變電站防雷措施探討

黃大健

[摘要]探討雷電產生的原因和對變電站的主要危害，并根據主要雷擊事故，提出一次設備和二次設備保護措施，為電力系統的安全穩定運行提供必要的防護措施。

[關鍵詞]雷電危害防雷措施電磁干擾等電位接地裝置

中圖分類號：TM7文獻標識碼：A文章編號：1571—7597(2009)1020052--01

一、引言

變電站中的各種微電子設備元器件的工作電壓僅有幾伏，工作電流只有微安級，對于外界的干擾極其敏感，對雷電等強電磁脈沖和過電壓的耐受能力很低，很小的電壓脈沖干擾就可能引起設備誤動作或者導致其損壞。加強和改進電子設備(系統)的防雷及過電壓防護，已經成為現代防雷技術中一個重要的問題。

二、雷電的產生和主要危害

雷電放電是帶電荷的雷云引起的放電現象，在某種天氣和地質條件下，潮濕的熱氣流進入大氣層冷凝而形成雷云，大氣層中的霄云底部大多帶負電荷，它在地面上感應出大量電荷，這樣，雷云和大地之間就形成了強大的電場。隨著雷云的發展和運動，當空間電場強度超過大氣游離放電的臨界電場強度時，就會發生雷云之間或雷云對地的放電，形成雷電。其放電過程包括先導放電、主放電和余輝放電三個階段，放電通常是重復進行的，隨著放電的次數增加而雷電流會逐漸減少。按其發展方向可分為下行雷和上行雷。下行雷是雷云產生并向大地發展的，上行霄是接地物體頂部激發起，并向雷云方向發起的。

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，來自兩個方面：一是雷直擊于變電站的電氣設備上；二是架空線路的雷電感應過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線路侵入變電站。

2、雷電侵入波。主要通過直擊或電磁感應和靜電感應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。由于管線相對較長，且存在著分布電感和電容，使雷電傳播速度減慢，這樣一種現象稱為雷電波。

3、感應雷。當雷擊過后，雷擊點地表變為電荷的相對空穴，周圍高電荷區域內與地電位相對絕緣的導體上的電荷，將像受突然擊發的水波一樣沖向雷擊點，導致設備打火，絕緣受損和電子設備失效。特別注意的是電子設備的高阻抗輸入回路、信號回路等引線較長，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)仍會遭受厄運。顯然，感應雷危害是大面積的。

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入；另一個是利用保護裝置將雷電波引入接地網。

(一)避雷針或避冒線。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。小變電所大多采用獨立避雷針，大變電所大多在變電所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。

(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度允許值以內，我國主要是采用金屬氧化物避雷器(MOA)。

(三)接地裝置。獨立避雷針要求單獨設置接地裝置；建筑物避雷網的引下線應與建筑物的通長主筋(不少于2根)及建筑物的環狀基礎鋼筋焊接，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。為了保證防雷裝置的安全可靠，引下線應不少于2根，在高土壤電阻系數地區，可采用多根引下線以降低沖擊接地電阻，引下線要求機械連接牢固，電氣接觸良好。變電站的防雷接地電阻值要求不大于1Ω。

(四)二次設備防霄措施

1電源保護。采用過壓保護器(電涌保護)、防雷端子等提高電氣設備自身的防護能力，防止電氣設備被擊壞。安裝在變電站內的保護裝置、通信調度自動化系統大多采用交流電源或直流電源為其設備供電，運用現代防雷技術來分析，必須增加回路的分流措施，因為其工作接地、保護接地都與其它電氣設備采用同一接地裝置。

根據雷電防護區域的劃分原則，變電站內二次設備供電系統感應雷電過電壓的防護可以按兩級(B、c級)來進行分流保護。B級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，從而達到限流的目的，同時將過電壓減小到一定的程度，c級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，達到限制過電壓的目的，使過電壓減小到設備能耐受的水平。

2、計量及保護系統的防護。在二次自動化設備中，信號顯示、功率計算、異常監測和線路保護的判斷依據都是變電站的電流互感器和電壓互感器，如果這兩種設備出錯甚至損壞都會對整個二次自動化監控系統造成無法估量的損失，甚至造成系統的癱瘓，所以電流互感器和電壓瓦感器后端的電子設備的保護是至關重要的。為了提高防護質量，應該同電源防護一樣進行分級防護，一級防護：在電流互感器或電壓互感器的低壓側安裝電流、電壓互感器型電涌保護器，二級防護：在電流互感器或電壓互感器線路進入控制配電柜處安裝電流、電壓互感器電涌保護器。如此，經過雙層保護，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，從而保證了整個系統的正常運行。

變電站的微機保護設備容易受到電磁干擾，由于受到電磁感應，在被測信號上產生疊加的申模干擾。由于受到靜電感應、地電位差異的影響，在信號線任一輸入端與地之問產生疊加的共模干擾。防干擾措施通常采取屏蔽和接地相結合，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連接。

3、通信線路防護。電力系統綜合自動化變電站的局域網的安全防雷保護從機房到各保護裝置的通信線，如果采用架空線路，則易受到雷擊，應在進機房前改為地埋電纜，電纜長度應大于50m，其金屬外護層應在兩端分別與機房地網連接，采用非金屬護套電纜時，應穿金屬管埋地，至少金屬管兩端同樣應接地，金屬管全長應保持電氣連接。

四、結語

防雷措施屬于預防性措施，雖然投資不大，但是作用卻很大，在電力系統保護措施中具有重要作用，因此在建設過程中，應該本著實用性、高標準、嚴要求、高可靠性的原則進行建設和不斷完善。