淺談變電站接地設計及防雷技術

摘要：本文介紹了變電站接地設計的必要性和設計原則，闡述了變電站接地電阻的測量和降阻措施，提出了變電站電氣設備防雷措施。

關鍵詞：變電站 接地設計 接地電阻 防雷措施

0 引言

變電站接地系統的合理與否是直接關系到人身和設備安全的重要問題。隨著電力系統規模的不斷擴大，接地系統的設計越來越復雜。變電站接地包含工作接地、保護接地、雷電保護接地。工作接地即為電力系統電氣裝置中，為運行需要所設的接地；保護接地即為電氣裝置的金屬外殼、配電裝置的構架和線路桿塔等，由于絕緣損壞有可能帶電，為防止其危及人身和設備的安全而設的接地；雷電保護接地即為為雷電保護裝置向大地泄放雷電流而設的接地。變電站接地網安全除了對接地阻抗有要求外，還對地網的結構、使用壽命、跨步電位差、接觸電位差、轉移電位危害等提出了較高的要求。

1 變電站接地設計的必要性

接地是避雷技術最重要的環節，不管是直擊雷，感應雷或其它形式的雷，都將通過接地裝置導入大地。因此，沒有合理而良好的接地裝置，就不能有效地防雷。從避雷的角度講，把接閃器與大地做良好的電氣連接的裝置稱為接地裝置。接地裝置的作用是把雷電對接閃器閃擊的電荷盡快地泄放到大地，使其與大地的異種電荷中和。

變電站的接地網上連接著全站的高低壓電氣設備的接地線、低壓用電系統接地、電纜屏蔽接地、通信、計算機監控系統設備接地，以及變電站維護檢修時的一些臨時接地。如果接地電阻較大，在發生電力系統接地故障或其他大電流入地時，可能造成地電位異常升高；如果接地網的網格設計不合理，則可能造成接地系統電位分布不均，局部電位超過規定的安全值，這會給出運行人員的安全帶來威脅，還可能因反擊對低壓或二次設備以及電纜絕緣造成損壞，使高壓竄入控制保護系統、變電站監控和保護設備會發生誤動、拒動，釀成事故，甚至是擴大事故，由此帶來巨大的經濟損失和社會影響。

2 變電站接地設計原則

由于變電站各級電壓母線接地故障電流越來越大，在接地設計中要滿足R≤2000/I是非常困難的。現行標準與原接地規程有一個很明顯的區別是對接地電阻值不再規定要達到0.5Ω，而是允許放寬到5Ω，但這不是說一般情況下，接地電阻都可以采用5Ω，接地電阻放寬是有附加條件的，即：防止轉移電位引起的危害，應采取各種隔離措施；考慮短路電流非周期分量的影響，當接地網電位升高時，3～10kV避雷器不應動作或動作后不應損壞，應采取均壓措施，并驗算接觸電位差和跨步電位差是否滿足要求，施工后還應進行測量和繪制電位分布曲線。變電站接地網設計時應遵循以下原則：

2.1 盡量采用建筑物地基的鋼筋和自然金屬接地物統一連接地來作為接地網；

2.2 盡量以自然接地物為基礎，輔以人工接地體補充，外形盡可能采用閉合環形；

2.3 應采用統一接地網，用一點接地的方式接地。

3 變電站接地電阻的構成及降阻措施

3.1 接地引線電阻，是指由接地體至設備接地母線間引線本身的電阻，其阻值與引線的幾何尺寸和材質有關。

3.2 接地體本身的電阻，其電阻也與接地體的幾何尺寸和材質有關。

3.3 接地體表面與土壤的接觸電阻，其阻值懷土壤的性質、顆粒、含水量及土壤與接地體的接觸面積及接觸緊密程度有關。

3.4 從接地體開始向遠處（20米）擴散電流所經過的路徑土壤電阻，即散流電阻。決定散流電阻的主要因素是土壤的含水量。

3.5 垂直接地體的最佳埋置深度是指能使散流電阻盡可能不而又易于達到的埋置深度。決定垂直接地體的最佳深度，應考慮到三維地網的因素，所謂三維地網，是指垂直接地體的埋置深度與接地網的等值半徑處于同一數量級的接地網。

3.6 接地體的通常設計，是用多根垂直接地體打入地中，并以水平接地體并聯組成接地體組，由于名單一接地體埋置的間距僅等于單一接地體長度的兩倍左右，此時電流流入名單一接地體時，將受到相互的限制而妨礙電流的流散，即等于增加名單一接地體的電阻，這種影響電流流散的現象，稱為屏蔽作用。

