煉油廠變電站綜合防雷接地系統(tǒng)研究

趙陽(yáng)

（鎮(zhèn)海石化工程有限責(zé)任公司，浙江 寧波315207）

煉油廠變電站的綜合防雷接地系統(tǒng)對(duì)提高煉油企業(yè)生產(chǎn)效率、保證電力設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及人身財(cái)產(chǎn)安全等方面具有重要的實(shí)際意義[1]。傳統(tǒng)的煉油廠變電站，由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件影響，整個(gè)防雷系統(tǒng)設(shè)置不完善，且隨著電氣設(shè)備絕緣老化、工況特性變差、以及不同時(shí)期購(gòu)買(mǎi)的設(shè)備間不能很好匹配等多種原因，導(dǎo)致變電站防雷水平降低，在雷擊變電站時(shí)將出現(xiàn)電氣設(shè)備損害、甚至發(fā)生變電站火災(zāi)等事故。變電站內(nèi)繼電保護(hù)水平的提高，也就意味著變電站內(nèi)部弱電系統(tǒng)更加復(fù)雜，傳統(tǒng)的防雷水平不能滿足現(xiàn)役弱電設(shè)備的防雷、抗干擾要求，導(dǎo)致弱電設(shè)備不能安全可靠的運(yùn)行，且外部干擾嚴(yán)重影響煉油設(shè)備的供應(yīng)電壓，導(dǎo)致煉油效率降低、油品質(zhì)量差等影響企業(yè)高效穩(wěn)定的生產(chǎn)[2]。

由于弱電設(shè)備內(nèi)部還有的電力電子器件及各類集成芯片，且絕緣強(qiáng)度、耐壓水平都很低，如果綜合防雷接地系統(tǒng)設(shè)置不完善，遭受雷擊時(shí)會(huì)給弱電設(shè)備帶來(lái)巨大的破壞效應(yīng)；此外，煉油廠變電站通常布置在地域廣、地形空曠等區(qū)域，非常容易遭受雷電的光顧和干擾。以往在煉油廠變電站防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)和施工中弱電設(shè)備的綜合防雷接地問(wèn)題不是很重視，導(dǎo)致弱電系統(tǒng)中存在許多防雷薄弱環(huán)節(jié)，使得弱電設(shè)備經(jīng)常發(fā)生雷擊的事故，造成了煉油廠變電設(shè)備不能安全可靠的運(yùn)行，甚至導(dǎo)致整個(gè)供配電系統(tǒng)的癱瘓，嚴(yán)重影響煉油設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行常。因此，對(duì)提高變電所綜合防雷接地系統(tǒng)對(duì)提高煉油企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力有巨大的實(shí)際意義。

1 雷電對(duì)變電設(shè)備的危害

雷電是一種危害性極大常發(fā)的自然現(xiàn)象之一，大氣中的熱空氣與冷空氣在不斷摩擦過(guò)程中就會(huì)形成帶有不同極性和容量電荷云團(tuán)，當(dāng)云團(tuán)中的電荷數(shù)量達(dá)到一定值時(shí)，不同的電荷組成的帶電云團(tuán)，以及帶電云團(tuán)與地之間就會(huì)形成一個(gè)強(qiáng)大的感應(yīng)電場(chǎng)，造成不同帶電云團(tuán)間以及云團(tuán)對(duì)地發(fā)生強(qiáng)烈的放電效應(yīng)，形成高電壓和大電流的雷電，如果變電站被雷電擊中，就會(huì)導(dǎo)致變配電設(shè)備的損害和燒毀，因此，雷電已經(jīng)被國(guó)際電工委員會(huì)列為影響電氣設(shè)備安全運(yùn)行的最大公害之一，必須采取嚴(yán)格的防治補(bǔ)償措施[3]。

變電站雷擊事故主要導(dǎo)致弱電設(shè)備受損，巨大的電位差將造成電氣設(shè)備出現(xiàn)燒毀、絕緣過(guò)熱失效等現(xiàn)象；強(qiáng)大的干擾會(huì)影響電氣弱電設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。

