小型水電站的防雷與氧化鋅避雷器的選擇

溫海軍(開平市大沙水利水電工程管理站 廣東 開平 529351)

雷云所具有的極高電壓和極大電流的特性，使得其具有非常強大的破壞力。沒有較好的防護和應(yīng)對措施隨時都可能造成建筑設(shè)備損壞甚至造成人員傷亡或者引起火災(zāi)。

1 雷云的形成

兩塊帶異性電荷的雷云或雷云對大地間空氣擊穿，即形成雷電。而且當雷云臨近大地時，由于雷云電荷形成的強大電場作用，使云塊下的大地感應(yīng)出與雷云電荷不同極性的電荷，雷云與大地猶如組成一個以空氣為絕緣介質(zhì)的電容器，如果雷云和大地間的電場強度高到使其間空氣擊穿而形成雷擊通道，雷云即向大地放電。這種雷云向大地放電的過程叫做雷擊，其所形成的放電電流叫做雷電流。一次雷擊過程的時間雖然很短（一般為幾十微秒），但由于雷云的電壓極高（可高達幾百萬到幾千萬伏）和雷電流的幅值極大（可能幾萬到幾十萬安），其熱效應(yīng)和電磁效應(yīng)會使雷擊通道中的建筑物或設(shè)備遭到破壞，人畜傷亡。雷電的熱效應(yīng)還可以發(fā)出強烈的閃光，并使周圍空氣急劇膨脹，形成巨大的轟鳴聲。

2 水電站雷害的原因

小型水電站35kV及以下電力設(shè)備大的絕緣水平主要是大氣電壓即雷電過電壓來決定的。造成水電站雷害事故的原因有以下三點：

2.1 雷電直接擊中配電裝置的導(dǎo)線或設(shè)備的帶電部分，即直擊雷。

2.2 雷電擊中避雷針，在雷電流過接地線時對周圍設(shè)備形成感應(yīng)過電壓，即感應(yīng)雷。

2.3 沿架空線路傳來的雷電波，即雷電侵入波。

3 應(yīng)對措施

3.1 直擊雷保護

《電力設(shè)備過電壓保護設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（SDJ7-79）的規(guī)定，小型水電站應(yīng)裝設(shè)直擊雷保護的對象和措施如表1。

水電站常采用避雷針和避雷線或者其組合的方式來避免建筑物、電氣設(shè)備或者線路遭受直擊雷危害的，其中避雷針是水電站中用來保護電氣設(shè)備和建筑物避免遭受直接雷擊的主要防雷裝置。單只避雷針的保護范圍像一個由它所支撐的“帳篷”。當避雷針的高度為h時，“帳篷”的上半部空間為針頂向下作45°的斜面，在距地面h/2處轉(zhuǎn)折，與地面上距針底1.5h處相連的斜面構(gòu)成保護空間的下部。

表1 小型水電站和開關(guān)站直擊雷保護的對象和措施

3.1.1 單根避雷針的保護范圍

以上兩式中rx——避雷針在hx水平面上的保護半徑，m;

h——避雷針高度，m;

rx——被保護物的高度，m;

p——避雷針的高度系數(shù)，當h30m時，p=1,當120h30m時,

3.1.2 單根避雷線的保護范圍

3.2 感應(yīng)雷的防護

避雷針、避雷線與水電站接地網(wǎng)、電力設(shè)備接地的距離符合規(guī)范要求，具體參考設(shè)計規(guī)范。

3.3 雷電侵入波的保護

配電裝置的雷電侵入波保護是利用氧化鋅避雷器以及氧化鋅避雷器相配合的進線保護段來實現(xiàn)的。

3.3.1 氧化鋅避雷器

配電裝置的雷電侵入波保護是利用氧化鋅避雷器以及氧化鋅避雷器相配合的進線保護段來實現(xiàn)的。

3.3.2 氧化鋅避雷器安裝使用與維修應(yīng)注意的事項

（1）安裝前應(yīng)校對銘牌，避雷器的系統(tǒng)額定電壓應(yīng)與安裝點的系統(tǒng)電壓符合；

（2）避雷器固定在支架上，其上端子與高壓線相聯(lián)結(jié)，下端子要可靠接地；

（3）不能將避雷器作為承力支持絕緣子使用，應(yīng)盡量靠近被保護設(shè)備安裝，以減小距離對保護效果的影響；

（4）終端避雷器宜安裝在跌落式熔斷器之后，以利于開斷時對它也起保護作用，變壓器低壓側(cè)應(yīng)裝低壓避雷器，以防止正反變換引起的過電壓損壞變壓器；

（5）使用避雷器應(yīng)注意使用地點的環(huán)境溫度，金屬氧化物避雷器不適合安裝在有振動或嚴重污穢的地方及有嚴重腐蝕氣體的場所；

（6）合成金屬氧化物避雷器投入運行前和每運行滿兩年后，都應(yīng)做預(yù)防性試驗；

（7）氧化鋅避雷器采用黃銅雙層底蓋密封，投入運行后，每隔5年應(yīng)進行預(yù)防性試驗，測量泄漏電流時，在避雷器兩側(cè)應(yīng)施加10kV直流電壓（交流脈動不大于±1.5%），要求泄漏電流符合其產(chǎn)品規(guī)定值；

（8）避雷器接地應(yīng)符合接地規(guī)程要求。

3.3.3 氧化鋅避雷器在選型上應(yīng)注意的問題

首先，在選擇上應(yīng)注意使用場所，場所不同，避雷器的型號也不同。

配電型：保護相應(yīng)電壓等級的開關(guān)柜、變壓器、箱式變、電纜頭等有關(guān)配電設(shè)備免受大氣和操作過電壓損壞，宜選擇“YH5WS”金屬氧化物避雷器。

電站型：保護發(fā)電廠、變電所中交流電器設(shè)備免受大氣過電壓和操作過電壓的損壞，可選擇“YH5WZ”或“Y5WZ”型；

電機型：限制真空斷路器或少油斷路器投切旋轉(zhuǎn)電機時產(chǎn)生的過電壓，保護旋轉(zhuǎn)電機免受操作過電壓的損壞，可選擇“YH2.5WD”或“Y2.5WD”型；

電容器型：抑制真空斷路器或少油斷路器操作電容器組產(chǎn)生的過電壓，保護電容器組免受操作過電壓的損壞，可選“YH5WR”型。

水電站的防雷是一項非常重要的工作,除了設(shè)計需要較高的質(zhì)量要求外,平時電站的運行也離不開必要的檢查,確保電站建筑物、設(shè)備、人身的安全。氧化鋅避雷器也是目前使用相當普遍動作可靠的防雷器件，正確使用，合理維護也是一件舉足輕重的關(guān)鍵工作。

［1］季一峰.水電站電氣部分.2 版.中國水利水電出版社，1999（8）.

［2］許建安.中小型水電站電氣設(shè)計手冊.中國水利水電出版社，2002（4）.