3.7 化學降阻劑的應用，化學降阻劑機理是，在液態下從接地體向外側土壤滲出，若干分鐘固化后起著散流電極的作用。

4 變電站接地電阻的測量

接地網電阻值的大小，是判定接地網是否合格的重要部分，而對接地網電阻的測量采用的方法及設備也直接影響測量的結果，測量接地網電阻時，其接地棒和輻助接地體有兩種布置法。

對大型地網的電阻測量，應采用電流電壓測量法，其接地棒，輔助接地體的布置應采用三角形由置法，并使輻助接地體的接地電阻不應大于10Ω。通過接地裝置的電流應大于30A，電源電壓應為65～220V交流工頻電壓，電壓較低時測量較為安全，電壓表應采用高內阻的表計，以減少該云支路的分流作用。這種測量方法的優點是，接地電阻不受測量范圍的限制，特別適用于110KV以上系統的接地網的接地電阻測量，也適用于自動化系統接地電阻的測量，其測量的結果準確可靠。

5 變電站防雷措施分類

防雷措施總體概括為兩種：①避免雷電波的進入；②利用保護裝置將雷電波引入接地網。

5.1 避雷針或避雷線

雷擊只能通過攔截導引措施改變其入地路徑。接閃器有避雷針、避雷線。小變電站大多采用獨立避雷針，大變電站大多在變電站架構上采用避雷針或避雷線，或兩者結合，對引流線和接地裝置都有嚴格的要求。

5.2 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度允許值以內。我國主要是采用金屬氧化物避雷器（MOA）。

5.3 浪涌抑制器

采用過壓保護，防雷端子等提高電氣設備自身的防護能力，防止電氣設備、電子元件被擊壞。當發生雷擊事故時，如電源防雷模塊遭到損壞，在后臺監控機上就能顯示其狀態。在控制、通訊接口處加裝浪涌抑制器。

5.4 接地線

接地線即接地體的外引線，連接被保護或屏蔽設施的連線，可設主接地線、等電位連接板和分接地線。防雷接地裝置的接地線即防雷接閃裝置的引下線，可采用圓鋼或扁鋼，兩端按規定的搭接長度焊接達到電連接。變電站的防雷接地電阻值要求不大于1Ω。

6 變電站弱電設備防雷措施

6.1 采用多分支接地引下線，使通過接地引下線的雷電流大大減小。

6.2 改善屏蔽，如采用特殊的屏蔽材料甚至采用磁特性適當配合的雙層屏蔽。

6.3 改進泄流系統的結構，減小引下線對弱電設備的感應并使原有的屏蔽網能較好地發揮作用。

6.4 除電源入口處裝設壓敏電阻等限制過壓的裝置外，在信號線接入處應使用光電耦合元件或設置具有適當參數的限壓裝置。

6.5 所有進出控制室的電纜均采用屏蔽電纜，屏蔽層公用一個接地網。

6.6 在控制室及通訊室內敷設等電位，所有電氣設備的外殼均與等電位匯流排連接。

7 變電站直擊雷的防雷措施

7.1 防止反擊：設備的接地點盡量遠離避雷針接地引線的入地點，避雷針接地引下線盡量遠離電氣設備。

7.2 裝設集中接地裝置：上述接地應與總線地網連接，并在連接下加裝集中接地裝置，其工頻接地電阻礙大于10Ω。

7.3 主控室（樓）或網絡控制樓及屋內配電裝置直擊雷的保護措施。①若有金屬屋頂或屋頂有金屬結構時，將金屬部分接地。②若屋頂為鋼筋混凝土結構，應將其鋼筋焊接成網接地。③若結構為非導電的屋頂時，采用避雷保護，該避雷帶的網絡為8～10m設引下線接地。

8 結束語

接地網的設計，要根據區域的地質條件，采取不同的降阻措施，以最高性能價格比來設計其接地網，同時應采用新技術和新材料。接地技術是一門多學科的綜合技術，故在今后的工作中去研究，在實踐中不斷探索，以使其更加趨于完善。根據變電站防雷設計的整體性、結構性、層次性、目的性，及整個變電站的周圍環境、地理位置、土質條件以及設備性能和用途，采取相應雷電防護措施，保證變電站設備的安全穩定運行。

參考文獻：

[1]何金良，高延慶.電力系統接地技術研究進展 [J].電力建設.2004.

[2]蘇邦禮.雷電與避雷工程[M].廣州.中山大學出版社.1996.