220kV變電站的防雷保護(hù)分析

王曉峰 吳仕軍

摘要：電力行業(yè)在我國(guó)各項(xiàng)行業(yè)發(fā)展過(guò)程中處于重要地位，獲得了國(guó)家和社會(huì)的廣泛關(guān)注。同時(shí)，變電站是為我國(guó)提供電力的供電設(shè)備，同時(shí)也對(duì)我國(guó)電力事業(yè)的發(fā)展以及電力工作人員的安全起著重要的影響作用。220kV變電站容易受到雷電的影響，這種情況下會(huì)對(duì)我國(guó)相關(guān)的電路和電力設(shè)備造成損害，影響正常的供電活動(dòng)。因此，文章將詳細(xì)分析220kV變電站的危害，并且提出幾點(diǎn)防雷保護(hù)措施。

Abstract： The power industry plays an important role in the development of various industries in China and has received extensive attention from the country and society. At the same time， the substation is the power supply equipment that provides electricity to the country， and it also plays an important role in the development of China's electric power industry and the safety of electric power workers. 220kV substations are easily affected by thunder and lightning. In this case， it will cause damage to related circuits and power equipment and affect normal power supply activities. Therefore， the article analyzes the hazards of 220kV substations in detail and proposes several lightning protection measures.

關(guān)鍵詞：220kV變電站;防雷保護(hù);分析

Key words： 220kV substation;lightning protection;analysis

中圖分類號(hào)：TM862? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）27-0148-02

0? 引言

當(dāng)前，在我國(guó)電力事業(yè)發(fā)展過(guò)程中，相關(guān)電力管理人員對(duì)變電站的安全運(yùn)行提高了關(guān)注力度，如果變電站被雷電擊中，不僅會(huì)造成供電設(shè)備受損，而且還會(huì)帶來(lái)一些不可預(yù)計(jì)的破壞。在雷電發(fā)生頻繁的地區(qū)，電力系統(tǒng)的故障問(wèn)題，多半是由雷電等天氣造成的。但是如果在變電站中安裝了避雷針等設(shè)備，那么發(fā)生事故的概率會(huì)大大降低?；诖耍疚膶⑸钊爰?xì)致的分析相關(guān)的問(wèn)題。

1? 變電站概念

在電力事業(yè)發(fā)展中，變電站作為一種重要的發(fā)電系統(tǒng)，通過(guò)具體工作的運(yùn)行，將電力傳輸?shù)礁邏弘娋W(wǎng)中，開展具體的發(fā)電、供電工作。

2? 雷電擊打變電站的方式和危害

2.1 雷的直擊和繞擊

在云層間，雷云單體漂浮在天空中，雷云會(huì)攜帶著電荷，像是一個(gè)影子隨風(fēng)漂浮和移動(dòng)，如果在漂浮的過(guò)程中遇到變電站的避雷針或者其他比較突出的物體，電荷會(huì)對(duì)突出物體產(chǎn)生很大的影響，這樣變電站和雷電兩者會(huì)連接在一起，會(huì)產(chǎn)生直擊或者繞擊現(xiàn)象。通常來(lái)說(shuō)，如果地面上的突出物比較高，雷云下方的平均電場(chǎng)強(qiáng)度較大，這時(shí)變電站的避雷針等其他突出物最容易受到直擊雷的影響，這主要是因?yàn)楸芾揍樐軌蛴绊懤自疲抢自茷闃O易受到避雷針的影響，這種情況下會(huì)對(duì)變壓器產(chǎn)生消極影響。要知道，一次雷擊就相當(dāng)于將電力放到幾萬(wàn)安培，這時(shí)高熱和電力會(huì)融合在一起，然后引發(fā)混凝土桿破裂，最終會(huì)引起巨大的火災(zāi)和大爆炸，這是屬于比較嚴(yán)重的情況，不僅會(huì)對(duì)變電站帶來(lái)巨大的危害，而且還會(huì)威脅周圍生物的生命健康安全。

