變電站防雷接地技術(shù)的運(yùn)用探討

黃慧軍

摘 要：變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)防雷擊有較高的要求。一旦遭受雷擊，變電站的電氣設(shè)備可能會(huì)受到干擾或被損壞，因此，變電站防雷接地技術(shù)的運(yùn)用尤其重要。簡(jiǎn)述了變電站遭受雷擊的原因，詳細(xì)分析和探討了變電站防雷接地技術(shù)的相關(guān)情況，以期為日后的工作提供參考。

關(guān)鍵詞：變電站；防雷接地技術(shù)；過電壓；雷擊

中圖分類號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.04.159

變電站作為電力系統(tǒng)中交換、集中和分配電能、電壓、電流的場(chǎng)所，在給人們的生活帶來便利的同時(shí)，也存在著一定的安全隱患。而雷電作為常見的自然現(xiàn)象，卻時(shí)刻威脅著變電站的運(yùn)行安全。一旦變電站遭受雷擊，將會(huì)損害變電站內(nèi)的電氣設(shè)備，給區(qū)域供電帶來不便，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且還會(huì)嚴(yán)重危及國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人們的生命安全。因此，做好變電站的防雷保護(hù)措施是十分必要的。雖然現(xiàn)在的變電站都有較為完善的防雷接地保護(hù)措施，變電站的設(shè)備遭雷擊損壞的概率比較小，但是，這種情況還是存在的。為了進(jìn)一步降低這一概率，本文主要探討了變電站防雷接地技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容。

1 變電站遭受雷擊的原因

當(dāng)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，電氣設(shè)備的絕緣處于電網(wǎng)額定電壓的作用下。但是，如果遇到雷擊，供配電系統(tǒng)中某些設(shè)備承受的電壓會(huì)大大超過正常狀態(tài)下的數(shù)值。通常情況下，變電站遭受雷擊主要有以下3種情況：①雷電直擊于變電站設(shè)備上；②架空線路的雷電感應(yīng)過電壓或直擊雷過電壓導(dǎo)致雷電波沿線路侵入變電站；③通訊線路遭雷擊侵入變電站電腦系統(tǒng)。

2 雷電系統(tǒng)防護(hù)

通常來說，地區(qū)發(fā)生雷擊事件的頻次與該地區(qū)所處的地理位置有很大關(guān)系，比如沿海地區(qū)雷擊發(fā)生的頻次要明顯高于內(nèi)陸地區(qū)，但無論是沿海地區(qū)，還是內(nèi)陸地區(qū)，都要認(rèn)真對(duì)待防雷擊問題。當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，大氣層內(nèi)會(huì)有強(qiáng)烈的電流通過，此過程中產(chǎn)生的熱量和機(jī)械能如果直接作用于物體上，就會(huì)發(fā)生相當(dāng)嚴(yán)重的問題，而且還會(huì)產(chǎn)生后續(xù)危害，影響人們的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全。根據(jù)雷電發(fā)生作用過程的不同，雷擊危害又可以分為感應(yīng)雷、直擊雷和雷電反擊經(jīng)過3種形式。經(jīng)過無數(shù)人的努力探索，防御雷電的措施己經(jīng)由原來的直擊雷防護(hù)發(fā)展為現(xiàn)在效果更佳的系統(tǒng)防護(hù)。

3 接地裝置

接地裝置在變電站防護(hù)中發(fā)揮著非常重要的作用，只有合理安裝接地裝置，才可以將雷電所產(chǎn)生的電流引入地下，真正達(dá)到防雷保護(hù)電氣設(shè)備安全的目的。

3.1 變電站接地設(shè)計(jì)原則

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)變電站接地系統(tǒng)的要求也越來越復(fù)雜。因?yàn)闊o論什么形式的雷電破壞防護(hù)，最終都要通過接地裝置引入地下。因此，設(shè)置合理的接地裝置非常重要，它直接關(guān)系著變電站人員和設(shè)備的安全。隨著變電站多級(jí)母線接地故障電流的逐步增大，再加上標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際值之間的差別越來越大，在設(shè)計(jì)變電站時(shí)，如何滿足電阻的要求則越來越棘手。在設(shè)計(jì)變電站的過程中，要遵循《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50169—2016），設(shè)計(jì)電阻，要將電阻R的阻值控制在5 Ω的范圍內(nèi)；對(duì)于重要的變電站，設(shè)備電阻要小于0.5 Ω。盡管如此，在使用接地電阻時(shí)，還要遵循以下3個(gè)原則：①盡量使用建筑物地基上的鋼筋或者自然接地的金屬統(tǒng)一接地，連接成接地網(wǎng)絡(luò)；②以自然接地物為主，人工接地體為輔，外形盡可能采取閉合的環(huán)形；③單點(diǎn)接地，但要有統(tǒng)一的接地網(wǎng)。

