變電站防雷接地技術

文/王志平

變電站防雷接地技術

文/王志平

隨著我國經濟社會的迅速發展，社會用電量不斷增加，電力系統的規模也不斷擴張。變電站作為電力系統的重要組成部分，擔負著電能傳輸與電壓等級變換等重要任務，對電力系統的穩定可靠運行有著重要的意義。我國作為一個雷電頻發的國家，變電站面臨著雷電入侵的威脅，因此做好變電站的防雷保護工作十分必要。本文主要闡述了變電站的雷電入侵方式，并對變電站的防雷接地技術進行了深入的研究與分析。

變電站 防雷接地 雷電入侵

1 引言

改革開放以來，隨著我國經濟社會的迅速發展，社會用電量不斷增長，電能質量要求也不斷提高，對電力系統的穩定性與可靠性提出了更高的要求。變電站作為電力系統中電壓等級變換、電能集中分配的場所，對電力系統的穩定運行有著重要的意義，一旦發生故障將對電力系統的正常運行造成極大的影響。我國疆域遼闊，部分地區雷電多發，成為變電站的重要安全隱患，一旦變電站發生雷電入侵，不僅將造成變電站內電氣設備的損毀，還可能給區域供電帶來隱患，造成較大的經濟損失，因此做好電力系統中變電站的防雷保護工作十分必要。本文主要針對變電站的防雷接地技術進行了簡要的分析與闡述。

2 變電站雷電入侵的方式

2.1 接地線入侵

一般來說，變電站為了保護站內電氣設備的工作安全，設置有避雷針等專用避雷裝置。當雷電強度較高時，在避雷針的引導下，雷電會將電流沿避雷針流向大地，并在變電站周圍進行釋放，由于大地本身存在電阻值，會在變電站附近形成較大的雷過電壓，有時甚至可達數十千伏，從而對變電站內大量二次設備造成嚴重的損壞。

2.2 信號線入侵

變電站作為一個信息化、自動化程度較高的控制調度中心，內部布置有大量二次系統通信線路。當雷電入侵通信線路后，會在電氣設備二次系統接口處產生高達數千伏的過電壓，進而對通信接口、調制解調器、光電隔離器及其他通信裝置造成損壞。

2.3 電源線入侵

架空線路作為變電站的電源輸入，由于架設高度較高，容易受到感應雷甚至直擊雷的雷擊。一旦受到雷擊后，線路中將形成較高的過電壓，經過變壓器耦合后進入低壓側，進而入侵變電站的各類控制裝置，威脅整個變電站的穩定與安全。

3 變電站的防雷接地技術

3.1 防雷接地裝置

防雷接地裝置是解決變電站雷電入侵的有效措施，通過接地裝置的科學設計與合理布設，能夠將雷電入侵產生的過電流引導至大地，從而避免過電壓對電氣設備造成的損壞。

3.1.1 防雷接地裝置的組成

一般來說，防雷接地裝置主要由接地體與接地線兩大部分組成。

（1）接地體。接地體根據屬性不同可以分為自然接地體與人工接地體兩類。自然接地體是指利用大地中已經存在的管道、鋼筋等金屬部件直接作為接地體；人工接地體是指為了接地需求而人為裝設的接地體。在進行接地體的敷設時，需要注意以下幾個方面：一是做好接地體周圍土壤的處理，降低土壤的凍結溫度，減小土壤的點阻力，進而有效降低接觸電壓及跨步電壓值；二是接地體的選擇要滿足熱穩定性要求，避免過電流引起的熱效應造成接地體的損壞；三是做好接地體的防腐蝕措施，避免接地體在土壤中受到周圍環境的腐蝕；四是保證接地體上部距離地面0.8米以上，以減小外部環境變化對接地體散流電阻的影響；五是接地體之間保持一定的距離，對于垂直接地體，其間距應大于長度的兩倍，而對于水平接地體，其間距應不小于5米。接地體其他指標如表1所示。

（2）接地線。接地線是指電氣設備與接地體間連接的導線，是引導過電流從電氣設備流入大地的導電路徑。一般來說根據敷設方式不同，接地線可以分為明敷與暗敷兩種。對于明敷的接地線，應當做好線路的標記工作，而對于暗敷的接地線，應在入口處設置接地標識。為了避免接地線收到腐蝕或破壞，一般多采用鍍鋅、涂漆等方式，降低接地線發生機械損壞或化學腐蝕的可能性。在進行接地線敷設時，需要注意以下幾個方面：一是接電線的連接應采用焊接方式，且當采用搭接焊接時，搭接長度應為扁鋼的2倍、圓鋼的6倍；二是接地線與管道等進行連接時宜采用焊接方式，且連接點應選擇近處，并在管道閥門處設置跨接線；三是接電線與電氣設備間的連接可采用螺栓或焊接方式，而與接地極間的連接宜采用焊接方式。

