煉油廠變電站綜合防雷接地系統研究

趙陽

（鎮海石化工程有限責任公司，浙江 寧波315207）

煉油廠變電站的綜合防雷接地系統對提高煉油企業生產效率、保證電力設備安全經濟運行及人身財產安全等方面具有重要的實際意義[1]。傳統的煉油廠變電站，由于當時的技術條件影響，整個防雷系統設置不完善，且隨著電氣設備絕緣老化、工況特性變差、以及不同時期購買的設備間不能很好匹配等多種原因，導致變電站防雷水平降低，在雷擊變電站時將出現電氣設備損害、甚至發生變電站火災等事故。變電站內繼電保護水平的提高，也就意味著變電站內部弱電系統更加復雜，傳統的防雷水平不能滿足現役弱電設備的防雷、抗干擾要求，導致弱電設備不能安全可靠的運行，且外部干擾嚴重影響煉油設備的供應電壓，導致煉油效率降低、油品質量差等影響企業高效穩定的生產[2]。

由于弱電設備內部還有的電力電子器件及各類集成芯片，且絕緣強度、耐壓水平都很低，如果綜合防雷接地系統設置不完善，遭受雷擊時會給弱電設備帶來巨大的破壞效應；此外，煉油廠變電站通常布置在地域廣、地形空曠等區域，非常容易遭受雷電的光顧和干擾。以往在煉油廠變電站防雷接地系統設計和施工中弱電設備的綜合防雷接地問題不是很重視，導致弱電系統中存在許多防雷薄弱環節，使得弱電設備經常發生雷擊的事故，造成了煉油廠變電設備不能安全可靠的運行，甚至導致整個供配電系統的癱瘓，嚴重影響煉油設備的經濟運行常。因此，對提高變電所綜合防雷接地系統對提高煉油企業市場競爭力有巨大的實際意義。

1 雷電對變電設備的危害

雷電是一種危害性極大常發的自然現象之一，大氣中的熱空氣與冷空氣在不斷摩擦過程中就會形成帶有不同極性和容量電荷云團，當云團中的電荷數量達到一定值時，不同的電荷組成的帶電云團，以及帶電云團與地之間就會形成一個強大的感應電場，造成不同帶電云團間以及云團對地發生強烈的放電效應，形成高電壓和大電流的雷電，如果變電站被雷電擊中，就會導致變配電設備的損害和燒毀，因此，雷電已經被國際電工委員會列為影響電氣設備安全運行的最大公害之一，必須采取嚴格的防治補償措施[3]。

變電站雷擊事故主要導致弱電設備受損，巨大的電位差將造成電氣設備出現燒毀、絕緣過熱失效等現象；強大的干擾會影響電氣弱電設備的安全可靠運行。

2 防雷保護措施

變電站綜合防雷措施大致可以分為直擊雷防護和感應雷（雷電入侵波）防護兩大類，且主要防雷措施的設計機理是根據雷擊類型、雷電頻率、電流強度以及被保護設施的防雷等級、運行特性等因素設計合理的雷電綜合保護補償措施。

2.1 直擊雷防護

對于變電站直擊雷防護設計中，通過采用避雷針、避雷帶以及避雷線等相互配合，作為雷電接閃器，然后通過接地引下線把雷電流接將強大的雷電流安全泄入大地中。對于直擊雷最好的防護措施就是通過攔截物體改變雷電的入侵路徑，按照預選設計的通道，將雷電引入大地。利用避雷針、避雷作為雷電接閃器將雷電引入大地中。在煉油領域，小變電所通常采用獨立避雷針作為雷電防護措施；而對于大變電所而言需要在變電所系統架構上架設避雷針或避雷線結合系統，將雷電流引入大地中。

2.2 感應雷防護

在變電所防雷接地系統設計中，感應雷是不僅是一個重點，而且是一個難點。感應雷由于其進行變電站內部的途徑較多，而且特性參數復雜多變，可以通過架空線纜、通信載波回路等路徑侵入變電站中控設備房內。

2.2.1 避雷器

變電所通過在主接線中架設避雷器可以將通過架空線纜侵入變電所的雷電波進行有效的抑制，保證雷電波的強度地域電氣設備的系統絕緣強度允許值范圍以內。金屬氧化物避雷器是我國最為常用的一種避雷器，在變配電系統中發揮優良的作用。

