變電所的防雷措施及方法

袁鑄 李名莉

摘 要：變電所是電力系統中改變電壓的場所與地方，也是在電力系統中需要重點進行防雷保護的設施。如果沒有采取防雷措施，或者防雷措施不夠安全可靠，當變電站發生雷擊事故，不可避免地會造成大面積的停電事故，不僅會造成嚴重的經濟損失，同時還會擾亂社會生產，影響人民群眾的正常生活。因此變電所的防雷措施必須十分可靠。

關鍵詞：變電所 防雷 避雷器 保護

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（b）-0015-03

Abstract： The transformer substation is a place to changes the voltage， Its an important protection for lightning protection.The lightning accident will cause blackout accident and a large area is covered.This will produce an effect on the social production and people's life .All these will cause great economic loss.Therefore， the lightning protection measures of substation must be very safe and reliable

Key Words： Transformer substation； Lightning protection； The arrester； Protect

在電力系統中，變電所是對電能的電流和電壓進行變換、集中和分配的場所[1，2]。為了保證設備的安全和電能的質量，就必須要在變電所中進行電壓調整、潮流控制和輸配電線路以及主要電工設備的保護。

防雷措施可簡單地概括為“泄”和“抗”兩種方式。“泄”主要是用在防雷裝置上，比如避雷器、避雷針、避雷線、避雷網和避雷帶等，目的是把雷電引向自身泄掉，以削弱其威力。“抗”主要適用于電氣設備本身需要防雷，主要是靠設備本身具有一定的絕緣水平，或采用其他的補救措施，目的是增強抵抗雷電破壞的能力。

在對建筑物、電力設備以及其他被保護對象進行具體防護的過程中，要根據其自身特征和類別，針對感應雷、直擊雷、雷電侵入波等采用適當可行的防護措施。

1 電氣防雷措施

電氣設備要防護來自直擊雷、雷電反擊和侵入雷電波的危害。為了防止電氣設備發生反擊事故，需要將變電所內電氣設備的所有接地裝置連接成沒有開口的環狀接地網，充分發揮接地裝置的作用，使跨步電壓和接觸電壓降低，從而使人身安全得以保證。

中小型工廠6～10kV變電所通常均較廠房為低，一般不另設直擊雷保護。

由于線路的絕緣水平比變電所內設備的絕緣水平高，當線路遭受雷擊，那么沿著線路侵入到變電所來的雷電行波的幅值必然很高，若是終端變電所，在反射作用下電壓還會升高，而電壓越高，危險越大，因此，要高度重視沿進線侵入的雷電行波。可以按不同的電壓等級和容量采取相對應級別的保護接線來防護線路侵入雷電波。變電所的保護接線規定了保護系統的構成以及各保護元件與被保護設備之間的關系。

配電網內的變壓器，桿上斷路器等都可以采用閥型避雷器、管型避雷器。將被保護設備與保護設備安裝在同一桿塔上，把被保護設備的外殼及低壓零線相連后和避雷器或保護間隙的接地引下線共同接地，其接地電阻小于4Ω，這樣可以提高保護效果。作配電變壓器保護時，避雷器一般裝在高壓熔斷器的后面。

2 變電所的系統防雷保護

變電所的防雷保護是一個系統性的工程，是由三道防線，也即由3個子系統組成[3]。

2.1 第一道防線

第一道防線（第一子系統），主要作用是防止變電所電力設備被雷直擊。雷擊只能通過攔截導引來改變其入地路徑，而無法阻止。一個好的設計和建設，可以有效地避免雷電所造成的破壞性后果的發生。該防護由接閃裝置、引流裝置和接地散流防護裝置組成。

2.2 第二道防線

第二道防線（第二子系統），主要為變電所進線保護段。當進線保護段首端及以外受到雷擊時，絕大部分雷電流被引入地中，只有很小部分沿架空線路侵入變電所。當雷電波沿著架空線路導線傳播時，因受到沖擊電暈和大地效應的影響而衰竭，從而降到電氣裝置絕緣強度的允許值范圍內。

當進線保護段之內的架空線路遭受雷擊，變電所遇到的主要危險是繞擊導線或反擊導線產生的雷電侵入波，所以進線段又被稱為危險段。由于反擊和繞擊可能發生，通過加強避雷線的屏蔽性和耐雷水平來加強進線段防雷保護就變得十分重要。因此，進線保護段愈短愈好，這樣才能使其允許侵入波的陡度和幅值較大。

