變電站的雷電防護

摘 要：變電站（所）是電力系統的樞紐，一旦雷擊損壞，影響嚴重，因此要求有可靠的防雷措施。變電站雷害來源有二：一是雷直擊變電站；二是沿線路傳來過電壓波。

關鍵詞：變電站；雷電；防護

1 變電站的防雷保護

1.1 防直擊雷保護

變電所的屋外配電裝置應裝設防直擊雷保護裝置，引下線處應設集中接地裝置并和接地網連接。

變電所室外配電裝置（包括母線廊道）應裝設獨立避雷針，獨立避雷針不宜設于配電裝置構或房頂。

獨立避雷針宜設獨立的接地裝置，其沖擊接地電阻不宜大于是10Ω。當有困難時，該接地裝置可與主接地網相連。但其地下連接點至35KV及以下設備與主接地網的地下連接點，沿接地體的地中長度不應小于是15m。

獨立避雷針（線）與被保護物之間應有一定距離，以免雷擊針（線）時造成反擊。在一般情況下獨立避雷針的接地裝置與變、配電所接地網間的地中距離不應小于3m。獨立避雷針與配電裝置帶電部分、變、配電所電力設備以及構架接地部分間的空氣中距離不應小于5m。

獨立針應距道路3m以上，否則應鋪碎石或瀝青路面（厚5～8cm），以保人身不受跨步電壓的危害。

嚴禁將架空照明線、電話線、廣播線、天線等裝在避雷針上或其下的架構上。

裝有避雷針的照明燈塔上的照明電源線，必須采用埋地敷設的帶金屬外皮的電纜或金屬管配線，其埋地長度應大于10m，再與配電裝置的接地網及低壓配電裝置相連接。

配電所應采取防直擊雷措施，并應符合下列要求：

a. 在建筑物易受雷擊部位（如屋角、女兒墻、屋脊、屋檐和檐角等）裝設避雷帶或避雷針。當采用避雷帶時，屋面上任何一點距避雷帶不應大于10m。當有三條及以上平行避雷帶時，每隔30--40m應將平行的避雷帶連接起來。當采用多支避雷針時，兩針間距離D不宜大于30m。

b. 接地裝置的沖擊接地電阻不宜大于10Ω，并應和電氣設備接地裝置及埋地金屬管道相連。

c. 防雷裝置的引下線不宜少于兩根，其間隔不宜大于18m。

1.2 防雷電波侵入

因為雷擊線路的機會遠比雷直擊發、變電站為多，所以沿線路侵入發、變電站的雷電過電壓行波是很常見的。以因為線路絕緣水平要比變壓器（或其他設備）的沖擊試驗電壓高得多，所以發、變電站對進行波的保護十分重要。

發、變電站所有的電氣設備絕緣應當受到閥式避雷器的可靠保護，不需要用降低重要性差的設備（如刀閘）絕緣水平的辦法來保護重要性大的設備（如變壓器），也不需要用降低全部線路絕緣的辦法來保護發、變電站。

變、配電所的每段母線上和10（6）KV的每路架空進、出線上，都應裝設避雷器。應按如下規定裝設：

a. 母線上的避雷器與主變壓器的電氣距離應符合表1-1的規定，大于規定值時，應在主變壓器附近增設一組避雷器。b. 10（6）KV變、配電所，有電纜段的架空進線，閥型避雷器應裝在電纜頭附近，其接地端應和電纜金屬外皮相連。如各架空進線均有電纜段，避雷器與主變壓器的最大電氣距離不受限制。c. 架空進線采用雙回路桿塔，有同時遭至雷擊的可能，確定避雷器與主變壓器的最大電氣距離時，應按一路考慮，且在雷季中宜避免將其中一路斷開。

1.3 進線保護

對于全線無避雷線的35KV變電所，當雷擊于附近的架空線時，沖擊波的陡度必然會超過變電所電氣設備絕緣所能允許的程度，流過避雷器的電流也會超過5KA，當然這是不能允許的。所以35KV及以上變電所應在進線段1～2Km內裝設避雷線。在土壤電阻率不大于500Ω.m 的地區，允許將避雷線引到門型架構上，但應裝設集中接地裝置。在土壤電阻大于500Ω.m 的地區，避雷線應架設到線路終端桿為止。從線路終端桿到配電裝置的一段線路的保護，可采用獨立避雷針，也可在線路終端上裝設避雷針。

有了進線保護之后，就不會從進線段以外線路上來波使變電站發生雷害了，但是，當雷擊進線段發生繞擊或反擊時，變電站仍可能發生事故。

雷直擊于有避雷線的線路可分為三種情況：雷擊桿塔頂部；雷擊避雷線中央部分和雷繞過避雷線擊于導線。

直擊雷要比感應雷（后者一般不超過300～400KV）過電壓厲害得多，因此線路防雷主要是防直擊雷。線路防雷可以有四道防線：

第一道防線是保護導線不受或少受雷直擊。為此可采用避雷線。第二道防線是雷擊塔頂或避雷線時不使或少使絕緣發生閃絡，為此，需改善桿塔的接地電阻。第三道防線 是當絕緣發生沖擊閃絡時，盡量減小由沖擊閃絡轉變為穩定電力電弧的概率，從而減小雷害跳閘次數，為此應減小絕緣上的工頻電場強度，或電網中性點采用不直接接地的方式。第四道防線是即使跳閘也不中斷電力的供應。為此，可采用自動重合閘裝置，或用雙回路以及環網供電。

