220kV變電站防雷接地設計探討

田冬冬　袁興華　李婷女

摘要：變電站防雷接地是指為了雷電保護裝置向地面釋放雷電流所專門設置的接地，其對設備的安全與人們的生命安全具有重要影響。文章首先介紹了220kV變電站防雷接地設計的原則，然后分析了防雷接地設計的相關內容與防雷接地施工，最后討論了220kV變電站防雷接地設計需要注意的問題。

關鍵詞：220kV變電站；防雷接地設計；雷電保護裝置；避雷器；電網運行 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM411 文章編號：1009-2374（2016）02-0145-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.02.071

1 220kV變電站防雷接地設計的原則

依照我國變電站接地設計規范的相關要求，變電站接地的電阻值不可以超過0.5兆，因為220kV變電站中的各級電壓母線接地的故障電流相對較大，所以難以與相關規范中的要求相符。因此，當前的標準在使得條件得以滿足的情況下將許可電阻值放寬到5兆，換言之，并非變電站中全部的接地電阻只要滿足5兆就達標，其還有一定的條件制約。變電站接地標準中明確地規定，一定要采取適當的隔離措施使得轉移點位所導致的危害得以有效避免；因為短路電流非周期分量會對接地網產生一定的影響，所以在其電位升高的情況下，3～10kV變壓器不應該做動作或在動作之后不可受到損壞；對接地應采用均壓的方法，而且對跨步電位差與接觸電位差應該開展必要的驗算，觀察其是否與相關要求相符。為了使接地規程中的要求得以滿足，在接地故障電流較大的時候，應盡可能使得接地電阻值不斷降低。

2 220kV變電站防雷接地設計相關內容

2.1 設置接地網間距

在過去的變電站接地設計中，接地網均壓導體都是根據5m、7m、10m等間距開展布置，由于受到端部效應與鄰近效應的影響，邊角網孔電勢比中心網孔電勢高，而且隨著地網面積與網孔數的增多，其差值也不斷增加。在不等距布置的情況下，中部導體泄漏的電流密度會不斷增大，可以使得中部導體得以更充分的利用。

2.2 布置地網中垂直接地極

由于受到水平接地極屏蔽的影響，使得垂直接地極對地網接地電阻所產生的改善效果較弱，垂直接地極僅僅對一些設備具有增強散流效果的作用。因此，除了避雷器、構架避雷針、變壓器中性點、除消弧線圈中性點等需要設置垂直接地極以外，還可以在其他的具有一次設備的位置裝設。除此之外，還可以在地網邊沿一圈中裝設多一些垂直接地極，這樣能夠使得散流的效果有效增強，增設垂直接地極相當于擴大了地網的面積，能夠使得接地電阻得以有效減小。

2.3 接地極的熱穩定性校驗

通常而言，熱穩定校驗主要根據流經接地線的短路電流的穩定值來開展，相比于地網主干線界面，該設備的接地引下線界面的面積應更大，這樣能夠使得主干線中的短路電流朝兩側進行分流。但是由于地下主干線容易腐蝕而且購置的鋼材規格不應太多，使得地下主干線通常和接地引下線采用同樣規格的鋼材，但是采用鋼材的截面積一定要與下式相符：

式中：Sg表示的是接地線的最小截面；Ig表示的是流經接地線的短路電流穩定值；C表示的是接地材料的熱穩定系數；te表示的是短路的等效持續時間，通常而言，系統超過110kV時取值為1s，而低于35kV時取值為2s。

2.4 設計接地引下線

依照有關規定中的要求，在變壓器中性點中應該有兩根接地引下線，其與不同干線中的主地網進行連接，接地引下線應該與熱穩定校核要求相符。對重要的設備及設備構架而言，應該有兩根和主接地網不同地點連接的接地引下線，而且應該保證兩根接地引下線都與熱穩定校核相關要求相符。除此之外，接地引下線的設計還應該為定期的檢查與測試提供便利。

