變電站的防雷措施研究

雷承貴

摘要：變電站作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，由于變電站的特殊屬性，容易引發(fā)雷擊變電站事故，對(duì)于變電站的防雷措施要求十分嚴(yán)格。本文闡述了雷擊變電站的種類及危害，通過對(duì)雷擊變電站事故的原因進(jìn)行分析研究，探討了變電站的防雷措施及其重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：變電站;防雷;措施

1 前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，電網(wǎng)建設(shè)迎來了發(fā)展的黃金時(shí)期，修建變電站更是電網(wǎng)建設(shè)的重中之重。變電站作為電力系統(tǒng)中對(duì)電壓和電流進(jìn)行變換，接受電能以及分配電能的場(chǎng)所，通過變電站中的變壓器將不同等級(jí)電壓的電網(wǎng)連接起來。變電站還有開關(guān)設(shè)備、匯流母線、計(jì)量裝置、互感器、指示儀表、繼電保護(hù)裝置、調(diào)度通信裝置和防雷保護(hù)裝置等，這些一、二次設(shè)備對(duì)變電站起著監(jiān)視和保護(hù)作用。雷電具有電流大、電壓高、沖擊性強(qiáng)等特點(diǎn)，破壞性十足，雷擊時(shí)在空間產(chǎn)生更強(qiáng)的暫態(tài)電磁場(chǎng)，成為變電站主要電磁干擾源，一旦變電站發(fā)生雷擊事故，很容易導(dǎo)致電網(wǎng)設(shè)備損壞和線路發(fā)生跳閘事故，因此研究變電站綜合防雷措施具有十分重大的實(shí)際指導(dǎo)意義。

2 雷電的主要危害

2.1雷電放電時(shí)產(chǎn)生高溫?fù)p壞設(shè)備

帶電雷云對(duì)地面物體發(fā)生放電時(shí)，雷電流可達(dá)幾十千安，甚至幾百千安。如此大的電流即使持續(xù)的時(shí)間非常短，也能在通道上產(chǎn)生大量的熱，其溫度最高可達(dá)幾萬度。顯然，這樣強(qiáng)烈的弧光若與易燃、易爆物質(zhì)相接觸，必然會(huì)引起燃燒、爆炸或造成火災(zāi)。如果廠房的屋頂是可燃的，雷擊時(shí)就可能引起火災(zāi)。

2.2雷電放電時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的機(jī)械效應(yīng)造成廠房或設(shè)備損壞

當(dāng)雷電流通過木材內(nèi)部的纖維縫隙或磚結(jié)構(gòu)的縫隙時(shí)，由于產(chǎn)生很高的溫度，會(huì)使附近空氣激烈膨脹，水分及其他物質(zhì)迅速分解為氣體而呈現(xiàn)極大的機(jī)械力;再加上靜電排斥力的作用，將對(duì)地面結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的劈裂，甚至使木柱變?yōu)樗樾?。?dāng)雷擊在沒有避雷針的磚制煙囪上時(shí)，破壞力尤為嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有許多鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的煙囪在遭受雷擊時(shí)曾被打壞過。

2.3雷電放電時(shí)靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)的作用對(duì)廠房和設(shè)備造成破壞

由于靜電感應(yīng)產(chǎn)生的電壓可以擊穿數(shù)十厘米的空氣間隙，這對(duì)于裝有易燃、易爆物質(zhì)的倉庫來說，無疑是很危險(xiǎn)的。此外，由于靜電感應(yīng)的作用，建筑物的金屬物體之間也可能產(chǎn)生火花放電。

2.4雷電放電時(shí)會(huì)造成人員傷亡

當(dāng)雷擊大樹時(shí)，人在樹下避雨有可能遭到雷擊。當(dāng)雷擊避雷器時(shí)，由于雷電流向四周發(fā)散，若有人在附近地面走動(dòng)，也可能由于跨步電壓的作用而造成傷亡。

