變電站的防雷與接地技術(shù)探討

李石　王洋

[摘 要]變電站的防雷與接地保護(hù)對于保障變電站的安全、穩(wěn)定、可靠運行以及人身安全都具有十分重要的作用。因此，在實際應(yīng)用中，必須合理選擇與運用防雷與接地技術(shù)，只有這樣才能為變電站的安全運行提供可靠的保障。本文首先分析了雷電對變電站的入侵途徑，然后以此為基礎(chǔ)探討了具體的變電站防雷與接地保護(hù)技術(shù)應(yīng)用措施。

[關(guān)鍵詞]變電站；防雷；接地

中圖分類號：TD231 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）14-0218-01

1 引言

雷電是影響電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行的重要因素，作為電力系統(tǒng)樞紐的變電站如果發(fā)生雷擊事故，將會導(dǎo)致大面積停電，給社會生產(chǎn)和人民生活造成嚴(yán)重的影響。據(jù)統(tǒng)計，我國高壓輸電線路的總跳閘事故中有40%到70%是由雷擊引起的，特別是在多雷、土壤電阻率高和地形復(fù)雜的地區(qū)[1]。所以，防雷和接地保護(hù)技術(shù)的運用對于保障變電站的安全、穩(wěn)定、可靠運行以及人身安全都具有十分重要的作用。但是，變電站的防雷與接地保護(hù)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在實際應(yīng)用中需合理選擇與應(yīng)用防雷與接地技術(shù)，才能為變電站的安全運行提供可靠保障。因此，針對雷電對變電站的各種入侵途徑，開展變電站防雷與接地保護(hù)技術(shù)應(yīng)用研究，對于促進(jìn)我國電力系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定運行具有重要的現(xiàn)實意義。

2 雷電對變電站的入侵途徑

雷電損害通常有直擊雷、感應(yīng)雷和雷電反擊三種。對于變電站來說，遭受雷擊的途徑通常有兩種：一是雷電直擊在變電站的設(shè)備上；二是變電站遭受架空線路的雷電感應(yīng)過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線路的侵入。在變電站的設(shè)計中都具有很好的防直擊雷保護(hù)措施，使變電站的建筑和設(shè)備能夠得到避雷裝置的保護(hù)，故變電站受直擊雷危害的可能性較小。因此，雷電入侵變電站的途徑主要有以下三種。

2.1 雷電電磁感應(yīng)

對于變電站來說，其建筑物內(nèi)當(dāng)作引下線用的鋼筋、變電站布線層內(nèi)進(jìn)出高壓場地的各種線路都是雷電電磁場的產(chǎn)生源。當(dāng)直擊雷電流通過引下線時，會在變電站室內(nèi)引起電磁感應(yīng)；當(dāng)變電站附近有雷擊時，變電站內(nèi)的配電線路也會受其影響而產(chǎn)生電磁感應(yīng)。這些感應(yīng)雷電導(dǎo)致的過電壓直接加在設(shè)備上，輕則導(dǎo)致設(shè)備加速老化，重則直接造成設(shè)備損壞。

2.2 地反擊

當(dāng)變電站或線路遭受雷擊時，雷電流會通過防雷接地裝置流入接地網(wǎng)。在強大的雷電流作用下，接地電阻偏大的接地網(wǎng)或均壓效果不好的接地網(wǎng)都會導(dǎo)致接地網(wǎng)局部電位顯著抬高[2]。此時，存在的電位差會使電流進(jìn)行轉(zhuǎn)移，若此電位差超過了設(shè)備的耐壓值，就會導(dǎo)致地電位對設(shè)備反擊而使設(shè)備受到損壞。

2.3 侵入波

在變電站的架空線路遭受直擊雷后，雷電流會經(jīng)由線路入侵到變電站，其主要包括以下三種途徑：

（1）由電源線侵入

達(dá)到一定幅值的感應(yīng)雷過電壓會導(dǎo)致雷電波沿著電源線向變電站內(nèi)傳輸，其在經(jīng)過避雷器后雖會有所削弱，但幅值依然較高。若其超過變電站內(nèi)二次設(shè)備電子元器件的最大耐壓值，將會導(dǎo)致設(shè)備擊穿，從而影響變電站正常運行。

（2）由信號線侵入

當(dāng)雷電波通過天線或衛(wèi)星等信號線時，雖然被轉(zhuǎn)化后的電流或電壓信號會被防雷裝置所削弱，但若其依然高于變電站內(nèi)二次設(shè)備整定值，也會造成二次設(shè)備的損壞。而且信號線中的電流或電壓在經(jīng)過電磁或電容耦合后，還會產(chǎn)生較高的過電壓，對電源線或通信線路的正常運行造成影響。

（3）由接地線侵入

當(dāng)雷電流經(jīng)由防雷引下線被導(dǎo)入到大地時，若進(jìn)入地下的電荷無法與大地電荷完全中和，便會由接地線侵入變電站，若其施加在變電站內(nèi)的二次設(shè)備上，將會對設(shè)備造成極大損害。

3 變電站的防雷與接地保護(hù)技術(shù)