2.2 感應(yīng)雷

當(dāng)雷電產(chǎn)生后，直擊雷放電之間會(huì)產(chǎn)生巨大的能量，那么該能量會(huì)通過(guò)電磁感應(yīng)這種方式向周圍擴(kuò)散，這時(shí)候變電站內(nèi)的相關(guān)設(shè)備也會(huì)發(fā)電，這就產(chǎn)生了感應(yīng)雷。在研究電力系統(tǒng)時(shí)，我們就可以發(fā)現(xiàn)感應(yīng)雷的危害是大面積的，相關(guān)的研究人員認(rèn)為感應(yīng)雷是變電站內(nèi)部電子設(shè)備得克星。例如，根據(jù)一段詳細(xì)的資料我們能夠看出感應(yīng)雷的電力含量很大，確實(shí)可以被視為變電站電子設(shè)備的危害物。如果感應(yīng)雷得強(qiáng)度比較大，那么電壓也會(huì)大大增大，由于電壓增強(qiáng)，如果變電站內(nèi)的相關(guān)設(shè)備一時(shí)間不能承受該力量，可能就會(huì)造成相關(guān)電力設(shè)備的損害，造成巨大的危害，對(duì)變電站四周也會(huì)產(chǎn)生巨大的消極影響。從實(shí)際生活中來(lái)看，在具體的生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中，雷擊的靜電感應(yīng)破壞力要比電磁感應(yīng)高許多倍。產(chǎn)生雷電后，雷電會(huì)作用在云朵上，并且漂浮在地表的上空，地表上的電荷和雷云的電荷正好相反，這樣兩者會(huì)吸收融合在一起，這種情況下會(huì)造成強(qiáng)電流，這在一定程度上會(huì)加大危害力度，相關(guān)的電力設(shè)備容易引燃，這樣電子設(shè)備會(huì)失去功效，很難完成供電工作。由此可見，感應(yīng)雷產(chǎn)生的電流力量很大，對(duì)變電站及其電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生消極影響，需要得到相關(guān)人員的重點(diǎn)關(guān)注，根據(jù)感應(yīng)雷得實(shí)際特點(diǎn)研究相應(yīng)的預(yù)防和解決措施，降低感應(yīng)雷產(chǎn)生的危害。

2.3 雷電侵入波

雷電侵入波主要是從比較遠(yuǎn)的地方發(fā)生的雷電，遠(yuǎn)方落雷，雷電會(huì)借助直擊或者其他方式從高壓輸電線路、電纜線或者金屬管道等其他途徑侵入到變電站中，眾所周知，變電站是為某一地區(qū)供應(yīng)電源，管線較長(zhǎng)，這樣雷電傳播速度較慢，這種現(xiàn)象被稱為雷電波。但是，雷電波在傳播過(guò)程中通過(guò)不同的線路進(jìn)入變電站，如果遇到波阻抗會(huì)發(fā)生反射、折射等，這樣一來(lái)，電壓會(huì)增大許多，這種情況下對(duì)電子設(shè)備得危害更加不可預(yù)計(jì)，甚至?xí)?dǎo)致一地區(qū)的電線路斷電，這不僅對(duì)變電站造成可巨大的損害，而且不利于當(dāng)?shù)厝嗣竦纳a(chǎn)生活發(fā)展。

2.4 變電站防雷措施以及對(duì)電子設(shè)備得保護(hù)力度較低

2.4.1 避雷針

在變電站工作過(guò)程中，極易受到雷電擊中，那么為了避免直擊雷對(duì)電子設(shè)備和變電站的危害，變電站一般都會(huì)設(shè)置避雷針，避雷針的設(shè)置也要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，對(duì)于一些海拔較低的峽谷地區(qū)要采用避雷線，以此來(lái)保護(hù)電子設(shè)備。但是我國(guó)基本上還是采取傳統(tǒng)的避雷針設(shè)計(jì)方法，這種方式由于比較落后，不能適應(yīng)當(dāng)前電子設(shè)備保護(hù)的新情況，這種避雷針很難起到預(yù)期的避雷效果。當(dāng)前，國(guó)際上流行一種滾球法理論校核獨(dú)立避雷針，這種避雷針的保護(hù)范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的避雷針，同時(shí)起到的作用也很強(qiáng)大，并且也符合實(shí)際發(fā)展的需要，但是中國(guó)對(duì)其還存在一定的研究缺失，并不能有效的利用這種避雷針?lè)椒ㄩ_展具體的電子設(shè)備以及變電站保護(hù)方式，那么這樣會(huì)造成避雷針的工作效率降低，很難有效避雷。

