電力系統(tǒng)防雷工程設(shè)計淺談

吳昊瑾

（廣西地凱防雷工程有限公司，廣西 南寧 530003）

改革開放以來，隨著經(jīng)濟實力的增長和科技水平的提高，我國的電力事業(yè)不斷發(fā)展，電網(wǎng)的覆蓋面積也在逐步擴大。但是，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，雷擊依然是整個電力系統(tǒng)最主要的危害之一，對電網(wǎng)的可靠性和準(zhǔn)確性具有重大影響。就某方面而言，電力系統(tǒng)的防雷工程是整個電力事業(yè)中至關(guān)重要的一部分。

1 電源系統(tǒng)的防雷設(shè)計

對電源系統(tǒng)進行防雷保護，主要是防止由直擊雷所引起的操作浪涌的各級過電壓對電源系統(tǒng)的侵襲。通常情況下，人們采用多級保護的方法防止電源系統(tǒng)遭受雷擊。

對電源配電回路進行第一級防護，就是將DHENTB100防雷箱或者CSP100DI電源防雷模塊安裝在380V低壓總配電箱中。電源系統(tǒng)受到雷擊后，由于電源線的傳導(dǎo)作用，強大的雷電流可能會損壞配電柜中的部分設(shè)備。在電源系統(tǒng)總配電間內(nèi)安裝第一級防護可防止此種情況的發(fā)生。

對電源配電回路進行第二級防護，就是將一套DGMTT385電源防雷模塊或DHENTB40防雷箱安裝在機房分配電柜內(nèi)。與第一級電源防護不同，電源系統(tǒng)的第二級防護的主要作用是防止雷電流損壞后端設(shè)備。

電源系統(tǒng)的第三級防護也是最后一級防護，就是將DHENDRM2P255單行防護器串聯(lián)在樓層分配電箱的空氣開關(guān)后級處，其主要目的是保護單相AC220V電網(wǎng)不被雷電損壞，保證其供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2 輸電線路的防雷設(shè)計

目前，我國電力系統(tǒng)的輸電線路主要包括超高壓或特高壓交流輸電線路和高壓直流輸電線路兩個部分。超高壓交流輸電線路主要傳輸電壓等級在110kV～750kV之間的交流電壓，其輸電網(wǎng)絡(luò)常設(shè)于曠野之中，地理環(huán)境多變，極易遭受雷擊。直流輸電線路是我國電力系統(tǒng)最主要的組成部分之一，若遭受雷擊，可形成較大的短路直流，造成電流故障，嚴(yán)重時甚至?xí)p壞輸電線的絕緣體，造成電力泄漏。

2.1 架設(shè)底線

作為送電線路的首道防線，架空地線是電力系統(tǒng)防雷最基本的措施之一。當(dāng)雷電直擊塔頂時，地線可對雷電流起到分流作用，將大部分雷電流傳導(dǎo)到大地中，從而保護輸電線路。另外，地線還對導(dǎo)線有耦合和屏蔽的作用，可降低導(dǎo)線的本塔絕緣電壓和感應(yīng)過電壓。

2.2 減小地線對導(dǎo)線的保護角

設(shè)Pα為雷電繞擊率，h為桿塔的高度，α為地線對導(dǎo)線的保護角。在平原地帶，繞擊率Pα的計算公式為在山區(qū)地帶，繞擊率的計算公式則變?yōu)?/p>

由以上兩個公式可得，繞擊率可隨著保護角的減小而降低。所以，在架設(shè)輸電線路時，特別是在山區(qū)，應(yīng)盡量減小保護角。

2.3 降低桿塔的接地電阻

設(shè)接地電阻為Rch，則桿塔的耐雷水平公式為：

由公式可得，降低接地電阻可使線路的耐雷水平得到提升。就目前而言，降低接地電阻是最經(jīng)濟也最有效的防雷措施。

2.4 安裝避雷器

當(dāng)輸電線路遭到雷擊時，避雷器可起到對雷電流的分流作用，降低桿頂?shù)碾娢?。由于線路絕緣子與避雷器為并聯(lián)關(guān)系，所以，當(dāng)發(fā)生雷擊時，避雷線與導(dǎo)線中均有電流通過，兩者可發(fā)生電磁感應(yīng)，產(chǎn)生耦合，致使避雷器上的殘壓小于絕緣子串的50%放電電壓，導(dǎo)線和塔頂?shù)碾娢徊钚∮诮^緣子串的閃絡(luò)電壓，從而避免絕緣子閃絡(luò)。

2.5 加強線路絕緣

加強線路絕緣可采用的方式主要包括增大避雷線與跨越檔導(dǎo)線之間的距離和增加絕緣子片數(shù)兩種方法。由于導(dǎo)線的兩個回路上絕緣子片數(shù)不平衡，導(dǎo)線遭遇雷擊時，片數(shù)較少的線路先出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象，增加了其余回路的耦合作用。

