變電所二次設(shè)備防雷接地探討

摘要:變電所二次設(shè)備防雷對(duì)于雷電頻發(fā)的浙江地區(qū)尤為重要。首先介紹了雷電及其危害，然后在論述雷電入侵二次設(shè)備途徑的基礎(chǔ)上，討論了變電所二次設(shè)備防雷接地措施。

關(guān)鍵詞:高壓變電所;二次設(shè)備;防雷;接地

浙江是我國雷電頻發(fā)的地區(qū)，特別是每年5~7月，浙江地區(qū)雷雨天氣非常頻繁。由于雷電侵入變電站二次系統(tǒng)而造成的雷擊事故時(shí)有發(fā)生。對(duì)于高壓變電所而言，二次系統(tǒng)是由各種二次設(shè)備和電纜組成的，幾乎所有的電氣量都是通過電纜引入二次設(shè)備的，因此，設(shè)置合理的二次設(shè)備防雷接地至關(guān)重要。

1 雷電及其危害

雷電的電磁感應(yīng)是指雷電流在50~100微秒的時(shí)間內(nèi)，從0安變化到幾十萬安，再由幾十萬安變化到0安，在其周圍空間產(chǎn)生瞬變的強(qiáng)電磁場，其中以5~10千赫茲的電磁輻射強(qiáng)度最大[1]。當(dāng)被保護(hù)物距離雷電較近時(shí)，主要受靜電感應(yīng)影響、距離雷電較遠(yuǎn)時(shí)，主要受電磁輻射的影響，輕則干擾信號(hào)線、天線等無線電通訊，重則損壞儀器設(shè)備。

2 雷電入侵二次設(shè)備的途徑

高壓變電站二次設(shè)備是關(guān)系到一次設(shè)備安全的關(guān)鍵，由于二次設(shè)備均以集成電路為核心，其耐受過電壓的能力極低，并且二次設(shè)備通過電壓、電流互感器與一次設(shè)備、輸電線路相連，受雷面積巨大。隨著變電站“三化”的實(shí)施，變電站二次設(shè)備的防雷問題顯得更加重要。

某供電公司部分高壓變電所遭雷擊損失:2007年6月11日20時(shí)15分，某220kV變電站遭受強(qiáng)雷襲擊，致使該變電站的保護(hù)裝置通信面板，綜合測量裝置通信面板，五防工控機(jī)燒毀，送往調(diào)度中心的數(shù)據(jù)監(jiān)控信號(hào)中斷。2005年5月29日1時(shí)21分，某110kV變電站遭受強(qiáng)雷電擊，致使該變電站的3臺(tái)35kV電壓互感器絕緣擊穿，設(shè)備燒壞。

實(shí)踐表明，雷電入侵二次設(shè)備的途徑有:

① 雷擊線路時(shí)沿架空線通過電壓、電流互感器作用到二次設(shè)備接口。

② 雷擊線路時(shí)沿站用電源入侵到二次設(shè)備電源。

③ 雷擊變電站避雷針時(shí)，地網(wǎng)中的雷電流通過電纜溝中的地線耦合到電纜溝中的所有電纜中去。

④ 變電站上空的雷云電場，通過靜電感應(yīng)耦合到電纜溝中所有電纜中去。

⑤ 雷擊變電站避雷針時(shí)，地網(wǎng)電位的提高會(huì)出現(xiàn)地網(wǎng)電位高于線路電壓的情況，雷電會(huì)通過所有避雷器接地端“倒灌”到相應(yīng)的導(dǎo)線中去。同時(shí)，在絕緣薄弱處還會(huì)發(fā)生“反擊”。

⑧ 通訊線路也是雷電入侵的路徑。

3 二次設(shè)備防雷接地措施

3.1 電力系統(tǒng)接地種類

根據(jù)工作內(nèi)容，電力系統(tǒng)接地可劃分為以下幾種:

① 工作接地

工作接地是為系統(tǒng)正常工作而設(shè)置的接地。如為了降低電力設(shè)備的絕緣水平，在及以上電力系統(tǒng)中采用中性點(diǎn)接地的運(yùn)行方式，在兩線一地的雙極高壓直流輸電中也需將其中性點(diǎn)接地。

