人体，造成电击伤害和火灾等危险。
直接雷击雷电击中建筑物或设备后，产生的电磁脉冲会感应到附近的金属物体上，形成高电压和电流，造成设备损坏和人员伤亡。
感应雷击雷电击中建筑物或设备后，产生的电磁脉冲会沿着输电线路、通信线路等侵入室内，造成设备损坏和人员伤亡。
雷电波侵入雷电直接击中人体或通过感应作用造成人员伤亡。
雷电击中建筑物、设备等造成财产损失，包括设备损坏、房屋倒塌等。
雷电波侵入通信线路造成通信中断，影响正常工作和生活。
雷电击中交通设施造成交通中断，影响正常出行和运输。
人员伤亡财产损失通信中断交通中断02防雷保护基本措施的重要性直接雷击是指雷电直接作用在人体上，造成人员伤亡。
通过防雷保护措施，可以减少或避免人员受到直接雷击的风险。
直接雷击感应雷击是指雷电通过导体传输到人体，造成人员伤亡。
防雷保护措施可以减少或避免感应雷击的风险。
感应雷击减少人员伤亡降低财产损失雷电可能导致火灾，造成财产损失。
通过防雷保护措施，可以减少或避免火灾的发生，从而降低财产损失。
雷击破坏雷电可能导致建筑物、设备等财产的损坏，造成财产损失。
防雷保护措施可以减少或避免财产受到雷击破坏的风险。
雷电可能导致生产设备的损坏，影响生产安全。
通过防雷保护措施，可以减少或避免生产设备受到雷击破坏的风险，保障生产安全。
保障生产安全雷电可能导致家用电器、通信设备等受到损坏，影响生活安全。
第3讲 防雷保护
（1）避雷针 利用尖端放电原理， 利用尖端放电原理，使其保护范围内所 有电气设备或建筑物免遭直击雷的破坏， 有电气设备或建筑物免遭直击雷的破坏，主 要用于发电厂、变电站等电气设备及建（ 要用于发电厂、变电站等电气设备及建（构） 筑物的直接雷防护 。 避雷针是由接闪器（针尖）， ），接地引下 避雷针是由接闪器（针尖），接地引下 线和接地装置三部分组成。 线和接地装置三部分组成。 注意：避雷针是把雷招引过来而不是避 注意： 开！
防雷工作包括电气设备的防雷和建（ 防雷工作包括电气设备的防雷和建（构）筑物 的防雷两大内容： 的防雷两大内容： 电气设备的防雷主要包括发电厂、 电气设备的防雷主要包括发电厂、变配电所和 架空电力线路的防雷； 架空电力线路的防雷； 筑物的防雷则分工业和民间两大类， 建（构）筑物的防雷则分工业和民间两大类， 它们按危险程度和设施的重要性又可分成三种类型。 它们按危险程度和设施的重要性又可分成三种类型。 避雷针、避雷线、避雷网、避雷带及避雷器都 避雷针、避雷线、避雷网、 是经常采用的防雷装置。 是经常采用的防雷装置。一套完善的防雷装置包括 接闪器、引下线和接地装置。 接闪器、引下线和接地装置。
管型避雷器的主要缺点是： 管型避雷器的主要缺点是：伏秒特性较陡且放 电分散性较大， 电分散性较大，而一般变压器或其它电气设备绝缘 的冲击放电伏秒特性较平，二者不能很好地配合； 的冲击放电伏秒特性较平，二者不能很好地配合； 管型避雷器动作以后工作母线直接接地形成电压截 对变压器绝缘有损害；此外， 波，对变压器绝缘有损害；此外，管型避雷器放电 特性受到大气条件影响较大。因此，管型避雷器目 特性受到大气条件影响较大。因此， 前只适用于发电厂、 前只适用于发电厂、变电所的进线段保护以及输电 线路绝缘弱点的保护，如大跨距和交叉档距处。 线路绝缘弱点的保护，如大跨距和交叉档距处。 管型避雷器安装要求见教材
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1 避雷针的保护范围
变电站防雷保护
雷电过电压的幅值高达数十万伏甚至数百万伏，如果变电站不采取防护措施，电力设备的绝缘将会遭到破坏而发生雷击事故，从而造成大面积的停电，给社会生产和人民生活带来不便所以变电站必须采取可靠的防雷措施，装设避雷针避雷线和避雷带来防护直击雷，装设避雷器来限制侵入波过电压幅值，设置进线保护段以限制雷电流和侵入波陡度另外，各种防雷保护装置还要配备合适的接地装置以有效发挥其保护作用。