3 變電站雷擊的成因分析

在變電站正常運(yùn)行的過程中，一些電氣設(shè)備的絕緣經(jīng)常會(huì)處于電網(wǎng)額定電壓之下。但是，在由于各方面因素的影響和制約，尤其是雷電因素，使得在供電系統(tǒng)以及配電系統(tǒng)的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了正常的數(shù)值，從而對(duì)變電站的穩(wěn)定運(yùn)行造成了很大的影響。一般情況下，變電站出現(xiàn)雷擊的原因主要可以體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面，在配電站運(yùn)行過程中，雷電會(huì)直接擊在設(shè)備上，致使變電站的運(yùn)行受到了一定的影響。另一方面，架空線路的雷電感應(yīng)通過電壓或者直擊雷過電壓形成其強(qiáng)大的雷電波，侵入到變電站當(dāng)中，從而使得變電站內(nèi)無法正常的運(yùn)行。對(duì)于感應(yīng)過電壓以及直擊雷過電壓，其具體分析如下：第一，感應(yīng)過電壓分析。通常情況下，在一些雷雨天氣，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生雷電現(xiàn)象。當(dāng)遇到這種情況時(shí)，雷電云就會(huì)在架空導(dǎo)線上方，由于受到靜電感應(yīng)，雷云就會(huì)在導(dǎo)線上方集聚越來越多的異性束縛電荷，當(dāng)雷云在向大地放電的過程中，架空的導(dǎo)線上的異性束縛電荷就會(huì)被釋放，然后形成的電荷流就會(huì)想架空導(dǎo)線的兩端聚集，并產(chǎn)生非常高的過電壓，致使變電站的運(yùn)行受到了一定的影響。第二，直接雷過電壓分析。在變電站運(yùn)行過程中，雷云會(huì)直接擊中電力設(shè)備，并且形成一個(gè)比較強(qiáng)大的雷電流。這種情況的出現(xiàn)，就會(huì)使得雷電流在電力設(shè)備上產(chǎn)生較高的電壓，一旦雷電流通過物體，那么就會(huì)使得變電站的運(yùn)行受到很大的影響。當(dāng)出現(xiàn)這些問題時(shí)，如果相關(guān)人員沒有及時(shí)的采取措施，久而久之，就會(huì)使變電站的電力設(shè)備絕緣損壞，從而引發(fā)一系列的安全事故，不利于電力企業(yè)的良好發(fā)展和進(jìn)步。

4 變電站的防雷保護(hù)措施

4.1裝設(shè)避雷針保護(hù)整個(gè)變電站建筑物以免直接雷擊

避雷針可以防護(hù)直擊雷。避雷針可以單獨(dú)立桿，也可以利用戶外配電裝置的構(gòu)架或投光燈的桿塔;但變壓器的門型構(gòu)架不能用來裝設(shè)避雷針，以防止雷擊產(chǎn)生的過電壓對(duì)變壓器發(fā)生閃絡(luò)放電。

4.2裝設(shè)架空避雷線及其他避雷裝置作為變電站進(jìn)出線段的防雷保護(hù)

這主要是用來保護(hù)主變壓器，以免雷電沖擊波沿高壓線路侵入變電所損壞了主變電所的這一關(guān)鍵設(shè)備。為此，要求避雷器應(yīng)盡量靠近主變壓器安裝。

35KV電力線路，一般不采用全線裝設(shè)架空避雷線的方法來防直擊雷，但為防止變電所附近線路上受到雷擊時(shí)雷電沿線路侵入變電所破壞設(shè)備，需在變電所進(jìn)出線l-2km段內(nèi)裝設(shè)架空避雷線作為保護(hù)，使該段線路免遭直接雷擊。

為使上項(xiàng)保護(hù)段以外的線路受雷擊時(shí)侵入變電所內(nèi)的過電壓有所限制，一般可在架空避雷線的兩端裝設(shè)管型避雷器，其接地電阻≤10歐。

對(duì)于電壓35KV、容量3200KVA以下的一般負(fù)荷變電所，可采用簡化的進(jìn)出線段保護(hù)接線方式。

4.3裝設(shè)閥型避雷器對(duì)沿線路侵入變電站的雷電波進(jìn)行防護(hù)

變電所的進(jìn)出線段雖已采取防雷措施，且雷電波在傳播過程中也會(huì)逐漸衰減，但沿線路傳人變電所內(nèi)的部分，其過電壓對(duì)內(nèi)設(shè)備仍有一定危害。特別是對(duì)價(jià)值最高、絕緣相對(duì)薄弱的主變壓器更是這樣。故在變壓器母線上，還應(yīng)裝設(shè)一組閥型避雷器進(jìn)行保護(hù)。

6-10KV變電所中，閥型避雷器與被保護(hù)的變壓器間的電氣距離，一般不應(yīng)大于5m。為使任何運(yùn)行條件下，變電所內(nèi)的變壓器都能夠得到保護(hù)，當(dāng)采用分段母線時(shí)，其每段母線上都應(yīng)裝設(shè)閥型避雷器。

4.4低壓側(cè)裝設(shè)避雷器

主要用在多雷區(qū)，以防止雷電波沿低壓線路侵入而擊穿電力變壓器的絕緣。當(dāng)變壓器的低壓側(cè)中性點(diǎn)不接地時(shí)，其中性點(diǎn)可裝設(shè)閥型避雷器或金屬氧化物避雷器，保護(hù)間隙。

5 結(jié)語

綜上所述，變電站作為電力系統(tǒng)中非常重要的組成部分，其非常容易遭受雷電的襲擊，進(jìn)而引發(fā)安全事故，這不僅會(huì)對(duì)變電站的正常工作造成影響，而且也會(huì)對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅。因此，必須有效應(yīng)用變電站內(nèi)的防雷保護(hù)措施，確保變電站運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性，使整個(gè)電力系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

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