關于變電站防雷接地系統設計的研究

馬成龍

摘要：為落實國網公司變電站模塊化建設工作要求的相關部署，太原供電公司經濟技術研究所對2020-2021年太原地區裝配式變電站施工質檢過程進行多次調研和總結，發現裝配式變電站施工過程中避雷設施一次質檢合格率較低，返工現象較多，需進一步優化設計、標準施工，提高工程質檢合格率。因此，本文針對影響變電站避雷設施一次質檢合格率的因素開展全面分析，歸納總結已實施工程案例，提出研制專用避雷固定件和采用避雷設備檢修三用接地箱的方法，有效提高了裝配式變電站質檢合格水平。

關鍵詞：變電站;防雷接地;設計;

對2019-2020年太原地區裝配式變電站施工質檢過程展開調研，發現裝配式變電站施工過程中避雷設施一次質檢合格率較低，返工現象較多，受檢查的2020年10月-2021年10月裝配式變電站避雷設施質檢情況中，避雷設施一次質檢合格率均未超過90%，平均一次質檢合格率僅為80.90%。亟需進一步優化設計、標準施工，提高工程質檢合格率。

一.避雷設施一次質檢合格率偏低原因分析

以2019年10月～2020年10月工程為樣本期，對造成影響裝配式變電站避雷設施一次質檢合格率各因素進行調查分析，問題次數統計如下：安裝工藝缺陷75次，占比76.53%;材料缺陷7次，占比7.14%;防腐措施缺陷7次，占比7.14%;施工漏項6次，占比6.12%;其他原因3次，占比3.07%。通過調查、統計可以看出，安裝工藝缺陷是主要癥結。

因此對造成安裝工藝缺陷的影響因素進行調查分析，其中導通測試缺陷占比81.33%，固定支持件松動占比6.7%，焊接施工缺陷占比5.33%，安裝間距偏差大占比5%，其他因素占比2.67%。通過調查、統計可以看出，導通測試缺陷是癥結所在，導通測試缺陷的原因主要分為支持件與鋼構件無隔斷和斷線卡箱功能缺失，其中支持件與鋼構件無隔斷占不合格總數的32%，斷線卡箱功能缺失占不合格總數的25%。

二.提高避雷設施一次質檢合格率方法研究

針對原因一“支持件與鋼構件無隔斷”，對比常用的兩種方案。一是長條底座型避雷帶固定支持件，絕緣合格率低，混凝土用量大，可與裝配式變電站一體化澆筑;二是避雷墩型避雷帶固定支持件，絕緣合格率較高，混凝土用量少，固定性差，不適合裝配式變電站屋頂使用，存在影響站內設備安全的隱患。常用方案的現場驗證效果適用性較差，借鑒現有避雷墩思路，規避避雷墩固定性差，提出研制變電站避雷固定件作為對策。根據“變電站避雷固定件”的設計思路，制作了相應的設計圖，如下所示：

說明：1-屋頂避雷帶，2-地腳螺栓，3-專用避雷墩。

按照實施計劃，制作完成變電站避雷固定件，并對實施效果進行檢查，調查發現變電站避雷固定件能夠更高效、更快捷完成避雷帶安裝工作，節約時間的同時，固定安裝效果得到了顯著的提升。通過收集現場運維人員經驗，結合調查數據，制定了《變電站避雷固定件說明書》：地腳螺栓選用M24型;混凝土選用C30素混凝土;在鋼結構主體安裝階段預埋地腳螺栓。

針對要因二“斷線卡箱缺乏絕緣”，對比常用的兩種方案。一是傳統斷線卡，成本較小，操作難度低，絕緣性能差，且不能隨意控制接地避雷線間的開合，適用于傳統混凝土工藝變電站，應用于裝配式變電站絕緣性能差;二是采用PVC斷線箱，成本較小，操作難度低，絕緣性較好，使用壽命短，不能與變電站同壽命周期，且后期更換較為復雜。常用方案的現場驗證效果適用性較差，借鑒現有現有兩種方案，結合裝配式變電站的運行實際，以及方案的功能效果和實施成本決定采用避雷設備檢修三用接地箱作為對策。根據“避雷設備檢修三用接地箱”的設計思路，制作了相應的設計圖，如下所示：

說明：1—接線板;2—避雷線柱;3—換接片;4—接地網線柱;5—檢修接地柱;6—警示燈;7—設備地線;8—接地網;9—行程開關;10—接地柜;11—手扳套。

照圖制作完成了避雷設備檢修三用接地網，并經專家驗證其可靠性和適用性;并對實施效果進行檢查，合格率達到90.81%。通過收集現場運維人員經驗，結合調查數據，制定《避雷設備檢修三用接地箱操作說明書》：選用復合型絕緣子;檢修接地柱選用銅質材料;墻板安裝前應預留接地箱位置;避雷設備檢修三用接地箱適用于室內安裝。

三.效果檢查

對2019年10月-2020年10月裝配式變電站避雷設施一次質檢合格率進行統計，改進前（2019年10月—2019年12月），平均合格率80.90%，改進中（2020年1月—2019年5月），平均合格率86.46%，鞏固期（2020年6月—2020年10月），平均合格率92.69%。通過以上數據可知，活動期間裝配式變電站避雷設施一次質檢合格率穩步提高，鞏固期內裝配式變電站避雷設施一次質檢合格率均保持在目標值92%以上，說明對策起到了積極的效果。

結語

近兩年通過文中所述方法，太原地區220kV及以裝配式變電站避雷設施一次質檢合格率顯著提高，提高了裝配式變電站質檢合格水平。在此過程中，提出差專用避雷固定件和檢修三用接地箱的設計和施工方法，今后計劃將這種設計與施工方法推廣到整個變電站的設計中，提高質檢合格水平，助力電網發展。