特高壓變電站的防雷保護

李鑫 王詩璇

【摘 要】雷電放電所產(chǎn)生的雷電流高達數(shù)十、甚至數(shù)百千安，從而引起巨大的電磁效應、機械效應和熱效應。從電力工程的角度來看，雷電放電在電力系統(tǒng)中引起很高的雷電過電壓，它是造成電力系統(tǒng)絕緣故障和停電事故的主要原因之一。此外，雷電放電所產(chǎn)生的巨大電流，也會造成設備的損壞。為了預防和限制雷電的危害，在電力系統(tǒng)中采用了一系列防雷措施和防雷保護設備。本文圍繞特高壓變電站的防雷保護予以闡述。

【關鍵詞】特高壓；變電站；防雷

1 引言

變電站發(fā)生雷害事故往往會導致變壓器等重要電力設施損壞，并造成大面積停電，因此變電站的防雷保護必須十分可靠。變電站遭受雷害一般來自兩方面：一是雷直擊于變電站；二是雷擊輸電線后產(chǎn)生向變電站入侵的雷電波。對直擊雷的保護，可采用避雷針或避雷線。根據(jù)運行經(jīng)驗，凡裝設符合標準要求的避雷針（線）的變電站繞擊和反擊事故率是非常低的。因為線路落雷比較頻繁，所以沿線路入侵的雷電波是造成變電站雷害事故的主要原因。雖然沿線路入侵的雷電波電壓受到線路絕緣水平的限制，其峰值不可能超過線路絕緣的閃絡電壓，但線路絕緣水平比變電站電氣設備的絕緣水平高，所以必須采取防護措施，削弱來自線路的雷電入侵波幅值和陡度，限制變電站內(nèi)的過電壓，才能避免電氣設備發(fā)生雷害事故。

2 雷擊影響概述

不論特高壓變電站電氣設備的絕緣性能有多好，一般只能保證設備在正常運行時沒有問題，但是雷擊造成的高壓往往會使電氣設備絕緣降低甚至被擊穿，從而導致設備故障，給電網(wǎng)的穩(wěn)定運行造成嚴重的影響。要進行有效的防雷，必須從雷擊的影響開始分析。

2.1雷擊的分類

2.1.1直擊雷。直擊雷指雷云與地面某個集中點之間發(fā)生直接劇烈放電的現(xiàn)象，其電壓峰值最高可以達到幾百萬伏特，電流峰值最高可以達到幾百千安，通常放電持續(xù)時間極短，因此其巨大的能量幾乎瞬間釋放，產(chǎn)生強烈的電效應、熱效應或者機械應力等，對建筑物、建筑物內(nèi)電子設備和人造成巨大危害，這是直擊雷破壞性強的主要原因。

2.1.2感應雷。感應雷分為靜電感應雷和電磁感應雷。靜電感應雷是指當雷云聚集后，地面上的物體由于靜電感應作用集聚大量與雷云電荷極性相反的束縛電荷。當雷云放電后其電荷雜散成自由電荷，地面上物體原本集聚的大量束縛電荷會產(chǎn)生出很高的感應電壓，這種過電壓往往會造成設備等放電而引起電火花，從而對電力設備造成的危害。

電磁感應雷是指發(fā)生雷電放電時，由于雷電流劇烈變化，使得雷電流通道附近就形成很強的感應電磁場，對建筑物內(nèi)的各類電子設備造成電磁干擾甚至造成破壞，又或者使周圍的金屬構件產(chǎn)生感應電流，進而引起構件發(fā)熱甚至引發(fā)火災。

2.2特高壓變電站雷害成因分析

2.2.1沖擊電壓。依據(jù)以上分析可以得知雷電流具有高峰值的沖擊電壓，會擊穿電力設備的絕緣引起設備短路，從而造成設備損毀甚至發(fā)生火災。

2.2.2熱效應。由于雷電能量在極短時間釋放，其巨大的能量第一表現(xiàn)便是高熱效應，能夠造成金屬部分的熔化或氣化，從而造成設備損毀甚至發(fā)生火災。

2.2.3機械應力。雷電能量的另一表現(xiàn)是雷電流的機械應力，巨大的應力可能會使設備遭受撕裂、扭曲等，進而造成財產(chǎn)損失等。

2.2.4雷電波侵入。如果對雷電波沒有進行有效的限制，雷電波入侵后會造成設備短路，進而引發(fā)火災或者爆炸。

2.2.5雷電反擊。雷電的反擊作用會降低設備的絕緣性能，造成絕緣擊穿時還會引起火災和爆炸等。

3 特高壓變電站防雷保護的措施

首先，針對當下特高壓變電站的技術升級工作需求進行細致的分析和深入的研究考量，實現(xiàn)對相關工作內(nèi)容的支持。在具體工作執(zhí)行的過程當中應用先進的防雷保護技術實現(xiàn)對相關工作體系的整合，滿足社會生產(chǎn)環(huán)境下的信息傳播效率要求。針對升級工作進行相關的考量，確保實際工作進展的良好穩(wěn)定性和科技化要求，凸顯當下社會時代背景的發(fā)展前景，并滿足人們的生活需要。在變電站設備的制作材料選取方面而言，更應該選擇絕緣程度高且傳輸性能更好的高密度納米和纖維材料，以此來保障特高壓變電站設備的總體絕緣性，提升變電站自身的防雷保護能力。