3.2 接地裝置的組成

接地裝置主要由接地體和接地線組成。

3.2.1 接地體

接地體分為自然接地體和人工接地體。自然接地體是指利用大地中已有的金屬構(gòu)件、管道和建筑物鋼筋混凝土而構(gòu)成的接地體；人工接地體是指專門為接地而人為裝設(shè)的接地體。在敷設(shè)接地體時(shí)，要注意以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：①處理接地體土壤，以降低凍結(jié)溫度和土壤電阻率，從而有效降低接觸電壓和跨步電壓值。②接地體應(yīng)符合熱穩(wěn)定校驗(yàn)和均壓的要求。③接地體要考慮腐蝕的影響，采取相應(yīng)的防腐處理措施。④為了減小外界溫度變化對(duì)散流電阻的影響，埋入地下的接地體上部要離開地面0.8 m左右。⑤垂直接地體的間距應(yīng)大于接地體長(zhǎng)度的2倍，水平接地體的間距要大于5 m。

對(duì)于接地電阻，接地裝置的電阻包括接地體和接地線的電阻。因?yàn)榻拥匮b置的電阻本身比較小，一般可以忽略不計(jì)，所以，接地電阻主要指流散電阻，其數(shù)值等于接地裝置對(duì)地電壓與接地電流之比。當(dāng)有沖擊電流經(jīng)接地體流入地中時(shí)，土壤即被電離，而此時(shí)呈現(xiàn)的接地電阻被稱為沖擊接地電阻。一般情況下，接地電阻比工頻接地電阻小。這是因?yàn)槔纂姏_擊電流通過接地裝置時(shí)，由于電流密度很大，使土壤中的氣隙產(chǎn)生局部火花放電，相當(dāng)于增大了接地體的尺寸，從而降低了接地電阻。

3.2.2 接地線

接地線是指電氣設(shè)備接地端與接地體相連接的導(dǎo)體。明敷的接地線應(yīng)標(biāo)志清晰，涂15～100 mm寬度相等的綠黃相間的條紋；暗敷接地線入口處應(yīng)設(shè)接地標(biāo)識(shí)。接地線應(yīng)采取防止機(jī)械損傷和化學(xué)腐蝕等情況發(fā)生的措施，比如采用涂防銹漆或鍍鋅等防腐措施。另外，接地線截面應(yīng)符合熱穩(wěn)定校驗(yàn)。在變電站電氣裝置中，電氣設(shè)備接地線敷設(shè)應(yīng)符合以下要求：①接地線應(yīng)采用焊接連接。當(dāng)采用搭接焊接時(shí)，其搭接長(zhǎng)度應(yīng)為扁鋼寬度的2倍或圓鋼直徑的6倍。②用鋼管作接地線時(shí)，鋼管連接處應(yīng)該保證電氣連接的可靠性。利用穿線的鋼管作接地線時(shí)，引向電氣設(shè)備的鋼管與電氣設(shè)備之間應(yīng)該有可靠的電氣連接。③接地線與管道等伸長(zhǎng)接地極的連接處宜焊接。連接點(diǎn)應(yīng)選在

近處，并且當(dāng)管道可能因檢修而斷開時(shí)，接地裝置的接地電阻也要符合規(guī)定要求。管道上表計(jì)和閥門等處均應(yīng)設(shè)置跨接線。④接地線與接地極的連接宜用焊接；接地線與電氣設(shè)備的連接可用螺栓連接或焊接，用螺栓連接時(shí)，應(yīng)設(shè)防松螺帽或防松墊片。⑤電氣設(shè)備每個(gè)接地部分應(yīng)用單獨(dú)的接地線與接地母線相連接，嚴(yán)禁在一個(gè)接地線中串聯(lián)幾個(gè)需要接地的部分。

