220 kV 變電站防雷設(shè)施設(shè)計探討

黃志慶

（國網(wǎng)福建省電力有限公司安溪縣供電公司，福建 泉州 362400）

1 220 kV 變電站防雷發(fā)展現(xiàn)狀

由于很多電力工作人員對雷電缺乏認(rèn)識，防雷意識普遍不強，造成雷擊跳閘事故頻頻發(fā)生。但是，隨著變電站防雷知識的普及，人們漸漸意識到變電站防雷的重要性，并主動思考如何提高變電站防雷水平。

傳統(tǒng)的防雷技術(shù)主要是利用避雷針等設(shè)備將雷電引入自身而避免電力設(shè)備遭受雷擊，在一定程度上能起到防雷作用，但是在引雷過程中產(chǎn)生的過電壓、過電流具有不確定性，電力設(shè)備依然存在遭受雷擊可能。所以，要積極發(fā)展完善防雷技術(shù)，從而有效提高變電站防雷水平[1]。

2 220 kV 變電站防雷接地設(shè)計原則

220 kV 變電站各級母線出現(xiàn)接地故障時，接地點的電流會變得非常大，電壓會變?yōu)榱?，此時，接地點的接地電阻無法滿足大接地短路電流的電力設(shè)備的接地電阻要求，為此，對接地電阻的限制規(guī)定也作出了相應(yīng)的調(diào)整，從原來的0.5 Ω放寬為5 Ω，同時220 kV 變電站必須結(jié)合其他防雷技術(shù)，以確保220 kV 變電站安全穩(wěn)定運行。

為做好220 kV 變電站接地工作，在進行接地網(wǎng)設(shè)計時，應(yīng)充分遵循以下原則：①在接地體選擇上，應(yīng)首選建筑物鋼筋混凝土基礎(chǔ)的鋼骨架、引水管、閘門等本身具有較低的接地電阻的接地體；②在設(shè)計變電站接地網(wǎng)時，應(yīng)充分利用自然接地體與主網(wǎng)相連，以達到降低接地網(wǎng)接地電阻的目的；③確保接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)成環(huán)，中間沒有斷開點。

3 防雷接地裝置

防雷接地裝置能減少接地電阻，從而降低雷電流通過避雷針（線）或避雷器時在它們身上產(chǎn)生的過電壓，從而保證電力系統(tǒng)的正常運行和人員人身安全[2]?？紤]到大氣過電壓主要有直接雷過電壓、感應(yīng)雷過電壓、侵入波過電壓三種形式，工程上采用不同防雷工具。一般采用避雷針、避雷帶或避雷網(wǎng)等防護措施來應(yīng)對直接雷過電壓，采用避雷器防止沿線侵入變電站的雷電侵入波對電氣設(shè)備造成破壞，把雷電侵入波限制在避雷器殘壓值范圍內(nèi)，從而使變壓器與其他電氣設(shè)備免受過電壓危害。

接地是防雷的基礎(chǔ)，常用的接地裝置主要是由扁鋼、圓鋼、角鋼或鋼管組成，埋于地下0.5～1 m。工程上常用的接地體主要有水平接地體和垂直接地體兩種，水平接地體多用扁鋼，寬度一般為20～40 mm，厚度不小于4 mm 或者用直徑不小于6 mm 的圓鋼，而垂直接地體一般多用角鋼或鋼管，長度約取2.5 m。日常應(yīng)做好接地體的防腐蝕措施工作，避免接地體因腐蝕而使得接地電阻變大，接地體其他指標(biāo)如表1 所示。

表1 接地體指標(biāo)要求

4 220 kV 變電站防雷接地設(shè)計與研究

4.1 變電站基本情況

4.1.1 變電站防雷接地設(shè)計的目的

變電站建設(shè)地理位置的特殊性決定了其不可避免地經(jīng)常受到雷擊，所以在變電站建設(shè)之初應(yīng)充分考慮防雷舉措，使變電站免受雷擊。還要做好變電站接地系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計，減小接地電阻，降低過電壓，從而更好地保護人身、電網(wǎng)、設(shè)備的安全。

4.1.2 變電站的規(guī)模

安溪電網(wǎng)水電資源較為豐富，但小水電大部分為徑流式電站。還有藍田水庫水力發(fā)電廠25 MW、百瀨水庫水力發(fā)電廠60 MW，截至2021-03，安溪電網(wǎng)現(xiàn)有220 kV 變電站4座，110 kV 變電站18 座。本期在建的220 kV 竹園變電站容量為2×180 MVA，遠期（2023 年）1×180 MVA，變電站內(nèi)留有3 臺主變位置。本期新建的220 kV 鶴前變電站容量為2×180 MVA，遠期（2025 年）1×180 MVA，變電站內(nèi)預(yù)備3 臺主變位置。

