變電站的雷電防護

摘 要：變電站（所）是電力系統(tǒng)的樞紐，一旦雷擊損壞，影響嚴重，因此要求有可靠的防雷措施。變電站雷害來源有二：一是雷直擊變電站；二是沿線路傳來過電壓波。

關(guān)鍵詞：變電站；雷電；防護

1 變電站的防雷保護

1.1 防直擊雷保護

變電所的屋外配電裝置應(yīng)裝設(shè)防直擊雷保護裝置，引下線處應(yīng)設(shè)集中接地裝置并和接地網(wǎng)連接。

變電所室外配電裝置（包括母線廊道）應(yīng)裝設(shè)獨立避雷針，獨立避雷針不宜設(shè)于配電裝置構(gòu)或房頂。

獨立避雷針宜設(shè)獨立的接地裝置，其沖擊接地電阻不宜大于是10Ω。當(dāng)有困難時，該接地裝置可與主接地網(wǎng)相連。但其地下連接點至35KV及以下設(shè)備與主接地網(wǎng)的地下連接點，沿接地體的地中長度不應(yīng)小于是15m。

獨立避雷針（線）與被保護物之間應(yīng)有一定距離，以免雷擊針（線）時造成反擊。在一般情況下獨立避雷針的接地裝置與變、配電所接地網(wǎng)間的地中距離不應(yīng)小于3m。獨立避雷針與配電裝置帶電部分、變、配電所電力設(shè)備以及構(gòu)架接地部分間的空氣中距離不應(yīng)小于5m。

獨立針應(yīng)距道路3m以上，否則應(yīng)鋪碎石或瀝青路面（厚5～8cm），以保人身不受跨步電壓的危害。

嚴禁將架空照明線、電話線、廣播線、天線等裝在避雷針上或其下的架構(gòu)上。

裝有避雷針的照明燈塔上的照明電源線，必須采用埋地敷設(shè)的帶金屬外皮的電纜或金屬管配線，其埋地長度應(yīng)大于10m，再與配電裝置的接地網(wǎng)及低壓配電裝置相連接。

配電所應(yīng)采取防直擊雷措施，并應(yīng)符合下列要求：

a. 在建筑物易受雷擊部位（如屋角、女兒墻、屋脊、屋檐和檐角等）裝設(shè)避雷帶或避雷針。當(dāng)采用避雷帶時，屋面上任何一點距避雷帶不應(yīng)大于10m。當(dāng)有三條及以上平行避雷帶時，每隔30--40m應(yīng)將平行的避雷帶連接起來。當(dāng)采用多支避雷針時，兩針間距離D不宜大于30m。

b. 接地裝置的沖擊接地電阻不宜大于10Ω，并應(yīng)和電氣設(shè)備接地裝置及埋地金屬管道相連。

c. 防雷裝置的引下線不宜少于兩根，其間隔不宜大于18m。

1.2 防雷電波侵入

因為雷擊線路的機會遠比雷直擊發(fā)、變電站為多，所以沿線路侵入發(fā)、變電站的雷電過電壓行波是很常見的。以因為線路絕緣水平要比變壓器（或其他設(shè)備）的沖擊試驗電壓高得多，所以發(fā)、變電站對進行波的保護十分重要。

發(fā)、變電站所有的電氣設(shè)備絕緣應(yīng)當(dāng)受到閥式避雷器的可靠保護，不需要用降低重要性差的設(shè)備（如刀閘）絕緣水平的辦法來保護重要性大的設(shè)備（如變壓器），也不需要用降低全部線路絕緣的辦法來保護發(fā)、變電站。

變、配電所的每段母線上和10（6）KV的每路架空進、出線上，都應(yīng)裝設(shè)避雷器。應(yīng)按如下規(guī)定裝設(shè)：

a. 母線上的避雷器與主變壓器的電氣距離應(yīng)符合表1-1的規(guī)定，大于規(guī)定值時，應(yīng)在主變壓器附近增設(shè)一組避雷器。b. 10（6）KV變、配電所，有電纜段的架空進線，閥型避雷器應(yīng)裝在電纜頭附近，其接地端應(yīng)和電纜金屬外皮相連。如各架空進線均有電纜段，避雷器與主變壓器的最大電氣距離不受限制。c. 架空進線采用雙回路桿塔，有同時遭至雷擊的可能，確定避雷器與主變壓器的最大電氣距離時，應(yīng)按一路考慮，且在雷季中宜避免將其中一路斷開。

