變電站二次防雷接地的分析

湯 權，孫雙學，劉 寬，郭 蕾，劉穎彤

（國網湖北省電力有限公司武漢供電公司，湖北 武漢 430015）

1 變電站二次設備遭受雷擊的原因

盡管高壓避雷器會弱化雷擊電壓，但無法避免殘余壓力。雷電過電壓主要借助380/220 V交流電源線導入到線路，即通過站用變傳到交流配電饋線。此外，接地網的接地電阻過大，電流泄露時間過長，均可導致雷電過電壓[1]。防雷工作比較復雜，需要多方面共同合作。

2 變電站二次設備遭受雷擊的主要危害

2.1 設備老化和破壞

變電站二次設備主要有控制裝備和繼電保護裝置等。這些設備電子集成度高，對雷電敏感。雷擊時設備兩端形成的電位差，對二次設備破壞很大。同時，二次設備相對昂貴，一旦損壞，將造成巨大經濟損失。

2.2 丟失設備數據

變電站自動化程度高，可自動保存維持設備運行和維修的重要數據。一旦變電站出現故障，設備內的重要數據因未能及時保存而丟失，增大了電力調度工作壓力，增加了安全隱患，降低了經濟效益。

2.3 供電范圍內大面積停電

雷擊損壞二次設備，將造成整個供電系統癱瘓。雷擊后，控制設備極易出現誤操作，高壓開關發生跳閘，無法發揮控制作用，進而影響供電范圍內人們的生活[2]。

3 雷電入侵變電站二次設備的主要途徑

3.1 通過電源線路入侵

變電站使用交流電，變電站內的自帶變壓器負責提供交流電。變壓器的一級側直接連接高壓輸電線路，二級側連接低壓配電線路，安置于專用電纜溝或專用電纜井等。該線路對雷電敏感，可感受微小電壓。

變電站使用直流電完成保護、控制、通信及測量等工作。通信使用的電壓強度較小，為48 V；保護、控制及測量工作對電壓強度要求較高，為220 V。變電站內設置直流電源，線路基本從直流屏幕通過電纜溝或專用電纜井引入中央控制室。由直流電源線引起的雷電概率和雷電強度十分大。

3.2 通過通信線路入侵

大量的通信線路組成了變電站的二次設備系統。這些線路在安裝時存在交叉關系，從而和二次設備形成一個整體，自動化程度很高。發生雷擊時，該通信線路極易引發二次設備系統的損壞[3]。

3.3 雷電電磁場

夏季多雨季節，雷擊現象很多，且伴隨強大的電磁場。資料記錄：磁場強度達到0.07 Gs的時，電氣設備無法正常工作；磁場強度達到2.4 Gs時，電氣設備發生損壞。雷電產生磁場的主要表現為專用電纜溝和電纜井中各電路之間出現感應。

3.4 地電位反擊

為減少雷電的攻擊，一般在變電站安裝避雷針。發生雷擊后，避雷針將雷電電流通過自身下引線引入大地，以實現避雷。大地存在電阻，當避雷針把電流引入大地后，短時間內無法立刻中和電荷，從而在雷擊范圍內出現局部電位變大現象，即電位差。這個新的電位差可造成二次損壞。

4 變電站二次防雷接地分析

4.1 變電站二次回路接地

4.1.1 單點接地方式

單點接地方式是把每臺設備的子系統都連接在接地總線的同一點，即通過設備的接地線與接地母線相連。該接地方式可斷開接地系統形成的干擾電流閉環，以防設備接地系統形成干擾電壓導電耦合。同時，該方式可解決電氣設備接地系統的最常見問題——低頻電流的影響。該方式可詳細分為串聯模式和并聯模式。

4.1.2 懸浮接地方式

電力保護和信號采集傳遞的過程中，一般不采用懸浮接地方式。這是因為該方式的有效性存在限制，其有效性取決于電氣設備和懸浮系統之間的隔離程度。此外，保護系統產生的靜電因隔離而無法泄放，易出現火花放電現象或者遭受電擊。

4.1.3 多點接地方式

單點接地方式用于高頻電氣設備時，需增加接地線，導致阻抗隨之增大。為減弱信號線之間的分布電容和雜散電容信號之間的耦合效應，需使用多點接地方式。此外，可增加接地線面積、減小接地線長度，以減小阻抗。

4.2 等電位連接可靠接地

等電位的主要原理是抑制過電壓，具體措施是連接屏蔽線的外層、SPD接地端、金屬外殼、站內機柜及安全保護接地等，再連接等電位網絡，以保護二次設備。

4.3 屏蔽電纜接地

一點接地和兩點接地可將電纜屏蔽接地。對于由電感耦合引起的磁場干擾，少量接地無法實現屏蔽效果，因此選用兩端接地的方法。該方法可在屏蔽中使外部干擾電流產生的磁場產生與外部干擾電流方向相反的電流，以降低和抵消干擾電流引起的屏蔽效應。

5 二次防雷存在的問題

5.1 二次防雷接地技術規范未統一

隨著我國科技的不斷發展，二次防雷接地工作不斷深入。廠家生產的二次防雷接地產品良莠不齊，生產技術規范也未統一。國家未出臺統一的相關技術標準，因此選購困難。

5.2 二次防雷接地知識有待加強

我國相關工作人員對防雷技術的培訓和學習落實還不嚴格，導致實際工作中無法很好地解決難題。

6 變電站二次設備防雷技術基本措施

變電站統一定義為強雷區，需從接地、屏蔽、均壓、限幅及隔離五個環節落實變電站二次設備的電磁脈沖防護工作。線路安排設計中，需遵循逐級協調、分級防護的原則。防護設計中，需注意防護區內被保護設備的耐壓必須大于限制電壓。二次設備的系統采用共用接地的方式。

7 結 論

變電站是電力輸送的重要環節，變電站的二次設備是電力輸送的重要設備。一旦二次設備遭受雷擊，變電站將無法正常運行，導致電網癱瘓。為避免二次設備受雷擊損壞，需采取接地的方式。