一起雷擊引起220kV變電站停電事故的分析

摘要：闡述變電站雷擊的危害，研究變電站防雷措施，以某110kV變電站雷擊停電事故為例，分析造成事故的原因，提出防雷改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：變電站;雷擊;停電;防雷

0引言

變電站是整個(gè)輸變電工程樞紐，在進(jìn)行變電站選址時(shí)，需綜合考慮多種因素。變電站里的一些重要電氣裝置，例如變壓器等，遭到雷擊后，其內(nèi)絕緣不能自我恢復(fù)，這就有可能燒毀電氣設(shè)備，甚至可能引起大面積的停電，對(duì)生活和生產(chǎn)造成巨大損失。國(guó)內(nèi)外統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，大部分電力線路故障是由雷擊引起的，全球因雷電波流入變電站造成的開(kāi)關(guān)設(shè)備絕緣擊穿甚至爆炸事故時(shí)有發(fā)生;直擊雷可使得變電站設(shè)備及輸電線路遭受一定程度的破壞，造成斷電，嚴(yán)重破壞國(guó)民經(jīng)濟(jì)，危害人民生活。所以制定有效的防雷保護(hù)措施并不斷對(duì)其加以完善，對(duì)保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行意義重大。我國(guó)乃至其他各個(gè)國(guó)家現(xiàn)階段都對(duì)電力系統(tǒng)的雷電防護(hù)進(jìn)行了大量的研究。

2防雷措施

變電所防雷裝置種類繁多，但是常用的防雷裝置主要有避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)、避雷帶以及避雷器比較常見(jiàn)。避雷針主要是對(duì)整個(gè)變電站的建筑物實(shí)施防雷，避雷線主要是對(duì)高壓輸電線路以及進(jìn)出變電所的線路實(shí)施防雷保護(hù)，而避雷網(wǎng)和避雷帶也同樣是對(duì)建筑物防雷，避雷器主要對(duì)電力設(shè)備實(shí)施防雷保護(hù)。

2.1避雷針

避雷針也稱為引雷針，主要是把雷電引向自身，通過(guò)自身放電保護(hù)建筑物，避雷針高于被保護(hù)建筑物。一般稱避雷針的保護(hù)范圍為傘狀保護(hù)，避雷針在雷云的作用下，其頂端電場(chǎng)強(qiáng)度最大，所以吸引雷電流過(guò)來(lái)通過(guò)避雷針?lè)烹?，之后通過(guò)引下線和接地體把雷電流泄入大地，保護(hù)建筑物安全。

2.2避雷線

輸電線路由于在電力系統(tǒng)中占據(jù)重要的地位，一旦電力線路出現(xiàn)故障，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和設(shè)備的損壞。避雷線的保護(hù)范圍比避雷針略小一些，避雷線也需要接地，所以稱為架空地線。避雷線主要用于架空高壓重要輸電線路的直擊雷防護(hù)。

2.3避雷帶和避雷網(wǎng)

避雷帶和避雷網(wǎng)安裝于建筑物的突出部分，如屋脊，或者建筑物的邊緣部分，如屋檐，對(duì)于建筑物實(shí)施防雷保護(hù)，也需要通過(guò)接地裝置與大地作良好的電氣連接。實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，建筑物的屋角是比較容易受到雷擊的，因?yàn)殡姾筛菀状罅坷鄯e到尖端部位，屋脊成為最容易受到雷擊的位置，尤其越突出的屋脊越容易遭受雷擊，而現(xiàn)在很多建筑物是平的屋頂，沒(méi)有突出的屋脊，相對(duì)來(lái)說(shuō)規(guī)律性比較明顯。避雷網(wǎng)和避雷帶的區(qū)別是，避雷網(wǎng)是由多條避雷帶相互交叉組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，避雷網(wǎng)敷設(shè)于建筑物的表面，能夠?qū)χ匾慕ㄖ飳?shí)施保護(hù)。

2.4避雷器

雖然避雷針和避雷線有效防止了直擊雷的作用，可是由于輸電線路較長(zhǎng)，還是可能會(huì)有雷電侵入波進(jìn)入變電所危及變電所內(nèi)的電氣設(shè)備的安全，避雷器主要作用是對(duì)電力設(shè)備實(shí)施防雷保護(hù)，避雷器在沒(méi)有雷電時(shí)，也就是系統(tǒng)正常工作時(shí)，避雷器相當(dāng)于斷開(kāi)的回路，并不導(dǎo)通，只有當(dāng)雷電的過(guò)電流或過(guò)電壓侵入時(shí)，才會(huì)使避雷器的火花間隙被擊穿，從而導(dǎo)通，把雷電的過(guò)電流泄露到大地中去，使其對(duì)地放電，保證電力設(shè)備的安全，而雷電流過(guò)后，即放電結(jié)束后，避雷器會(huì)自行斷開(kāi)，恢復(fù)初始狀態(tài)，電力系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。避雷器是一種限制過(guò)電壓的電氣設(shè)備，與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)，避雷器的類型主要包括保護(hù)間隙、管型避雷器、閥型避雷器和氧化鋅避雷器幾種，當(dāng)雷電過(guò)電壓超過(guò)避雷器的動(dòng)作值時(shí)，避雷器導(dǎo)通對(duì)地放電。