3 220kV變電站防雷接地施工

因為受到施工人員素質、施工材料、施工技術等原因的影響，電網施工的質量常常很難保障，經常會存在串聯、斷開及虛焊接地的現象，更有甚者會存在引下接地線沒有接到主網干線的情況。為了有效避免這些現象的出現，一定要做到：地網檢查試驗通過專業工作者認真地開展通電檢查，將各階段的驗收工作做好，對發現的不合格問題應該及時地予以返工，唯有如此才能夠有效保證工程施工的質量。220kV變電站防雷接地施工應該做到：（1）應該把互相交叉的橫向與縱向接地體焊接到一塊，對銅和銅、銅和鐵應用熱焊接方式予以焊接。應用純度高達97%的金屬銅來充當焊接的連接器，這樣能夠大大延長變電站的使用壽命。（2）在主接地網線之后對接地電阻進行實際測量。不管是什么季節，在主接地網中接地電阻都應該低于0.5兆。可以采取的降阻措施包括：外延接地，通過這種方式大大增加了接地網的面積；在接地極附近敷設一些降阻劑，這樣能夠發揮不斷增加接地極外形尺寸的作用，從而使得接地電阻得以有效降低；在土壤電阻率與地層深度成反比的區域，可以應用將接地產品深埋的方法使得接地電阻有效降低。（3）通常而言，接地網在室外地坪之下的0.8m處進行敷設，但是在穿道路時可以在地下1.0m處進行敷設。然后從接地網向上引出接地線，并將其引到各個設備層中，將引上線敷設于墻體或者構造柱中，在引出層之上留出一些節點，除此之外，還應該在建筑物的兩邊分別設置一個地阻監測點，并且在進站口的位置敷設兩條和主接地網連接的均壓帶，這一均壓帶的形式為“帽沿式”。（4）研究發現，配電綜合樓與電纜溝中的接地體可以隨著土建基礎結構與綜合樓電纜開展開挖施工，在土建與電纜基礎之下的0.5～1m處的新土中進行埋設，并且在埋深大約0.8m的敷設位置和接地網相連接。（5）為了盡可能降低跨步電勢與接觸電勢對人體產生的危害，需要采取一些防范措施，如：站區周圍的金屬圍欄應該和接地網進行牢固的連接，站區內的公路與進站公路段的路面都應該應用瀝青混凝土。（6）在室內各電壓中，不同等級的避雷器和室內接地干線應該遵循就近原則進行連接，垂直接地體需要在室外避雷器設備周圍進行敷設。（7）為了使得二次回路的抗干擾能力得以有效增強，需要敷設一些必要的等電位接地網進行保護。沿著變電站中的設備敷設一些25mm×4mm截面銅帶，如果隧道層是設備的下層，那樣所需敷設的銅帶應該貼緊洞壁，而且銅帶應該互相連接，從而使得等電位銅網得以形成。與此同時還應該把分散敷設的銅帶引到主控室中，在銅接地網上予以牢固連接，從而構成等電位網，把25mm×4mm截面的銅帶當作引上線。在主控室中等電位接地銅網需要應用4根25mm×4mm截面的銅帶在電纜豎井位置和主接地網予以牢固的連接。（8）一般而言，在室外適宜采用穿墻套管進行接地，而且應該將各組套管的接地線引導主干線位置，這樣對運行人員及室內二次設備來說都是較為安全的。（9）若室外設備在220kV變電站中，應該需要進行直擊雷保護，也就是需要設置獨立的避雷針進行防雷保護。在非高土壤電阻率區域中，獨立避雷針往往需要設置獨立的接地裝置，其工頻接地電阻應該小于10兆。避雷針和其相應的接地裝置應該和道路、出入口之間存在低于3m的距離。除此之外，還應該保證獨立避雷針的基地裝置和接地網的地中距離超過3m。根據驗收的相關標準要求，避雷針的引下線一定要具有較為明顯的斷開點，這樣可以為變電站電阻的測量提供較大的便利。（10）沿著地面對室內接地線進行暗敷，這時應該保證各個設備之間的基礎槽鋼、支架、預埋件及金屬圍欄等可靠的接地。在設備與支架上進行敷設的接地線應該遵循明敷的原則，通過截面大于200mm2的鋼筋把其和柱、梁及建筑物板等焊成一個整體，并且把其與主接地網焊接起來，這樣便形成了均衡電位接地系統。

4 220kV變電站防雷接地設計需要注意的問題

要想保證220kV變電站防雷接地設計的科學性與合理性，一定要對相應的問題予以注意，在220kV變電站防雷接地設計中需要注意的問題主要有：（1）對運行過程中常常斷開的斷路器，應該在其線路的兩側增設相應的避雷器，有效避免在雷電過壓時斷路器斷口受到損壞。雖然在避雷線的保護之下，電力線路能夠有效避免部分雷擊，但是雷電波與感應雷電流侵入過電壓，同樣會致使220kV變電站斷路器發生斷口問題，這樣會對斷路器的安全造成較大的威脅。就剛建成的變電站而言，特別是在活動頻繁與雷電危害較大的區域中建立的變電站，在設計的過程中非常有必要裝設一些線路避雷器。依照線路運行的基本情況，可以對已經投入運行的變電站增設一些線路避雷器。（2）注意線路避雷器的應用問題。據相關調查研究發現，雷電雷擊是導致變電站線路跳閘的重要原因，因此對受到雷擊之后的線路應通過就地消納措施的應用，對雷電系統中的數據進行統計，在重雷區超過220kV的線路采取適當的線路防雷措施，除此之外，還應該增設避雷器及引雷針，從而有效避免沿線路雷電入侵到變電站中，對變電站的安全運行造成影響。

5 結語

眾所周知，雷電是影響電網安全穩定運行的重要原因，要想保證電網安全運行，一定要采取適當的措施進行防雷電處理，比如說增設避雷器等，以用較少的投資來降低雷電對電網造成的影響。除此之外，還應該不斷增強防雷設施的監測及維護，從而盡可能將雷電災害損失將至最低，切實保證電網的安全可靠運行。

參考文獻

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作者簡介：田冬冬（1986-），男，河南博愛人，供職于國網江西省電力公司經濟技術研究院，研究方向：變電站電氣一次設計。

（責任編輯：蔣建華）