4.2 變電站防雷保護措施

4.2.1 變電站對直擊雷的防護

當(dāng)雷云直接擊中變電站設(shè)備時，強大的雷電流流過該設(shè)備然后泄入大地，在該設(shè)備上將產(chǎn)生很高的壓降，并將這種壓降稱之為直接雷過電壓。直接雷對電力設(shè)備危害性極大，變電站有必要采取直擊雷防護措施。變電站常用的直擊雷防護措施主要有以下幾種：①在室外通過安裝獨立避雷針或在構(gòu)架上方安裝避雷針來防止直擊雷，主要是利用尖端放電原理，使其保護范圍內(nèi)所有電氣設(shè)備或建筑物免遭直擊雷的破壞，為了避免泄地的雷電流發(fā)生反擊現(xiàn)象，應(yīng)遠離變電站設(shè)置避雷針接地引線；②在保護小室、主控樓等建筑物上安裝避雷帶或避雷網(wǎng)，沿建筑物屋頂四周易受雷擊部位明設(shè)防雷保護用的避雷帶，在屋頂上部明裝避雷網(wǎng)，沿外墻裝引下線接到接地裝置上。

4.2.2 變電站對雷電侵入波的防護

變電站主要采用避雷器來防護雷電侵入波，避雷器主要是由主間隙、輔助間隙、針式絕緣子、安裝用橫擔(dān)組成。當(dāng)雷電波侵入時，避雷器間隙首先被擊穿放電，使工作線路接地，避免了被保護設(shè)備上電壓升高，從而起到保護電力設(shè)備的作用。雖然避雷器在一定程度上能對雷電侵入波起到防護作用，但是，一方面避雷器保護間隙的熄弧能力較差，不能可靠熄弧，有可能引起斷路器跳閘；另一方面，避雷器間隙動作后，工作線路直接接地會形成“截波”，危及到設(shè)備的縱絕緣。

4.3 變電站降低接地電阻的措施

4.3.1 加大接地尺寸

通過增大接地體的尺寸達到減少接地電阻的目的，這種方法只適用于一些簡單接地體和輸電線路桿塔的接地裝置。變電所會受到場地的限制、資金的限制導(dǎo)致無法實施開展，所以暫時難以在變電站受到廣泛推廣應(yīng)用。

4.3.2 利用自然接地體

善于尋找挖掘變電站資源，充分利用變電站建筑物鋼筋混凝土基礎(chǔ)的鋼骨架這類自然接地體，因為它們本身已經(jīng)具有較低的接地電阻。在設(shè)計變電站接地網(wǎng)時，應(yīng)充分考慮利用這些自然接地體與主網(wǎng)相連，以達到降低接地網(wǎng)接地電阻的目的。這種降阻方法好實現(xiàn)且具有較好的技術(shù)經(jīng)濟效應(yīng)。

4.3.3 引外接地

如果變電站內(nèi)沒有好的自然接地體可以利用，工程上有時也采用引外接地的方法來降低接地電阻。該方法就是將變電站的主接地網(wǎng)與區(qū)域以外某一低土壤電阻率區(qū)域敷設(shè)的輔助極相連，從而達到降低整個接地系統(tǒng)接地電阻的目的，不過，工程勘察設(shè)計專家一般都是首選自然接地體。

4.3.4 換土

對于某些位于高土壤電阻率地區(qū)的變電站的接地網(wǎng)，如果采取其他的方法難以降低接地電阻，這時可以考慮換土的方法。該方法是將變電站內(nèi)電阻率高的土壤替換成從其他地方運輸過來的電阻率低的土壤，以獲得較低的接地電阻。

4.3.5 采用降阻劑

通過在變電站接地體周圍的土壤中加入降阻劑，改善土壤的導(dǎo)電性能，從而降低變電站接地裝置的接地電阻。該方法雖然見效快，但是降阻劑維持時間短，無法達到永久降阻的目的，同時對變電站接地體有一定程度的腐蝕作用，會縮短接地裝置的使用壽命，增加后期接地裝置的維護成本。

5 220 kV 變電站防雷接地注意事項

只有了解了雷電活動規(guī)律以及掌握了有關(guān)防雷規(guī)范和技術(shù)規(guī)定，才能做到科學(xué)防雷。首先，在220 kV 變電站內(nèi)，應(yīng)盡可能地多布置些不同種類的防雷裝置，比如避雷針、避雷器、避雷帶、避雷網(wǎng)等，通過不同防雷裝置全方位覆蓋，使變電站防雷范圍更廣，從而保證防雷更可靠。其次，充分利用現(xiàn)有資源，在節(jié)省資源和成本的情況下保證變電站防雷效果，如利用自然接地體既安全有效又能降低施工成本。最后，學(xué)習(xí)掌握防雷裝置地安裝及維護工作，定期開展防雷裝置檢查維護，測量接地體的接地電阻，發(fā)現(xiàn)接地電阻不合格時及時進行更換，從而保護人身、電網(wǎng)、設(shè)備的安全。

6 總結(jié)

綜上所述，要想保證電力系統(tǒng)安全可靠運行，各變電站一定要不遺余力地采取防雷接地手段，加強防雷設(shè)施檢查和維護，降低雷電危害，保證電網(wǎng)安全。