避雷针
110kV及以上变电站一般装设独立避雷针和构架避雷针来防护直击雷，有的还在主控楼楼顶装设避雷带或避雷网避雷针是接地的导电物，它的作用就是将雷吸引到自己身上并安全导入地中，基本组成部分是接闪器引下线和接地体避雷针的保护范围是指被保护物体在此空间范围内不致遭受雷击，由于雷电路径受很多偶然因素影响，因此保护范围是按照99.9%的保护概率（即屏蔽失效率或绕击率为0.1%）而定的它根据实验室雷电冲击放电模拟试验结果求出并已经多年实际运行经验校核。
变电站防雷保护图指的是直击雷保护范围图，由于避雷带和避雷网直接设在建筑物表面，已经构成了确定的平面保护范围，不需要再计算确定，所以我们
所说的防雷保护范围指的是避雷针的空间保护范围。
避雷针的保护范围
针保护范围确定方法有两种:折线圆锥体法和滚球法对于同一结构的避雷针，滚球法比折线圆锥体法核算的保护范围要小，各设计单位均采用折线圆锥法，故本文也按照折线圆锥法来绘制防雷保护图。
单支避雷针保护范围的确定
单支避雷针折线圆锥体法保护范围如图1 所示，为一个旋转的圆锥体设避雷针高度为h(m)，被保护物体的高度为h (m)，在h 高度上避雷针的保护范围的半径r 由下述公式确定：
两支等高避雷针保护范围的确定
工程上多采用两根或多根避雷针以扩大保护范
围 两支等高避雷针相距不太远时，由于两针的联合屏蔽作用，使两针中间部分的保护范围比单针时要大，避雷针外侧的保护范围与单根避雷针时相同，保护范围如图2 所示 两针间保护范围的上部边缘应按通过两针顶点及中间最低点 的圆弧确定。
O 点的高度0h 按0h =h-7D h p 计算，其中D （m ）为两针间的距离，系数P 与式（2-1） 中相同 两针间高度为x h 的水平面上的保护范围的截面最小宽度x b =1.5（0h -x h ）。
两支不等高避雷针保护范围的确定
当两支避雷针不等高时，两根避雷针外侧的保护范围仍按单针方法求出两针之间的保护范围可按如下方法（如图3 所示）确定：首先按单针作出高针2 号的保护范围，然后由低针1号的顶点作水平线与之交与Q，再设Q为一假想避雷针3 号的顶点，其与低针1 号等高，按两根等高避雷针的方法，求出 1 号 3 号之间的联合保护范围其最低点高度为：h =h D /7p，式中：h 较低避雷针的高度；D 较低避雷针与等效避雷针之间的距离。
多支避雷针保护范围的确定
由于发电厂或变电站的面积较大，实际上都采用多支避雷针保护方法。
多支避雷针成直线布置时，应区别等高或不等高两种情况，分别按双支等高或不等高避雷针的方法，两两组合确定其保护范围。
三支避雷针形成三角形布置时，应区别等高或不等高两种情况，其三角形内侧保护范围按相邻两支等高或不等高避雷针的方法确定；如果各相邻两支避雷针的最小保护宽度都满足0，则全部面积均受到保护（见图4）
四支及四支以上避雷针形成四角形或多角形
布置时，可先将其分成两个或几个三角形，然后按布置时，可先将其分成两个或几个三角形，然后按三支避雷针成三角形布置的情况，确定其保护范围；如果各边的最小保护宽度都满足0，则全部面积均受到保护（见图4）。
计算程序
为便于绘制防雷保护图，除了由已知的各避雷针和被保护设备的位置坐标和高度来确定各避雷针的保护半径水平面上保护范围的截面最小宽度两两避雷针间的距离和等效距离外，还需要确定水平面上P1 P2 的位置坐标和等效等高避雷针的位置坐标根据上面不同类型避雷针保护范围的公式，用Matlab 自编一个小程序来计算避雷针的保护半径最小宽度P1 P2 的位置坐标和等效等高避雷针的位置坐标Matlab 是一种类似于C 语言的高级计算机编程语言，应用领域广泛，为windows 界面，故使用起来简单方便。
