關(guān)于變電站防雷接地系統(tǒng)的探究

房芳

摘 要：雷雨季節(jié)發(fā)生雷害直接影響變電所安全的時(shí)有發(fā)生，牽引變電所的防雷引起了相關(guān)部門的極大重視，在變電站防雷接地系統(tǒng)的研究中要綜合雷電防護(hù)方法是在全面考慮雷電損壞信號設(shè)備的各種可能途徑的基礎(chǔ)上進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：變電站，防雷，接地

1概述

雷電是一種大氣里的放電現(xiàn)象，它產(chǎn)生在積雨里. 積雨的云在形成的過程中， 部分云團(tuán)帶有正電荷， 部分云團(tuán)帶有負(fù)電荷， 因此，當(dāng)電荷總量積聚到了一定的程度時(shí)， 在不同的電荷云團(tuán)之間， 或者云團(tuán)和大地之間的電壓數(shù)值非常大，足夠擊穿空氣。當(dāng)云團(tuán)開始游離放電的時(shí)候， 我們稱這個(gè)過程為先導(dǎo)放電。云團(tuán)對地的先導(dǎo)放電現(xiàn)象是云團(tuán)向地面的跳躍式逐漸發(fā)展的過程， 當(dāng)先導(dǎo)放電現(xiàn)象到達(dá)地面的時(shí)候（地面的建筑物和架空輸電線路等） ， 就會(huì)產(chǎn)生從地面向云團(tuán)的主要放電階段.在主要放電階段中， 由于不同種電荷進(jìn)行劇烈中和， 往往此時(shí)會(huì)出現(xiàn)非常大的雷電流（一般為在幾百千安到幾千千安之間） ， 并且隨后會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的閃電及巨大的響聲， 從而形成了雷電.雷電的防護(hù)措施包括以下三個(gè)部分： 直擊雷的防護(hù)、側(cè)擊雷的防和感應(yīng)雷的防護(hù)。防雷工程的一個(gè)十分方面是接地和引入下地下線路的基本布線工程， 整個(gè)防雷工程的效果和防雷器件是否有效都取決這一點(diǎn)， 所以，我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)真的研究變電站中電力設(shè)備和電子設(shè)備的接地效果，它是保障電力設(shè)備的安全、操作人員的安全以及設(shè)備正常工作運(yùn)行的必要部分. 可以這樣說，只要是和電網(wǎng)相連的儀器和設(shè)備都必須接地;只要有電力需要的地方，就會(huì)是接地工程需要配置的地方。

變電站接地技術(shù)是用來防止電力設(shè)備和電子設(shè)備遭到雷擊從而采取的基礎(chǔ)性的保護(hù)措施，它的目的是把由雷電產(chǎn)生的巨大的雷擊電流引到大地中，進(jìn)而起到保護(hù)變電站的作用。同時(shí)，變電站接地技術(shù)也是保護(hù)我們?nèi)松戆踩环N十分有效手段，如果由于某種原因而引起了相線與設(shè)備外殼相碰觸的時(shí)候，電力設(shè)備的外殼將會(huì)有非常危險(xiǎn)的電壓產(chǎn)生，此時(shí)，故障產(chǎn)成的電流將會(huì)流經(jīng)接地保護(hù)裝置到達(dá)大地，進(jìn)而起到了保護(hù)的作用。因?yàn)樽冸娬揪哂械奶厥猸h(huán)境，比如強(qiáng)大的電磁場、巨大的雷電等其他許多因素影響，使得變電站特別容易受到各式各樣的干擾，因此，為了提高變電站運(yùn)行時(shí)的安全及工作時(shí)的可靠性，我們應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)實(shí)存在的不同的干擾源，來采取相應(yīng)的防雷和抗干擾的措施。

2變電站接地設(shè)計(jì)的必要性

接地是避雷技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)，不管是直擊雷，感應(yīng)雷或其它形式的雷，都將通過接地裝置導(dǎo)入大地。因此，沒有合理而良好的接地裝置，就不能有效地防雷。從避雷的角度講，把接閃器與大地做良好的電氣連接的裝置稱為接地裝置。接地裝置的作用是把雷電對接閃器閃擊的電荷盡快地泄放到大地，使其與大地的異種電荷中和。

