110kV變電站的防雷接地設(shè)計(jì)探討

黃嘉文

摘 要：110 kV變電站是電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)的重要部分，一般都處于野外環(huán)境，受雷電災(zāi)害威脅較大。為了提高其運(yùn)行的安全性和可靠性，必須要重點(diǎn)研究防雷接地措施，以免雷電災(zāi)害發(fā)生后過大雷電流造成設(shè)備損壞。從多個(gè)角度探討了110 kV變電站防雷接地設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：110 kV；變電站；防雷接地；保護(hù)范圍

中圖分類號(hào)：TM633+.1；TU895 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.11.146

文章編號(hào)：2095-6835（2016）11-0146-02

在受到雷電災(zāi)害時(shí)，產(chǎn)生的強(qiáng)大雷電流會(huì)進(jìn)入到電氣設(shè)備內(nèi)，短時(shí)間內(nèi)造成設(shè)備損壞，影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行，嚴(yán)重的甚至?xí)l(fā)生安全事故。而110 kV變電站作為維持電網(wǎng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素，為降低其受雷電災(zāi)害的影響，需要結(jié)合實(shí)際情況，重點(diǎn)分析防雷接地設(shè)計(jì)方案，建立完善的防雷接地系統(tǒng)，及時(shí)將過大雷電流引導(dǎo)入地下，避免對(duì)電氣設(shè)備造成損壞。

1 110 kV變電站防雷設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 合理選擇避雷器

在發(fā)生雷電災(zāi)害后，會(huì)對(duì)110 kV變電站產(chǎn)生不同程度的損壞，為避免變電站電氣設(shè)備受損，需要選擇并安裝合適的防雷設(shè)備，如防雷、避雷器，削弱雷電對(duì)設(shè)備的影響，提高設(shè)備運(yùn)行的安全性。而對(duì)于避雷器的選擇，需要以110 kV變電站實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)為依據(jù)，考慮被保護(hù)設(shè)備運(yùn)行方法與絕緣情況，并分析當(dāng)?shù)乩纂姎夂虬l(fā)生概率與影響范圍，然后選擇避雷、防雷設(shè)備形式。一般情況下，不大于10 kV的配電系統(tǒng)可以選擇用普通閥型FS；3～220 kV范圍內(nèi)的發(fā)電廠與110 kV變電站，配電裝置則應(yīng)選擇普通閥型Fz；不大于220 kV的配電系統(tǒng)則應(yīng)更具其限制電壓，選擇用FCZ型。另外，對(duì)于110 kV變電站所選擇的避雷設(shè)備，在安裝時(shí)，要求其額定電壓要與系統(tǒng)設(shè)定的額定電壓相同。

1.2 選擇安裝避雷針

所有措施的選擇均需要以實(shí)際情況為依據(jù)，提前對(duì)當(dāng)?shù)乩纂姮F(xiàn)狀進(jìn)行分析，收集雷暴數(shù)據(jù)，保證防雷方案具有較高的可行性。一般情況下，會(huì)采用安裝避雷針的方式來進(jìn)行防雷處理，而在選擇避雷針時(shí)，需要詳細(xì)計(jì)算避雷針保護(hù)范圍，確保所有待保護(hù)設(shè)備均在這個(gè)有效范圍內(nèi)。避雷針保護(hù)范圍的計(jì)算尤為重要，需要先確定設(shè)置的避雷針數(shù)量與高度，以其中一支避雷針為對(duì)象進(jìn)行計(jì)算。即當(dāng)被保護(hù)設(shè)備高度大于或等于避雷針實(shí)際高度的2倍時(shí)，則（避雷針高度-被保護(hù)設(shè)備高度）×高度影響系數(shù)=避雷針保護(hù)范圍。其中，如果避雷針高度小于等于30 m，則高度影響系數(shù)為1；如果被保護(hù)設(shè)備實(shí)際高度小于避雷針高度的1/2，則保護(hù)范圍為避雷針高度的1.5倍與被保護(hù)設(shè)備實(shí)際高度2倍的差。其中，如果避雷針高度大于30 m，則高度影響系數(shù)為5.5.