2.3 第三道防線

第三道防線（第三子系統），主要目的是將侵入變電所的雷電波的強度降低到電氣裝置絕緣強度所允許的范圍之內。我國主要采用的是金屬氧化鋅避雷器（MOA）來實現，西方國家除了采用MOA以外，還在所有電氣裝置上將空氣間隙安裝上，其主要目的是保證一旦MOA失效后，間隙可以起到后備的保護作用。

由上述所述的3個子系統構成了一個完整的變電所防雷的保護系統。三道防線各負其責，缺一不可。在實際應用中，哪一道防線設置保護元件多少視具體情況而定。三道防線互相影響，第二道和第三道防線之間關系更為密切，若第二道防線的能力強，就可以使第三道防線的負擔減輕，從而整體上提高變電所的耐雷水平；若第三道防線的能力強，就可以使第二道防線的危險段的長度大大縮短，從而整體上提高變電所的耐雷可靠性。

3 變電所的防雷措施

3.1 直擊雷防護

安裝避雷針是變電所直擊雷防護的主要措施，避雷針是雷電接收裝置，它能夠將雷電吸引到避雷針上來，并且將雷擊電流安全地引入大地，使附近絕緣水平比它低的設備免受雷擊，其目的是保護建筑物和電氣設備不受直接雷擊。

在變電所上安裝避雷針，目的是保證所有的設備都在避雷針的保護范圍之內。同時要采取一定措施防止雷擊避雷針時發生反擊事故。雷擊避雷針的反擊事故就是當被保護設備或構架與避雷針之間的空氣間隙被擊穿，或被保護設備接地裝置與避雷針接地裝置之間在土壤中的間隙被擊穿。對于35kV及以下的變電所，需要架設獨立避雷針，而不允許在配電構架上裝設避雷針。對于110kV及以上的變電所，由于絕緣水平較高，可以在配電裝置的構架上架設避雷針，因為如果雷擊避雷針時出現高電位，也不會在配電架構上不會造成反擊事故。

3.2 變電所對侵入雷電波的防護

當線路上出現過電壓后，雷電波將沿著導線侵入變電所，破壞電氣設備的絕緣[4]。在變電所的進線段架設架空地線保護和在母線上裝設閥型避雷器是對雷電侵入波采取的主要防護措施。

變電所內裝設避雷器，可以有效限制雷達波入侵時產生的過電壓，所以變電所防雷保護的基本措施之一就是變電所內裝設避雷器。目前主要使用FS系列閥型避雷器保護小容量的配電裝置；使用SFZ系列閥型避雷器保護中等及大容量變電所的電氣設備；使用FCZ1系列瓷吹閥型避雷器保護變電所的高壓電氣設備。

隨著MOA的不斷推廣，在國內除了一些變電所仍采用閥型避雷器以外，絕大多數變電所已逐步使用MOA。MOA擁有比較理想的非線性伏安特性，同時還有如下優點。

（1）無間隙。在工作電壓下，不會使氧化鋅閥片燒壞，因為MOA就相當于一個絕緣體。同時，由于其無間隙，所以大大地改善了陡波下的響應特性。

（2）無續流。MOA只吸收過電壓能量，所以對它的熱容量的要求比閥型避雷器低。

（3）可以降低電氣設備所受過電壓。對于10kA雷電流，MOA在整個過程中都有電流，而閥型避雷器只在串聯間隙放電后才可將電流泄放，雖然流過的殘壓值兩種避雷器相同，但是MOA使作用在變電所電氣設備上的過電壓有所降低。

（4）通流容量大。MOA通流容量大，所以可用MOA來限制內部過電壓。同時，由于MOA重量輕，體積小，結構簡單，運行維護方便，使用壽命長[5]，所以閥型避雷器被MOA取代是大勢所趨。

3.3 變電所的進線保護

對變電所進線實施防雷保護，就是限制雷電電流流經避雷器的幅值和雷電波陡度。若線路出現了過電壓，將會有幅值為線路絕緣的50%沖擊閃絡電壓行波向變電所運動，而對于沖擊耐壓，線路上要比變電所設備的高得多，所以主要的防雷措施就是在靠近變電所的進線上加裝避雷線。若沒有架設避雷線，一旦靠近變電所的進線上受到雷擊，流經避雷器的雷電電流幅值就可能會超過5kA，陡度也會超過允許值，那么線路會遭到破壞。

為把雷電波的出現范圍限制在靠近變電所的一段進線段外，對于35～110kV無避雷線的線路，必須架設長度為1～2km的避雷線，那么進線段內出現雷電波的概率將大降低。若線路絕緣水平很高，在進線段首端裝設一組管型避雷器可以有效限制入侵雷電波的幅值。

