電力系統(tǒng)的防雷保護方法

■ 南陽市電業(yè)局 魏秋輝

雷電是自然界中極為壯觀的聲、光、電現(xiàn)象。它有著劃破長空、耀眼閃光和震耳欲聾的霹靂聲，給人類生活和生產(chǎn)活動帶來很大的影響。目前，人類尚未掌握和利用它，處于防范它造成危害階段。雷電具有極大的破壞作用，不僅能夠擊斃人畜、劈斷樹木、破壞建筑物及各種工農(nóng)業(yè)設(shè)施，還能夠引起火災(zāi)和爆炸事故。雷電以其極大的破壞力給人類社會帶來了慘重的災(zāi)難。近幾年來，雷電災(zāi)害頻繁發(fā)生，對國民經(jīng)濟造成的危害日趨嚴(yán)重。因此，防雷是電力系統(tǒng)一項重要的防火防爆安全措施。

1 電力線路的防雷保護措施

1.1 高壓架空線路的防雷保護措施

架空線路因設(shè)在戶外，一般來說容易遭受雷擊，所以應(yīng)預(yù)先采取防雷保護措施。3～10kV架空電力線路的防雷保護措施如下。

提高線路本身的絕緣水平。在線路上采用瓷橫擔(dān)，這種線路的耐雷水平要比鐵橫擔(dān)線路高的多。當(dāng)線路受到雷擊時，發(fā)展成相間閃絡(luò)和建立穩(wěn)定的工頻電弧，造成雷擊跳閘的次數(shù)要比鐵橫擔(dān)線路少的多。在鐵橫擔(dān)混凝土電桿線路上，為了提高防雷水平，可改用高一絕緣等級的絕緣瓷瓶。

利用三角形頂線作保護。由于3~10kV線路通常是中性點不接地的，因此如在三角形排列的頂相絕緣子上裝以保護間隙，則在雷擊時頂線承受雷擊，間隙擊穿，對地泄放雷電流，從而保護了下面兩根導(dǎo)線，一般也不會引起線路跳閘。

加強對絕緣弱點的保護。線路上個別特別高的電桿，線路的交叉跨越處，線路上的電纜頭、開關(guān)等處，就全線路來說，它們是線路的絕緣薄弱點。雷擊時，這些地方最容易發(fā)生短路。對這些薄弱點處，需裝設(shè)管型避雷器或保護間隙加以保護。

采用自動重合閘或自重合閘熔斷器作輔助防雷措施。實踐證明，當(dāng)線路受到雷擊時，要完全避免相間短路是不可能的（特別是3~10kV線路上）。此時線路斷路器跳閘或者熔斷器自動跌開，電弧熄滅，經(jīng)過0.5s或稍長一點時間后又自動合上，電弧一般不會復(fù)燃，又能恢復(fù)供電。線路受到雷擊后停電時間很短，對于一般用戶影響不大，從而可以減輕雷害事故的影響。

此外，為了進行系統(tǒng)無功補償，提高線路電壓水平，有時還在高壓配電線路上裝設(shè)移相（補償）電容器。裝在高壓架空線路上的電容器既屬較貴重設(shè)備，又是線路中的絕緣薄弱點，故應(yīng)安裝閥型避雷器或保護間隙予以保護。

1.2 低壓架空線路的防雷保護措施

220 / 380V低壓架空線路的分布很廣且密，尤其在多雷區(qū)單獨架設(shè)的低壓線路，很容易受到雷擊。同時，由于低壓架空線直接引入用戶，而低壓設(shè)備絕緣水平很低，人們接觸的機會又多。因此，必須考慮對低壓架空線路的保護，以及當(dāng)雷擊線路時雷電波沿線路侵入用戶室內(nèi)的防雷保護問題。其具體措施如下。

一般用戶低壓線路及接戶線的絕緣子鐵腳宜接地。當(dāng)其上落雷時，就能通過絕緣子鐵腳放電，把雷電流泄入大地而起到保護作用。其接地電阻不應(yīng)超過30Ω。凡土壤電阻率在200Ω·m以下地區(qū)的鐵橫擔(dān)水泥桿線路，因連續(xù)多桿自然接地作用，可不再另設(shè)接地。