3 變電所防雷設(shè)計

作為電力用戶和發(fā)電廠之間的聯(lián)系紐帶，變電所的主要作用是對電壓和電流進行集中、變換和分配，在電力系統(tǒng)中具有不可替代的作用。所以，變電所的防雷是電力系統(tǒng)防雷設(shè)計中必不可少的一部分。

變電所遭遇雷擊通常具有以下兩種情況在：一種是雷電直接擊打在變電所的設(shè)備上。當(dāng)變電所的設(shè)備直接遭遇雷擊時，將在設(shè)備上產(chǎn)生強大的雷電壓和雷電流，致使設(shè)備損壞。另一種是架空線路的雷電感應(yīng)過電壓形成的雷電流沿著輸電線路流經(jīng)變電所，產(chǎn)生強大的電壓，從而損壞變電所設(shè)備。

由于變電所遭遇雷擊是一隨機事件，沒有規(guī)律可循，所以，對變電所進行防雷保護應(yīng)因地制宜，根據(jù)不同的情況合理設(shè)計，既要保證變電所的安全又要盡可能的節(jié)約經(jīng)濟投入。通常情況下，對變電所進行防雷保護系統(tǒng)可分為三個不同的子系統(tǒng)，設(shè)計時，要保證三個系統(tǒng)之間密切聯(lián)系，互相影響，避免各部分之間孤立的現(xiàn)象存在。

4 發(fā)電廠的防雷保護

4.1 安裝避雷針

目前，我國準(zhǔn)許安裝的避雷針分為兩種：一種是構(gòu)架式避雷針，另一種是獨立式避雷針。由于發(fā)電廠的發(fā)電電壓范圍和所處的地理條件各不相同，其準(zhǔn)許安裝的避雷針也不相同。若發(fā)電廠的電力在60kV左右，并且其所在地的土壤電阻率ρ小于500Ω·m時或者發(fā)電廠電力大于110kV，并且其所在地的土壤電阻率ρ小于等于1000Ω·m，應(yīng)采用構(gòu)架避雷針。當(dāng)發(fā)電廠的電力小于35kV時或者發(fā)電廠電力在在60kV左右，并且其所在地的土壤電阻率ρ大于500Ω·m時，應(yīng)采用獨立避雷針。另外，在架設(shè)獨立避雷針時，應(yīng)注意在被保護物體和避雷針之間留有一定的地中距離和空氣間隙。

4.2 鋪設(shè)良好的接地網(wǎng)

所謂接地網(wǎng)，就是用導(dǎo)線將多個接地體相互連接起來，組成一個防雷的網(wǎng)絡(luò)。其主要的作用就是平均雷電壓，將雷電直擊產(chǎn)生的電壓平均分配到所有的接地體中，對發(fā)電設(shè)備和人員的安全起到了重大作用。

5 防雷保護的發(fā)展方向

5.1 加強構(gòu)建雷電探測系統(tǒng)

作為探測雷電的主要發(fā)展任務(wù)之一，加強開發(fā)和應(yīng)用雷電定位技術(shù)是我國未來防雷保護最主要的發(fā)展方向。在全國各地區(qū)分布的雷電監(jiān)測站和完善的雷電定位系統(tǒng)對我國的電力系統(tǒng)防雷保護具有重大意義。

為加強電力系統(tǒng)的防雷保護，盡最大的努力提高雷電預(yù)報的服務(wù)水平和雷電監(jiān)測的準(zhǔn)確性是我們的又一必然選擇。它有助于提高我國的災(zāi)難警報水平和雷電預(yù)警能力，進一步促使雷電預(yù)警服務(wù)向內(nèi)容化和標(biāo)準(zhǔn)化邁進，為各行各業(yè)的生產(chǎn)活動和和人民的日常生活提供便利和保障。

5.2 加強管理，保證認(rèn)證

眾所周知，環(huán)境監(jiān)測不僅是環(huán)境管理的重要依據(jù)，還是環(huán)境執(zhí)法的必要手段。加強管理，保證認(rèn)證不僅要求我們要加強內(nèi)部管理，還要求我們加強對環(huán)境監(jiān)測的全過程的監(jiān)督和管理。在環(huán)境檢測的各個過程中，如樣品采集、樣品保存、樣品化驗、實驗分析等環(huán)節(jié)，均有相關(guān)的人員進行嚴(yán)格地管理和監(jiān)督，保證檢測的準(zhǔn)確性和有效性。

作為一種破壞力極強的自然現(xiàn)象，雷電可瞬時產(chǎn)生數(shù)百萬伏的高壓，其電流也可達到數(shù)十萬安培，對我國的電力系統(tǒng)具有極大的威脅和破壞。目前，我國電力系統(tǒng)的防雷保護主要是安裝避雷針、架設(shè)避雷線、自動重合閘裝置等多道防護相結(jié)合的模式，但仍不能杜絕雷電對電力系統(tǒng)的影響。進一步發(fā)展屏蔽隔離、抑制分流、雷電監(jiān)測定位等技術(shù)，提出新的防雷理論，研制新的防雷器件仍然對我國電力系統(tǒng)的防雷保護具有不可磨滅的意義。

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