變電站防雷保護與接地

張騫

摘 要：變電站是煤化工工廠的動力心臟，在生產(chǎn)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。變電站的可靠運行是確保企業(yè)生產(chǎn)的重要前提，變電站一旦遇到雷擊事故，將造成部分裝置甚至全廠大規(guī)模停電，造成裝置突然停車及化工原料的放空燃燒甚至爆炸發(fā)生，不僅嚴重影響生產(chǎn)的穩(wěn)定運行，而且可能會危及人員生命受傷，這需要防雷和接地必須非常可靠。為了確保生產(chǎn)裝置安全穩(wěn)定供電，變電站防雷接地設計必須要符合國標要求，并應按照國標規(guī)范進行施工安裝，均勻鋪設的接地網(wǎng)，并在避雷針和避雷器下加接接地體，以滿足防雷條件確保變電所的安全可靠運行。

關(guān)鍵詞：變電站;雷擊;防雷保護;接地

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）02-0195-02

1 雷電的形成

雷電是云層中正負電荷相遇引起的放電現(xiàn)象，大氣中雷云底部的大部分是帶負電的，它會在地面上感應產(chǎn)生大量的正電荷，從而在雷云和地球之間形成強大的電場。當空間電場強度超過大氣自由放電的臨界電場強度時，雷云之間的放電就會發(fā)生，降雷在雷云中產(chǎn)生并傳送到地面。

2 變電站防雷

雷擊的主要來源，一是雷直擊于變電所的設備上，二是雷電波沿著架空線線路侵入變電站，因此，對于防護直接雷擊和雷電波入侵變電站的輸入線路和變壓器非常重要。為了防止直擊雷傷害，變電站一般采用在變電站進線段一定距離內(nèi)安裝避雷針或采用避雷線的方法。雷電引起的架空線路過電壓和直接雷擊過電壓形成的雷電波沿線路侵入變電站，這是變電站受到雷擊損壞的主要原因。如果不采取有效的保護措施，將不可避免地對變電站的電氣設備造成絕緣損壞并引發(fā)事故。在變電站安裝避雷器的目的是限制入侵雷電波的幅值，使電氣設備的過電壓不超過其沖擊耐受電壓。在變電站的輸入部分安裝防雷保護裝置的主要目的是限制流過避雷器的雷電流的大小和入侵雷電波的陡度[1]。

（1）變電所的直擊雷防護。避雷針的安裝是直接防雷的主要措施，它將雷聲吸引到自身并安全地進入大地之中，保護附近的設備，使其免受雷擊的影響。對于絕緣水平較低的電氣設備，接地裝置與主接地網(wǎng)分開埋設，并在空中和地下保持足夠的距離;對于絕緣水平較高的電氣設備，可以將避雷針直接安裝在配電裝置的結(jié)構(gòu)上，不僅可以節(jié)約投資、而且便于布置。（2）變電所對侵入波的防護。防止雷電波入侵變電站的主要防護措施是在其線路上安裝閥型避雷器，它主要用于保護小容量配電設備。FCZ1系列電磁閥型避雷器主要用于保護變電站高壓電氣設備。（3）變電所的進線保護。防雷電保護應用于變電站的輸入線路，目的是限制雷電流幅度和流過避雷器的雷電波的陡度。當線路上發(fā)生過電壓時，會有一個行波沿著電線傳輸?shù)阶冸娬緝?nèi)部，其幅值是線路絕緣的50%沖擊閃絡電壓。線路的沖擊耐受電壓遠高于變電站電氣設備的沖擊耐受電壓。當雷電沖擊變電站附近的進線時，流過避雷器的雷電流可能超過5kA。它的陡度將超過允許值，這將不可避免地導致線路損壞。應該在設計時在架空下路上安裝避雷線，如果沒有架設避雷線，用來保護架空線路及變電站的進線設備，以防雷電流侵入變電站，造成設備損壞及大面積停電。（4）變壓器的防護。變電站內(nèi)安裝的供電變壓器的基本保護措施是在變壓器附近安裝避雷器，以防止雷電波進入線路損壞絕緣層。安裝避雷器時，應盡可能靠近變壓器，并盡量縮短接線長度，以減少連接線上雷電流的壓降。當入侵波導致避雷器工作時，施加到高壓側(cè)主絕緣的電壓僅留下避雷器的剩余電壓（不包括接地電阻兩端的電壓降），這樣就能減少了雷擊對變壓器造成損壞的可能性。

3 變電所的防雷接地設施

防雷接地是引導雷電放電電流，用來消除過電壓對設備造成損壞，防雷裝置的性能優(yōu)劣將直接影響受保護設備的防雷可靠性[2]。

3.1 避雷針和避雷線

避雷針是高層建筑防雷裝置的最高部分，用于雷電放電，小型變電站大多使用獨立的避雷針。安裝時必須牢固牢固地焊接，避雷針導體的導線應盡可能短，避雷針和電氣設備在空中應至少相距5米。通常加熱的蒸汽管和煙道等土壤無法接地，根據(jù)建筑物的設計要求，選擇合適尺寸和數(shù)量的避雷針，氧化除銹不影響質(zhì)量。根據(jù)“建筑物防雷規(guī)范”GB 50057-2010的要求，設計和施工，建筑物的防雷分類，根據(jù)滾球法的保護范圍計算，避雷針高度的設計，避雷針接地電阻要求R≤4Ω。

