淺談變電所的防雷保護(hù)措施

吳仕軍++田鵬舉++任達(dá)盛++吳安坤

【摘 要】變電所是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，承擔(dān)著集中、變換、分配線路電壓和電流的作用。變電所實(shí)現(xiàn)了發(fā)電廠和電力用戶中間的有效連接，通過建立各種電壓等級的電網(wǎng)，將電壓進(jìn)行分級轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)電能的高效傳輸和分配，為人們的生活、生產(chǎn)提供可靠的供電質(zhì)量。但是，變電所常常發(fā)生雷擊故障，影響電力輸送，給企業(yè)和個(gè)人造成嚴(yán)重?fù)p失，因此，電力企業(yè)需要加強(qiáng)對變電所防雷保護(hù)措施的研究與應(yīng)用，保障變電所安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

【Abstract】The substation is an important part of the power system， which is responsible for concentration， transformation， distribution of line voltage and current. The substation implements a valid connection between the power plant and the power user， through the establishment of various voltage levels of the power grid， the voltage is graded to achieve efficient transmission and distribution of electrical energy， and provide reliable power supply quality for people's life and production. However， the lightning stroke often occurs in substation， which affects the transmission of power and causes serious losses to enterprises and individuals. Therefore， it is necessary for power enterprises to strengthen the research and application of lightning protection measures for substations， so as to ensure the safe and stable operation of substations.

【關(guān)鍵詞】變電所；防雷；保護(hù)

【Keywords】substation； lightning protection； protect

【中圖分類號】TM63 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）06-0142-02

1 變電所發(fā)生雷擊的原因分析

電力系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，在電網(wǎng)額定電壓約束下，電氣設(shè)備處于良好的絕緣狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生雷擊故障的時(shí)候，電力系統(tǒng)中的部分電壓會受到嚴(yán)重影響，從而超出正常范圍，導(dǎo)致電氣設(shè)備損害。一般而言，變電所雷擊故障分為兩種：一是雷直擊到變電所設(shè)備上；二是，架空線路的雷擊感應(yīng)過電壓和直擊雷過電壓造成的雷電波沿著輸電線路流入變電所。

1.1 直擊雷過電壓

當(dāng)變電所的設(shè)備遭到雷電的直接攻擊時(shí)，會產(chǎn)生較大的雷電流，這些電流會造成相關(guān)設(shè)備的電壓突然增高，產(chǎn)生過電壓問題，從而造成機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)，影響設(shè)備的正常工作。

1.2 感應(yīng)過電壓

如果帶有雷電的烏云位于架空導(dǎo)線上方，架空導(dǎo)線會受到靜電感應(yīng)作用，累積大量的異性電荷。當(dāng)雷云向大地放電時(shí)，線路電荷被釋放成自由電荷，并向線路的兩端流動，容易造成較高的過電壓，影響電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。

由此可見，架空線路產(chǎn)生的雷電感應(yīng)過電壓和直擊雷造成的過電壓都是雷電波沿著線路侵入變電所，造成嚴(yán)重的雷擊事故，針對這些問題，需要及時(shí)采取措施，減少對電氣設(shè)備的損害。

2 變電所防雷的原則

變電所具有一定的獨(dú)特性，其防雷原則制定的根本依據(jù)為：雷電流直接接閃可以通過線路引入地下進(jìn)行泄散；對電源線路、信號線路、數(shù)據(jù)線路中的過電壓波進(jìn)行阻塞；對被保護(hù)電氣設(shè)備產(chǎn)生的浪涌過電壓值進(jìn)行限制。具體可以從直擊雷防護(hù)、感應(yīng)雷電波侵入的防護(hù)、雷電電磁感應(yīng)的防護(hù)等方面進(jìn)行系統(tǒng)的分析：

