變電站防雷保護(hù)分析

汪彩霞，闞裕淳，許明川，胡玉柱

（1.阿壩師范學(xué)院電子信息與知道自動(dòng)化學(xué)院，四川 阿壩 623001；2.云南龍?jiān)达L(fēng)力發(fā)電有限公司，云南 曲靖 655600）

我國地理?xiàng)l件復(fù)雜，地勢多樣，西高東低，呈階梯狀分布且氣候多樣，雷區(qū)分布縱橫交錯(cuò)，呈現(xiàn)沿海多雷，荒漠少雷的趨勢；故變電站設(shè)置的位置對(duì)整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的安全至關(guān)重要，變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行又極大程度影響著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定輸出，更會(huì)影響著人民的生活質(zhì)量；為了保證良好的供電質(zhì)量，必須將變電站的安全運(yùn)行放在首要位置，防止各種隱患的發(fā)生，而變電站安全運(yùn)行的頭等大事之一就是變電站的防雷保護(hù)，因此對(duì)變電站防雷保護(hù)進(jìn)行分析很有意義。

1 變電站防雷接地的重要性

雷電的產(chǎn)生不是人為可以控制，變電站在運(yùn)行時(shí)很容易受到雷電的襲擊，一旦變電站被雷擊中，造成斷電等損害，會(huì)造成非常大的經(jīng)濟(jì)損失。設(shè)備的損壞不值一提，更為嚴(yán)重的是很有可能會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)的局部癱瘓，甚至威脅到附近施工人員及變電站工作人員的人身安全。同時(shí)雷擊事故的發(fā)生不僅會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還可能會(huì)導(dǎo)致有害氣體的泄露進(jìn)而環(huán)境帶來一些不好的影響。變電站是整個(gè)變電系統(tǒng)中最重要的一環(huán)，可以調(diào)節(jié)所連接的電力網(wǎng)絡(luò)，使不同電力網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)參數(shù)做出對(duì)應(yīng)的修正。所以變電站的正常運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定輸出有重大作用，如果變電站遭受雷擊，導(dǎo)致故障，將會(huì)誘發(fā)一系列安全事故，所以無論是從供電安全還是從社會(huì)安全角度來說，變電站的防雷保護(hù)務(wù)必是全面而有效的。因此較好的防雷設(shè)計(jì)對(duì)變電站非常必要，防雷設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不管是哪種形式的雷擊故障，都可以通過接地裝置將其產(chǎn)生的帶有危害的電流引入大地，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站建筑及其設(shè)備的保護(hù)。

2 變電站防雷裝置及其原理

變電站的雷擊事故會(huì)帶來嚴(yán)重的影響，給變壓器、斷路器、控制屏、保護(hù)柜等重要設(shè)備造成損壞。通常造成雷擊事故的方式有直擊雷和雷擊在輸電線路后侵入變電所的雷電波。對(duì)于前者的保護(hù)一般是用避雷針或者避雷線等防雷裝置，便能有效地防止雷電對(duì)變電站的攻擊，根據(jù)我國的經(jīng)驗(yàn)和調(diào)查統(tǒng)計(jì)顯示，凡是符合避雷針或避雷線設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的變電站都得到了很好的保護(hù)；對(duì)于后者的保護(hù)主要的是采用在進(jìn)口處安裝避雷器或者將變電站的金屬埋地等措施，但需要注意的是，在裝設(shè)避雷器時(shí)需要合理確定其避雷器所在的位置，需要使用的數(shù)量，采用的型式以及設(shè)置的參數(shù)等。

避雷針是生活中最為常見的避雷裝置，可有效保護(hù)建筑物免受直擊雷的攻擊。其原理是當(dāng)雷云放電時(shí)，臨近地面會(huì)使大地電場突然被改變，在雷電天氣時(shí)，建筑物上空會(huì)出現(xiàn)的帶電云層，這時(shí)避雷針和建筑頂部會(huì)感應(yīng)出大量的電荷，最終導(dǎo)致中間的空氣被擊穿形成通路。由于避雷針與埋于地下的泄流網(wǎng)相接，當(dāng)空氣被擊穿后形成通路將電荷導(dǎo)入大地，保證設(shè)備的安全。避雷線是上端連接避雷針，下端與埋地的避雷網(wǎng)相連，為保護(hù)設(shè)備或者建筑免受雷擊而安裝的引雷入地的導(dǎo)線。其原理與避雷針一致，它們都屬于接閃器，經(jīng)過攔擋導(dǎo)引的方式扭轉(zhuǎn)雷擊前進(jìn)路徑，使之沿預(yù)定途徑接入大地，從而保護(hù)建筑物和電氣設(shè)備等免受雷擊。

避雷帶是由避雷線改裝而來的，在建筑雷電保護(hù)中，用扁平的金屬帶代替鋼線閃接的方法。避雷器能大大減少雷電波的侵入幅值，使其低于變電站電氣設(shè)施絕緣的允許最大值。主要用于限制沿線路侵入的雷電電壓或由操作引起的內(nèi)部過電壓。在系統(tǒng)正常工作下，呈高阻態(tài)，在過電壓大電流作用下呈低阻態(tài)，從而保證了避雷器兩端的殘壓值。

浪涌抑制器可以防止瞬時(shí)電壓過大，防止瞬時(shí)電壓對(duì)電子設(shè)備造成損壞。具有保護(hù)流量大、剩余電壓低、響應(yīng)時(shí)間快的優(yōu)點(diǎn)，采用最新的滅弧技術(shù)，完全避免火災(zāi)；采用溫控保護(hù)電路，其中內(nèi)設(shè)置熱保護(hù)，帶電源狀態(tài)指示，指示浪涌保護(hù)器的工作狀態(tài)，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，工作穩(wěn)定可靠。