3.2 避雷器

避雷器的主要功能是將入侵變電站的雷電波減小到變電站介電強度的允許范圍。有時會安裝氣隙作為MOA故障的后備保護措施。避雷器有一個管式避雷器，一個閥式避雷器和一個氧化鋅避雷器。管式避雷器是一種保護間隙，主要用于電源線的防雷。當雷電過電壓時，火花間隙被破壞，閥門電阻下降，雷電流被吸引到地面。這可以保護電氣設備免受雷電流的影響。在正常情況下，火花隙不會破壞，閥門的阻力會上升，阻止正常的交流電流通過。

氧化鋅避雷器是一種防雷裝置，具有優(yōu)異的防護性能，抗污染，重量輕，閥門性能穩(wěn)定。FY1-10氧化鋅避雷器不僅可用于雷電過電壓保護，還可用于內(nèi)部操作過電壓保護。FS型0.22-0.5kV低壓閥門避雷器可用作低壓交流電機和低壓配電設備的雷電過電壓保護。低壓0.22-0.5MY31系列氧化鋅壓敏電阻可用于低壓配電設備的過壓保護，也可用于內(nèi)部運行的過壓保護[3]。

3.3 接地裝置

接地裝置是接地體（埋在地下并與地面直接接觸的一組金屬導體）和接地導體（電氣設備的接地部分連接到的金屬導體）的總稱，并與室外的人工接地體相連接，下導體需要牢固的機械連接和良好的電接觸。變電站的防雷接地設計時其電阻值應小于0.5Ω，獨立避雷針接地電阻值應小于10Ω。

4 影響接地網(wǎng)和接地裝置的因素

影響接地網(wǎng)和接地裝置的因素有幾個方面：（1）接地網(wǎng)的接地扁鋼或接地導線截面積不足。（2）不重視接地裝置結(jié)構(gòu)的抗機械損傷和防腐問題，或未采取必要的防腐措施。（3）鋪設接地裝置時，埋深不夠，垂直接地體間距過小，焊接質(zhì)量不合格，標準施工不按設計規(guī)定執(zhí)行。（4）接地體（電線）未正確連接。通過消弧線圈直接接地或接地的變壓器沒有專用接地線。（5）沿接地體的長度小于15m。（6）土壤電阻率過高，根據(jù)法規(guī)要求不能正確選擇減阻劑。

5 變電所雷擊事故預防方案

（1）每年春檢時，應詳細地測量接地電阻數(shù)據(jù)。（2）詳細檢查連接器是否與原始結(jié)構(gòu)圖正確連接。（3）為了簡化測試過程并提高效率，可以在測試時通過隨機抽樣進行測量，特別是在大型室外變電站測試中。（4）通過實際測量和檢查過程，發(fā)現(xiàn)隱患問題。有些避雷針中的一些已被簡單的房屋覆蓋，或堆積有碎片，而且，這種避雷針大多難以觸及，并且看起來墻壁是分開的，但是需要很長的路?，F(xiàn)場還有一部分獨立避雷針，雖然測量不需要繞行，然而，位于現(xiàn)場的一些獨立避雷針（特別是鋼塔）已被水泥基礎(chǔ)或底部鋼筋的腐蝕損壞。此外，野外環(huán)境復雜，一些避雷針被污水和淤泥包圍，這使得測量員難以進入。根據(jù)這些情況，建議在可能的情況下，最好在變電站內(nèi)部安裝獨立的避雷針。至少，如果發(fā)現(xiàn)避雷針被一個簡陋的房屋覆蓋或者在測量時被瑣事覆蓋，應立即通知相關(guān)單位或人員糾正和預防事故。如果發(fā)現(xiàn)避雷針的基礎(chǔ)受損，應及時修復。（5）接地電阻的測量需要在接地裝置暴露于表面的部分進行測量，應在暴露部分添加銅接地接頭。避免銹蝕部分導致測量值太大。（6）接地電阻測量應與接地電網(wǎng)連續(xù)性測試相結(jié)合。

6 結(jié)語

設計師應根據(jù)當?shù)厍闆r設計防雷接地，電力變壓器繞組兩側(cè)選用WGMOA的In等級應相同，防雷可靠性應保持一致。沿著架空傳輸線侵入變電站的雷電波陡度和振幅，即WGMOA與受保護物體之間的最大允許電距離，應適應當?shù)貤l件。應定期對防雷接地和防雷設施進行全面檢查和試驗，特別是在雷雨天氣相對集中的季節(jié)，開展專項檢查消除隱患。在雷暴期間需要進行特殊檢查時，請穿戴防護裝備。人盡其責、設施完善、措施到位，切實做到預防為主、綜合治理，才能更好的消除雷電影響，確?；ぴO備的穩(wěn)定供應，為公司的長期穩(wěn)定運行奠定堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻

[1] 張一塵.高電壓技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2000.

[2] 劉介才.供配電技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[3] 張子青.建筑防雷與接地技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2003.