2.1 外部防雷和內(nèi)部防雷

外部防雷主要包括接閃桿、接閃帶、避雷網(wǎng)引下線以及接地系統(tǒng)等，其目的是避免建筑物遭受雷擊而引發(fā)火災(zāi)事故，減少人們的生命財(cái)產(chǎn)損失；內(nèi)部防雷系統(tǒng)主要對雷電以及其他形式的過電壓進(jìn)行預(yù)防，避免對電氣設(shè)備的損壞，彌補(bǔ)了外部防雷系統(tǒng)的不足。此外，在內(nèi)部防雷中，還需要對電纜、金屬管道等安置防雷和過壓保護(hù)器，實(shí)現(xiàn)防雷保護(hù)。

2.2 防雷等電位連接

對于雷電引起的電位差事故，變電所需要進(jìn)行等電位連接，以避免嚴(yán)重的毀壞問題。對于電源線、信號線、金屬管道等需要裝設(shè)過電壓保護(hù)器實(shí)現(xiàn)等電位的連接，各個(gè)內(nèi)層保護(hù)區(qū)界面也需要依次進(jìn)行局部等電位的連接，并且構(gòu)成并排連接網(wǎng)絡(luò)，在主等點(diǎn)位匯流處連接。

3 變電所防雷的具體措施

通常而言，襲擊變電所的一般都是直擊雷，變電所的電氣設(shè)備直接受到雷擊影響，或者架空線路產(chǎn)生直擊雷的過電壓和感應(yīng)雷的過電壓侵入到變電所。因此，變電所的防雷重點(diǎn)應(yīng)該放在對直擊雷和雷電波的防護(hù)方面，避免變電所進(jìn)線和變壓器損害的影響1。

3.1 變電所裝設(shè)接閃桿對直擊雷進(jìn)行防護(hù)

變電所可以通過架設(shè)接閃桿對直擊雷進(jìn)行防護(hù)。接閃桿是一種雷電接收器，主要是幫助電氣設(shè)備、建筑物等避開直接雷的影響。接閃桿將雷電吸收到接閃桿自身的器件中，然后將雷電產(chǎn)生的電流直接引入大地，實(shí)現(xiàn)防雷保護(hù)的效果。變電所在安裝接閃桿的時(shí)候要保障相關(guān)電氣設(shè)備處于保護(hù)范圍之內(nèi)，同時(shí)還需要通過相關(guān)措施，避免雷擊接閃桿造成反擊事故。針對35kV的變電所，需要將接閃桿安裝在室外設(shè)備以及架構(gòu)中，保障其安全運(yùn)行。在安裝時(shí)要注意，接閃桿以及配套的接地裝置需要與建筑物等保持一定距離，一般大于5m，主接地網(wǎng)和接閃桿的地下距離大于3m，地理接閃桿的獨(dú)立接地裝置的引下線接地電阻小于10Ω。針對110kV及以上的變電所，由于電壓等級較高相關(guān)的配電設(shè)備的絕緣水平較高，可以在配電設(shè)備的架構(gòu)上進(jìn)行接閃桿的裝設(shè)，同時(shí)主接地網(wǎng)和接閃器的地下連接點(diǎn)的連接體長度要大于15m，從而避免由于直擊雷造成的高電位反擊事故。

3.2 變電所對侵入波的防護(hù)

針對侵入波，變電所需要采取的措施是將閥型避雷器安裝在進(jìn)線上。閥型避雷器主要由火花間隙和非線性電阻構(gòu)成，能夠?qū)讚羟秩氩ㄆ鸬搅己玫姆雷o(hù)作用。其中SFZ系列的閥型避雷器可以用來針對中等或者大容量的變電所的電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，而FS系列的閥型避雷器可以對小容量的配電裝置進(jìn)行保護(hù)。

3.3 變電所的進(jìn)線防護(hù)