2 110 kV變電站接地設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 接地網(wǎng)材料

在對(duì)110 kV變電站進(jìn)行接地設(shè)計(jì)時(shí)，需要保證接地網(wǎng)材料的合理性，保證接地電阻與入地電流均達(dá)到專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且要盡量延長接地網(wǎng)使用壽命。一般接地網(wǎng)使用壽命與地上設(shè)施設(shè)計(jì)使用年限相符合。所選接地網(wǎng)材料要具有較高的穩(wěn)定性，尤其是隨著外界環(huán)境的變化接地電阻值的變化。如果選擇用鐵質(zhì)材料接地網(wǎng)，在長期使用的過程中會(huì)隨著腐蝕程度的嚴(yán)重導(dǎo)致電阻增加；如果選擇銅質(zhì)材料接地網(wǎng)，其受外界環(huán)境影響較小，因腐蝕問題造成電阻的增加也比較緩慢，接地網(wǎng)性能更為穩(wěn)定。但是銅質(zhì)材料成本價(jià)格高，并不適合全面應(yīng)用。針對(duì)此類問題，可以設(shè)置人工接地體來降低接地電阻。例如離子型接地體，初期階段離子滲透會(huì)造成電阻降低，而隨著使用時(shí)間的延長，接地電阻逐漸趨于穩(wěn)定。技術(shù)原理即通過化學(xué)藥劑產(chǎn)生大量離子向周圍土壤滲透，使得周圍土壤電阻率改變，但是要重點(diǎn)做好防腐處理。另外，也可以選擇應(yīng)用石墨接地體，在長期使用過程中接地電阻可以維持在一個(gè)穩(wěn)定性的狀態(tài)，且具有較高的性能穩(wěn)定性。

2.2 接地網(wǎng)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)接地網(wǎng)時(shí)，需要明確提高設(shè)備運(yùn)行可靠性，以及確保人身安全的目的，要對(duì)變電站內(nèi)所有電氣設(shè)備外殼進(jìn)行接地處理。110 kV變電站內(nèi)所存電氣設(shè)備種類、數(shù)量眾多，且具有不同的作用，為了保證其進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)備接地，需要設(shè)置一個(gè)總接地裝置。對(duì)于部分存在接地困難的110 kV變電站，可以選擇用絕緣臺(tái)進(jìn)行電氣設(shè)備維護(hù)。對(duì)于人工接地部分，要保證電氣設(shè)備所處位置附近區(qū)域電壓可以均勻分配，且大接地短路電流電氣設(shè)備要安裝環(huán)形接地體與均壓帶。

2.3 接地網(wǎng)布置

在布置接地網(wǎng)前，需要對(duì)110 kV變電站所處區(qū)域土壤的電阻率進(jìn)行檢測，然后根據(jù)實(shí)際情況來設(shè)計(jì)布置方案。當(dāng)土壤電阻率ρ<400Ω·m時(shí)，電位分布衰減速度緩慢，應(yīng)選擇用水平接地為主的帶棒接地裝置，且接地網(wǎng)水平接地體采用扁鋼水平連接方式形成網(wǎng)孔形。其中，兩水平接地帶間距要保持在3～10 m的范圍內(nèi)，并將兩部分全部埋入地下0.8 m位置。另外，要保證接地網(wǎng)面積的合理性，一般應(yīng)與變電站面積保持一致，接地網(wǎng)外沿閉合處理，并將各角處理成圓弧狀，且圓弧半徑大小要保持在均壓帶半徑1/2以下。

3 110 kV變電站防雷措施

對(duì)于電壓在110 kV或者以上的變電站，均需要對(duì)佩配電裝置安裝避雷針，1/2可安裝在設(shè)備架構(gòu)上，并對(duì)避雷針保護(hù)線路與配電裝置門架結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，達(dá)到防雷目的。對(duì)于避雷針支柱附近區(qū)域，還應(yīng)安裝輔助集中接地裝置，且將接地電阻控制在10 Ω以內(nèi)。將避雷針與配電裝置接地網(wǎng)進(jìn)行有效連接，且沿接地線距離要控制在15 m以內(nèi)，確保防雷效率。對(duì)于部分110 kV變電站日常作業(yè)需要應(yīng)用到照明燈塔，這樣也需要對(duì)燈塔進(jìn)行防雷接地處理，安裝避雷針，避免其受到雷暴直接攻擊，提高其應(yīng)用的安全性。另外，還要重點(diǎn)做好直擊雷預(yù)防措施的分析，提高防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，尤其要做好主控樓與屋內(nèi)配電裝置的防雷處理，將屋頂金屬結(jié)構(gòu)全部接地。對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式的屋頂，可以將其與鋼筋焊接后作為接地網(wǎng)，將雷電流傳導(dǎo)入地下，避免對(duì)電氣設(shè)備造成損壞。對(duì)于非導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的屋頂，可以設(shè)置避雷帶，達(dá)到防雷保護(hù)目的。

4 結(jié)束語

對(duì)110 kV變電站進(jìn)行防雷接地設(shè)計(jì)，應(yīng)明確110 kV變電站安全運(yùn)行的目的，確定防雷接地技術(shù)要點(diǎn)，遵循專業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，做好各個(gè)環(huán)節(jié)的分析。在設(shè)計(jì)過程中，要針對(duì)不同情況選擇相應(yīng)的處理措施，確保所有參數(shù)的合理性，提高設(shè)計(jì)方案可操作性與有效性，降低雷電災(zāi)害對(duì)電氣設(shè)備的影響。

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〔編輯：胡雪飛〕