2.4.2 電子設(shè)備保護(hù)力度弱，易發(fā)生跳閘現(xiàn)象

相關(guān)調(diào)查顯示，我國(guó)220kV變電站容易受到雷電的侵?jǐn)_，并且每一次被雷電擊中后會(huì)產(chǎn)生較大的故障，跳閘是最明顯的一種現(xiàn)象。那么，相關(guān)的研究人員也提出，如果可以利用減少輸電線路受雷擊打的次數(shù)的方法，這樣可以在很大程度上降低雷電對(duì)電氣設(shè)備的危害。但是，我國(guó)某些地區(qū)對(duì)電子設(shè)備及變電站的保護(hù)力度較低，如果雷電擊中避雷針或者變電所的其他部位時(shí)，在雷擊點(diǎn)處會(huì)立即產(chǎn)生過(guò)高的電壓，這種強(qiáng)電壓影響下，會(huì)形成回路，產(chǎn)生雷電流，這樣很容易引起線路故障跳閘。

3? 220kV變電站的防雷保護(hù)措施

根據(jù)上述詳細(xì)分析的變電站容易受到的雷擊現(xiàn)象，雷擊現(xiàn)象對(duì)變電站的危害力度較大，那么為了減輕雷電對(duì)變電站的危害，降低線路的跳閘概率，保證變電站內(nèi)部的電力設(shè)備可以正常有效運(yùn)行。以下是筆者通過(guò)多年從業(yè)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出的一些有效的防雷方法和措施，為變電站減少雷擊概率提供一些有效的策略。

3.1 安裝MOA是預(yù)防雷電的重要措施

MOA裝置是預(yù)防雷電入侵的一種非常有效的措施，需要得到相關(guān)人員的關(guān)注，并且采取合理的方法在變電站周圍安裝該防雷裝置。比如，可以利用GIS和該裝置相聯(lián)系，發(fā)揮二者的合力，實(shí)現(xiàn)防雷效率的提升。我國(guó)電力部明確規(guī)定：安全電纜和變壓器組所連接的變電站內(nèi)的電子設(shè)備能否有效的安裝避雷器，并且對(duì)電纜中有無(wú)電壓進(jìn)行精準(zhǔn)檢驗(yàn)。那么在安裝該裝置時(shí)，首先要做好計(jì)算工作，主要是計(jì)算當(dāng)?shù)氐貐^(qū)的雷電電壓，這樣可以根據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)采取合適的變電站保護(hù)措施，保證整個(gè)電力系統(tǒng)可以安全運(yùn)行。

3.2 安裝變電站進(jìn)線避雷器防止雷電過(guò)電壓

對(duì)變電站中的配電線路來(lái)說(shuō)，如果沒有安裝避雷線，那么在發(fā)生強(qiáng)電壓后，會(huì)產(chǎn)生巨大的危害。所以，相關(guān)電力專業(yè)人員需要在變電站內(nèi)部合理安裝避雷器，這樣可以起到較好的防雷效果。此外，對(duì)于一些經(jīng)常斷開運(yùn)行的斷路器，可以在線路的周圍安裝避雷器，這樣能夠有效的防止雷電超過(guò)電壓損害線路，造成斷路器開裂，由此可見，安裝避雷器對(duì)保護(hù)斷路器有著重要的現(xiàn)實(shí)作用和意義。雖然避雷針能夠在很大程度上保護(hù)線路，避免大面積的被雷擊中，但是雷電波如果侵入變電站或者感應(yīng)雷電的電壓如果過(guò)高，這會(huì)對(duì)斷路器產(chǎn)生極大的威脅，這種情況下變電站會(huì)遭受很大的危害，供電系統(tǒng)很可能會(huì)中斷，這對(duì)電子設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生極大的消極影響。