變電站的接地網(wǎng)上連接著全站的高低壓電氣設(shè)備的接地線、低壓用電系統(tǒng)接地、電纜屏蔽接地、通信、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備接地，以及變電站維護(hù)檢修時(shí)的一些臨時(shí)接地。如果接地電阻較大，在發(fā)生電力系統(tǒng)接地故障或其他大電流入地時(shí)，可能造成地電位異常升高;如果接地網(wǎng)的網(wǎng)格設(shè)計(jì)不合理，則可能造成接地系統(tǒng)電位分布不均，局部電位超過規(guī)定的安全值，這會(huì)給出運(yùn)行人員的安全帶來威脅，還可能因反擊對低壓或二次設(shè)備以及電纜絕緣造成損壞，使高壓竄入控制保護(hù)系統(tǒng)、變電站監(jiān)控和保護(hù)設(shè)備會(huì)發(fā)生誤動(dòng)、拒動(dòng)，釀成事故，甚至是擴(kuò)大事故，由此帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。

3常見的幾種雷擊原因

3.1電源線引入雷電

雷電引起的瞬時(shí)高電壓，若不加以遏制，直接由電源線引入信息系統(tǒng)及二次設(shè)備，將影響其電源模塊正常工作，使各功能模塊的工作電壓升高，嚴(yán)重時(shí)甚至損壞模塊，燒壞元器件（IC）。

3.2通信線及網(wǎng)線引入雷電

由雷電引起通信線兩端設(shè)備之間電位差直接作用于相對脆弱的串行通信口，損壞RTU、綜自及與其通信設(shè)備的串行口，嚴(yán)重時(shí)損壞整個(gè)功能板及MIS系統(tǒng)。

3.3二次電纜引入雷電

直接與一次設(shè)備相連的二次連接電纜感生的感應(yīng)過電壓作用于RTU及綜自的各隔離板，擊穿隔離板輸入隔離器件，造成板件損壞。

3.4接地不規(guī)范

由于接地不規(guī)范，不同接地點(diǎn)之間雷電時(shí)易形成較高的電位差，產(chǎn)生的電磁干擾影響二次設(shè)備運(yùn)行，損壞二次設(shè)備模板;同時(shí)，雷電引起地電位升高，亦通過設(shè)備接地線引入二次設(shè)備，過電壓同樣損壞二次設(shè)備模板。布線、走線不規(guī)范。由于通訊網(wǎng)絡(luò)線布線雜亂，電源線與信號線交織，產(chǎn)生了線間電容和感應(yīng)電壓干擾。雷電和開關(guān)操作瞬間電壓過大就對設(shè)備的安全運(yùn)行帶來嚴(yán)重的安全隱患，易損壞通訊接口。

3.5侵入雷干擾

從電壓互感器和電流互感器傳來的干擾電壓都低于國家規(guī)定的二次設(shè)備抗干擾標(biāo)準(zhǔn)GB/T14598的相關(guān)指標(biāo)，這證明二次設(shè)備還是能夠經(jīng)受住操作過電壓干擾的，但是高頻通道卻是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，當(dāng)前許多變電站采用載波通道來傳送遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)，在遭受雷擊時(shí)RTU的通訊端口就會(huì)出現(xiàn)損壞，通常都是通訊板上的濾波電容或者接口芯片損壞，原因是RTU上都是弱電設(shè)備，最高電壓為24V，按照電子元件最高3倍額定電壓的耐壓標(biāo)準(zhǔn)，RTU通訊接口最高只能承受72V的雷電波。后來采取在RTU信號端口前加信號避雷器的措施，該類故障大為減小。

4變電站防雷及抗干擾措施

變電站防雷的措施總體可以為兩種：第一種是避免雷電電流進(jìn)入電網(wǎng)系統(tǒng)，第二種則是利用二次保護(hù)裝置把雷電流引入接地網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)際不同的電網(wǎng)中，我們應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場采集的雷電的形式、雷電的頻率、電流強(qiáng)度和需要保護(hù)的設(shè)施重要性，來采取符合需要的保護(hù)措施。