3.3 變電站的防雷措施

變電站遭受雷擊時(shí)，有直接雷擊和間接雷擊2種情況，因此，變電站對(duì)雷擊的防護(hù)也應(yīng)從這2個(gè)方面入手。要想避免雷擊，首先要避免雷電波的進(jìn)入，還要利用保護(hù)裝置（比如避雷器等）將雷電波引入接地網(wǎng)。在工作過程中，采取攔截導(dǎo)引等措施，可以改變雷擊的途徑。最常使用的接閃器有避雷線和避雷針。獨(dú)立式避雷針適合規(guī)模比較小的變電站使用，但是，大型的變電站則需要在構(gòu)架上安裝避雷線、避雷針或者同時(shí)安裝二者。安裝時(shí)，要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范接引流線和接地裝置。在變電站中，主要采取的防雷措施有以下3種：①安裝避雷器。避雷器可以將入侵的雷電波降低至電氣系統(tǒng)設(shè)備絕緣強(qiáng)度允許值以內(nèi)。目前，我國(guó)使用最廣泛的避雷器是以金屬氧化物為主要材料制成的避雷器。②浪涌抑制器。浪涌抑制器采用過壓保護(hù)，防雷端子等系列可以有效改善電氣設(shè)備自身的防護(hù)能力，保護(hù)電氣設(shè)備和電子元器件，使其不被擊壞。其工作機(jī)理是，當(dāng)發(fā)生雷擊事故時(shí)，后臺(tái)監(jiān)控器可以顯示電源防雷模塊是否遭到損壞。浪涌抑制器一般安裝在控制和通訊接口處。③接地線。接地線即接地體的外引線，根據(jù)其功能，可以分為主接地線、分接地線和電位連扳等，主要起保護(hù)和屏蔽設(shè)施的作用。變電站中防雷接地裝置的接地線就是防雷接閃裝置的引下線。

3.4 直接雷擊的防護(hù)措施

直接雷擊是變電站中遭受最多的一種雷擊方式，也是對(duì)變電站危害最大的一種。應(yīng)對(duì)直接雷擊的措施有3種：①防止反擊。為了防止雷電泄地時(shí)反擊，避雷針接地引線和引下線入地點(diǎn)都要盡可能遠(yuǎn)離設(shè)備接地點(diǎn)。②裝設(shè)集中接地裝置。所有接地線都要接通總線地網(wǎng)，并在連接下加裝集中接地裝置，其工頻的接地電阻不得小于10 Ω。③主控室和網(wǎng)絡(luò)控制樓以及屋內(nèi)配電裝置要科學(xué)采用防直擊雷措施。對(duì)于金屬屋頂或者非金屬屋頂，但是屋頂上有金屬設(shè)備的建筑物，要把金屬部分接地；對(duì)于鋼筋混凝土式屋頂，要將鋼筋焊接成網(wǎng)接地；對(duì)于非導(dǎo)電式結(jié)構(gòu)的屋頂，可設(shè)8～10 m網(wǎng)絡(luò)避雷帶，設(shè)引下線接地。

4 結(jié)束語

綜上所述，如今電力系統(tǒng)不斷發(fā)展，雷擊事故頻繁發(fā)生，所以，對(duì)防雷接地技術(shù)提出了更高的要求。因此，需要加大對(duì)變電站防雷工作的重視，增強(qiáng)變電站的防雷能力，避免其受到雷擊損壞。相關(guān)人員應(yīng)針對(duì)變電站遭受雷擊的原因，結(jié)合變電站自身的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特點(diǎn)，堅(jiān)持防雷接地設(shè)計(jì)原則，合理使用防雷設(shè)備，科學(xué)設(shè)計(jì)防雷系統(tǒng)，應(yīng)用可靠的防雷接地技術(shù)增強(qiáng)變電站運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。同時(shí)，隨著變電站的建設(shè)發(fā)展，還應(yīng)該不斷改進(jìn)、完善現(xiàn)有的防雷接地技術(shù)，保證其始終具有較高的科學(xué)性和有效性。

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〔編輯：白潔〕