3.3 線路避雷器的采用

在變電站中，線路的長(zhǎng)度一般都比較長(zhǎng)，并且被大面積的暴露在高山或者田野中，很容易受到外部力量的影響，包括自然災(zāi)害、雷電或者雷雨天氣等，尤其是雷電，對(duì)變電站的影響更大。所以，為了減少雷擊變電站的概率，相關(guān)電力人員應(yīng)該采取一定的方法和措施來(lái)減弱雷電對(duì)變電站的影響。那么，如果線路被雷電擊中，可以采取消納方式，這樣能夠在一定程度上削弱雷電流對(duì)變電站的影響，保護(hù)變電站內(nèi)部的電力設(shè)備，跳閘現(xiàn)象也會(huì)減少。如果雷電直擊避雷線或者變電站后，線路避雷器的動(dòng)作情況也會(huì)發(fā)生和上述類似的現(xiàn)象，這樣導(dǎo)線和避雷線上的電流會(huì)降低，閃絡(luò)現(xiàn)象發(fā)生概率會(huì)降低。

3.4 避雷器安裝地點(diǎn)的選擇及安裝注意事項(xiàng)

要想有效的安裝防雷設(shè)備，前提是要選擇良好的地點(diǎn)開展具體的工作。那么，通過(guò)全球定位系統(tǒng)可以準(zhǔn)確的勘探到雷電多發(fā)區(qū)，并且還能直觀的看到當(dāng)?shù)氐牡匦翁攸c(diǎn)，然后結(jié)合相應(yīng)的安裝經(jīng)驗(yàn)，合理的選擇安裝地點(diǎn)。此外，針對(duì)不同的電力系統(tǒng)，也要選擇不同的裝置，比如10-35kV系統(tǒng)，避雷器要安裝在斷路器和出現(xiàn)隔離閘刀之間或裝在線路上，這樣能保護(hù)斷路器免受雷電高電壓的影響;對(duì)于220kV及其以上的輸電線路可以采用不同的措施。例如，對(duì)于一些容易發(fā)生雷電反擊的地區(qū)，可以在變電站桿塔兩邊安裝避雷器，這樣可以防止雷電的攻擊，減少雷電對(duì)變電站的危害。

3.5 雷季運(yùn)行方式安排及操作要求

在變電站工作過(guò)程中，為了有效的防止雷電的侵入，要考慮到在斷路器上安裝相應(yīng)的避雷器，這樣能在一定程度上躲避雷電的擊打。此外，電力負(fù)責(zé)人員要意識(shí)到，應(yīng)該在雷電發(fā)生之前就要安裝相應(yīng)的避雷設(shè)備，防止雷電過(guò)電壓的影響。如果電線設(shè)備發(fā)生跳閘現(xiàn)象，要及時(shí)嘗試送電，如果送電不成功，就要對(duì)線路進(jìn)行檢修。所以，在雷電季節(jié)時(shí)期，雷電會(huì)頻繁發(fā)生，要針對(duì)容易出現(xiàn)的一些故障進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)還要加強(qiáng)監(jiān)督，對(duì)相關(guān)的電子設(shè)備、避雷針等進(jìn)行檢查，如果存在一些隱患，要采取有效的方法解決，減輕雷電對(duì)220kV變電站的危害和影響。

4? 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在我國(guó)電網(wǎng)事業(yè)發(fā)展過(guò)程中，雷電是影響電網(wǎng)安全運(yùn)行的主要自然災(zāi)害之一，那么為了減少危害，需要采取避雷器安裝等相應(yīng)的防雷措施，提高防雷效果。再者，根據(jù)防雷經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，需要在變電站中安裝避雷器，加強(qiáng)防雷設(shè)施建設(shè)，減少雷電災(zāi)害造成的損失，保障我國(guó)電網(wǎng)能夠安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]張世冬.220kV變電站的防雷保護(hù)策略分析[J].中國(guó)科技投資，2013（033）：138.

[2]卜慶剛.淺談220kV變電站防雷綜合保護(hù)問(wèn)題[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2014（034）：54.

[3]沈傳鵬，薛廣達(dá)，崔繼婷.220kV變電所防雷保護(hù)分析[J]. 城市建設(shè)理論研究：電子版，2016，6（008）：5586.

[4]葉艷麗，劉春.220KV變電站二次側(cè)的防雷保護(hù)研究[C]// 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)高電壓專業(yè)委員會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)，2015.