② 防雷接地

為了避免雷電的危害，避雷針、避雷線和避雷器等防雷設(shè)備都必須配以相應(yīng)的接地裝置以便將雷電流引入大地。

③ 安全接地

為了保證人身的安全，將電氣設(shè)備外殼設(shè)置的接地。

3.2 防雷接地措施

① 等電位連接

根據(jù)雷擊在不同區(qū)域的電磁脈沖強(qiáng)度劃分防雷區(qū)域，并在不同的防雷區(qū)域的界面上進(jìn)行等電位連接，能直接連接的金屬物就直接相連。電源線、信號(hào)線、不能直接接入共用接地系統(tǒng)的金屬管道等都要通過瞬態(tài)浪涌過壓保護(hù)器(SPD)進(jìn)行等電位連接，各個(gè)內(nèi)層保護(hù)區(qū)的界面處同樣要依此進(jìn)行局部等電位連接，各個(gè)局部等電位母排互相連接，并最后與主等電位連接母排相連。構(gòu)造等電位面有兩種可能做法，一是將微機(jī)保護(hù)柜底部已有的接地銅排通過焊接聯(lián)通，同時(shí)在盡頭用專用100mm2銅線聯(lián)通，形成一個(gè)銅網(wǎng)格，這個(gè)網(wǎng)格與由電纜溝引來的粗銅導(dǎo)線聯(lián)通，對(duì)控制室的接地點(diǎn)形成要求的對(duì)地網(wǎng)唯一的一點(diǎn)接地。另一種做法是，在保護(hù)柜底部的下面構(gòu)造一個(gè)專用的銅網(wǎng)格，各控制保護(hù)柜的專用接地端子經(jīng)一定截面的銅線聯(lián)到此銅網(wǎng)格實(shí)現(xiàn)[2]。

② PT、CT二次回路接地

互感器是一、二次系統(tǒng)的分界點(diǎn)，因此互感器二次回路接地非常重要。變電站中，電流或電壓互感器的二次回路只能通過一點(diǎn)接于接地網(wǎng)。因?yàn)椋冸娬镜慕拥鼐W(wǎng)并非實(shí)際的等電位面，因而在不同點(diǎn)間會(huì)出現(xiàn)電位差。當(dāng)大的接地電流注入地網(wǎng)時(shí)，各點(diǎn)間可能有較大的電位差值，如果一個(gè)有電聯(lián)通的回路在不同點(diǎn)同時(shí)接地，地網(wǎng)上電位差將竄入該回路，有時(shí)還造成不應(yīng)有的分流。對(duì)電流回路，出現(xiàn)兩點(diǎn)接地時(shí)，會(huì)短路電流線圈，使通過電流線圈的電流減少;此外，在發(fā)生接地故障時(shí)，兩接地點(diǎn)間的工頻電位差將在電流線圈中產(chǎn)生極大的額外電流;這兩種原因綜合作用，使通過繼電器線圈的電流與實(shí)際的電流差異極大，從而造成保護(hù)反應(yīng)失常[3]。對(duì)于高壓電流互感器的二次回路為一獨(dú)立回路時(shí)，原則上這個(gè)獨(dú)立回路可放在電路上任意一點(diǎn)接地，通常采取在二次回路的“一”端或“+”端接地在三相電路中，經(jīng)常采用兩只或三只電流互感器組成一組，若其中一組的二次回路是獨(dú)立的，則每一個(gè)獨(dú)立回路應(yīng)有一個(gè)接地點(diǎn)。電壓互感器二次回路與電流互感器遵循同樣的原則，也只能在電壓二次回路上一點(diǎn)接地，嚴(yán)禁兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地，以免造成短路。

③ 屏蔽電纜屏蔽層接地

埋地電纜是二次系統(tǒng)干擾的主要來源，它既是干擾的主要發(fā)生器，也是主要的接收器。因此，屏蔽電纜是抑制地電位干擾的主要措施[4]。

屏蔽電纜有用于低頻設(shè)備的單芯、兩芯及多芯屏蔽電纜，雙絞屏蔽電纜和用于高頻設(shè)備的同軸電纜等。由于其使用環(huán)境、條件及信號(hào)的不同，因此在實(shí)施屏蔽時(shí)的接地方式也不同。基本上屏蔽電纜屏蔽層的接地方式分為單端接地和雙端接地。這兩種接地方式各有優(yōu)劣，在工程中都有采用。

參考文獻(xiàn)

[1] 梁曦東，陳昌漁. 高電壓工程[M]. 北京:清華大學(xué)出版社，2003.

[2] 李景祿. 實(shí)用接地技術(shù)[M]. 北京:中國電力出版社，2002.

[3] 李景祿. 接地裝置的運(yùn)行與改造[M]. 北京:中國水利水電出版社，2005

[4] 虞昊. 現(xiàn)代防雷技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京:清華大學(xué)出版社，2005

作者簡介:

金天柱(1977，07-)，男，大專，助工，從事過電壓對(duì)電氣設(shè)備的損害等方面的工作。