220 kV 變電站防雷設施設計探討

黃志慶

（國網福建省電力有限公司安溪縣供電公司，福建 泉州 362400）

1 220 kV 變電站防雷發展現狀

由于很多電力工作人員對雷電缺乏認識，防雷意識普遍不強，造成雷擊跳閘事故頻頻發生。但是，隨著變電站防雷知識的普及，人們漸漸意識到變電站防雷的重要性，并主動思考如何提高變電站防雷水平。

傳統的防雷技術主要是利用避雷針等設備將雷電引入自身而避免電力設備遭受雷擊，在一定程度上能起到防雷作用，但是在引雷過程中產生的過電壓、過電流具有不確定性，電力設備依然存在遭受雷擊可能。所以，要積極發展完善防雷技術，從而有效提高變電站防雷水平[1]。

2 220 kV 變電站防雷接地設計原則

220 kV 變電站各級母線出現接地故障時，接地點的電流會變得非常大，電壓會變為零，此時，接地點的接地電阻無法滿足大接地短路電流的電力設備的接地電阻要求，為此，對接地電阻的限制規定也作出了相應的調整，從原來的0.5 Ω放寬為5 Ω，同時220 kV 變電站必須結合其他防雷技術，以確保220 kV 變電站安全穩定運行。

為做好220 kV 變電站接地工作，在進行接地網設計時，應充分遵循以下原則：①在接地體選擇上，應首選建筑物鋼筋混凝土基礎的鋼骨架、引水管、閘門等本身具有較低的接地電阻的接地體；②在設計變電站接地網時，應充分利用自然接地體與主網相連，以達到降低接地網接地電阻的目的；③確保接地網結構成環，中間沒有斷開點。

3 防雷接地裝置

防雷接地裝置能減少接地電阻，從而降低雷電流通過避雷針（線）或避雷器時在它們身上產生的過電壓，從而保證電力系統的正常運行和人員人身安全[2]。考慮到大氣過電壓主要有直接雷過電壓、感應雷過電壓、侵入波過電壓三種形式，工程上采用不同防雷工具。一般采用避雷針、避雷帶或避雷網等防護措施來應對直接雷過電壓，采用避雷器防止沿線侵入變電站的雷電侵入波對電氣設備造成破壞，把雷電侵入波限制在避雷器殘壓值范圍內，從而使變壓器與其他電氣設備免受過電壓危害。

接地是防雷的基礎，常用的接地裝置主要是由扁鋼、圓鋼、角鋼或鋼管組成，埋于地下0.5～1 m。工程上常用的接地體主要有水平接地體和垂直接地體兩種，水平接地體多用扁鋼，寬度一般為20～40 mm，厚度不小于4 mm 或者用直徑不小于6 mm 的圓鋼，而垂直接地體一般多用角鋼或鋼管，長度約取2.5 m。日常應做好接地體的防腐蝕措施工作，避免接地體因腐蝕而使得接地電阻變大，接地體其他指標如表1 所示。

表1 接地體指標要求

4 220 kV 變電站防雷接地設計與研究

4.1 變電站基本情況

4.1.1 變電站防雷接地設計的目的

變電站建設地理位置的特殊性決定了其不可避免地經常受到雷擊，所以在變電站建設之初應充分考慮防雷舉措，使變電站免受雷擊。還要做好變電站接地系統規劃設計，減小接地電阻，降低過電壓，從而更好地保護人身、電網、設備的安全。

4.1.2 變電站的規模

安溪電網水電資源較為豐富，但小水電大部分為徑流式電站。還有藍田水庫水力發電廠25 MW、百瀨水庫水力發電廠60 MW，截至2021-03，安溪電網現有220 kV 變電站4座，110 kV 變電站18 座。本期在建的220 kV 竹園變電站容量為2×180 MVA，遠期（2023 年）1×180 MVA，變電站內留有3 臺主變位置。本期新建的220 kV 鶴前變電站容量為2×180 MVA，遠期（2025 年）1×180 MVA，變電站內預備3 臺主變位置。