對于重要用戶，宜在電壓線路進入室內(nèi)前50m處安裝一組低壓避雷器，進入室內(nèi)后再裝一組低壓避雷器。

室內(nèi)有電力設(shè)備接地裝置的建筑物，在入口處宜將絕緣子鐵腳與接地裝置相連，可以不必另設(shè)接地裝置。

人員密集的公共場所（如影劇院、教室等）及由木桿或木橫擔(dān)引下的接戶線，其絕緣子鐵腳應(yīng)接地，并要設(shè)置專用的接地裝置。但水泥電桿（即鋼筋混凝土桿）的自然接地電阻若不超過30Ω的可不設(shè)。

年平均雷暴日不超過30天的地區(qū)，凡低壓線路被建筑物及樹木屏蔽，或接戶線距低壓干線接地點不超過50m的，由于遭雷擊機會較少，其接戶線的絕緣子鐵腳可不接地。

在多雷區(qū)或易遭雷擊的地段，直接與架空線路相連的電表宜設(shè)防雷裝置。

3～10kV電壓等級的Y，yn0或Y，y接線的配電變壓器，宜在低壓側(cè)裝一組閥型避雷器或保護間隙。變壓器低壓側(cè)中性點不接地時，應(yīng)在中性點處裝設(shè)擊穿保險器。

對于一般用戶，可在低壓進線第一支持物處，裝一組低壓避雷器或者擊穿保險絲，亦可將進戶線的絕緣子鐵腳接地，其工頻接接地電阻不應(yīng)超過30Ω 。

對于易受雷擊的地段，直接與架空線路相連的電動機或電能表，宜加裝低壓避雷器或間隙保護。

2 配電變壓器和柱上開關(guān)的防雷保護

2.1配電變壓器的防雷保護

2.1.1 6～10 / 0.4 kV 、Y 、yn0 接線的配電變壓器

為了防止雷電侵入波破壞變壓器，高壓側(cè)一般應(yīng)裝設(shè)閥型避雷器，為了提高保護效果，保護裝置應(yīng)安裝在高壓側(cè)熔斷器內(nèi)側(cè)。

避雷器的接地引下線應(yīng)與變壓器中性點及金屬外殼連接在一起后共同接地，其工頻接地電阻應(yīng)滿足最低值要求，以保證高壓側(cè)雷擊避雷器時，變壓器絕緣上所承受的電壓接近于避雷器的殘壓，以得到絕緣配合。

避雷器接線端到變壓器外殼的連接線應(yīng)盡量短。因接地連接線有電感，當(dāng)雷電流通過時，其電感與長度成正比，壓降與避雷器的殘壓疊加后共同作用到變壓器的絕緣上。

變壓器低壓側(cè)應(yīng)裝設(shè)一組220V避雷器、440V壓敏電阻或擊穿保險器，以防止逆變換波和低壓側(cè)的雷電侵入波擊穿高壓側(cè)絕緣。這是為了防止低壓側(cè)落雷“反擊”到一次側(cè)而必須采取的措施。

2.1.2 6～10 / 0.4 kV 、Y 、yn 接線的配電變壓器

對于低壓側(cè)中性點不接地的配電變壓器，除應(yīng)滿足上述要求外，還要在中性點增設(shè)擊穿保險器（即保護間隙）。擊穿保險器的一端必須與總接地網(wǎng)相連。

在正常情況下，擊穿保險器處于絕緣狀態(tài)，系統(tǒng)不接地；當(dāng)高壓側(cè)竄入低壓側(cè)時，擊穿保險器的空氣隙被擊穿，故障電流經(jīng)接地裝置泄入大地，該電流即為高壓系統(tǒng)的接地短路電流，它可以引起高壓系統(tǒng)的繼電保護裝置動作，切除故障。

2.1.3 35 / 0.4 kV直壓配電器

其高、低壓側(cè)都要裝設(shè)閥型避雷器。在35 / 0.4 kV直壓配電器與避雷器之間，要增設(shè)一組電感器，直徑為 20 cm、30 匝左右、長度24 cm，電感量約為10μH。用以限制雷電侵入波的陡度和幅度。

2.1.4 用獨立避雷針保護6~10 kV 變配電所時，獨立避雷針至配電裝置帶電部分的空間距離應(yīng)滿足有關(guān)計算的要求；對未設(shè)所用變壓器的6~10 kV配電所，其防雷措施僅為在每條架空進出線上裝設(shè)一組閥型避雷器即可。

2.2 柱上油開關(guān)或負(fù)荷開關(guān)的防雷保護措施

對于6～10 kV柱上油斷路器或負(fù)荷開關(guān)(習(xí)慣上稱柱上油開關(guān)), 負(fù)荷開關(guān)或隔離開關(guān)的防雷保護問題,實踐中也應(yīng)予充分重視。