其次，在特高壓變電站的實際工作中應用科學的防雷保護對策，采取創(chuàng)新的避雷材質和有效的絕緣材料，實現(xiàn)變電站工作體系的優(yōu)化與完善，滿足未來電力系統(tǒng)技術發(fā)展的重要需求。特高壓變電站防雷保護技術在實際的應用過程中需要考量到站內(nèi)設備的基礎結構，以及設備構建和后續(xù)完善的具體方法，針對運行工作狀態(tài)的特高壓變電站防雷保護技術進行不同波段和特征的約束管理，對各個設備的絕緣水平都要進行明確分解，使內(nèi)容得到進一步明確，促進相關防雷技術的應用與實際管理工作的執(zhí)行，確保體系的完整性和工作效率的提升。

最后，特高壓變電站的防雷保護技術在實際的功能執(zhí)行過程中需要遵循一定的絕緣原理，保證變電站作業(yè)狀態(tài)的準確性和穩(wěn)定性，實現(xiàn)對主要絕緣媒介的運作以及支持。同時在特高壓變電站的內(nèi)部布局設計中，要注重密度空間的變化大小和運作狀態(tài)時的發(fā)熱程度進行準確計算，實現(xiàn)變電站內(nèi)部結構的優(yōu)質性，保證變電站運作的自由操作空間和設備波段控制需要，關注到對設備線路和波段的監(jiān)督與轉換，滿足實際的操作需要，確保防雷技術原理的準確性。

4 特高壓變電站電氣設備的雷電侵入波過電壓保護

與高壓、超高壓變電站一樣，特高壓變電站電氣設備也需考慮由特高壓架空輸電線路傳入的雷電侵入波過電壓的保護。而對雷電侵入波過電壓保護的根本措施在于在變電站內(nèi)適當位置安裝金屬氧化物避雷器（MOA）。由于限制線路上操作過電壓的要求，在變電站線路斷路器的線路側必然安裝有MOA，變壓器回路也要求安裝MOA。至于變電站母線上是否要安裝金屬氧化物避雷器以及各避雷器距被保護設備的距離則需要通過數(shù)字仿真計算予以確定。

DL/T620一1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》提出在進行變電站雷電侵入波過電壓數(shù)字仿真計算時，一般按變電站進線2km處因雷擊桿塔反擊在導線上出現(xiàn)直角電壓波后向變電站傳播，波頭變緩，且不引起變電站內(nèi)電氣設備絕緣損壞來要求。而變電站耐雷指標――雷害事故重現(xiàn)期（年），則可由該2km進線段導線上每年出現(xiàn)雷直擊和反擊次數(shù)之和的倒數(shù)來求得。

前蘇聯(lián)有關標準提出，220、500kv和1150kv的變電站耐雷指標應分別為400―600、800―1000年和1200―1500年。我國220kV變電站耐雷指標的多年運行統(tǒng)計值不低于600年，是很安全的。日本對于1000kv特高壓變電站電氣設備的雷電侵入波過電壓保護，曾利用EMTP（電磁暫態(tài)程序）進行過研究。被研究的變電站為GIS結構，站內(nèi)有六回特高壓輸電線路、四組變壓器。變電站電氣主接線為雙母線分段接線。每條線路入口高壓并聯(lián)電抗器近處各布置一臺避雷器。每段母線各安裝兩臺避雷器，各變壓器近處再裝一臺避雷器。

G1S和高壓并聯(lián)電抗器上的最大雷電過電壓相同，其分子和分母數(shù)據(jù)分別對應計算中考慮和不考慮雷電先導放電的條件。后一情況比前一情況的電壓高出10%。兩種情況下，變壓器上的最大雷電過電壓相同。

5 結論

綜上所述，在我國電力事業(yè)快速發(fā)展的背景下，特高壓變電站作為重要的電力系統(tǒng)和大型電力設備，其為保障我國社會生產(chǎn)和尖端科研技術的飛躍奠定了穩(wěn)定的技術基礎和硬件保障。因此務必提升特高壓變電站和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，為我國電力事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

參考文獻：

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[2]張翠霞，陳秀娟，等人.±1000kV級直流輸電工程系統(tǒng)過電壓抑制和絕緣配合[J].高電壓技術，2013，03：520-525.

（作者單位：國網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司）