4.1正確屏蔽雷電流

對于微機(jī)保護(hù)的控制裝置，電力系統(tǒng)的通信線路應(yīng)該采用帶有屏蔽層的多絞屏蔽電纜，并且應(yīng)該盡可能把強(qiáng)電的導(dǎo)線單獨(dú)安裝，同時(shí)保證電纜的屏蔽層接地自始至終都只有一個(gè)點(diǎn)。這是因?yàn)樵谧冸娬局校娏ρb置里既有模擬的電路還有數(shù)字的電路，所以，數(shù)字設(shè)備和模擬設(shè)備必須應(yīng)該分開，最后它們只能夠具有一個(gè)連接點(diǎn)，假如兩者不分開，將會(huì)互相地干擾，嚴(yán)重時(shí)甚至可能損壞設(shè)備。

4.2加裝浪涌的二次保護(hù)器

變電站開關(guān)的操作、靜電放電現(xiàn)象及閃電放電時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)過電壓可能會(huì)對電力設(shè)備造成毀滅性的傷害或者加快它的老化過程。

對于浪涌現(xiàn)象的保護(hù)方法主要是在變電站系統(tǒng)內(nèi)加裝浪涌的二次保護(hù)器。浪涌的二次保護(hù)器是采用同等電位的原理，及時(shí)把浪涌電流導(dǎo)入接地系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)的過電壓現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，瞬時(shí)的高電壓將會(huì)抑制電力二極管（Rm）作為反應(yīng)速度最快的電力元件首先動(dòng)作，同時(shí)開始泄放巨大的雷電電流，并且把輸出的電壓鉗位控制在它的截止電壓之上，從而十分有效地防止了巨大的過電壓對于電力設(shè)備的損傷。當(dāng)加在TVS里的放電的電流隨著電壓幅值的上升進(jìn)而使得充氣式的放電器（HFB）兩端放電電壓超過了它的點(diǎn)火電壓UM時(shí)，GDT將會(huì)瞬時(shí)動(dòng)作，并且也會(huì)開始泄放雷電電流。這時(shí)，GDT呈現(xiàn)低阻的狀態(tài)，它的兩端僅僅只有20～40V的電弧電壓，所以可以避免因?yàn)檫^電壓的持續(xù)時(shí)間長進(jìn)而把TVS燒毀。

4.3變電站接閃器

在變電站發(fā)生雷擊之后，防雷系統(tǒng)可以通過直接攔截的方法，引導(dǎo)雷電流進(jìn)入接地網(wǎng)。接閃器有避雷針和避雷線兩種。小型的變電所多數(shù)裝備獨(dú)立的避雷針，大型的變電所通常在變電所的架構(gòu)上采取避雷針和避雷線，或者把兩者相結(jié)合，并且大型變電所對于引流的線路和接地的裝置都有十分嚴(yán)格的要求。

4.4變電站避雷器

避雷器能夠把侵入變電所中的雷電流降低至電氣裝置的絕緣強(qiáng)度允許范圍以內(nèi)。我國的變電所避雷器主要采用的是金屬氧化物的避雷路器（ROA），西方的國家除了使用ROA之外，還在所有的電氣裝置內(nèi)安裝空氣的間隙，并作為ROA失效之后的備用設(shè)備。

4.5合理布置避雷裝置的安裝位置

目前，大多數(shù)的RTU子站（或者一體化的微機(jī)二次保護(hù)裝置等），大部分安裝在了高壓室的配電開關(guān)柜上，電力的量測信息通過從高壓配電室接到主控臺的通信電纜來傳輸，以MS-525等接口的方式與RTU（或者通信管理機(jī)器等）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。所以，通信電纜非常容易受到來自于開關(guān)的誤操作、電力負(fù)荷的波動(dòng)和強(qiáng)電的電纜所產(chǎn)生的巨大電磁場干擾，這些巨大的干擾輕則會(huì)增大電力量測信息的誤碼率，重則可能使得MS-525等數(shù)據(jù)接口發(fā)生損壞。此外，夏天時(shí)高壓室里的溫度比較高，RTU的子站（或者一體化的微機(jī)二次保護(hù)裝置等）內(nèi)部因?yàn)闊崃窟^高而產(chǎn)生的干擾噪聲現(xiàn)象不容忽視。

5 結(jié)語

雷電所帶來的危害越來越大，對雷電的防護(hù)已成為保證變電所的重要措施，雷害多發(fā)地段就是微電子設(shè)備和微電子設(shè)備集中的區(qū)段，隨著科技的發(fā)展，電子設(shè)備越來越多地應(yīng)用于各種系統(tǒng)，所以變電站防雷接地系統(tǒng)的探究就顯得非常的重要。

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