變電站防雷接地技術的運用探討

黃慧軍

摘 要：變電站是電力系統的重要組成部分，對防雷擊有較高的要求。一旦遭受雷擊，變電站的電氣設備可能會受到干擾或被損壞，因此，變電站防雷接地技術的運用尤其重要。簡述了變電站遭受雷擊的原因，詳細分析和探討了變電站防雷接地技術的相關情況，以期為日后的工作提供參考。

關鍵詞：變電站；防雷接地技術；過電壓；雷擊

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.04.159

變電站作為電力系統中交換、集中和分配電能、電壓、電流的場所，在給人們的生活帶來便利的同時，也存在著一定的安全隱患。而雷電作為常見的自然現象，卻時刻威脅著變電站的運行安全。一旦變電站遭受雷擊，將會損害變電站內的電氣設備，給區域供電帶來不便，造成巨大的經濟損失，而且還會嚴重危及國家財產和人們的生命安全。因此，做好變電站的防雷保護措施是十分必要的。雖然現在的變電站都有較為完善的防雷接地保護措施，變電站的設備遭雷擊損壞的概率比較小，但是，這種情況還是存在的。為了進一步降低這一概率，本文主要探討了變電站防雷接地技術的相關內容。

1 變電站遭受雷擊的原因

當電力系統正常運行時，電氣設備的絕緣處于電網額定電壓的作用下。但是，如果遇到雷擊，供配電系統中某些設備承受的電壓會大大超過正常狀態下的數值。通常情況下，變電站遭受雷擊主要有以下3種情況：①雷電直擊于變電站設備上；②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；③通訊線路遭雷擊侵入變電站電腦系統。

2 雷電系統防護

通常來說，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，比如沿海地區雷擊發生的頻次要明顯高于內陸地區，但無論是沿海地區，還是內陸地區，都要認真對待防雷擊問題。當發生雷擊時，大氣層內會有強烈的電流通過，此過程中產生的熱量和機械能如果直接作用于物體上，就會發生相當嚴重的問題，而且還會產生后續危害，影響人們的生命安全和財產安全。根據雷電發生作用過程的不同，雷擊危害又可以分為感應雷、直擊雷和雷電反擊經過3種形式。經過無數人的努力探索，防御雷電的措施己經由原來的直擊雷防護發展為現在效果更佳的系統防護。

3 接地裝置

接地裝置在變電站防護中發揮著非常重要的作用，只有合理安裝接地裝置，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

隨著電力系統規模的不斷擴大，對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地下。因此，設置合理的接地裝置非常重要，它直接關系著變電站人員和設備的安全。隨著變電站多級母線接地故障電流的逐步增大，再加上標準與實際值之間的差別越來越大，在設計變電站時，如何滿足電阻的要求則越來越棘手。在設計變電站的過程中，要遵循《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規范》（GB 50169—2016），設計電阻，要將電阻R的阻值控制在5 Ω的范圍內；對于重要的變電站，設備電阻要小于0.5 Ω。盡管如此，在使用接地電阻時，還要遵循以下3個原則：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以自然接地物為主，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 接地裝置的組成

接地裝置主要由接地體和接地線組成。

3.2.1 接地體

接地體分為自然接地體和人工接地體。自然接地體是指利用大地中已有的金屬構件、管道和建筑物鋼筋混凝土而構成的接地體；人工接地體是指專門為接地而人為裝設的接地體。在敷設接地體時，要注意以下幾個環節：①處理接地體土壤，以降低凍結溫度和土壤電阻率，從而有效降低接觸電壓和跨步電壓值。②接地體應符合熱穩定校驗和均壓的要求。③接地體要考慮腐蝕的影響，采取相應的防腐處理措施。④為了減小外界溫度變化對散流電阻的影響，埋入地下的接地體上部要離開地面0.8 m左右。⑤垂直接地體的間距應大于接地體長度的2倍，水平接地體的間距要大于5 m。