4.2 變電站防雷保護措施

4.2.1 變電站對直擊雷的防護

當雷云直接擊中變電站設備時，強大的雷電流流過該設備然后泄入大地，在該設備上將產生很高的壓降，并將這種壓降稱之為直接雷過電壓。直接雷對電力設備危害性極大，變電站有必要采取直擊雷防護措施。變電站常用的直擊雷防護措施主要有以下幾種：①在室外通過安裝獨立避雷針或在構架上方安裝避雷針來防止直擊雷，主要是利用尖端放電原理，使其保護范圍內所有電氣設備或建筑物免遭直擊雷的破壞，為了避免泄地的雷電流發生反擊現象，應遠離變電站設置避雷針接地引線；②在保護小室、主控樓等建筑物上安裝避雷帶或避雷網，沿建筑物屋頂四周易受雷擊部位明設防雷保護用的避雷帶，在屋頂上部明裝避雷網，沿外墻裝引下線接到接地裝置上。

4.2.2 變電站對雷電侵入波的防護

變電站主要采用避雷器來防護雷電侵入波，避雷器主要是由主間隙、輔助間隙、針式絕緣子、安裝用橫擔組成。當雷電波侵入時，避雷器間隙首先被擊穿放電，使工作線路接地，避免了被保護設備上電壓升高，從而起到保護電力設備的作用。雖然避雷器在一定程度上能對雷電侵入波起到防護作用，但是，一方面避雷器保護間隙的熄弧能力較差，不能可靠熄弧，有可能引起斷路器跳閘；另一方面，避雷器間隙動作后，工作線路直接接地會形成“截波”，危及到設備的縱絕緣。

4.3 變電站降低接地電阻的措施

4.3.1 加大接地尺寸

通過增大接地體的尺寸達到減少接地電阻的目的，這種方法只適用于一些簡單接地體和輸電線路桿塔的接地裝置。變電所會受到場地的限制、資金的限制導致無法實施開展，所以暫時難以在變電站受到廣泛推廣應用。

4.3.2 利用自然接地體

善于尋找挖掘變電站資源，充分利用變電站建筑物鋼筋混凝土基礎的鋼骨架這類自然接地體，因為它們本身已經具有較低的接地電阻。在設計變電站接地網時，應充分考慮利用這些自然接地體與主網相連，以達到降低接地網接地電阻的目的。這種降阻方法好實現且具有較好的技術經濟效應。

4.3.3 引外接地

如果變電站內沒有好的自然接地體可以利用，工程上有時也采用引外接地的方法來降低接地電阻。該方法就是將變電站的主接地網與區域以外某一低土壤電阻率區域敷設的輔助極相連，從而達到降低整個接地系統接地電阻的目的，不過，工程勘察設計專家一般都是首選自然接地體。

4.3.4 換土

對于某些位于高土壤電阻率地區的變電站的接地網，如果采取其他的方法難以降低接地電阻，這時可以考慮換土的方法。該方法是將變電站內電阻率高的土壤替換成從其他地方運輸過來的電阻率低的土壤，以獲得較低的接地電阻。

4.3.5 采用降阻劑

通過在變電站接地體周圍的土壤中加入降阻劑，改善土壤的導電性能，從而降低變電站接地裝置的接地電阻。該方法雖然見效快，但是降阻劑維持時間短，無法達到永久降阻的目的，同時對變電站接地體有一定程度的腐蝕作用，會縮短接地裝置的使用壽命，增加后期接地裝置的維護成本。

5 220 kV 變電站防雷接地注意事項

只有了解了雷電活動規律以及掌握了有關防雷規范和技術規定，才能做到科學防雷。首先，在220 kV 變電站內，應盡可能地多布置些不同種類的防雷裝置，比如避雷針、避雷器、避雷帶、避雷網等，通過不同防雷裝置全方位覆蓋，使變電站防雷范圍更廣，從而保證防雷更可靠。其次，充分利用現有資源，在節省資源和成本的情況下保證變電站防雷效果，如利用自然接地體既安全有效又能降低施工成本。最后，學習掌握防雷裝置地安裝及維護工作，定期開展防雷裝置檢查維護，測量接地體的接地電阻，發現接地電阻不合格時及時進行更換，從而保護人身、電網、設備的安全。

6 總結

綜上所述，要想保證電力系統安全可靠運行，各變電站一定要不遺余力地采取防雷接地手段，加強防雷設施檢查和維護，降低雷電危害，保證電網安全。