變電所的進(jìn)線保護(hù)可以實(shí)現(xiàn)對避雷器雷電電流幅值的限制，同時(shí)控制雷擊波的陡度。如果線路中發(fā)生過電壓問題，行波導(dǎo)線會向變電所運(yùn)動，線路絕緣沖劑閃絡(luò)電壓的一半為起幅值，同時(shí)與變電所的沖擊耐壓相比，線路的沖劑耐壓會高出很多。因此，需要在變電所的進(jìn)線上加裝接閃線，避免雷擊造成的線路損壞。

3.4 變壓器的防護(hù)

變壓器的防雷保護(hù)需要將SPD安裝在靠近變壓器的位置，減少雷擊波的入侵傷害。SPD要盡量安裝在接近電壓器的位置，并且減少線路的連接長度，從而有效減少雷擊電流在連接線上的過電壓。同時(shí)，將變壓器的金屬外殼、低壓側(cè)中性點(diǎn)和避雷器的連線有效連接在一起，避免雷電對變壓器

的破壞。變電站的每組主母線和分段母線中都應(yīng)該進(jìn)行閥式避雷器的裝設(shè)，從而對電氣設(shè)備以及變壓器進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)，并且各組避雷器與變電裝置總接地網(wǎng)之間的連線要盡量短。

3.5 變電所防雷感應(yīng)

在科學(xué)技術(shù)推動下，變電所的直接雷防護(hù)系統(tǒng)越來越完善，戶外設(shè)備的安全性提高。雷擊防護(hù)系統(tǒng)也有一定的不足之處，雷擊防護(hù)中產(chǎn)生的放電問題和電磁脈沖會影響變電設(shè)備的正常運(yùn)行，同時(shí)雷擊造成的過電壓可能會通過金屬管道和電纜產(chǎn)生電磁干擾，影響相關(guān)弱電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。此外，變電所需要進(jìn)行防雷感應(yīng)保護(hù)：設(shè)置多分支接地引線，將引線雷擊流降低；優(yōu)化匯流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，將引下線對弱電設(shè)備的感應(yīng)降低；將限制過電壓的裝置安裝在電源入口，例如壓敏電阻，還可以將光耦元件安裝在信號線上；控制室采用屏蔽電纜，并且設(shè)置相同的接地極；通信室和控制室需要進(jìn)行等電位設(shè)置，并且實(shí)現(xiàn)與設(shè)備外殼的等電位匯流連接。

3.6 變電所的防雷接地

變電所的防雷接地需要進(jìn)行共用接地網(wǎng)的敷設(shè)，增加接閃桿和避雷器的接體，還可以通過單獨(dú)人工接地體的敷設(shè)達(dá)到防雷要求。通常而言，小變電所可以采用獨(dú)立接閃桿，而大變電所需要在獨(dú)立接閃桿的基礎(chǔ)上安裝配電裝置，并且相關(guān)的連接途徑大于5m，接閃桿接地引下線埋在地中部分與配電裝置結(jié)構(gòu)埋入地下的接地體需要保持3m以上的距離，變電所的電氣設(shè)備需要通過水平接地方式進(jìn)行接地裝置的布置，可以采用水平接地極采用扁鋼50mm×5mm，垂直接地極采用角鋼50mm×5mm，垂直接地極間距5m～6m，主接地網(wǎng)接地裝置電阻還要小于4Ω，主接地網(wǎng)埋于凍土層1m以下。此外，對于大變電所，接閃桿和主接地網(wǎng)的地下連接點(diǎn)到變壓器接地線地下連接網(wǎng)的距離要在15m以上，并且變壓器門形架構(gòu)上不得裝接閃桿。

4 結(jié)語

變電所是電力系統(tǒng)進(jìn)行防雷保護(hù)的重點(diǎn)部位，變電所發(fā)生雷擊故障容易造成大范圍的停電事故，因此，電力企業(yè)需要提高重視程度，積極采取措施，做好防雷保護(hù)裝置的安設(shè)，從而保障個(gè)人和企業(yè)的利益。

【參考文獻(xiàn)】

【1】邱曉英.淺談變電站的防雷保護(hù)[J].中國西部科技，2011（2）：29-31.