1.3 進線保護

對于全線無避雷線的35KV變電所，當(dāng)雷擊于附近的架空線時，沖擊波的陡度必然會超過變電所電氣設(shè)備絕緣所能允許的程度，流過避雷器的電流也會超過5KA，當(dāng)然這是不能允許的。所以35KV及以上變電所應(yīng)在進線段1～2Km內(nèi)裝設(shè)避雷線。在土壤電阻率不大于500Ω.m 的地區(qū)，允許將避雷線引到門型架構(gòu)上，但應(yīng)裝設(shè)集中接地裝置。在土壤電阻大于500Ω.m 的地區(qū)，避雷線應(yīng)架設(shè)到線路終端桿為止。從線路終端桿到配電裝置的一段線路的保護，可采用獨立避雷針，也可在線路終端上裝設(shè)避雷針。

有了進線保護之后，就不會從進線段以外線路上來波使變電站發(fā)生雷害了，但是，當(dāng)雷擊進線段發(fā)生繞擊或反擊時，變電站仍可能發(fā)生事故。

雷直擊于有避雷線的線路可分為三種情況：雷擊桿塔頂部；雷擊避雷線中央部分和雷繞過避雷線擊于導(dǎo)線。

直擊雷要比感應(yīng)雷（后者一般不超過300～400KV）過電壓厲害得多，因此線路防雷主要是防直擊雷。線路防雷可以有四道防線：

第一道防線是保護導(dǎo)線不受或少受雷直擊。為此可采用避雷線。第二道防線是雷擊塔頂或避雷線時不使或少使絕緣發(fā)生閃絡(luò)，為此，需改善桿塔的接地電阻。第三道防線 是當(dāng)絕緣發(fā)生沖擊閃絡(luò)時，盡量減小由沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定電力電弧的概率，從而減小雷害跳閘次數(shù)，為此應(yīng)減小絕緣上的工頻電場強度，或電網(wǎng)中性點采用不直接接地的方式。第四道防線是即使跳閘也不中斷電力的供應(yīng)。為此，可采用自動重合閘裝置，或用雙回路以及環(huán)網(wǎng)供電。

架設(shè)避雷線是高壓線最基本的防雷措施。其主要作用為防止雷直擊導(dǎo)線；對塔頂雷擊起分流作用，從而減低塔頂電位；對導(dǎo)線有耦合作用，從而降低絕緣子串上的電壓；對導(dǎo)線有屏蔽作用，從而降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓。

降低桿塔的接地電阻通常是提高線路耐雷性能最經(jīng)濟的方法。

增加絕緣子串的片數(shù)，可使耐雷水平增大一些，但這樣做不僅增大了絕緣費用，而且增大了桿塔尺寸。因此一般不采用這種方法來改善防雷。

線路用單避雷線，保護角在25°范圍內(nèi)。

各級電壓線路均應(yīng)盡量裝設(shè)自動重合閘裝置。

1.4 變壓器保護

變電所的電氣設(shè)備中最重要、價值最昂貴、絕緣最薄弱的就是變壓器，因此，避雷器的選擇，必須使其伏秒特性的上限低于變壓器的伏秒特性的下限，并且避雷器的殘壓必須小于變壓器絕緣耐壓所能允許的程度。但是它們的數(shù)值都必須小于沖擊波的幅值，以保證侵入波能夠受到避雷器放電的限制。

高壓側(cè)通常安裝三只閥型避雷器（FS-3～10），低壓側(cè)通常安裝三只氧化鋅避雷器（mY-470）。高壓側(cè)的三個避雷器應(yīng)盡量靠近變壓器，其接地端直接與變壓器的金屬外殼相連，以減小雷電電流在引線寄生電感上產(chǎn)生的壓降。

當(dāng)雷電過電壓波沿高壓線路傳播到變壓器時，高壓側(cè)避雷器動作，由于它們的接地端與變壓器金屬外殼及低壓側(cè)中性點都連在一起后接地，作用在變壓器高壓側(cè)主絕緣上的電壓只是避雷器的殘壓，而不含接地電阻及接地引下線寄生電感上的壓降。通常，僅在高壓側(cè)裝三只避雷器尚不能完全保護變壓器。

為了抑制由正、反變換過程產(chǎn)生的暫態(tài)過電壓，需要在低壓側(cè)也裝三個低壓氧化鋅避雷器（壓敏電阻），避雷器的接地應(yīng)就近接在變壓器的金屬外殼上。這三個避雷器能夠限制低壓側(cè)出現(xiàn)的暫態(tài)過電壓，從而也能夠有效地抑制正、反變換過程在高壓側(cè)產(chǎn)生的暫態(tài)過電壓。

