淺談變電站接地設(shè)計(jì)及防雷技術(shù)

高玉波

摘要：本文介紹了變電站接地設(shè)計(jì)的必要性和設(shè)計(jì)原則，闡述了變電站接地電阻的測量和降阻措施，提出了變電站電氣設(shè)備防雷措施。

關(guān)鍵詞：變電站 接地設(shè)計(jì) 接地電阻 防雷措施

0 引言

變電站接地系統(tǒng)的合理與否是直接關(guān)系到人身和設(shè)備安全的重要問題。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜。變電站接地包含工作接地、保護(hù)接地、雷電保護(hù)接地。工作接地即為電力系統(tǒng)電氣裝置中，為運(yùn)行需要所設(shè)的接地；保護(hù)接地即為電氣裝置的金屬外殼、配電裝置的構(gòu)架和線路桿塔等，由于絕緣損壞有可能帶電，為防止其危及人身和設(shè)備的安全而設(shè)的接地；雷電保護(hù)接地即為為雷電保護(hù)裝置向大地泄放雷電流而設(shè)的接地。變電站接地網(wǎng)安全除了對接地阻抗有要求外，還對地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、使用壽命、跨步電位差、接觸電位差、轉(zhuǎn)移電位危害等提出了較高的要求。

1 變電站接地設(shè)計(jì)的必要性

接地是避雷技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)，不管是直擊雷，感應(yīng)雷或其它形式的雷，都將通過接地裝置導(dǎo)入大地。因此，沒有合理而良好的接地裝置，就不能有效地防雷。從避雷的角度講，把接閃器與大地做良好的電氣連接的裝置稱為接地裝置。接地裝置的作用是把雷電對接閃器閃擊的電荷盡快地泄放到大地，使其與大地的異種電荷中和。

變電站的接地網(wǎng)上連接著全站的高低壓電氣設(shè)備的接地線、低壓用電系統(tǒng)接地、電纜屏蔽接地、通信、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備接地，以及變電站維護(hù)檢修時的一些臨時接地。如果接地電阻較大，在發(fā)生電力系統(tǒng)接地故障或其他大電流入地時，可能造成地電位異常升高；如果接地網(wǎng)的網(wǎng)格設(shè)計(jì)不合理，則可能造成接地系統(tǒng)電位分布不均，局部電位超過規(guī)定的安全值，這會給出運(yùn)行人員的安全帶來威脅，還可能因反擊對低壓或二次設(shè)備以及電纜絕緣造成損壞，使高壓竄入控制保護(hù)系統(tǒng)、變電站監(jiān)控和保護(hù)設(shè)備會發(fā)生誤動、拒動，釀成事故，甚至是擴(kuò)大事故，由此帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響。

2 變電站接地設(shè)計(jì)原則

由于變電站各級電壓母線接地故障電流越來越大，在接地設(shè)計(jì)中要滿足R≤2000/I是非常困難的?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)與原接地規(guī)程有一個很明顯的區(qū)別是對接地電阻值不再規(guī)定要達(dá)到0.5Ω，而是允許放寬到5Ω，但這不是說一般情況下，接地電阻都可以采用5Ω，接地電阻放寬是有附加條件的，即：防止轉(zhuǎn)移電位引起的危害，應(yīng)采取各種隔離措施；考慮短路電流非周期分量的影響，當(dāng)接地網(wǎng)電位升高時，3～10kV避雷器不應(yīng)動作或動作后不應(yīng)損壞，應(yīng)采取均壓措施，并驗(yàn)算接觸電位差和跨步電位差是否滿足要求，施工后還應(yīng)進(jìn)行測量和繪制電位分布曲線。變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)時應(yīng)遵循以下原則：

2.1 盡量采用建筑物地基的鋼筋和自然金屬接地物統(tǒng)一連接地來作為接地網(wǎng)；

2.2 盡量以自然接地物為基礎(chǔ)，輔以人工接地體補(bǔ)充，外形盡可能采用閉合環(huán)形；

2.3 應(yīng)采用統(tǒng)一接地網(wǎng)，用一點(diǎn)接地的方式接地。

3 變電站接地電阻的構(gòu)成及降阻措施

3.1 接地引線電阻，是指由接地體至設(shè)備接地母線間引線本身的電阻，其阻值與引線的幾何尺寸和材質(zhì)有關(guān)。

3.2 接地體本身的電阻，其電阻也與接地體的幾何尺寸和材質(zhì)有關(guān)。

3.3 接地體表面與土壤的接觸電阻，其阻值懷土壤的性質(zhì)、顆粒、含水量及土壤與接地體的接觸面積及接觸緊密程度有關(guān)。

3.4 從接地體開始向遠(yuǎn)處（20米）擴(kuò)散電流所經(jīng)過的路徑土壤電阻，即散流電阻。決定散流電阻的主要因素是土壤的含水量。

3.5 垂直接地體的最佳埋置深度是指能使散流電阻盡可能不而又易于達(dá)到的埋置深度。決定垂直接地體的最佳深度，應(yīng)考慮到三維地網(wǎng)的因素，所謂三維地網(wǎng)，是指垂直接地體的埋置深度與接地網(wǎng)的等值半徑處于同一數(shù)量級的接地網(wǎng)。

3.6 接地體的通常設(shè)計(jì)，是用多根垂直接地體打入地中，并以水平接地體并聯(lián)組成接地體組，由于名單一接地體埋置的間距僅等于單一接地體長度的兩倍左右，此時電流流入名單一接地體時，將受到相互的限制而妨礙電流的流散，即等于增加名單一接地體的電阻，這種影響電流流散的現(xiàn)象，稱為屏蔽作用。