由于柱上油斷路器或負(fù)荷開關(guān)多為線路分段或切合變壓器用，就其影響范圍而言，它比變壓器重要。而且這些設(shè)備相間距離小，絕緣水平低，常因雷擊閃絡(luò)而引起變電跳閘。因此，也必須用閥型避雷器或保護間隙進行保護。

對于經(jīng)常開路運行的柱上油斷路器，它相當(dāng)于線路的終端。當(dāng)開關(guān)的某一側(cè)線路落雷時，由于雷電波的反射疊加作用，會使雷電壓成倍抬高，對開關(guān)的危害很大。為此，應(yīng)在開關(guān)的兩側(cè)安裝避雷器。對經(jīng)常閉路運行的柱上油斷路器、負(fù)荷開關(guān)或隔離開關(guān)，可只在電源側(cè)安裝避雷器。且應(yīng)將接地線與開關(guān)外殼相連，以使外殼與避雷器放電的電位相等，防止對外殼放電。

3 電機的防雷保護和沖擊接地電阻

3.1旋轉(zhuǎn)電機的防雷保護措施

旋轉(zhuǎn)電機(包括發(fā)電機、調(diào)相機、變頻機和電動機等)由于結(jié)構(gòu)上的特點，其絕緣水平相對來說比較低，而旋轉(zhuǎn)電機的作用又很重要，因此對它的防雷保護問題應(yīng)予充分重視。旋轉(zhuǎn)電機若經(jīng)變壓器再與架空線路相接時，一般不要求對它們采取特殊的防雷保護措施。因為經(jīng)過變壓器轉(zhuǎn)換的雷電波，除了極少數(shù)情況外不會引起電機的絕緣損壞；當(dāng)旋轉(zhuǎn)電機未經(jīng)變壓器而直接和架空線路連接時間（常稱直配線電機），則對它的防雷保護問題就顯得重要了。

旋轉(zhuǎn)電機的保護應(yīng)同時考慮到主絕緣、匝間絕緣及中性點絕緣的保護。為此，采用專用的避雷器（FCD）及電容器作為基本保護元件。另一方面再完善進線保護，以便限制通過避雷器的雷電流，使其不超過額定值，從而保證電機絕緣與避雷器特性配合。故直配電機的進線保護，是利用進線段上裝設(shè)的管型（閥型）避雷器或保護間隙，將線路遭雷擊時的雷電流絕大部分泄放入地，同時利用進線電感或互感的限流作用，使FCD避雷器中通過的電流限制在3～5kA以下。

旋轉(zhuǎn)電機的保護方式，可根據(jù)電機容量、雷電活動的強弱和對供電可靠性的要求加以確定。

3.2 過電壓保護的沖擊接地電阻

對電氣設(shè)備過電壓保護的沖擊接地電阻的規(guī)定，可按照有關(guān)要求處理。

4 10kV配電線路防雷措施

為了提高10kV配電線路的耐雷水平，在農(nóng)網(wǎng)改造的線路中應(yīng)盡量選擇瓷橫擔(dān)，因為瓷橫擔(dān)的耐雷水平是鐵橫擔(dān)針式絕緣子的3倍多。對于現(xiàn)有鐵橫擔(dān)線路，應(yīng)更換成高一級的絕緣子。

對于中性點不接地的10kV配電線路，發(fā)生單相接地時，線路不會引起跳閘，因此說防止相間短路是線路防雷的基本原則。

10kV配電線路遭受雷擊后，往往造成絕緣子擊穿和導(dǎo)線燒斷事故，尤其是對于多雷區(qū)的鋼筋混凝土桿鐵橫擔(dān)的線路最為突出，所以在這些絕緣薄弱點必須有可靠的電氣連接并與接地引下線相連。引下線可借助鋼筋混凝土桿的鋼筋焊連，接地電阻小于30Ω 。

對于個別高的桿塔、鐵橫擔(dān)、帶有拉線的部分桿塔和終端桿等絕緣薄弱點，應(yīng)裝設(shè)避雷器進行保護。

對于10kV配電線路相互交叉和與較低電壓線路、通訊線、閉路電視線交叉的線路，其交叉時上下導(dǎo)線間的垂直距離最小允許值應(yīng)符合有關(guān)規(guī)程中規(guī)定的數(shù)值。如果工作距離小，空氣間隙可能被雷電所擊穿，使兩條相互交叉的線路發(fā)生故障跳閘，并將引起線路繼電保護的非選擇性動作，從而可能擴大為系統(tǒng)事故。所以在線路交叉跨越地段的兩端，有必要加裝配合式保護間隙。