3.1.2 變電站防雷接地裝置的設計

防雷接地裝置的設置對變電站的安全穩定運行有著重要的意義，因此要嚴格按照設計規范完成變電站防雷接地裝置的設計。一般來說，變電站的接地電阻應控制在5Ω以下，對于重要節點處的變電站，其接地電阻更要小于0.5Ω，除此之外，在進行變電站防雷接地裝置設計時，還要注意以下幾個方面：一是在條件允許時優先選用建筑物地基中的鋼筋或自然接地的金屬進行統一接地，形成統一的接地網絡；二是在接地體選擇時，以自然接地體為主，人工接地體為輔，盡量形成閉合的環狀接地形式；三是在保證單點接地的基礎上，實現統一的接地網。

3.2 變電站的防雷措施

變電站的雷擊是變電站面臨的主要雷電威脅，一般根據雷擊形式不同，可以進一步分為直擊雷與感應雷兩類。直擊雷是雷電直接作用于變電站的電氣設備上，形成極強的過電壓與過電流，能夠對電氣設備造成嚴重的損壞；而感應雷也稱二次雷，是由于雷云電磁感應而在電氣設備上產生的一種過電壓，對電氣設備也有著嚴重的破壞。根據雷擊形式的不同，變電站的防雷措施也應當有針對性地入手。

3.2.1 避雷針

避雷針又稱引雷針，主要通過尖端放電中和雷云中的電荷，從而保護電氣設備避免遭受雷擊，具體結構如圖1所示。金屬氧化物避雷針是當前應用最廣泛的避雷針材質。避雷針的保護范圍一般為傘狀，其頂端電場強度最大，吸引雷電在此處進行放電，并將雷電流通過接地線及接地體釋放至大地中。

避雷針需要根據變電站的規模合理進行選擇，對于規模較小的變電站，可以直接采用獨立式的避雷針，而對于大型變電站則需要統一架設避雷針與避雷線。為了確保變電站得到可靠的保護，需要對避雷針的數量及高度進行科學準確的計算，確保變電站全部電氣設備均在避雷針的傘狀保護范圍內。具體的避雷針示意圖如圖1所示。

表1：接地體指標要求

圖1：避雷針示意圖

3.2.2 浪涌抑制器

浪涌抑制器也稱防雷器，是一種有效抑制過電壓的過壓保護方式，其一般裝設于電氣設備處，能夠有效提高電氣設備的防護能力，避免其被過電壓破壞。當電氣回路中突然出現過電流或過電壓時，浪涌保護器能夠在極短的時間內對過電流過電壓進行導通與分流，從而有效避免對電氣設備的損壞。

根據工作原理不同，浪涌抑制器可以進一步細分為開關型、限壓型以及分流型等幾類。開關型浪涌抑制器在沒有過電壓時表現為高阻抗，而當雷擊發生產生過電壓時瞬時變為低阻抗狀態；限壓型浪涌抑制器同樣在沒有過電壓時呈現高阻抗，當浪涌電壓電流增大時，阻抗非線性減小；分流型浪涌抑制器與被保護電氣設備并聯連接，在正常工作時呈高阻抗斷路狀態，而當雷擊產生過電壓時呈低阻抗短路狀態，從而迅速將過電流過電壓釋放。

3.2.3 直擊雷的防護

直擊雷是雷電直接作用于變電站電氣設備上的一種雷擊形式，能夠在電氣設備中形成極高的過電流與過電壓，進而產生嚴重的熱效應與機械效應，對電氣設備的損害極高。針對直擊雷的防護，需要注意以下幾個方面：一是確保避雷針接地引線盡量遠離變電站，避免雷電過電流泄地時造成反擊；二是確保接地裝置的集中裝設，保證接地線路均可靠接入接地網絡，且接地電阻不小于10Ω；對于變電站主控室等重要電氣設備場所，需要在屋頂加裝避雷帶，并將屋頂技術部分進行可靠接地處理。

4 結束語

近年來，隨著我國電力系統的不斷發展，電網規模不斷擴張，人們對電能質量的要求也不斷提高，雷擊事故作為影響電力系統正常穩定運行的重要影響因素，做好其防護工作十分必要。本文主要針對電力系統中變電站的防雷接地技術進行了簡要的分析，并對變電站的防雷接地措施進行了簡要的闡述，相信隨著防雷技術的不斷完善，變電站運行的安全性與可靠性必將得到進一步的提升。

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作者單位山東省水利廳膠東調水局招遠管理站 山東省招遠市 265400

王志平（1985-），男，山東省煙臺市人。大學本科學歷，工程師，就業于山東省水利廳膠東調水局招遠管理站，主要從事水利工程管理工作。