架設避雷線是高壓線最基本的防雷措施。其主要作用為防止雷直擊導線；對塔頂雷擊起分流作用，從而減低塔頂電位；對導線有耦合作用，從而降低絕緣子串上的電壓；對導線有屏蔽作用，從而降低導線上的感應過電壓。

降低桿塔的接地電阻通常是提高線路耐雷性能最經濟的方法。

增加絕緣子串的片數，可使耐雷水平增大一些，但這樣做不僅增大了絕緣費用，而且增大了桿塔尺寸。因此一般不采用這種方法來改善防雷。

線路用單避雷線，保護角在25°范圍內。

各級電壓線路均應盡量裝設自動重合閘裝置。

1.4 變壓器保護

變電所的電氣設備中最重要、價值最昂貴、絕緣最薄弱的就是變壓器，因此，避雷器的選擇，必須使其伏秒特性的上限低于變壓器的伏秒特性的下限，并且避雷器的殘壓必須小于變壓器絕緣耐壓所能允許的程度。但是它們的數值都必須小于沖擊波的幅值，以保證侵入波能夠受到避雷器放電的限制。

高壓側通常安裝三只閥型避雷器（FS-3～10），低壓側通常安裝三只氧化鋅避雷器（mY-470）。高壓側的三個避雷器應盡量靠近變壓器，其接地端直接與變壓器的金屬外殼相連，以減小雷電電流在引線寄生電感上產生的壓降。

當雷電過電壓波沿高壓線路傳播到變壓器時，高壓側避雷器動作，由于它們的接地端與變壓器金屬外殼及低壓側中性點都連在一起后接地，作用在變壓器高壓側主絕緣上的電壓只是避雷器的殘壓，而不含接地電阻及接地引下線寄生電感上的壓降。通常，僅在高壓側裝三只避雷器尚不能完全保護變壓器。

為了抑制由正、反變換過程產生的暫態過電壓，需要在低壓側也裝三個低壓氧化鋅避雷器（壓敏電阻），避雷器的接地應就近接在變壓器的金屬外殼上。這三個避雷器能夠限制低壓側出現的暫態過電壓，從而也能夠有效地抑制正、反變換過程在高壓側產生的暫態過電壓。

1.5 避雷器的配置

避雷器的作用是限制由線路侵入的雷電波對變電所內的電氣設備造成的過電壓。它一般裝設在各段母線與架空線的進出口處。為了使避雷器達到預期的保護效果，必須滿足下列基本要求：

1.5.1 由于電氣設備的沖擊絕緣強度都是由伏秒特性曲線表示的，所以避雷器與被保護電氣設備的伏秒特性之間應有合理的配合。

1.5.2 避雷器的絕緣強度要有自恢復能力。避雷器在沖擊電壓的作用下放電，造成接地短路，此時過電壓消失，但工頻電壓相繼作用在避雷器上，開始流過工頻短路接地電流。所以避雷器應具有自行切除工頻續流、恢復絕緣強度的能力，使供電系統繼續正常工作。

目前常用的避雷器有管式避雷器、閥式避雷器和氧化鋅避雷器。

選用避雷器時，應使避雷器的額定電壓與安裝該避雷器的電力系統的電壓等級相同；并且應使避雷器的滅弧電壓大于其安裝處工作母線上可能出現的最高工頻電壓。所謂避雷器的滅弧電壓，指的是保證避雷器能夠在工頻續流第一次經過零值時滅弧的條件下允許加在避雷器上的最高工頻電壓；若避雷器動作時系統處于正常運行狀態，則避雷器將在正常相電壓下滅弧；若避雷器動作時系統內同時有不對稱短路，則加在健全相避雷器上的恢復電壓將有可能高于相電壓，此時避雷器就必須在高于相電壓的情況下滅弧。根據分析，在中性點直接接地的電網中，不對稱短路時健全相上的電壓可達系統最大工作線電壓的80%，而中性點不接地（包括經消弧線圈接地）的電網中，不對稱短路時健全相上的電壓可達系統最大工作線電壓的100%～110%。因此，對35KV及以上的避雷器，其滅弧電壓規定為系統最大工作線電壓的100%～110%，而110KV及以上中性點接地系統的避雷器，其滅弧電壓規定為系統最大工作線電壓的80%。