1.5 避雷器的配置

避雷器的作用是限制由線路侵入的雷電波對變電所內(nèi)的電氣設(shè)備造成的過電壓。它一般裝設(shè)在各段母線與架空線的進出口處。為了使避雷器達到預(yù)期的保護效果，必須滿足下列基本要求：

1.5.1 由于電氣設(shè)備的沖擊絕緣強度都是由伏秒特性曲線表示的，所以避雷器與被保護電氣設(shè)備的伏秒特性之間應(yīng)有合理的配合。

1.5.2 避雷器的絕緣強度要有自恢復(fù)能力。避雷器在沖擊電壓的作用下放電，造成接地短路，此時過電壓消失，但工頻電壓相繼作用在避雷器上，開始流過工頻短路接地電流。所以避雷器應(yīng)具有自行切除工頻續(xù)流、恢復(fù)絕緣強度的能力，使供電系統(tǒng)繼續(xù)正常工作。

目前常用的避雷器有管式避雷器、閥式避雷器和氧化鋅避雷器。

選用避雷器時，應(yīng)使避雷器的額定電壓與安裝該避雷器的電力系統(tǒng)的電壓等級相同；并且應(yīng)使避雷器的滅弧電壓大于其安裝處工作母線上可能出現(xiàn)的最高工頻電壓。所謂避雷器的滅弧電壓，指的是保證避雷器能夠在工頻續(xù)流第一次經(jīng)過零值時滅弧的條件下允許加在避雷器上的最高工頻電壓；若避雷器動作時系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)，則避雷器將在正常相電壓下滅?。蝗舯芾灼鲃幼鲿r系統(tǒng)內(nèi)同時有不對稱短路，則加在健全相避雷器上的恢復(fù)電壓將有可能高于相電壓，此時避雷器就必須在高于相電壓的情況下滅弧。根據(jù)分析，在中性點直接接地的電網(wǎng)中，不對稱短路時健全相上的電壓可達系統(tǒng)最大工作線電壓的80%，而中性點不接地（包括經(jīng)消弧線圈接地）的電網(wǎng)中，不對稱短路時健全相上的電壓可達系統(tǒng)最大工作線電壓的100%～110%。因此，對35KV及以上的避雷器，其滅弧電壓規(guī)定為系統(tǒng)最大工作線電壓的100%～110%，而110KV及以上中性點接地系統(tǒng)的避雷器，其滅弧電壓規(guī)定為系統(tǒng)最大工作線電壓的80%。

避雷器的保護性能一般以保護比（=殘壓/滅弧電壓）來說明，保護比越小，說明殘壓越低或滅弧電壓越高，則避雷器的保護性能越好。

2 變電站接地網(wǎng)

發(fā)、變電站需要有一個接地良好的地網(wǎng)，這無論從防雷的觀點看，還是從工頻對地短路電流不致使發(fā)、變電站人員及設(shè)備受危險的觀點看，都是必須的。

2.1 對接地系統(tǒng)的總要求

① 在使用期限內(nèi)，接地系統(tǒng)的性能和接地電阻應(yīng)滿足電氣裝置對工作接地、保護接地、防雷接地及防靜電接地的要求。

② 接地設(shè)施應(yīng)具有足夠的機械強度或設(shè)置附加的機械保護，以能適應(yīng)外界的影響。

③ 接地系統(tǒng)應(yīng)有防腐蝕措施，以保證在使用期限內(nèi)保持符合要求的接地電阻值。

變、配電所的接地按用途可分為下列三種：a 工作接地；b 保護接地；c 雷電保護接地。

不同用途和不同電壓的電力設(shè)備，除另有規(guī)定者外，應(yīng)使用一個總的接地體，接地電阻應(yīng)符合其中最小值的要求。

2.2 變、配電所的接地裝置應(yīng)符合下列要求：

① 變、配電所的接地裝置，除利用自然接地體外，還應(yīng)敷設(shè)以水平接地體為主的人工接地網(wǎng)。接地網(wǎng)的外緣宜閉合，且外緣各角做成圓弧形。