3 變電站的防雷接地措施

3.1 站內(nèi)建筑防雷

變電站內(nèi)的建筑是變電站防雷的重要一環(huán)，同時(shí)高度較高的建筑也是變電站內(nèi)其他用電設(shè)備免受雷擊的第一道防線，一定程度上講變電站內(nèi)建筑的防雷水平直接影響了變電站的安全性和可靠性?，F(xiàn)代的變電站建筑全部采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，如果使建筑物內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)之間具有良好的連接，同時(shí)在建筑物上部安裝接閃器、避雷針和在地下鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的接地網(wǎng)絡(luò)，那么建筑物本身就會(huì)形成金屬屏蔽罩的效果，形成“法拉第籠”式的避雷模式。這種模式的建筑物一來可以有效防止直接雷擊對(duì)室內(nèi)電氣設(shè)備的危害，二來可以一定程度上減輕感應(yīng)雷的影響。根據(jù)國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)，上述模式的建筑物不僅具有很好的防雷擊效果，而且還兼顧了良好的經(jīng)濟(jì)性。

3.2 室外設(shè)備防雷

變電站變壓器一次側(cè)主要雷害是雷電直接擊中一次側(cè)附近線路上，在線路中產(chǎn)生的雷電波，雷電波將沿線路侵入變電站進(jìn)而危及變電站主變安全，如果主變沒有良好的防雷措施，在變壓器中感應(yīng)出的巨大電壓和雷電的巨大電流就可能引起主變絕緣損壞，更嚴(yán)重的可能導(dǎo)致變壓器起火；這種侵入的雷電波也會(huì)危及二次側(cè)的電氣設(shè)備，使二次側(cè)的設(shè)備承受很大的沖擊過電壓。一次側(cè)防雷主要是防止雷電從電源入侵變電站。因此變電站進(jìn)站線路必須鋪架一定長度的避雷線，保證避雷線可靠接地。對(duì)于110kV及以上電壓等級(jí)的變電站，其主變的中性點(diǎn)必須可靠接地。變電站變壓器二次側(cè)雷害同一次側(cè)一樣，雷害都主要來自侵入雷電波。在二次側(cè)，電氣設(shè)備種類復(fù)雜，所能承受的過電壓等級(jí)不盡相同，有強(qiáng)電、弱電，有高壓、低壓，也有模擬電路、數(shù)字電路。二次側(cè)的防雷主要是出線端架設(shè)避雷線和重要的電氣設(shè)備安裝避雷器，并保證所有設(shè)備可靠的防雷接地，由于雷電直接擊中避雷裝置仍可能產(chǎn)生一定等級(jí)的浪涌過電壓過電流，大多數(shù)設(shè)備都應(yīng)安裝浪涌二次側(cè)保護(hù)器，在第一時(shí)間將浪涌電流引入接地系統(tǒng)。

3.3 變壓器防雷

變電站主變是變電站最核心的設(shè)備，對(duì)變壓器的防雷保護(hù)主要是兩個(gè)方面。一是直接雷擊的防護(hù)，針對(duì)直接雷擊通常采用架設(shè)避雷器，這是最直接也是效果最好的保護(hù)措施，避雷器可以有效的將雷閃引入接地系統(tǒng)，從而避免變壓器遭受直接雷擊；二是侵入雷電波的防護(hù)，在進(jìn)戶口處安裝避雷器或者將變電站的金屬護(hù)物埋地等，在裝設(shè)避雷器時(shí)需要合理確定其避雷器所在的位置，需要使用的數(shù)量，采用的型式以及設(shè)置的參數(shù)等。值得注意的是單個(gè)避雷器的保護(hù)范圍，要使變壓器處于避雷器的有效保護(hù)范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)保護(hù)效果。避雷器與變壓器的電氣距離越近，變壓器承受雷電侵入波的能力越強(qiáng)。

3.4 計(jì)算機(jī)和通訊等自動(dòng)化設(shè)備的防雷技術(shù)

變電站內(nèi)廣泛布設(shè)有各種通信線纜，這些線纜多與控制系統(tǒng)相連，當(dāng)雷擊的能量通過接地系統(tǒng)釋放時(shí)會(huì)產(chǎn)生極強(qiáng)的電磁場，沒有防雷保護(hù)的通信線纜會(huì)感應(yīng)出很高的感應(yīng)電壓，這些感應(yīng)電壓會(huì)直接危害到控制設(shè)備的安全和危及操作人員的生命安全。如果不對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)極有可能出現(xiàn)變電站癱瘓事故和人身事故。而針對(duì)感應(yīng)雷的防護(hù)，通常是使用含有金屬網(wǎng)屏蔽層的線纜作為變電站的通信線纜且屏蔽層要可靠接地。為了使防護(hù)效果達(dá)到最佳，往往會(huì)采用金屬管道內(nèi)鋪設(shè)線纜的方式。

4 結(jié)語

綜上所述，變電站的防雷接地保護(hù)綜合性很強(qiáng)，涉及到方方面面，本文僅僅涉及了簡單的分析。無論是從我國的地理環(huán)境還是變電站本身來說，變電站的防雷技術(shù)發(fā)展是相當(dāng)重要的。對(duì)基本防雷裝置的認(rèn)識(shí)是分析變電站接地保護(hù)的基礎(chǔ)，根據(jù)變電站不同的情況進(jìn)行防雷分析是掌握問題的關(guān)鍵。在變電站防雷接地保護(hù)中，針對(duì)不同地域、不同雷擊問題等，需要綜合變電站及當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，靈活地利用防雷裝置設(shè)施，合理設(shè)計(jì)防雷系統(tǒng)，提高變電站運(yùn)作的平穩(wěn)性和高效性。