淺談沙漠變電站的防雷接地與電氣安全

孫君麗

摘要：榆橫750kV變電站位于毛烏素沙漠南端，無定河北岸，受極地大陸冷空氣團(tuán)控制的時間長，受熱帶海洋暖氣團(tuán)影響短，所以一年里寒季長，熱天短，夏季多雷雨，且土壤電阻率高，因而變電站設(shè)備的安全保護(hù)十分重要，研究變電站的防雷接地技術(shù)，對于提高供電的可靠性，有重大意義。

關(guān)鍵詞：沙漠變電站、防雷接地、接地電阻

【中圖分類號】TM863

一、雷電對變電站的危害

雷電是一種大氣里的放電現(xiàn)象，它產(chǎn)生在積雨里. 積雨的云在形成的過程中， 部分云團(tuán)帶有正電荷， 部分云團(tuán)帶有負(fù)電荷， 因此，當(dāng)電荷總量積聚到了一定的程度時， 在不同的電荷云團(tuán)之間， 或者云團(tuán)和大地之間的電壓數(shù)值非常大，足夠擊穿空氣。

變電站是電力系統(tǒng)防雷的重要保護(hù)設(shè)施，如果發(fā)生雷擊事故，將造成大面積的停電，嚴(yán)重影響社會生產(chǎn)和人民生活。為保證電力系統(tǒng)的安全運行，電力系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)被保護(hù)物的重要性和危險程度的不同，對于直接雷、雷電感應(yīng)、雷電侵入波應(yīng)采取相應(yīng)的防雷保護(hù)措施。因此要求變電站的防雷保護(hù)措施必須十分可靠。

二、變電站的防雷保護(hù)

防雷措施總體概括為2種：

①避免雷電波的進(jìn)入；

②利用保護(hù)裝置將雷電波引入接地網(wǎng)。

防雷保護(hù)措施應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場常見的雷擊形式、頻率、強(qiáng)度以及被保護(hù)設(shè)施的重要性、特點安裝適宜的保護(hù)裝置。直接雷保護(hù)的主要措施是安裝避雷針以及避雷線。避雷針和避雷線這兩種裝置都是通過攔截措施，改變雷電波的入地路徑，從而起到直擊雷保護(hù)的作用。

其基本原理是：利用尖端放電的原理，當(dāng)雷云使地面電場畸變，在針頂端形成局部場強(qiáng)集中區(qū)以影響先導(dǎo)放電的發(fā)展方向，使雷云對其放電并將雷電流泄入地中，保護(hù)附近電力設(shè)備和建筑物。

安裝避雷針時應(yīng)該注意以下問題：

①反擊問題：當(dāng)雷電流通過引下線和接地裝置入地時，會在接地引下線和接地電阻上形成很高的電位升高，所以避雷針和被保護(hù)物間的空氣間隙不應(yīng)小于3m。

②關(guān)于接觸電壓和跨步電壓的問題：一般規(guī)定“避雷針及其接地裝置與道路或出入口的距離不宜小于3m”，即使如此，這一要求仍不滿足要求。

③關(guān)于高電位引入的問題：如果在避雷針的桿塔上有低壓線或通信線，則將沿這些線路傳入相應(yīng)的低壓設(shè)備或通信設(shè)施，造成雷擊。

④關(guān)于感應(yīng)的問題：當(dāng)雷擊避雷針而使針體電位抬高時，在針體附近有限長的孤立導(dǎo)體上將出現(xiàn)靜電感應(yīng)過電壓。

⑤主控樓、繼電器室或是網(wǎng)絡(luò)控制樓和室內(nèi)配電裝置的保護(hù)，如果屋頂有金屬結(jié)構(gòu)或是屋頂是金屬做的時，要將金屬部分接地；如果屋頂是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的，則要將鋼筋焊接成網(wǎng)并接地；如果屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)是非導(dǎo)電的時候，采用避雷保護(hù)，可以在屋頂設(shè)置8m～10m 左右的金屬網(wǎng)，并且避雷帶網(wǎng)絡(luò)設(shè)引下線接地。

⑥安裝避雷針時，應(yīng)該注意讓設(shè)備的接地點離避雷針接地引線的入地點要盡可能的遠(yuǎn)，并且避雷針的接地引下線離電氣設(shè)備也要要盡可能的遠(yuǎn)；同時，上述接地應(yīng)該和總線地網(wǎng)相連，并且加裝集中接地裝置，其工頻接地電阻應(yīng)該大于10Ω。