對于接地電阻，接地裝置的電阻包括接地體和接地線的電阻。因為接地裝置的電阻本身比較小，一般可以忽略不計，所以，接地電阻主要指流散電阻，其數值等于接地裝置對地電壓與接地電流之比。當有沖擊電流經接地體流入地中時，土壤即被電離，而此時呈現的接地電阻被稱為沖擊接地電阻。一般情況下，接地電阻比工頻接地電阻小。這是因為雷電沖擊電流通過接地裝置時，由于電流密度很大，使土壤中的氣隙產生局部火花放電，相當于增大了接地體的尺寸，從而降低了接地電阻。

3.2.2 接地線

接地線是指電氣設備接地端與接地體相連接的導體。明敷的接地線應標志清晰，涂15～100 mm寬度相等的綠黃相間的條紋；暗敷接地線入口處應設接地標識。接地線應采取防止機械損傷和化學腐蝕等情況發生的措施，比如采用涂防銹漆或鍍鋅等防腐措施。另外，接地線截面應符合熱穩定校驗。在變電站電氣裝置中，電氣設備接地線敷設應符合以下要求：①接地線應采用焊接連接。當采用搭接焊接時，其搭接長度應為扁鋼寬度的2倍或圓鋼直徑的6倍。②用鋼管作接地線時，鋼管連接處應該保證電氣連接的可靠性。利用穿線的鋼管作接地線時，引向電氣設備的鋼管與電氣設備之間應該有可靠的電氣連接。③接地線與管道等伸長接地極的連接處宜焊接。連接點應選在

近處，并且當管道可能因檢修而斷開時，接地裝置的接地電阻也要符合規定要求。管道上表計和閥門等處均應設置跨接線。④接地線與接地極的連接宜用焊接；接地線與電氣設備的連接可用螺栓連接或焊接，用螺栓連接時，應設防松螺帽或防松墊片。⑤電氣設備每個接地部分應用單獨的接地線與接地母線相連接，嚴禁在一個接地線中串聯幾個需要接地的部分。

3.3 變電站的防雷措施

變電站遭受雷擊時，有直接雷擊和間接雷擊2種情況，因此，變電站對雷擊的防護也應從這2個方面入手。要想避免雷擊，首先要避免雷電波的進入，還要利用保護裝置（比如避雷器等）將雷電波引入接地網。在工作過程中，采取攔截導引等措施，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比較小的變電站使用，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。在變電站中，主要采取的防雷措施有以下3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是以金屬氧化物為主要材料制成的避雷器。②浪涌抑制器。浪涌抑制器采用過壓保護，防雷端子等系列可以有效改善電氣設備自身的防護能力，保護電氣設備和電子元器件，使其不被擊壞。其工作機理是，當發生雷擊事故時，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，主要起保護和屏蔽設施的作用。變電站中防雷接地裝置的接地線就是防雷接閃裝置的引下線。

3.4 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，也是對變電站危害最大的一種。應對直接雷擊的措施有3種：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。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，其工頻的接地電阻不得小于10 Ω。③主控室和網絡控制樓以及屋內配電裝置要科學采用防直擊雷措施。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，要把金屬部分接地；對于鋼筋混凝土式屋頂，要將鋼筋焊接成網接地；對于非導電式結構的屋頂，可設8～10 m網絡避雷帶，設引下線接地。

4 結束語

綜上所述，如今電力系統不斷發展，雷擊事故頻繁發生，所以，對防雷接地技術提出了更高的要求。因此，需要加大對變電站防雷工作的重視，增強變電站的防雷能力，避免其受到雷擊損壞。相關人員應針對變電站遭受雷擊的原因，結合變電站自身的結構和運行特點，堅持防雷接地設計原則，合理使用防雷設備，科學設計防雷系統，應用可靠的防雷接地技術增強變電站運行的穩定性和安全性。同時，隨著變電站的建設發展，還應該不斷改進、完善現有的防雷接地技術，保證其始終具有較高的科學性和有效性。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