李石　王洋

[摘 要]變電站的防雷與接地保護(hù)對(duì)于保障變電站的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行以及人身安全都具有十分重要的作用。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，必須合理選擇與運(yùn)用防雷與接地技術(shù)，只有這樣才能為變電站的安全運(yùn)行提供可靠的保障。本文首先分析了雷電對(duì)變電站的入侵途徑，然后以此為基礎(chǔ)探討了具體的變電站防雷與接地保護(hù)技術(shù)應(yīng)用措施。

[關(guān)鍵詞]變電站；防雷；接地

中圖分類(lèi)號(hào)：TD231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）14-0218-01

1 引言

雷電是影響電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素，作為電力系統(tǒng)樞紐的變電站如果發(fā)生雷擊事故，將會(huì)導(dǎo)致大面積停電，給社會(huì)生產(chǎn)和人民生活造成嚴(yán)重的影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)高壓輸電線(xiàn)路的總跳閘事故中有40%到70%是由雷擊引起的，特別是在多雷、土壤電阻率高和地形復(fù)雜的地區(qū)[1]。所以，防雷和接地保護(hù)技術(shù)的運(yùn)用對(duì)于保障變電站的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行以及人身安全都具有十分重要的作用。但是，變電站的防雷與接地保護(hù)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在實(shí)際應(yīng)用中需合理選擇與應(yīng)用防雷與接地技術(shù)，才能為變電站的安全運(yùn)行提供可靠保障。因此，針對(duì)雷電對(duì)變電站的各種入侵途徑，開(kāi)展變電站防雷與接地保護(hù)技術(shù)應(yīng)用研究，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)電力系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 雷電對(duì)變電站的入侵途徑

雷電損害通常有直擊雷、感應(yīng)雷和雷電反擊三種。對(duì)于變電站來(lái)說(shuō)，遭受雷擊的途徑通常有兩種：一是雷電直擊在變電站的設(shè)備上；二是變電站遭受架空線(xiàn)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(xiàn)路的侵入。在變電站的設(shè)計(jì)中都具有很好的防直擊雷保護(hù)措施，使變電站的建筑和設(shè)備能夠得到避雷裝置的保護(hù)，故變電站受直擊雷危害的可能性較小。因此，雷電入侵變電站的途徑主要有以下三種。

2.1 雷電電磁感應(yīng)

對(duì)于變電站來(lái)說(shuō)，其建筑物內(nèi)當(dāng)作引下線(xiàn)用的鋼筋、變電站布線(xiàn)層內(nèi)進(jìn)出高壓場(chǎng)地的各種線(xiàn)路都是雷電電磁場(chǎng)的產(chǎn)生源。當(dāng)直擊雷電流通過(guò)引下線(xiàn)時(shí)，會(huì)在變電站室內(nèi)引起電磁感應(yīng)；當(dāng)變電站附近有雷擊時(shí)，變電站內(nèi)的配電線(xiàn)路也會(huì)受其影響而產(chǎn)生電磁感應(yīng)。這些感應(yīng)雷電導(dǎo)致的過(guò)電壓直接加在設(shè)備上，輕則導(dǎo)致設(shè)備加速老化，重則直接造成設(shè)備損壞。

2.2 地反擊

當(dāng)變電站或線(xiàn)路遭受雷擊時(shí)，雷電流會(huì)通過(guò)防雷接地裝置流入接地網(wǎng)。在強(qiáng)大的雷電流作用下，接地電阻偏大的接地網(wǎng)或均壓效果不好的接地網(wǎng)都會(huì)導(dǎo)致接地網(wǎng)局部電位顯著抬高[2]。此時(shí)，存在的電位差會(huì)使電流進(jìn)行轉(zhuǎn)移，若此電位差超過(guò)了設(shè)備的耐壓值，就會(huì)導(dǎo)致地電位對(duì)設(shè)備反擊而使設(shè)備受到損壞。

2.3 侵入波

在變電站的架空線(xiàn)路遭受直擊雷后，雷電流會(huì)經(jīng)由線(xiàn)路入侵到變電站，其主要包括以下三種途徑：

（1）由電源線(xiàn)侵入

達(dá)到一定幅值的感應(yīng)雷過(guò)電壓會(huì)導(dǎo)致雷電波沿著電源線(xiàn)向變電站內(nèi)傳輸，其在經(jīng)過(guò)避雷器后雖會(huì)有所削弱，但幅值依然較高。若其超過(guò)變電站內(nèi)二次設(shè)備電子元器件的最大耐壓值，將會(huì)導(dǎo)致設(shè)備擊穿，從而影響變電站正常運(yùn)行。

（2）由信號(hào)線(xiàn)侵入

當(dāng)雷電波通過(guò)天線(xiàn)或衛(wèi)星等信號(hào)線(xiàn)時(shí)，雖然被轉(zhuǎn)化后的電流或電壓信號(hào)會(huì)被防雷裝置所削弱，但若其依然高于變電站內(nèi)二次設(shè)備整定值，也會(huì)造成二次設(shè)備的損壞。而且信號(hào)線(xiàn)中的電流或電壓在經(jīng)過(guò)電磁或電容耦合后，還會(huì)產(chǎn)生較高的過(guò)電壓，對(duì)電源線(xiàn)或通信線(xiàn)路的正常運(yùn)行造成影響。

（3）由接地線(xiàn)侵入

當(dāng)雷電流經(jīng)由防雷引下線(xiàn)被導(dǎo)入到大地時(shí)，若進(jìn)入地下的電荷無(wú)法與大地電荷完全中和，便會(huì)由接地線(xiàn)侵入變電站，若其施加在變電站內(nèi)的二次設(shè)備上，將會(huì)對(duì)設(shè)備造成極大損害。