绘制过程
首先查看电站平面总布置图，观察各设备及各电压等级区域等位置有无改变，结合总平面布置图及皮尺测量，确定各避雷针位置及主要设备区域位置选取电站西南角为坐标原点，确定各避雷针和主要设备及区域的位置坐标，如图5 所示。
用测高仪测量各避雷针高度各构架高度和主控楼等被保护设备或建筑的高度确定被保护设备的高度及保护它们的避雷针220kV区域的3 个变高间隔和母联间隔构架有4 种高度：21m 18.5m 14.5m和10.5m；其他出线等间隔构架有3 种高度：18.5m 14.5m 和10.5m，其中18.5m的构架处安装构架避雷针，故此高度不用考虑；110kV区域的3 个变高间隔和母联间隔构架有 4 种高度：14.5m 12.5m 10.25m
和7.3m；其他出线等间隔构架有 3 种高度：12.5m 10.25m 和7.3m，其中12.5m高的构架上安装构架避雷针，故此高度也不用考虑；3 个主变构架高14.5m，主控楼楼高15.2m，楼顶未装设避雷带；微波楼即变电大楼楼顶装设有避雷带；10kV高压室楼高7m，室外电容器组高4m 从高往低确定被保护的高度有：21m（220kV区域3 个变高间隔和母联间隔）15.2m（主控楼）14.5m 10.5m若＝14.5m 时220kV区域全部被保护，则此高度不需再考虑）10.25m 和7.3m（若＝10.25m110kV 区域全部被保护，则此高度不需再考虑）7m （10kV高压室）4m （室外电容器组）运行matlab 程序，计算各种被保护高度时各避雷针保护半径P1 P2 的位置坐
标两两避雷针间的距离和等效距离及等效等高避雷针的位置坐标。
根据计算结果绘制各种被保护高度时的保护范围图＝14.5m时保护范围图如图 6 所示，图中，7 号和13 号避雷针的<0，而7 号8 号9 号避雷针所组成的三角形中无14.5m高的被保护物体，所以整个保护范围图看起来在8 号9 号针处有个缺口虽然7 号和13 号避雷针的<0，但是110kV母联构架位于3 号13 号8 号避雷所组成的三角形中，所以110kV母联间隔还是处于避雷针保护之下最终220kV阳江站防雷保护图如图7 所示，由于＝14.5m 时220kV区域全部被保护，＝10.25m时110kV区域全部被保护，所以220kV区域的＝10.5m和110kV区域的＝7.3m 时的保护范围图不需要绘制如果避雷针装的裕度都够大，＝
14.5m 时所有三角形各边的最小保护宽度都会满足0，全部面积均受到保护，保护范围图就不会出现缺口；＝21m 时各保护用的避雷针也不需要分得那么仔细，而是整个220kV 区域的避雷针参与整个220kV区域＝21m的保护主控楼不能防护直击雷，故＝15.2m，即主控楼的保护范围图没有绘制因为＝14.5m 时主控楼不在曲线包围之内，另外，即使在预定的装设20 号避雷针的空地上装上20 号避雷针，按照＝4m 绘制的保护范围也不能全部包围主控楼；20号17 号和微波楼避雷带联合按照＝15.2m计算出的最小保护宽度都会满足＜0，即也不能保护主控楼也就是说，主控楼不能防护直击雷，建议主控楼楼顶装设避雷带，避雷带沿主控楼楼顶布置一周，以此有效防护直击雷。
结论
220kV阳江站经过三期技改工程，避雷针增加至19 根，部分避雷针位置改变，而电站内防雷保护图没有更新，需要重新绘制防雷保护图通过现场考察测量确定了各避雷针和被保护设备的位置，自编Matlab 程序方便准确地计算出所需数据，在此基础上重新绘制了阳江站的防雷保护图见图7），完善了变电站的图纸和资料同时，发现其主控楼不能防护直击雷，提出在其楼顶装设避雷带的建议，为更好地进行变电站运行管理提供了可靠保证。