35kV變電站防雷與接地研究

李　堅（國網(wǎng)霍邱縣供電公司，安徽霍邱237400）

35kV變電站防雷與接地研究

李堅（國網(wǎng)霍邱縣供電公司，安徽霍邱237400）

隨著社會進步，工業(yè)的發(fā)展對電力行業(yè)的發(fā)展提出了更高的要求，電力企業(yè)的供電量已將無法滿足現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的需要，因此電力企業(yè)要不斷提升發(fā)電量，在原來標(biāo)準(zhǔn)上提高輸送電量的容量。由于我國是雷電頻發(fā)的國家，如果雷電侵入變電站系統(tǒng)中造成雷擊事故，將會產(chǎn)生很大的損失。本文主要分析雷電對35kV變電站的影響，淺談相應(yīng)的接地保護措施。

雷電災(zāi)害事故；接地設(shè)備；35kV變電站

引言

在受到雷電災(zāi)害時，產(chǎn)生的強大雷電流會進入到電氣設(shè)備內(nèi)，短時間內(nèi)造成設(shè)備損壞，影響電網(wǎng)的正常運行，嚴(yán)重的甚至?xí)l(fā)生安全事故。而35kV變電站作為維持電網(wǎng)正常運行的關(guān)鍵因素，為降低其受雷電災(zāi)害的影響，需要結(jié)合實際情況建立完善的防雷接地系統(tǒng)。

1　防雷接地的重要性

我國的國土面積遼闊，橫跨范圍廣，所以不同地區(qū)的地質(zhì)條件都存在很大的差異性。特別是沿海城市和南方地區(qū)。受所屬地理位置的影響，很多變電站經(jīng)常發(fā)生雷擊事故，給人們的日常生活和國家經(jīng)濟發(fā)展帶來很多不良的影響[1]。

2　雷電的主要入侵途徑

2.1由接地線侵入

變電站為了保障設(shè)備及現(xiàn)場的工作安全，會設(shè)置專門的避雷裝置，避雷針是變電站常見的避雷裝置，雷電強度較大時，雷電會沿著避雷針將電流釋放于大地，從而使得周圍形成喇叭形狀的電位分布。由于大地本身的電阻原因，將會在其周圍產(chǎn)生較大的雷過電壓，強度最高達幾十千伏，會嚴(yán)重?fù)p壞變電站的二次設(shè)備。

2.2有信號線侵入

當(dāng)雷電由二次系統(tǒng)通信線侵入后，通信線中會出現(xiàn)過電流過電壓，電力設(shè)備附近雷云地放電感應(yīng)出過電壓，電壓強度達1kV以上，由于電壓強度過大會使得二次設(shè)備接口和通信線接口擊壞長線驅(qū)動器接收器、調(diào)制解調(diào)器、光電隔離器和其他通信單元等，甚至?xí)苯訐p害電路。

2.3由電源線侵入

架空電力線路為變電站二次回路電源的輸入，而在實際運行中架空線路容易受到感應(yīng)雷和直擊雷的雷擊。由于電力線路電壓較高在受到直擊雷雷擊后會經(jīng)過變壓器的高壓側(cè)的電容耦合至低壓側(cè)，侵入變電站系統(tǒng)設(shè)備，致使系統(tǒng)設(shè)備整個損壞。

3　35kV變電站的防雷接地措施

雷擊一般可以分成直擊雷和感應(yīng)雷兩種。感應(yīng)雷通常也稱為二次雷。直擊雷直接作用在變電站電氣設(shè)備上時，形成強大的電流和較高的電壓。當(dāng)強大的電流通過電氣設(shè)備時，會產(chǎn)生熱效應(yīng)和機械效應(yīng)，直接對電氣設(shè)備造成損害[2]。接地的主要作用是將帶有危害的電流導(dǎo)入大地，從而對電力設(shè)備起到保護作用。防雷接地系統(tǒng)對于電力系統(tǒng)來說具有十分重要的意義。防雷接地系統(tǒng)可以有效地降低雷擊對變電站的損害。

3.1母線段的防雷措施

母線是35kV變電站的重要通路設(shè)備，其也可以起到對電能的傳送、分配、匯集功能。母線是變電站運行過程中最主要的電能傳送渠道，如果電路出現(xiàn)短路事故，母線就會承受較大的點動力與發(fā)熱效應(yīng)。所以為了提升變電站運行的安全性，降低母線被雷擊的概率，應(yīng)該為母線安裝避雷器[3]。為了有效保護母線的安全，還應(yīng)該加裝PT，而對于避雷器的選擇，需要以35kV變電站實際運行狀態(tài)為依據(jù)，考慮被保護設(shè)備運行方法與絕緣情況，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。要保證設(shè)備完全處于避雷器的保護范圍內(nèi)，還可以更具每組母線之間的不同電壓等級，為其安裝相應(yīng)的避雷裝置，具體詳見圖1。

圖1　線路避雷設(shè)計

3.2進線段的防雷措施

從35kV變電站的角度出發(fā)，其主要采用兩種進線方式，分別是電力電纜進線與架空進行，因此在制定防雷保護措施的時候應(yīng)該根據(jù)不同的進線方式采取相應(yīng)的避雷措施。

（1）電力電纜進線。工作人員可以根據(jù)其電壓等級的不同，在電力電纜的出線側(cè)或進線側(cè)加裝避雷裝置，如果既可以避免電壓被雷電干擾，又可以有效防治在防雷過程中出現(xiàn)電壓過載現(xiàn)象。