3 變電站的防雷與接地保護(hù)技術(shù)

根據(jù)雷電對(duì)變電站的入侵途徑，其防雷措施大體分為兩類(lèi)：一是阻止雷電波的進(jìn)入，二是雷電保護(hù)接地。因此，為了有效降低雷電對(duì)變電站的損害，必須采取合理、可行的防雷與接地保護(hù)技術(shù)。

3.1直擊雷的防護(hù)措施

為了避免直擊雷的損害，變電站都安裝有避雷針或避雷線(xiàn)。變電站的直擊雷保護(hù)避雷針可分為獨(dú)立避雷針和構(gòu)架避雷針兩種。為了避免避雷針對(duì)被保護(hù)物體造成反擊，應(yīng)在避雷針與被保護(hù)物體之間保留一定距離的空氣間隙，這樣可使雷電過(guò)電壓相對(duì)衰減，從而減輕對(duì)變電站設(shè)備的損害程度。對(duì)于獨(dú)立避雷針，應(yīng)安裝在獨(dú)立的接地裝置上，其工頻接地電阻在非高土壤電阻率地區(qū)不能大于10Ω，在必要時(shí)可將主接地裝置與接地網(wǎng)直接相連，從而降低兩者的接地電阻。

3.2 侵入波的防護(hù)措施

變電站限制侵入波的主要設(shè)備是避雷器。在進(jìn)行避雷器安裝時(shí)，一定要嚴(yán)格確定避雷器的型式、參數(shù)、臺(tái)數(shù)和裝設(shè)位置。

（1）進(jìn)線(xiàn)段的防雷保護(hù)

進(jìn)線(xiàn)段是指距離變電站1～2km的進(jìn)線(xiàn)線(xiàn)路，由于臨近變電站，所以極易受到侵入波侵?jǐn)_。進(jìn)線(xiàn)段的防雷保護(hù)最為重要的是限制雷電流幅值和侵入波陡度來(lái)降低線(xiàn)路殘壓。對(duì)于全線(xiàn)都沒(méi)有加裝避雷線(xiàn)的線(xiàn)路，還應(yīng)在變電站的進(jìn)線(xiàn)段架設(shè)避雷線(xiàn)，其保護(hù)角可設(shè)為20°左右。另外，進(jìn)線(xiàn)段還可能受到線(xiàn)路的沖擊電暈影響，所以應(yīng)適當(dāng)提升進(jìn)線(xiàn)波阻抗來(lái)降低進(jìn)線(xiàn)段內(nèi)繞擊和反擊形成侵入波的概率，同時(shí)也利于雷電流的降低。

（2）母線(xiàn)段的防雷保護(hù)

變電站的母線(xiàn)段在運(yùn)行過(guò)程中有巨大電能通過(guò)，若其發(fā)生短路將會(huì)承受較大電動(dòng)力效應(yīng)和發(fā)熱，所以必須在母線(xiàn)段安裝避雷器來(lái)避免其遭受雷擊而短路，從而確保變電站的安全運(yùn)行。在變電站的每組母線(xiàn)上應(yīng)根據(jù)電壓等級(jí)裝設(shè)相應(yīng)的金屬氧化物避雷器或閥式避雷器，并且避雷器要以最短接地線(xiàn)與配電裝置的主接地網(wǎng)相連[3]。另外，要注意避雷器與被保護(hù)設(shè)備之間距離必須滿(mǎn)足最大距離要求，且保證保護(hù)范圍完全覆蓋被保護(hù)設(shè)備。

（3）變壓器的防雷保護(hù)

變壓器是變電站最為重要的設(shè)備之一，其防雷保護(hù)也是變電站防雷的關(guān)鍵。若變壓器中性點(diǎn)為全絕緣，則無(wú)需采取防雷保護(hù)措施，但在變電站內(nèi)只有一臺(tái)變壓器且進(jìn)線(xiàn)只有一路的情況下，則需在中性點(diǎn)位置加裝一組避雷器；若變壓器中性點(diǎn)為分級(jí)絕緣，則必須加裝與該點(diǎn)位絕緣等級(jí)相同的避雷裝置。

3.3 接地保護(hù)措施

（1）保護(hù)接地

保護(hù)接地是變電站接地系統(tǒng)中最為常用的保護(hù)措施，其可分為兩種情況：一是高壓系統(tǒng)接地，即一組相連的設(shè)備利用一根引下線(xiàn)進(jìn)行獨(dú)立接地；另一種是低壓系統(tǒng)接地。

（2）屏蔽接地

屏蔽接地的常見(jiàn)形式有建筑物屏蔽接地、低壓電纜屏蔽層接地和弱電設(shè)備接地三種。通過(guò)屏蔽接地可顯著降低來(lái)自外界的電磁干擾，并有效減少變電站內(nèi)弱電設(shè)備帶來(lái)的阻礙，從而保持設(shè)備本身的獨(dú)立性。

（3）信號(hào)接地

在設(shè)備數(shù)據(jù)線(xiàn)與遠(yuǎn)距離設(shè)備通信過(guò)程中，會(huì)引起瞬時(shí)或高頻電噪聲，從而使信號(hào)的傳輸質(zhì)量受到影響。所以，信號(hào)接地不可亂接，其關(guān)鍵是強(qiáng)弱電的混接處理，母線(xiàn)接地點(diǎn)要與強(qiáng)接地保持一定距離，且還要確保接地母線(xiàn)的長(zhǎng)度合理。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，變電站的防雷與接地是一項(xiàng)較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程。因此，在具體應(yīng)用中必須結(jié)合實(shí)際情況，合理選擇與應(yīng)用防雷與接地保護(hù)措施，只有這樣才能保證變電站的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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