黃大健

[摘要]探討雷電產(chǎn)生的原因和對(duì)變電站的主要危害，并根據(jù)主要雷擊事故，提出一次設(shè)備和二次設(shè)備保護(hù)措施，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供必要的防護(hù)措施。

[關(guān)鍵詞]雷電危害防雷措施電磁干擾等電位接地裝置

中圖分類號(hào)：TM7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1571—7597(2009)1020052--01

一、引言

變電站中的各種微電子設(shè)備元器件的工作電壓僅有幾伏，工作電流只有微安級(jí)，對(duì)于外界的干擾極其敏感，對(duì)雷電等強(qiáng)電磁脈沖和過(guò)電壓的耐受能力很低，很小的電壓脈沖干擾就可能引起設(shè)備誤動(dòng)作或者導(dǎo)致其損壞。加強(qiáng)和改進(jìn)電子設(shè)備(系統(tǒng))的防雷及過(guò)電壓防護(hù)，已經(jīng)成為現(xiàn)代防雷技術(shù)中一個(gè)重要的問(wèn)題。

二、雷電的產(chǎn)生和主要危害

雷電放電是帶電荷的雷云引起的放電現(xiàn)象，在某種天氣和地質(zhì)條件下，潮濕的熱氣流進(jìn)入大氣層冷凝而形成雷云，大氣層中的霄云底部大多帶負(fù)電荷，它在地面上感應(yīng)出大量電荷，這樣，雷云和大地之間就形成了強(qiáng)大的電場(chǎng)。隨著雷云的發(fā)展和運(yùn)動(dòng)，當(dāng)空間電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)大氣游離放電的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)發(fā)生雷云之間或雷云對(duì)地的放電，形成雷電。其放電過(guò)程包括先導(dǎo)放電、主放電和余輝放電三個(gè)階段，放電通常是重復(fù)進(jìn)行的，隨著放電的次數(shù)增加而雷電流會(huì)逐漸減少。按其發(fā)展方向可分為下行雷和上行雷。下行雷是雷云產(chǎn)生并向大地發(fā)展的，上行霄是接地物體頂部激發(fā)起，并向雷云方向發(fā)起的。

變電站遭受的雷擊主要有以下幾種：

1、直擊雷。變電站遭受的直擊雷主要是下行雷，來(lái)自兩個(gè)方面：一是雷直擊于變電站的電氣設(shè)備上；二是架空線路的雷電感應(yīng)過(guò)電壓和直擊雷過(guò)電壓形成的雷電波沿線路侵入變電站。

2、雷電侵入波。主要通過(guò)直擊或電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)方式從高壓輸電線路、配電線路、低壓電源線路、通信線、電纜線、金屬管道等途徑侵入變電站。由于管線相對(duì)較長(zhǎng)，且存在著分布電感和電容，使雷電傳播速度減慢，這樣一種現(xiàn)象稱為雷電波。

3、感應(yīng)雷。當(dāng)雷擊過(guò)后，雷擊點(diǎn)地表變?yōu)殡姾傻南鄬?duì)空穴，周圍高電荷區(qū)域內(nèi)與地電位相對(duì)絕緣的導(dǎo)體上的電荷，將像受突然擊發(fā)的水波一樣沖向雷擊點(diǎn)，導(dǎo)致設(shè)備打火，絕緣受損和電子設(shè)備失效。特別注意的是電子設(shè)備的高阻抗輸入回路、信號(hào)回路等引線較長(zhǎng)，且直接連接金屬體積較大處，雖然已作電磁屏蔽(采用屏蔽電纜且屏蔽層兩端接地)仍會(huì)遭受厄運(yùn)。顯然，感應(yīng)雷危害是大面積的。

三、變電站防雷的主要措施

主要有兩種：一是避免雷電波的進(jìn)入；另一個(gè)是利用保護(hù)裝置將雷電波引入接地網(wǎng)。

(一)避雷針或避冒線。雷擊只能通過(guò)攔截導(dǎo)引措施改變其入地路徑。接閃器有避雷針、避雷線。小變電所大多采用獨(dú)立避雷針，大變電所大多在變電所架構(gòu)上采用避雷針或避雷線，或兩者結(jié)合，對(duì)引流線和接地裝置都有嚴(yán)格的要求。

(二)避雷器。避雷器能將侵入變電所的雷電波降低到電氣裝置絕緣強(qiáng)度允許值以內(nèi)，我國(guó)主要是采用金屬氧化物避雷器(MOA)。

(三)接地裝置。獨(dú)立避雷針要求單獨(dú)設(shè)置接地裝置；建筑物避雷網(wǎng)的引下線應(yīng)與建筑物的通長(zhǎng)主筋(不少于2根)及建筑物的環(huán)狀基礎(chǔ)鋼筋焊接，并與室外的人工接地體相連，與工作接地共地，形成等電位效應(yīng)。為了保證防雷裝置的安全可靠，引下線應(yīng)不少于2根，在高土壤電阻系數(shù)地區(qū)，可采用多根引下線以降低沖擊接地電阻，引下線要求機(jī)械連接牢固，電氣接觸良好。變電站的防雷接地電阻值要求不大于1Ω。