根據(jù)雷電對變電站的入侵途徑，其防雷措施大體分為兩類：一是阻止雷電波的進(jìn)入，二是雷電保護(hù)接地。因此，為了有效降低雷電對變電站的損害，必須采取合理、可行的防雷與接地保護(hù)技術(shù)。

3.1直擊雷的防護(hù)措施

為了避免直擊雷的損害，變電站都安裝有避雷針或避雷線。變電站的直擊雷保護(hù)避雷針可分為獨立避雷針和構(gòu)架避雷針兩種。為了避免避雷針對被保護(hù)物體造成反擊，應(yīng)在避雷針與被保護(hù)物體之間保留一定距離的空氣間隙，這樣可使雷電過電壓相對衰減，從而減輕對變電站設(shè)備的損害程度。對于獨立避雷針，應(yīng)安裝在獨立的接地裝置上，其工頻接地電阻在非高土壤電阻率地區(qū)不能大于10Ω，在必要時可將主接地裝置與接地網(wǎng)直接相連，從而降低兩者的接地電阻。

3.2 侵入波的防護(hù)措施

變電站限制侵入波的主要設(shè)備是避雷器。在進(jìn)行避雷器安裝時，一定要嚴(yán)格確定避雷器的型式、參數(shù)、臺數(shù)和裝設(shè)位置。

（1）進(jìn)線段的防雷保護(hù)

進(jìn)線段是指距離變電站1～2km的進(jìn)線線路，由于臨近變電站，所以極易受到侵入波侵?jǐn)_。進(jìn)線段的防雷保護(hù)最為重要的是限制雷電流幅值和侵入波陡度來降低線路殘壓。對于全線都沒有加裝避雷線的線路，還應(yīng)在變電站的進(jìn)線段架設(shè)避雷線，其保護(hù)角可設(shè)為20°左右。另外，進(jìn)線段還可能受到線路的沖擊電暈影響，所以應(yīng)適當(dāng)提升進(jìn)線波阻抗來降低進(jìn)線段內(nèi)繞擊和反擊形成侵入波的概率，同時也利于雷電流的降低。

（2）母線段的防雷保護(hù)

變電站的母線段在運行過程中有巨大電能通過，若其發(fā)生短路將會承受較大電動力效應(yīng)和發(fā)熱，所以必須在母線段安裝避雷器來避免其遭受雷擊而短路，從而確保變電站的安全運行。在變電站的每組母線上應(yīng)根據(jù)電壓等級裝設(shè)相應(yīng)的金屬氧化物避雷器或閥式避雷器，并且避雷器要以最短接地線與配電裝置的主接地網(wǎng)相連[3]。另外，要注意避雷器與被保護(hù)設(shè)備之間距離必須滿足最大距離要求，且保證保護(hù)范圍完全覆蓋被保護(hù)設(shè)備。

（3）變壓器的防雷保護(hù)

變壓器是變電站最為重要的設(shè)備之一，其防雷保護(hù)也是變電站防雷的關(guān)鍵。若變壓器中性點為全絕緣，則無需采取防雷保護(hù)措施，但在變電站內(nèi)只有一臺變壓器且進(jìn)線只有一路的情況下，則需在中性點位置加裝一組避雷器；若變壓器中性點為分級絕緣，則必須加裝與該點位絕緣等級相同的避雷裝置。

3.3 接地保護(hù)措施

（1）保護(hù)接地

保護(hù)接地是變電站接地系統(tǒng)中最為常用的保護(hù)措施，其可分為兩種情況：一是高壓系統(tǒng)接地，即一組相連的設(shè)備利用一根引下線進(jìn)行獨立接地；另一種是低壓系統(tǒng)接地。

（2）屏蔽接地

屏蔽接地的常見形式有建筑物屏蔽接地、低壓電纜屏蔽層接地和弱電設(shè)備接地三種。通過屏蔽接地可顯著降低來自外界的電磁干擾，并有效減少變電站內(nèi)弱電設(shè)備帶來的阻礙，從而保持設(shè)備本身的獨立性。

（3）信號接地

在設(shè)備數(shù)據(jù)線與遠(yuǎn)距離設(shè)備通信過程中，會引起瞬時或高頻電噪聲，從而使信號的傳輸質(zhì)量受到影響。所以，信號接地不可亂接，其關(guān)鍵是強弱電的混接處理，母線接地點要與強接地保持一定距離，且還要確保接地母線的長度合理。

4 結(jié)束語

總之，變電站的防雷與接地是一項較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程。因此，在具體應(yīng)用中必須結(jié)合實際情況，合理選擇與應(yīng)用防雷與接地保護(hù)措施，只有這樣才能保證變電站的安全、穩(wěn)定、可靠運行。

參考文獻(xiàn)

[1] 闕照，任曉霞.110kV變電站防雷接地設(shè)計[J].電氣制造，2013（05）.

[2] 董向征.35/10kV總降壓變電站電氣設(shè)計與防雷保護(hù)研究[J].價值工程，2013（12）.

[3] 黃書旭.變電站運行中的防雷措施研究[J].科技風(fēng)，2013（12）.