三、變電站的防雷接地

接地裝置的設(shè)計對于電力系統(tǒng)的安全運行至關(guān)重要。

變電站接地系統(tǒng)的合理與否是直接關(guān)系到人身和設(shè)備安全的重要問題。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，接地系統(tǒng)的設(shè)計越來越復(fù)雜。變電站接地包含工作接地、保護(hù)接地、雷電保護(hù)接地。工作接地即為電力系統(tǒng)電氣裝置中，為運行需要所設(shè)的接地；保護(hù)接地即為電氣裝置的金屬外殼、配電裝置的構(gòu)架和線路桿塔等，由于絕緣損壞有可能帶電，為防止其危及人身和設(shè)備的安全而設(shè)的接地；雷電保護(hù)接地即為為雷電保護(hù)裝置向大地泄放雷電流而設(shè)的接地。變電站接地網(wǎng)安全除了對接地阻抗有要求外，還對地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、使用壽命、跨步電位差、接觸電位差、轉(zhuǎn)移電位危害等提出了較高的要求。因而榆橫750kV變電站大門入口處敷設(shè)了一組“帽檐式”均壓帶以及站內(nèi)多組輔助均壓環(huán)。

3.1 接地電阻

接地電阻就是電流由接地裝置流入大地再經(jīng)大地流向另一接地體或向遠(yuǎn)處擴(kuò)散所遇到的電阻，它包括接地線和接地體本身的電阻、接地體與大地的電阻之間的接觸電阻以及兩接地體之間大地的電阻或接地體到無限大遠(yuǎn)處的大地電阻。

接地電阻值是衡量接地系統(tǒng)好壞的主要標(biāo)準(zhǔn)之一，接地網(wǎng)形式、土壤結(jié)構(gòu)、土壤電阻率對接地電阻有著顯著的影響。

3.2 變電所接地裝置

接地裝置由水平接地體和垂直接地體組成，接地體的截面應(yīng)經(jīng)熱穩(wěn)定校驗， 計及材料的腐蝕程度，并考慮一定裕度后確定。榆橫750kV變電站水平接地體選用-80mm×10mm鍍鋅扁鋼， 垂直接地極選用Ф50mm鍍鋅鋼管。

根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T621-1997，接地裝置的接地電阻應(yīng)滿足：（1）、變壓器容量在100kVA以下（含100kVA）的接地電阻R≤10Ω；（2）、變壓器容量在100kVA以上的接地電阻R≤4Ω。接地成功的最主要指標(biāo)就是接地裝置的接地電阻是否符合規(guī)范要求，并保持長期穩(wěn)定。由于榆橫750kV變電站處于高電阻率土壤地區(qū)，所以降低電阻率很關(guān)鍵。

根據(jù)接地電阻的公式：

其中ρ—地的電阻率，ε—介電系數(shù)，C—接地體的電容。

可以看出，降低接地電阻有以下兩種途徑：

1、增大接地體幾何尺寸，以增大接地體的電容C。

2、改善地質(zhì)電學(xué)性質(zhì)，減小地的電阻率ρ和介電系數(shù)ε。

因為接地體幾何尺寸是一定的，所以就無法再增大接地體的電容，本工程使用了長效物理降阻劑以改善地質(zhì)電學(xué)性質(zhì)減少地的電阻率和介電系數(shù)。接地環(huán)網(wǎng)施工過程中的扁鐵與扁鐵、扁鐵與鋼管的搭接嚴(yán)格按照焊接工藝，接頭處做好防腐。

四、變電所的規(guī)模

榆橫750KV變電站地處是西北電網(wǎng)的重要樞紐，擔(dān)負(fù)著西北電網(wǎng)與省網(wǎng)的連接和功率交換，對西北乃至整個陜西省電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行起著十分重要的作用，因此安全穩(wěn)定的運行環(huán)境對于該站來說是至關(guān)重要的。榆橫750KV變電站，站內(nèi)包括330 kV，66 kV和35 kV 3個電壓等級，是目前國內(nèi)綜合自動化水平最高的750 kV變電站之一。該變電站系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，綜合了常規(guī)控制儀表屏、繼電保護(hù)裝置屏、模擬屏、變送器屏、遠(yuǎn)動裝置屏、中央信號系統(tǒng)及保護(hù)、控制全微機(jī)化等特點，實現(xiàn)了測量、控制、自檢、保護(hù)信息自傳、電度量采集、電氣五防閉鎖、遠(yuǎn)傳等自動化功能。

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