2.2.2 弱電系統電源防護

變電站中有較多的二次繼電保護設備，弱電設備在正常工作中所需的動力電源，是通過電源逆變系統將廠用電源轉換為二次繼電保護設備所需的直流電源，為了防止感應雷通過所用電電纜進入二次設備內部，對電力電子器件及集成芯片進行沖擊，通常在設計中會在逆變器前端加裝隔離變壓器，并在其進出電源兩端分別加裝電涌保護器（簡稱：SPD）。二次設備中的電子元件整體耐壓水平通常在額定電壓的兩倍左右，雷擊瞬時電壓降直接擊穿這些設備當發生雷擊瞬時電壓時，若安裝了電涌保護器后，就會將雷擊感應電壓有效控制在700V以下，將雷擊浪涌電壓限制到二次設備元件安全運行的電壓范圍以內。

3 接地系統

在變電站綜合防雷系統中，無論是直擊雷還是感應雷防護設計中，都需要有一個良好的雷電流泄入大地的接地系統[4]。

3.1 保護接地

當變電站建筑物被雷電擊中后，被擊中的建筑物內部電氣設備就可能受到雷電直擊瞬時過電壓以及感應過電流的沖擊而損害。為了保證雷電直接擊中變電站建筑物后，雷電能量能夠按照預設的路徑安全可靠的泄入大地中，就需要將變電站建筑物、中控室內的電氣設備、進出口電源、載波通信等系統進行有效防雷金屬網連接，變電站綜控室典型的防雷接地布線圖如圖1所示。

3.2 工作接地

變電所內部用電是通過外部變壓器提供的，由于配電變壓器占地面積大，通常安裝在室外，與供配電電網直接連接。當架空線路發生雷擊時，雷電流就可以沿著架空線纜以感應電流方式流入變電站內部，為了保證變電站中變壓器及配電設備的整體安全，變電所采用變壓器中性點直接接地的運行方式，同時可以通過變壓器中性點向變電所提供可靠工作零線，向變電所內部其他電氣設備提供交流220V的相電壓，同時當線路發生雷擊事故時，可以通過變壓器保護系統跳閘保護，保障變電所內電氣設備的整體安全。

3.3 等電位接地

變電站二次系統的工作電源通常采用直流逆變系統，將所用電轉換為弱電系統直流電源。當所用電電源發生波動現象時，直流逆變系統就會給二次設備帶來巨大的干擾，嚴重時會使繼電保護裝置誤動或拒動，嚴重影響系統的整體供電效應。弱電系統的等電位接地可以保證所有電子器件及芯片工作在同電位的直流系統中，有效抑制所用電的波動對弱電系統的干擾[5]。

4 抗干擾屏蔽技術

變電站內部通常采用微機作為繼電保護的核心，微機設備由于集成程度的不斷提高，設備間以及外部干擾的防護越來越重要。通常采用屏蔽電纜作為各類信號的傳輸媒介，同時微機通信系統采用一個同一接地系統，保證了數據信號在傳輸過程中具有統一的電位參照點，防止信號在數字轉換、傳輸過程中出現畸變現象，有效地衰減了元件間帶來相互電磁干擾，增強了系統數據處理速率和準確性。在變電站內部通常采用聯合接地系統，作為微機繼電保護設備高效工作的中心保障措施。為了各類數據信號的統一，在微機控制屏、監控主機、信號反饋屏及控制室等設施的所有獨立接地系統相互結合形成一個聯合接地系統，并采用不少于兩處的金屬4×40mm扁鋼帶作為重復接地體。

5 結束語

煉油廠變電所是煉油廠動力提供的核心，受到環境的影響，也是最易遭受雷電光顧的對象。通過科學合理的變電所綜合防雷接地系統設計，可以有效抑制雷電對變電所的危害，提高供配電設備整體的運行可靠性，促進煉油廠變電所的綜合自動化水平的提高。

[1]郭火慶,邱水平.110KV變電站防雷接地常見問題和對策[J].湖北電力,2003,27(01):48-49.

[2]張曉波.變電站的防雷接地技術[J].電工技術,2004,(01):19-20.

[3]靳萍.變電站的防雷接地與應對方法[J].山西師范大學學報(自然科學版)研究生論文專刊,2008,22(03):32-34.

[4]廣潤.電力系統過電壓[M].北京:水利電力出版,1985．

[5]蘇邦禮.現代防協技術最重要的是等電位連接[M].廣東:電力出版社.1998．