（2）架空進線。工作人員需要在離變電站2km的距離處為線路加裝避雷裝置。對進線段進行防雷保護，其主要目的是對雷電侵入波陡度及雷電流幅值進行限制。路過線路之前沒有安裝過避雷器，可以在變電站2km處加裝避雷線。如果之前有避雷設(shè)施，則可將變電站2km外的一段設(shè)為保護段。

3.3安裝避雷針

所有措施的選擇均需要以實際情況為依據(jù)，提前對當(dāng)?shù)乩纂姮F(xiàn)狀進行分析，收集雷暴數(shù)據(jù)，保證防雷方案具有較高的可行性[4]。避雷針也稱為引雷針，主要是把雷電引向自身，通過自身放電保護建筑物，避雷針高于被保護建筑物。一般情況下，會采用安裝避雷針的方式來進行防雷處理，而在選擇避雷針時，需要詳細(xì)計算避雷針保護范圍，確保所有待保護設(shè)備均在這個有效范圍內(nèi)。一般稱避雷針的保護范圍為傘狀保護，避雷針在雷云的作用下，其頂端電場強度最大，所以吸引雷電流過來通過避雷針放電，之后通過引下線和接地體把雷電流泄入大地，保護建筑物安全。避雷針保護范圍的計算尤為重要，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象進行計算。

3.4直擊雷的防護措施

直擊雷直接作用在變電站電氣設(shè)備上時，形成強大的電流和較高的電壓。當(dāng)強大的電流通過電氣設(shè)備時，會產(chǎn)生熱效應(yīng)和機械效應(yīng)，直接對電氣設(shè)備造成損害。為了盡量避免雷擊對變電站造成危害，可以通過相關(guān)的保護裝置將雷電波引入接地網(wǎng)。對于變電站的主控室或是網(wǎng)絡(luò)控制室和室內(nèi)配電裝備、主控樓，如有金屬結(jié)構(gòu)或是屋頂是金屬材質(zhì)時，應(yīng)該將金屬部分和地相接，如果屋頂采用的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，則要將鋼筋焊接成網(wǎng)并與地相接。

3.5接地保護措施

（1）選擇合適的接地網(wǎng)材料

在對35kV變電站進行接地設(shè)計時，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，通常會選用熱鍍鋅鋼上的扁鐵和圓鋼。

（2）接地網(wǎng)設(shè)計

在設(shè)計接地網(wǎng)時，需要明確提高設(shè)備運行可靠性，以及確保人身安全的目的，要對變電站內(nèi)所有電氣設(shè)備外殼進行接地處理。35kV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，為了保證其進行統(tǒng)一設(shè)備接地，需要設(shè)置一個總接地裝置。對于部分存在接地困難的35kV變電站，可以選擇用絕緣臺進行電氣設(shè)備維護。其具體要求有3點：①有統(tǒng)一的接地網(wǎng)，采用單點接地的方式接地；②在變電站中應(yīng)當(dāng)以接地網(wǎng)為主，最優(yōu)選擇應(yīng)該是閉合的環(huán)網(wǎng)；③建筑物地基上的鋼筋和自然金屬接地物應(yīng)當(dāng)與接地網(wǎng)聯(lián)成一體，具體詳見圖2。

圖2　接地避雷設(shè)計

（3）屏蔽接地

屏蔽電纜必須可靠接地，其中接地方式主要分為兩種：單端接地和雙端接地。①雙端接地。電纜雙端接地是為了改善接地電網(wǎng)的電位分布情況，采用等電位連接方式以控制屏蔽電纜兩接地端的電位差，以保證電纜的正常傳輸電能。其中在防護高頻雷電造成的對地電位的升高方面，單端接地效果較好，但是抗電磁干擾能力差。②單端接地。電纜連接被控設(shè)備的一段懸空，另一端接地。當(dāng)雷擊大電流流入地面時，由于接地網(wǎng)的高阻抗性，電流衰減非常快，這就使得屏蔽電纜接地點的感應(yīng)電壓大大降低，電纜外層感應(yīng)電壓在電纜芯線內(nèi)部的感應(yīng)電壓就大大降低，從而實現(xiàn)保護變電站的作用。

4　結(jié)語

35kV變電站在整個電力系中占據(jù)著非常重要的地位，而影響變電站正常運行的一個非常重要的因素是雷擊，要想有效地降低雷擊對變電站的不良影響，應(yīng)明確35kV變電站安全運行的目的，確定防雷接地技術(shù)要點，遵循專業(yè)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，做好各個環(huán)節(jié)的分析。確保所有參數(shù)的合理性，提高設(shè)計方案可操作性與有效性，降低雷電災(zāi)害對電氣設(shè)備的影響。

[1]鄭天明.淺析變電站高壓線路防雷接地幾個方法[J].銅業(yè)工程，2012，03：64～65.

[2]徐 鵬，梁少華.可調(diào)間隙防雷裝置在35kV變電站防雷中的應(yīng)用研究[J].高壓電器，2012，09：7～15.

[3]王 焰，宮 政，何 颶.武昌220kV變電站防雷接地技術(shù)的研究[J].安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2013，01：36～39.

[4]王泉萍.35kV變電站防雷與接地技術(shù)及相關(guān)防護[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2013，18：112.

TM63

A

2095-2066（2016）31-0061-02

2016-10-10

李 堅（1976-），男，本科，主要從事變電維修工作。