架設(shè)在多雷區(qū)的分支線路應(yīng)裝設(shè)一次重合裝置，以防止雷擊危害。線路遭雷擊后，雷電閃絡(luò)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)的工頻電弧使相間短路，當(dāng)開關(guān)跳閘后電流被切斷，電弧熄滅，其絕緣一般能夠較快恢復(fù)。經(jīng)一定時間重合后，電弧一般不會重燃，重合成功率較高。這樣可以提高可靠性。

5 10k V配電設(shè)備防雷保護

配電變壓器按照現(xiàn)行規(guī)范采用閥型避雷器來保護。閥型避雷器越靠近變壓器安裝保護效果越好，一般要求裝在高壓跌落保險絲內(nèi)側(cè)。必須使避雷器的殘壓小于配電變壓器的耐壓，才能有效地對變壓器起保護作用。

避雷器的選擇應(yīng)與線路額定電壓相符。若避雷器額定電壓高于設(shè)備額定電壓，設(shè)備受雷擊時將失去可靠保護；避雷器額定電壓低于設(shè)備額定電壓，在正常的過電壓下避雷器頻繁動作引起線路接地跳閘。

當(dāng)變壓器容量在100kVA 及以上時，接地電阻應(yīng)盡可能降低到4Ω以下；當(dāng)變壓器容量小于100kVA時，接地電阻在10Ω及以下即可。如果達不到上述要求，應(yīng)改造接地網(wǎng)，使其阻值下降，從而使雷電流流過接地線引起的電位降低。

在配電變壓器低壓側(cè)也裝設(shè)保護裝置。10kV配電變壓器只在進線處安裝避雷器不能保護配電變壓器低壓側(cè)低壓繞組，而且由于低壓側(cè)落雷也將造成雷電沖擊電壓直接通過計量裝置加在低壓繞組上，按變比感應(yīng)到高壓側(cè)產(chǎn)生高電壓，有可能首先擊穿高壓繞組。同時，雷電沖擊電壓通過低壓線路侵入用戶，造成家用電器的損壞。所以在配電變壓器低壓側(cè)應(yīng)裝設(shè)低壓避雷器（以裝設(shè)一組FYS型低壓金屬氧化物避雷器為宜）或500V的通訊用放電間隙保護器，并將避雷器、變壓器外殼和中性點可靠接地。

在配電變壓器進線處裝設(shè)電抗器。電抗器可以利用進線制作，用進線繞成直徑 100mm 、10～20匝的電感線圈，阻止雷電波的入侵，保護變壓器。

避雷器安裝要規(guī)范。避雷器的接地要良好，接地線連接要可靠。農(nóng)村配電變壓器避雷器安裝工藝差、引線細、接頭松動或開路造成避雷器失去保護作用而導(dǎo)致配電變壓器遭雷擊燒壞是較常見的，所以防雷引線的截面積、引線連接頭、接地體埋設(shè)都要符合有關(guān)防雷接地規(guī)程要求。

按期進行預(yù)試和檢修，避雷器要按照規(guī)程要求進行定期絕緣電阻、工頻放電電壓試驗，對不合格和有缺陷的避雷器進行更換。FS閥行避雷器經(jīng)過一段時間運行后，因避雷器自身老化，其工頻放電電壓下降，絕緣電阻降低。當(dāng)其工頻放電電壓低于23kV，絕緣電阻低于2000MΩ時必須更換。對接地引下線，接地裝置要定期巡視檢修。雷雨季節(jié)前要清掃瓷體，緊固接頭，損壞部位立即更換。

綜上所述，我們可以了解，雷電對于電力系統(tǒng)的危害以及預(yù)防方法和措施。只要我們采取合理的保護措施，我們就能盡可能地減少雷電的造成危害，保證電力系統(tǒng)的長期安全穩(wěn)定運行，讓電力更好的為我們服務(wù)。

[1] 談文華 、萬載揚 主編《實用電氣安全技術(shù)》機械工業(yè)出版社 1998年6月

[2] 張慶河 主編 《電氣與靜電安全》 中國石化出版社2005年5月

[3] 唐定曾 唐海 主編《建筑電氣技術(shù)》機械工業(yè)出版社1998年6月