(四)二次設(shè)備防霄措施

1電源保護(hù)。采用過(guò)壓保護(hù)器(電涌保護(hù))、防雷端子等提高電氣設(shè)備自身的防護(hù)能力，防止電氣設(shè)備被擊壞。安裝在變電站內(nèi)的保護(hù)裝置、通信調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)大多采用交流電源或直流電源為其設(shè)備供電，運(yùn)用現(xiàn)代防雷技術(shù)來(lái)分析，必須增加回路的分流措施，因?yàn)槠涔ぷ鹘拥?、保護(hù)接地都與其它電氣設(shè)備采用同一接地裝置。

根據(jù)雷電防護(hù)區(qū)域的劃分原則，變電站內(nèi)二次設(shè)備供電系統(tǒng)感應(yīng)雷電過(guò)電壓的防護(hù)可以按兩級(jí)(B、c級(jí))來(lái)進(jìn)行分流保護(hù)。B級(jí)防雷一般采用具有較大通流容量的防雷裝置，可以將較大的雷電流泄散入地，從而達(dá)到限流的目的，同時(shí)將過(guò)電壓減小到一定的程度，c級(jí)防雷采用具有較低殘壓的防雷裝置，可以將回路中剩余的雷電流泄散入地，達(dá)到限制過(guò)電壓的目的，使過(guò)電壓減小到設(shè)備能耐受的水平。

2、計(jì)量及保護(hù)系統(tǒng)的防護(hù)。在二次自動(dòng)化設(shè)備中，信號(hào)顯示、功率計(jì)算、異常監(jiān)測(cè)和線路保護(hù)的判斷依據(jù)都是變電站的電流互感器和電壓互感器，如果這兩種設(shè)備出錯(cuò)甚至損壞都會(huì)對(duì)整個(gè)二次自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)造成無(wú)法估量的損失，甚至造成系統(tǒng)的癱瘓，所以電流互感器和電壓瓦感器后端的電子設(shè)備的保護(hù)是至關(guān)重要的。為了提高防護(hù)質(zhì)量，應(yīng)該同電源防護(hù)一樣進(jìn)行分級(jí)防護(hù)，一級(jí)防護(hù)：在電流互感器或電壓互感器的低壓側(cè)安裝電流、電壓互感器型電涌保護(hù)器，二級(jí)防護(hù)：在電流互感器或電壓互感器線路進(jìn)入控制配電柜處安裝電流、電壓互感器電涌保護(hù)器。如此，經(jīng)過(guò)雙層保護(hù)，使從互感器竄入的雷電流基本能夠控制在線路能夠承受的額度之內(nèi)，從而保證了整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

變電站的微機(jī)保護(hù)設(shè)備容易受到電磁干擾，由于受到電磁感應(yīng)，在被測(cè)信號(hào)上產(chǎn)生疊加的申模干擾。由于受到靜電感應(yīng)、地電位差異的影響，在信號(hào)線任一輸入端與地之問(wèn)產(chǎn)生疊加的共模干擾。防干擾措施通常采取屏蔽和接地相結(jié)合，將所有屏蔽電纜分屏屏蔽，用截面積>2.5mm²多股銅芯軟線作為接地線，分別與匯流接地母排電連接，匯流接地母排與屏體絕緣，并采用單芯屏蔽電纜(>95mm²)與室外接地體做一點(diǎn)連接。

3、通信線路防護(hù)。電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化變電站的局域網(wǎng)的安全防雷保護(hù)從機(jī)房到各保護(hù)裝置的通信線，如果采用架空線路，則易受到雷擊，應(yīng)在進(jìn)機(jī)房前改為地埋電纜，電纜長(zhǎng)度應(yīng)大于50m，其金屬外護(hù)層應(yīng)在兩端分別與機(jī)房地網(wǎng)連接，采用非金屬護(hù)套電纜時(shí)，應(yīng)穿金屬管埋地，至少金屬管兩端同樣應(yīng)接地，金屬管全長(zhǎng)應(yīng)保持電氣連接。

四、結(jié)語(yǔ)

防雷措施屬于預(yù)防性措施，雖然投資不大，但是作用卻很大，在電力系統(tǒng)保護(hù)措施中具有重要作用，因此在建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)該本著實(shí)用性、高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求、高可靠性的原則進(jìn)行建設(shè)和不斷完善。