變電所防雷分析及改造

摘 要：防雷，是指通過組成攔截、疏導最后泄放入地的一體化系統方式以防止由直擊雷或雷電電磁脈沖對建筑物本身或其內部設備造成損害的防護技術，通鋼集團板石礦業公司板石變電所位于吉林省白山市板石鎮，始建于1987年。變電所一次電壓為66KV，二次電壓為3.15KV。變電所66KV避雷器、綜保裝置RTU主機用逆變電源，后臺用計算機、電話及電視機于2008年多次遭雷擊損壞，造成板石礦業公司大面積長時間停電，嚴重影響生產，為確保人身和設備安全，2009年對變電所進行防雷改造。本文主要闡述了板石變電所存在的問題、改造措施及改造后效果。

關鍵詞：變電所防雷；問題分析；改造

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 20-0000-01

一、板石變電所自然情況

吉林省白山市處于寒溫帶濕潤氣候區，年雷暴日為32天。板石變電所位于吉林省白山市板石鎮北側，山谷河邊。變電所建筑為平房，處于變電所避雷針保護范圍，平房無避雷帶等防雷設施。變電所占地面積約1000平方米，南側為主變電設備區。防直擊措施為四根獨立避雷針，針高20米，66KV母線上有一組66KV避雷器；變電所中間建筑為房屋。房屋西側為高壓室，中間為控制室，東側為生活區；北側為向礦區供電的3KV架空線路。變電所避雷針接地、變壓器接地、高壓避雷器接地為共用接地，電阻值5Ω。門型支架的接地為自然接地，阻值為40Ω。

值班室用電由高壓室引入，電源系統為TN-S，無低壓浪涌抑制器?？刂乒駜染C保裝置用RTU計算機一臺，由專用逆變電源供電，電源線路無專用SPD，接地線銅線2.5mm2。綜保設備信號線位于配電柜內，全金屬屏蔽，接地良好。

控制室內有兩部電話，10對無屏蔽電話電纜架空引入。休息室有一臺有線電視，75ΩF插頭電纜架空引入，屏蔽層未接地，無專用SPD。RTU計算機與后臺計算機通過數據線聯網，后臺計算機網卡通過電話與遠程監控設備聯網。接地系統采用共用接地，與變電所接地網連接，電阻4.6Ω。自來水管路未與變電所接地網連接。辦公室地面為地磚，人員工作區與室內電纜溝距離為0.2米。門窗無屏蔽措施。生活區與變電所避雷針相距不足3米。

二、板石變電所雷擊情況分析

變電所66KV母線上有一組高壓氧化鋅避雷器，其中一只曾遭雷擊損壞。高壓避雷器保護水平為其后設備的最大耐壓水平，故高壓避雷器設定的殘壓較高，經主變壓器變壓后，殘壓會在次級產生高壓浪涌，并流經低壓側用電設備。高壓室內有20KVA所內變壓器，變壓器前端安裝3KV氧化鋅避雷器，在低壓側無其它SPD防護，這樣在電源線路上產生的浪涌對弱電設備會造成損壞。

由于采用共用接地系統，而共用接地的接地面積不足。避雷針接地與室內設備接地體相距不足15米，與1號、2號主變壓器接地相距不足10米，避雷針接閃后產生的沖擊電流一部分在經過接地裝置散流后，其余部分經電纜溝內的接地引線進入變電所控制室內造成地電位抬升。由于本所的接地電阻值較大，地電位抬升對室內人員和設備都會形成威脅。（3號獨立避雷針在雷擊電流為40-100KA時，2米高度的瞬間電壓為300-600KV，對工作人員的安全已構成直接威脅。）

電話線路無屏蔽層，數百米電話線架空引入后，雷電產生的強磁場在金屬線上產生的電磁感應電流約在幾千伏至幾十千伏。本處電話線的芯線過電壓，以云中放電為例：距離1500米，近兩年閃電定位儀系統測定的平均放電電流40KA，線高5米，根據DL/T620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》公式計算得Ui=25Ihc/S=3.3KV，每根芯線為165V，足以對電話產生破壞。同理無屏蔽接地的有線電視線路在屏蔽層產生的電壓為3.3KV，芯線產生與屏蔽層方向相反的電動勢并進入電視電源，如屏蔽層良好接地后，電壓約為原電壓的20%，此電壓電視機依然無法承受。

三、板石變電所防雷設施存在的問題

（一）電源線路上的雷電防護設施不足。板石變電所原電源及控制使用設備為Ⅰ、Ⅱ類耐壓設備，由于板石變電所近年改造后，隨自動化程度提高，大量的Ⅳ類耐壓設備（綜保裝置、計算機等）的投入，原有的雷電防護設施不能滿足保護要求，造成設備頻繁遭雷擊損壞。

（二）接地系統的不完善，接地采用條形接地，接地電阻均超過標準要求，設備易遭受地電位抬升后的形成的反擊。

（三）信號系統基本無任何防護措施，主要集中在電話線路上。電話線路采用架空線而且無屏蔽層。在入戶時設備前無任何防雷措施，這是板石變電所電話易遭受雷擊的原因。

（四）板石變電所獨立避雷針與人行道、值班室太近，避雷針接閃后在塔體1.5-2米高度形成的過電壓（300-600KV）對值班室已構成直接威脅。接地設施存在接地面積不足，接地電阻偏大的情況。因散流面積不足，會造成強地電位引入室內主接地線，對人員和設備造成二次傷害。

四、板石變電所防雷改造方案

（一）合理確定變電所避雷針類型、參數和位置，沿板石變電所圍墻南側重新制作避雷針獨立接地網，接地電阻≤2Ω，與避雷針連接不少于兩處，并設置斷接卡。將原有接地網與避雷針接地網分離，與避雷針接地網保持3米以上距離。避雷針接地網與變電所設備保護地網分開，兩地網的地下距離達到3-5米。避雷針接地網水平接地體深度東、南兩側為1.5米，西側為1米。接地體材料為50×5熱鍍鋅扁鋼；垂直接地體采用3.5米深蠅，共12處，靠近四個避雷針，兩井間距不小于6米，材料為長6米的Φ100熱鍍鋅圓鋼。

（二）電話線處加裝RJ11口SPD，可靠接地；有線電視線處加裝F口SPD，并將屏蔽層可靠接地；計算機外殼可靠接地，構成LPZ1區，防止強磁場干擾。

（三）在低壓電源處加裝60KA B+C級380VSPD，控制室配電箱處加裝20KA SPD做第三級防護，Uc≤1500V；綜保RTU主機逆變電源前端加裝10KA SPD做末級防護，Uc≤600V；后臺機使用防雷插排做末級防護。

經過對變電所防雷設施進行改造，至今未發雷擊損壞設備及人員傷害事故。有效地保證了人身的安全和設備的安全運行。

參考文獻：

[1]賴世能.通訊系統防雷接地技術[M].人民郵電出版社，2008.