2 防雷保護(hù)措施

變電站綜合防雷措施大致可以分為直擊雷防護(hù)和感應(yīng)雷（雷電入侵波）防護(hù)兩大類，且主要防雷措施的設(shè)計(jì)機(jī)理是根據(jù)雷擊類型、雷電頻率、電流強(qiáng)度以及被保護(hù)設(shè)施的防雷等級(jí)、運(yùn)行特性等因素設(shè)計(jì)合理的雷電綜合保護(hù)補(bǔ)償措施。

2.1 直擊雷防護(hù)

對(duì)于變電站直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)中，通過(guò)采用避雷針、避雷帶以及避雷線等相互配合，作為雷電接閃器，然后通過(guò)接地引下線把雷電流接將強(qiáng)大的雷電流安全泄入大地中。對(duì)于直擊雷最好的防護(hù)措施就是通過(guò)攔截物體改變雷電的入侵路徑，按照預(yù)選設(shè)計(jì)的通道，將雷電引入大地。利用避雷針、避雷作為雷電接閃器將雷電引入大地中。在煉油領(lǐng)域，小變電所通常采用獨(dú)立避雷針作為雷電防護(hù)措施；而對(duì)于大變電所而言需要在變電所系統(tǒng)架構(gòu)上架設(shè)避雷針或避雷線結(jié)合系統(tǒng)，將雷電流引入大地中。

2.2 感應(yīng)雷防護(hù)

在變電所防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，感應(yīng)雷是不僅是一個(gè)重點(diǎn)，而且是一個(gè)難點(diǎn)。感應(yīng)雷由于其進(jìn)行變電站內(nèi)部的途徑較多，而且特性參數(shù)復(fù)雜多變，可以通過(guò)架空線纜、通信載波回路等路徑侵入變電站中控設(shè)備房?jī)?nèi)。

2.2.1 避雷器

變電所通過(guò)在主接線中架設(shè)避雷器可以將通過(guò)架空線纜侵入變電所的雷電波進(jìn)行有效的抑制，保證雷電波的強(qiáng)度地域電氣設(shè)備的系統(tǒng)絕緣強(qiáng)度允許值范圍以內(nèi)。金屬氧化物避雷器是我國(guó)最為常用的一種避雷器，在變配電系統(tǒng)中發(fā)揮優(yōu)良的作用。

2.2.2 弱電系統(tǒng)電源防護(hù)

變電站中有較多的二次繼電保護(hù)設(shè)備，弱電設(shè)備在正常工作中所需的動(dòng)力電源，是通過(guò)電源逆變系統(tǒng)將廠用電源轉(zhuǎn)換為二次繼電保護(hù)設(shè)備所需的直流電源，為了防止感應(yīng)雷通過(guò)所用電電纜進(jìn)入二次設(shè)備內(nèi)部，對(duì)電力電子器件及集成芯片進(jìn)行沖擊，通常在設(shè)計(jì)中會(huì)在逆變器前端加裝隔離變壓器，并在其進(jìn)出電源兩端分別加裝電涌保護(hù)器（簡(jiǎn)稱：SPD）。二次設(shè)備中的電子元件整體耐壓水平通常在額定電壓的兩倍左右，雷擊瞬時(shí)電壓降直接擊穿這些設(shè)備當(dāng)發(fā)生雷擊瞬時(shí)電壓時(shí)，若安裝了電涌保護(hù)器后，就會(huì)將雷擊感應(yīng)電壓有效控制在700V以下，將雷擊浪涌電壓限制到二次設(shè)備元件安全運(yùn)行的電壓范圍以內(nèi)。

3 接地系統(tǒng)

在變電站綜合防雷系統(tǒng)中，無(wú)論是直擊雷還是感應(yīng)雷防護(hù)設(shè)計(jì)中，都需要有一個(gè)良好的雷電流泄入大地的接地系統(tǒng)[4]。

3.1 保護(hù)接地

當(dāng)變電站建筑物被雷電擊中后，被擊中的建筑物內(nèi)部電氣設(shè)備就可能受到雷電直擊瞬時(shí)過(guò)電壓以及感應(yīng)過(guò)電流的沖擊而損害。為了保證雷電直接擊中變電站建筑物后，雷電能量能夠按照預(yù)設(shè)的路徑安全可靠的泄入大地中，就需要將變電站建筑物、中控室內(nèi)的電氣設(shè)備、進(jìn)出口電源、載波通信等系統(tǒng)進(jìn)行有效防雷金屬網(wǎng)連接，變電站綜控室典型的防雷接地布線圖如圖1所示。

