淺析變電站防雷接地技術的應用

吳敬柱

摘要：因為變電站的特殊功用以及特殊性質，其招致雷擊的概率要比一般地方高出無數倍，一旦變電站遭受雷擊，不但會給區域供電帶來不便，嚴重時可能會帶來嚴重的事故，危及到人民群眾的生命和財產安全。為了保護電氣設備不被雷擊干擾或損壞，變電站的防電擊要求非常高。文章對變電站的防雷接地技術進行了論述。

關鍵詞：變電站；防雷接地技術；接地裝置；電氣設備；雷擊 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM862 文章編號：1009-2374（2015）34-0035-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.018

由于變電站具有特殊功用以及特殊性質，其招致雷擊的概率要比一般地方高出無數倍，一旦變電站遭受雷擊，不但會給區域供電帶來不便，造成一定的經濟損失，糟糕時可能會帶來嚴重的事故，危害人民群眾的生命和財產安全。變電站的作用是改變電壓的高低，是電力系統中不可或缺的重要組成部分，一旦遭遇雷擊，不但會對電氣設備造成嚴重干擾甚至損壞，進而導致大面積的停電。雖然相比過去，現在的變電站的防雷接地保護措施都比較完善，其內部的設備被雷擊到的概率非常小，但是其概率還是存在的，為了進一步降低這一概率，筆者借本文對變電站的防雷接地技術進行了簡要的論述。

1 變電站遭受雷擊的原因

通常情況下，在電力系統正常運轉時，變電站電氣設備會處在電網額定電壓的保護之下。但是在雷雨天氣時由于雷擊過電壓現象的存在，供配電系統中某些部分線路電壓要遠遠大于常值。根據不同的途徑，變電站雷擊情況可以分為以下三種情況：雷直擊于變電站的設備上；架空線路的雷電感應過電壓或直擊雷過電壓導致雷電波沿線路侵入變電站；通訊線路遭雷擊侵入變電站電腦系統。下面簡單分析其體現形式。

1.1 直雷擊過電壓

當雷電直接擊中電力裝置時，會在局部產生強大的雷電流和超高電壓，并放出大量的熱，這些熱是導致電氣設備破壞的直接因素。

1.2 感應過電壓

當雷區行至架空導線上方時，在靜電感應的作用下架空導線上會積聚大量的異線束縛電。當雷云對大地放電架空導線上方會形成很高的過電壓。過電壓的存在會危害電力網絡。

1.3 雷電反擊

當架空線路存在雷電感應過電壓或者雷電直接擊中產生的過電壓是變電站遭受到的最為嚴重的雷害，在沒有防護措施的條件下，該過程產生的大量熱量迅速釋放會導致電站設備的絕緣層損壞，并極有可能會引發事故。

2 雷電系統防護

一般情況下，某地區發生雷擊事件的頻次與該地區所處的地理位置有很大關系，比如沿海的地區雷擊發生的頻次要明顯高于內陸地區，但是無論是沿海地區還是內陸地區，防雷擊問題都應該被嚴肅對待。在雷擊發生時，大氣層內會有強烈的電流通過，該過程產生的熱量和機械能如果直接作用到物體上，會造成相當嚴重的問題，而且還會發生后繼的危害，危害人民群眾生命和財產安全。根據雷電發生作用的過程不同，雷擊危害又可以分為感應雷、直擊雷和雷電反擊經過三種形式。經過無數人的努力探索，防御雷電的措施已經由原來的直擊雷防護發展到現在的效果更佳的系統防護。

內部防雷和外部防雷共同構成了現代的雷電防護系統。其中外部防雷的主要功能是將可能直接擊中建筑物的雷電通過地下引線、避雷針或者避雷帶等引入大地發泄以保護建筑物的安全。通過在建筑物頂部安裝避雷針、引下線和壁壘帶可以有效地將雷電的威力引至地下以減弱雷電的威力降低內部防護的壓力。內部防護措施主要是考慮到保護建筑物內部的人員和設備安全而設置的。內部防護即在需要防護的設備前端合適位置安放防雷器，這樣就可以將線路、設備和大地形成一個有條件的等電位體，以有效阻止雷電流，保障建筑物內部人員和設備的安全。內部和外部防護裝置相互結合、相輔相成。外部防雷系統使建筑物本體免受雷擊而發生火災事故及人身安全事故；內部防雷系統消除了感應雷和其他形式的過電壓侵入而損壞設備的隱患。