② 配電變壓器的接地裝置宜敷設(shè)成閉合環(huán)形，但自動閉塞電線路的信號變壓器除外。

③ 利用自然接地體和引外接地裝置時，應(yīng)用不少于兩根導(dǎo)體在不同地點與接地網(wǎng)相連（但不包括單獨設(shè)備）。

④ 避雷針與主接地網(wǎng)的地下連接點至變壓器接地線與主接地網(wǎng)的地下連接點，沿接地體的長度不得小于15m。

⑤ 埋在土壤中的接地裝置，其連接應(yīng)采用焊接，并在焊接處作防腐處理。

2.3 接地體應(yīng)滿足下列要求

① 垂直接地體的長度宜為2.5m，垂直接地體間的距離及水平接地體間的距離宜為5m。

② 人工接地體在土壤中的埋設(shè)深度不應(yīng)小于0.6m。接地體應(yīng)遠離由于磚窯、煙道等到高溫影響使土壤電阻率升高的地方。

③ 接地體裝置要求作到規(guī)定的接地電阻值在技術(shù)經(jīng)濟上極不合理時，變、配電所可提高到5Ω，但接觸電位差和跨步電位差不應(yīng)大于下列數(shù)值：

2.4 引下線應(yīng)符合下列規(guī)定：

① 引下線可采用圓鋼或扁鋼，優(yōu)先采用圓鋼。

② 引下線的敷設(shè)方式及截面要求為：

a 一般情況下宜沿建筑物外墻明敷，并經(jīng)最短徑路接地。當(dāng)采用圓鋼時，其直徑不應(yīng)小于8mm；

b 要求較高的場所可暗敷，當(dāng)采用圓鋼時，其直徑不應(yīng)小于10mm；當(dāng)采用扁鋼時，其截面不應(yīng)小于80mm2。

③ 采用多根引下線時，宜在各引下線上于距地面0.3m到1.8m之間裝設(shè)斷接卡。

④ 當(dāng)利用混亂凝土內(nèi)鋼筋、鋼柱作為自然引下線并同時采用基礎(chǔ)接地體時，可不設(shè)斷接卡； 但利用鋼筋作引下線時應(yīng)在室內(nèi)的適當(dāng)?shù)攸c設(shè)若干連接板，該連接板可供測量、接人工接地體和作等電位連接用。當(dāng)僅利用鋼筋作引下線并采用埋于土壤中的人工接地體時，應(yīng)在每根引下線于距地面不低于0.3m處設(shè)接地體連接板。采用埋于土壤中的人工接地體時應(yīng)設(shè)斷接卡，其上端應(yīng)與連接板或鋼柱焊接連接板處宜有明顯標志。

⑤ 在易受機械損壞和人易接觸的地方，應(yīng)采取暗敷或加裝塑料管、橡膠管等保護設(shè)施。

2.5 接地網(wǎng)的布置要求：

接地網(wǎng)的布置，應(yīng)盡量使地面的電位分布均勻，以減小接觸電壓和跨步電壓。人工接地網(wǎng)外緣應(yīng)閉合，外緣各角應(yīng)作成圓弧形。，35～110/6～10KV變電所的接地網(wǎng)內(nèi)應(yīng)敷設(shè)水平均壓帶。為保證人身安全，經(jīng)常有人出入的走道處，應(yīng)采用高絕緣路面（如瀝青碎石路面），或加裝帽檐式均壓帶。

為了減小建筑物的接觸電壓，接地體與建筑物的基礎(chǔ)間應(yīng)保持不小于是1.5m的水平距離，一般取2～3m。

為了降低跨步電壓，防護直擊雷電容接地裝置距離建筑物出入口及人行道，不應(yīng)小于3m，當(dāng)小于3m時，應(yīng)采取下列措施之一：（1）水平接地體局部埋深不小于1m；（2）水平接地體局部包以絕緣體，例如涂厚50～80mm的瀝青層；（3）采用瀝青碎石路面，或在接地裝置上面敷設(shè)厚50～80mm的瀝青層，其寬度超過接地裝置2m。（4）采用“帽檐式”或其他形式的均壓帶。

除臨時接地裝置外，接地裝置應(yīng)采用熱鍍鋅鋼材，水平敷設(shè)的可采用圓鋼和扁鋼，垂直敷設(shè)的可采用角鋼和鋼管。腐蝕比較嚴重地區(qū)的接地裝置，應(yīng)適當(dāng)加大截面，或采用陰極保護等措施。

不得采用鋁導(dǎo)體作為接地體或接地線。當(dāng)采用扁銅帶、銅絞線、銅棒、銅包鋼、銅包鋼絞線、鋼鍍銅等材料作接地裝置時，其連接應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范的規(guī)定。

2.6 發(fā)、變電站地網(wǎng)的工頻接地電阻可按下面經(jīng)驗公式粗略估計：

3 結(jié)束語

變電站是電力系統(tǒng)中重要的組成部分，而且變電站的電氣部分要裝設(shè)合理的避雷裝置和接地裝置，因此，它是防雷的重要保護對象。

參考文獻

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