3雷擊事故分析

以2017年某220kV變電站遭受雷擊引起停電事故為例，其電氣主接線形式如下圖1所示。為了保證其供電可靠性，該變電站采用雙母線供電，兩條220kV進(jìn)線來(lái)自不同的兩座500kV變電站。變電站內(nèi)采用兩臺(tái)三繞組變壓器并聯(lián)運(yùn)行供電，一臺(tái)作為運(yùn)行主變變壓器，另一臺(tái)采用熱備用變壓器。當(dāng)主變發(fā)生故障或是在定期進(jìn)行檢修時(shí)投入備用變壓器。主變出線為110kV和35kV，其中110kV出線主要供應(yīng)中型企業(yè)用電，35kV主要針對(duì)各小區(qū)及小型企業(yè)用電。在出線110kV及35kV母線上都有多路饋線及備用線接口，其中備用線出線接口主要針對(duì)小部分負(fù)荷的擴(kuò)增。

該變電站建設(shè)位置處于山坡之上，平均雷暴日為54天/年，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，該區(qū)域?yàn)楦呃讌^(qū)，極容易發(fā)生雷擊事故。變電站站外兩座終端鐵塔位于站后的山坡之上，變電站建設(shè)有兩座避雷針，成田字對(duì)角狀建設(shè)，都處于龍門架引伸的對(duì)角上。兩臺(tái)主變變壓器以及電容補(bǔ)償器、電抗器等都在室內(nèi)，終端鐵塔線路避雷器引接線通過(guò)鋼芯固定于站內(nèi)龍門架，在龍門架上通過(guò)扁鋼引入地網(wǎng)。由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量得知，從鐵塔到龍門架之間的跨距（水平）有105米，從終端鐵塔到龍門架引接線地勢(shì)正如一個(gè)凹型山谷，并且變電站建造在一個(gè)地勢(shì)較高的山谷之上，所以引接線遭受雷擊的概率增強(qiáng)。

該引下線龍門架上裝設(shè)斷路器及隔離開(kāi)關(guān)時(shí)沒(méi)有在進(jìn)出線裝設(shè)避雷器。當(dāng)雷擊事故發(fā)生時(shí)，雷電過(guò)電壓經(jīng)過(guò)線路傳輸?shù)烬堥T架直接擊中斷路器及隔離開(kāi)關(guān)。由于雷電過(guò)電壓傳播過(guò)程中無(wú)法迅速的泄入大地，過(guò)高的雷電過(guò)電壓直接傳入斷路器及隔離開(kāi)關(guān)，導(dǎo)致其發(fā)生擊穿及爆裂。

當(dāng)發(fā)生雷擊架空引接線時(shí)，雷電流通過(guò)引下線傳遞到接地網(wǎng)進(jìn)行散流。在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察時(shí)發(fā)現(xiàn)，龍門架上鋪設(shè)的扁鋼共有兩塊，其中一塊完好（保護(hù)漆完整），另一塊已經(jīng)銹跡斑斑，腐蝕嚴(yán)重，面目全非。龍門架上扁鋼有一條腐蝕嚴(yán)重，腐蝕的扁鋼直接導(dǎo)致的后果就是整個(gè)接地電阻值的增大。這部分腐蝕對(duì)于整個(gè)接地電阻（包括引下線、扁鋼及接地電阻）值變化不是很大，但是由于雷電流一般都是千安等級(jí)，因此對(duì)于殘壓影響較大?，F(xiàn)場(chǎng)采用三級(jí)法對(duì)變電站進(jìn)行分點(diǎn)測(cè)試接地電阻，平均采樣變電站五個(gè)點(diǎn)接地電阻，符合標(biāo)準(zhǔn)。由于該變電站運(yùn)行年限比較長(zhǎng)，接地電阻值可能已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在短路電流的要求。殘壓值高則會(huì)發(fā)生龍門架頂端對(duì)設(shè)備進(jìn)行反擊事故，進(jìn)而燒毀設(shè)備，導(dǎo)致停電事故。

4改進(jìn)措施

采用環(huán)形電極帶外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器。當(dāng)感應(yīng)雷或直擊雷產(chǎn)生的高幅值過(guò)電壓作用時(shí)，引流環(huán)與導(dǎo)線之間形成的串聯(lián)間隙被擊穿，避雷器以非線性電阻特性釋放雷電能量。在避雷器動(dòng)作瞬間，工頻續(xù)流亦沿該雷電流通道入地，在經(jīng)過(guò)環(huán)形電極外串間隙避雷時(shí)，非線性電阻限流元件利用其電壓高時(shí)阻值小、電壓低時(shí)阻值大的非線性特性，將正弦波形的工頻續(xù)流轉(zhuǎn)變成為尖頂波。尖頂波電流在過(guò)零前在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)電流幅值較小，同時(shí)，限流元件的殘壓削減放電電壓，使電弧瞬間熄滅，阻斷工頻續(xù)流，此時(shí)串聯(lián)間隙起隔離作用，保護(hù)限流元件耐受較高的過(guò)電壓而不損壞。因此，在雷擊架空線路后，雷電流通過(guò)引流環(huán)與導(dǎo)線之間形成的串聯(lián)間隙流過(guò)非線性電阻限流元件，工頻續(xù)流及時(shí)被切斷，避免發(fā)生絕緣子閃絡(luò)或擊穿、架空導(dǎo)線路斷線的事故。

5結(jié)論

雷擊事故是一種不可抗拒的自然災(zāi)害，首先要從設(shè)計(jì)與施工安裝上做好雷電防護(hù)措施，預(yù)防與減少雷擊事故發(fā)生。由于雷擊事故一旦發(fā)生危害性就很大，日常維護(hù)時(shí)要進(jìn)行認(rèn)真的檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及早處理，做到預(yù)防為主。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

梁志琪，（1974-），男，本科，技師，從事變電運(yùn)行工作。E一maiI：342083919@qq.com