3.2 工作接地

變電所內(nèi)部用電是通過(guò)外部變壓器提供的，由于配電變壓器占地面積大，通常安裝在室外，與供配電電網(wǎng)直接連接。當(dāng)架空線路發(fā)生雷擊時(shí)，雷電流就可以沿著架空線纜以感應(yīng)電流方式流入變電站內(nèi)部，為了保證變電站中變壓器及配電設(shè)備的整體安全，變電所采用變壓器中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式，同時(shí)可以通過(guò)變壓器中性點(diǎn)向變電所提供可靠工作零線，向變電所內(nèi)部其他電氣設(shè)備提供交流220V的相電壓，同時(shí)當(dāng)線路發(fā)生雷擊事故時(shí)，可以通過(guò)變壓器保護(hù)系統(tǒng)跳閘保護(hù)，保障變電所內(nèi)電氣設(shè)備的整體安全。

3.3 等電位接地

變電站二次系統(tǒng)的工作電源通常采用直流逆變系統(tǒng)，將所用電轉(zhuǎn)換為弱電系統(tǒng)直流電源。當(dāng)所用電電源發(fā)生波動(dòng)現(xiàn)象時(shí)，直流逆變系統(tǒng)就會(huì)給二次設(shè)備帶來(lái)巨大的干擾，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的整體供電效應(yīng)。弱電系統(tǒng)的等電位接地可以保證所有電子器件及芯片工作在同電位的直流系統(tǒng)中，有效抑制所用電的波動(dòng)對(duì)弱電系統(tǒng)的干擾[5]。

4 抗干擾屏蔽技術(shù)

變電站內(nèi)部通常采用微機(jī)作為繼電保護(hù)的核心，微機(jī)設(shè)備由于集成程度的不斷提高，設(shè)備間以及外部干擾的防護(hù)越來(lái)越重要。通常采用屏蔽電纜作為各類信號(hào)的傳輸媒介，同時(shí)微機(jī)通信系統(tǒng)采用一個(gè)同一接地系統(tǒng)，保證了數(shù)據(jù)信號(hào)在傳輸過(guò)程中具有統(tǒng)一的電位參照點(diǎn)，防止信號(hào)在數(shù)字轉(zhuǎn)換、傳輸過(guò)程中出現(xiàn)畸變現(xiàn)象，有效地衰減了元件間帶來(lái)相互電磁干擾，增強(qiáng)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理速率和準(zhǔn)確性。在變電站內(nèi)部通常采用聯(lián)合接地系統(tǒng)，作為微機(jī)繼電保護(hù)設(shè)備高效工作的中心保障措施。為了各類數(shù)據(jù)信號(hào)的統(tǒng)一，在微機(jī)控制屏、監(jiān)控主機(jī)、信號(hào)反饋屏及控制室等設(shè)施的所有獨(dú)立接地系統(tǒng)相互結(jié)合形成一個(gè)聯(lián)合接地系統(tǒng)，并采用不少于兩處的金屬4×40mm扁鋼帶作為重復(fù)接地體。

5 結(jié)束語(yǔ)

煉油廠變電所是煉油廠動(dòng)力提供的核心，受到環(huán)境的影響，也是最易遭受雷電光顧的對(duì)象。通過(guò)科學(xué)合理的變電所綜合防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以有效抑制雷電對(duì)變電所的危害，提高供配電設(shè)備整體的運(yùn)行可靠性，促進(jìn)煉油廠變電所的綜合自動(dòng)化水平的提高。

[1]郭火慶,邱水平.110KV變電站防雷接地常見(jiàn)問(wèn)題和對(duì)策[J].湖北電力,2003,27(01):48-49.

[2]張曉波.變電站的防雷接地技術(shù)[J].電工技術(shù),2004,(01):19-20.

[3]靳萍.變電站的防雷接地與應(yīng)對(duì)方法[J].山西師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)研究生論文專刊,2008,22(03):32-34.

[4]廣潤(rùn).電力系統(tǒng)過(guò)電壓[M].北京:水利電力出版,1985．

[5]蘇邦禮.現(xiàn)代防協(xié)技術(shù)最重要的是等電位連接[M].廣東:電力出版社.1998．