而對于容量小于35kV的變電所，進線保護可以根據雷電活動強度和變電所的重要性等情況來進行簡化。避雷器距變壓器的距離一般小于10m，由于變電所范圍不大，入侵波陡度就允許增加，進線段長度可以適當縮短500～600m。同時可以在首端裝設一組管型避雷器或保護間隙來限制流入變電所避雷器的雷電流。

對于容量為35～110kV的變電所，如果由于進線段桿塔接地電阻難以下降或者進線段裝設避雷線有困難而不能達到要求的耐雷水平時，可以在進線的終端桿上安裝一組1mH左右的電抗線圈來代替進線段。

3.4 變壓器的防護

在變電所中，變壓器是核心的電氣設備，所以還必須考慮中性點的保護問題。一般來說，對于35～60kV的變壓器，不需要進行中性點保護；而對于110kV且為單進線的變電所，就要進行中性點保護；可以線電壓或相電壓來選擇避雷器的額定電壓，在中性點上加裝避雷器。同時應該敷設一個統一的接地網，做好防雷保護。把避雷器裝設在靠近變壓器的位置是保護變壓器的基本措施，這樣可以防止絕緣遭受侵入線路的雷電波的損壞。

為減小雷電電流在連接線上形成的壓降，應盡量將避雷器靠近變壓器安裝，從而減小連線的長度。同時，變壓器的金屬外殼及低壓側中性點應與避雷器接線連接在一起。這樣，就減少了雷電對變壓器破壞的機會。

3.5 所內建筑物的防雷

內部的電氣設備的防雷特性直接受到建筑物本身的防雷性能將的影響，所以說內部電氣設備及系統防雷的第一道屏障就是變電所建筑物本身的防雷裝置，必須予以重視。

現代建筑物防雷主要由頂部避雷帶、網狀接閃器、建筑物的梁、柱、樓板和四周墻體內的主鋼筋作引下線，利用地下鋼筋混凝土基礎作為接地極[6]。在建筑物設計和施工的時候，都應預留各層樓板、柱、梁內鋼筋接頭，方便完成室內外接地線相連，使之能夠方便地構成“法拉第籠式”避雷網。建筑物鋼筋混凝土與防雷網相結合，是國內外公認的經濟可靠的防雷方式。

3.6 室外設備的防雷

室外設備可以根據需要，采用安裝避震針的方法，起到保護室外所有設備防止直擊雷的目的。把室外架構母線和變壓器中性點加裝避雷器來防雷。把所有設備的接地引下線都與該接地極焊接來保證等電位。

只有各種設備的絕緣水平能夠滿足電壓對該設備的絕緣要求，才能防止雷擊產生過電壓產生雷電擊穿。這種防雷結構的優點如下。

（1）可避免繞擊。

（2）可使用“法拉第籠”的屏蔽作用來削弱雷電電磁脈沖的侵入。

（3）由于在建筑物各層的梁、柱、樓板、墻體的鋼筋和金屬管線等導電體上構成等電位體，可以有效保證設備的安全。

（4）由于“法拉第籠”避雷裝置的引下線的眾多鋼筋，可以有效地分散雷電流，同時使建筑內設備受到的脈沖電磁場沖擊幅值大大效地削弱。

（5）由于接地極是由分布在地下四周的鋼筋混凝土基礎構成，與大地的接觸面比較廣，接地電阻低并且穩定，可以形成一個均勻分布的均壓網。

3.7 室內設備的防雷

室內設備的各種金屬外殼均應與底座鋼保證良好的接觸，可以采用焊接的方式或者使用螺栓連接，同時槽鋼應與電纜溝道內的電纜支架用鍍鋅扁鋼焊接起來，同室外接地網一體形成一個完整的接地網。

3.8 其他

穿過各防雷區界面的金屬物和系統，或者在一個防雷區內部的金屬物和系統均應在界面處做等電位連接[6]。各種屏蔽結構或設備外殼等其他局部金屬物也連接到該連接帶。

對各類防雷建筑物，各種連接導體的截面不應小于規定的數值。

參考文獻

[1] 周志敏，周紀海，紀愛華.電氣電子系統防雷接地實用技術[M].電子工業出版社，2005.

[2] 戴麗君，成明華.變電所防雷綜合技術研究[J].電氣自動化，2017（39）：74-77.

[3] 湯燕.變電所防雷問題淺見[J].黑龍江科技信息，2017 （4）：20-21.

[4] 師曉琳，楊國偉.變電所弱電系統電涌保護器配置的研究[J].山東工業技術，2015（9）：171-172.

[5] 劉青松.農村小型變電所弱電設備雷電防護措施[J].現代農業科技，2017（15）：199-202.

[6] 施昀岑.牽引變電所防雷保護措施[J].電子技術與軟件工程，2017（3）：222.