避雷器的保護性能一般以保護比（=殘壓/滅弧電壓）來說明，保護比越小，說明殘壓越低或滅弧電壓越高，則避雷器的保護性能越好。

2 變電站接地網

發、變電站需要有一個接地良好的地網，這無論從防雷的觀點看，還是從工頻對地短路電流不致使發、變電站人員及設備受危險的觀點看，都是必須的。

2.1 對接地系統的總要求

① 在使用期限內，接地系統的性能和接地電阻應滿足電氣裝置對工作接地、保護接地、防雷接地及防靜電接地的要求。

② 接地設施應具有足夠的機械強度或設置附加的機械保護，以能適應外界的影響。

③ 接地系統應有防腐蝕措施，以保證在使用期限內保持符合要求的接地電阻值。

變、配電所的接地按用途可分為下列三種：a 工作接地；b 保護接地；c 雷電保護接地。

不同用途和不同電壓的電力設備，除另有規定者外，應使用一個總的接地體，接地電阻應符合其中最小值的要求。

2.2 變、配電所的接地裝置應符合下列要求：

① 變、配電所的接地裝置，除利用自然接地體外，還應敷設以水平接地體為主的人工接地網。接地網的外緣宜閉合，且外緣各角做成圓弧形。

② 配電變壓器的接地裝置宜敷設成閉合環形，但自動閉塞電線路的信號變壓器除外。

③ 利用自然接地體和引外接地裝置時，應用不少于兩根導體在不同地點與接地網相連（但不包括單獨設備）。

④ 避雷針與主接地網的地下連接點至變壓器接地線與主接地網的地下連接點，沿接地體的長度不得小于15m。

⑤ 埋在土壤中的接地裝置，其連接應采用焊接，并在焊接處作防腐處理。

2.3 接地體應滿足下列要求

① 垂直接地體的長度宜為2.5m，垂直接地體間的距離及水平接地體間的距離宜為5m。

② 人工接地體在土壤中的埋設深度不應小于0.6m。接地體應遠離由于磚窯、煙道等到高溫影響使土壤電阻率升高的地方。

③ 接地體裝置要求作到規定的接地電阻值在技術經濟上極不合理時，變、配電所可提高到5Ω，但接觸電位差和跨步電位差不應大于下列數值：

2.4 引下線應符合下列規定：

① 引下線可采用圓鋼或扁鋼，優先采用圓鋼。

② 引下線的敷設方式及截面要求為：

a 一般情況下宜沿建筑物外墻明敷，并經最短徑路接地。當采用圓鋼時，其直徑不應小于8mm；

b 要求較高的場所可暗敷，當采用圓鋼時，其直徑不應小于10mm；當采用扁鋼時，其截面不應小于80mm2。

③ 采用多根引下線時，宜在各引下線上于距地面0.3m到1.8m之間裝設斷接卡。

④ 當利用混亂凝土內鋼筋、鋼柱作為自然引下線并同時采用基礎接地體時，可不設斷接卡； 但利用鋼筋作引下線時應在室內的適當地點設若干連接板，該連接板可供測量、接人工接地體和作等電位連接用。當僅利用鋼筋作引下線并采用埋于土壤中的人工接地體時，應在每根引下線于距地面不低于0.3m處設接地體連接板。采用埋于土壤中的人工接地體時應設斷接卡，其上端應與連接板或鋼柱焊接連接板處宜有明顯標志。

⑤ 在易受機械損壞和人易接觸的地方，應采取暗敷或加裝塑料管、橡膠管等保護設施。

2.5 接地網的布置要求：

接地網的布置，應盡量使地面的電位分布均勻，以減小接觸電壓和跨步電壓。人工接地網外緣應閉合，外緣各角應作成圓弧形。，35～110/6～10KV變電所的接地網內應敷設水平均壓帶。為保證人身安全，經常有人出入的走道處，應采用高絕緣路面（如瀝青碎石路面），或加裝帽檐式均壓帶。

為了減小建筑物的接觸電壓，接地體與建筑物的基礎間應保持不小于是1.5m的水平距離，一般取2～3m。

為了降低跨步電壓，防護直擊雷電容接地裝置距離建筑物出入口及人行道，不應小于3m，當小于3m時，應采取下列措施之一：（1）水平接地體局部埋深不小于1m；（2）水平接地體局部包以絕緣體，例如涂厚50～80mm的瀝青層；（3）采用瀝青碎石路面，或在接地裝置上面敷設厚50～80mm的瀝青層，其寬度超過接地裝置2m。（4）采用“帽檐式”或其他形式的均壓帶。

除臨時接地裝置外，接地裝置應采用熱鍍鋅鋼材，水平敷設的可采用圓鋼和扁鋼，垂直敷設的可采用角鋼和鋼管。腐蝕比較嚴重地區的接地裝置，應適當加大截面，或采用陰極保護等措施。

不得采用鋁導體作為接地體或接地線。當采用扁銅帶、銅絞線、銅棒、銅包鋼、銅包鋼絞線、鋼鍍銅等材料作接地裝置時，其連接應符合相關規范的規定。

2.6 發、變電站地網的工頻接地電阻可按下面經驗公式粗略估計：

3 結束語

變電站是電力系統中重要的組成部分，而且變電站的電氣部分要裝設合理的避雷裝置和接地裝置，因此，它是防雷的重要保護對象。

參考文獻

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