3.7 化學(xué)降阻劑的應(yīng)用,化學(xué)降阻劑機(jī)理是，在液態(tài)下從接地體向外側(cè)土壤滲出，若干分鐘固化后起著散流電極的作用。

4 變電站接地電阻的測量

接地網(wǎng)電阻值的大小，是判定接地網(wǎng)是否合格的重要部分，而對接地網(wǎng)電阻的測量采用的方法及設(shè)備也直接影響測量的結(jié)果，測量接地網(wǎng)電阻時，其接地棒和輻助接地體有兩種布置法。

對大型地網(wǎng)的電阻測量，應(yīng)采用電流電壓測量法，其接地棒，輔助接地體的布置應(yīng)采用三角形由置法，并使輻助接地體的接地電阻不應(yīng)大于10Ω。通過接地裝置的電流應(yīng)大于30A，電源電壓應(yīng)為65～220V交流工頻電壓，電壓較低時測量較為安全，電壓表應(yīng)采用高內(nèi)阻的表計(jì)，以減少該云支路的分流作用。這種測量方法的優(yōu)點(diǎn)是，接地電阻不受測量范圍的限制，特別適用于110KV以上系統(tǒng)的接地網(wǎng)的接地電阻測量，也適用于自動化系統(tǒng)接地電阻的測量，其測量的結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

5 變電站防雷措施分類

防雷措施總體概括為兩種：①避免雷電波的進(jìn)入；②利用保護(hù)裝置將雷電波引入接地網(wǎng)。

5.1 避雷針或避雷線

雷擊只能通過攔截導(dǎo)引措施改變其入地路徑。接閃器有避雷針、避雷線。小變電站大多采用獨(dú)立避雷針，大變電站大多在變電站架構(gòu)上采用避雷針或避雷線，或兩者結(jié)合，對引流線和接地裝置都有嚴(yán)格的要求。

5.2 避雷器

避雷器能將侵入變電所的雷電波降低到電氣裝置絕緣強(qiáng)度允許值以內(nèi)。我國主要是采用金屬氧化物避雷器（MOA）。

5.3 浪涌抑制器

采用過壓保護(hù)，防雷端子等提高電氣設(shè)備自身的防護(hù)能力，防止電氣設(shè)備、電子元件被擊壞。當(dāng)發(fā)生雷擊事故時，如電源防雷模塊遭到損壞，在后臺監(jiān)控機(jī)上就能顯示其狀態(tài)。在控制、通訊接口處加裝浪涌抑制器。

5.4 接地線

接地線即接地體的外引線，連接被保護(hù)或屏蔽設(shè)施的連線，可設(shè)主接地線、等電位連接板和分接地線。防雷接地裝置的接地線即防雷接閃裝置的引下線，可采用圓鋼或扁鋼，兩端按規(guī)定的搭接長度焊接達(dá)到電連接。變電站的防雷接地電阻值要求不大于1Ω。

6 變電站弱電設(shè)備防雷措施

6.1 采用多分支接地引下線，使通過接地引下線的雷電流大大減小。

6.2 改善屏蔽，如采用特殊的屏蔽材料甚至采用磁特性適當(dāng)配合的雙層屏蔽。

6.3 改進(jìn)泄流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減小引下線對弱電設(shè)備的感應(yīng)并使原有的屏蔽網(wǎng)能較好地發(fā)揮作用。

6.4 除電源入口處裝設(shè)壓敏電阻等限制過壓的裝置外，在信號線接入處應(yīng)使用光電耦合元件或設(shè)置具有適當(dāng)參數(shù)的限壓裝置。

6.5 所有進(jìn)出控制室的電纜均采用屏蔽電纜，屏蔽層公用一個接地網(wǎng)。

6.6 在控制室及通訊室內(nèi)敷設(shè)等電位，所有電氣設(shè)備的外殼均與等電位匯流排連接。

7 變電站直擊雷的防雷措施

7.1 防止反擊：設(shè)備的接地點(diǎn)盡量遠(yuǎn)離避雷針接地引線的入地點(diǎn)，避雷針接地引下線盡量遠(yuǎn)離電氣設(shè)備。

7.2 裝設(shè)集中接地裝置：上述接地應(yīng)與總線地網(wǎng)連接，并在連接下加裝集中接地裝置，其工頻接地電阻礙大于10Ω。

7.3 主控室（樓）或網(wǎng)絡(luò)控制樓及屋內(nèi)配電裝置直擊雷的保護(hù)措施。①若有金屬屋頂或屋頂有金屬結(jié)構(gòu)時，將金屬部分接地。②若屋頂為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)將其鋼筋焊接成網(wǎng)接地。③若結(jié)構(gòu)為非導(dǎo)電的屋頂時，采用避雷保護(hù)，該避雷帶的網(wǎng)絡(luò)為8～10m設(shè)引下線接地。

8 結(jié)束語

接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)，要根據(jù)區(qū)域的地質(zhì)條件，采取不同的降阻措施，以最高性能價格比來設(shè)計(jì)其接地網(wǎng)，同時應(yīng)采用新技術(shù)和新材料。接地技術(shù)是一門多學(xué)科的綜合技術(shù)，故在今后的工作中去研究，在實(shí)踐中不斷探索，以使其更加趨于完善。根據(jù)變電站防雷設(shè)計(jì)的整體性、結(jié)構(gòu)性、層次性、目的性，及整個變電站的周圍環(huán)境、地理位置、土質(zhì)條件以及設(shè)備性能和用途，采取相應(yīng)雷電防護(hù)措施，保證變電站設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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