3 接地裝置

接地裝置在變電站防護中起到同樣重要的作用，只在接地裝置存在且安裝正確，才可以將雷電所產生的電流引入地下，真正達到防雷保護電氣設備安全的目的。

3.1 變電站接地設計原則

電力系統規模的不斷增大，變電站接地系統的要求也越來越復雜，因為無論什么形式的雷電破壞防護最終都要通過接地裝置引入到地下，因此合理的接地裝置非常重要，其直接關系到變電站的人員和設備安全。變電站多級母線的接地故障電流逐步增大，加之標準與實際值之間的差別越來越大，在設計時如何滿足電阻的要求變得越來越棘手。現在的變電站接地電阻已經由原來的0.5Ω逐漸放寬到現在的5Ω。盡管如此，在接地電阻的使用時還是要遵循以下原則：（1）盡量使用建筑物地基上的鋼筋或者自然接地的金屬統一接地，連接成接地網絡；（2）自然接地物為主、人工接地體為輔，外形盡可能采取閉合的環形；（3）單點接地，但要有統一的接地網。

3.2 變電站的防雷措施

雷擊對變電站的危害有直接雷擊和間接雷擊兩種情況，因此變電站對雷擊的防護也應從這兩個方面入手。要想避免雷擊首先要避免雷電波的進入，再次還要利用保護裝置（比如避雷器等）將雷電波引入接地網。通過攔截導引等措施可以改變雷擊的途徑。最常使用的接閃器有避雷線和避雷針。獨立式避雷針適合規模較小的變電站使用，但是大型的變電站則需要在構架上安裝避雷線、避雷針或者同時安裝二者。安裝時要嚴格按照相關規范接引流線和接地裝置。變電站中主要的防雷措施包括以下三種：（1）安裝避雷器。避雷器可以將入侵的雷電波降低至電氣系統設備絕緣強度允許值以內。目前我國使用最廣泛的避雷器為以采用金屬氧化物為主要材料制成的避雷器；（2）浪涌抑制器。浪涌抑制器采用了過壓保護，防雷端子等系列可以有效改善電氣設備自身防護能力，保護電氣設備及電子元器件不被擊壞。其工作機理是：發生雷擊的事故時，后臺監控器可以顯示電源防雷模塊是否遭到損壞，浪涌抑制器一般安裝在控制和通訊接口處；（3）接地線。接地線即接地體的外引線，根據其功能可以分為主接地線、分接地線和電位連扳等類型，主要起保護和屏蔽設施的作用。變電站中防雷接地裝置之接地線就是防雷接閃裝置的引下線。

3.3 直接雷擊的防護措施

直接雷擊是變電站中遭受最多的一種雷擊方式，因此此種雷擊方式也是對變電站危害最大的一種，應對直接雷擊的措施有三條，如下：（1）防止反擊。為了防止雷電泄地時反擊，避雷針接地引線和引下線入地點都要盡可能遠離設備接地點；（2）裝設集中接地裝置。上述所有接地線都要接通總線地網，并在連接下加裝集中接地裝置，其工頻的接地電阻礙不得小于10Ω；（3）主控室和網絡控制樓以及屋內配電裝置防直擊雷措施。對于金屬屋頂或者非金屬屋頂但是屋頂上有金屬設備的建筑物如要把金屬部分接地；鋼筋混凝土式屋頂也要將鋼筋焊接成網接地；非導電式的結構的屋頂，8～10米網絡避雷帶，設引下線接地。

4 結語

隨著電力系統的不斷發展，雷擊事件發生的頻率雖然越來越低，但是我們仍要清楚地知道，電力系統防雷電的形勢依舊非常嚴峻。越來越復雜的供電網絡對變電站的防雷電措施提出了越來越高的要求，相關人員應積極對待，否則一旦發生事故，就會造成難以預料的后果。

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（責任編輯：周 瓊）