高原自動氣象站100kVA變壓器雷擊事故分析與應對措施

摘 要:高原自動氣象站由于其地勢的特殊性和變壓器低壓電源線路采用架空方式引入，增大了自動站被雷擊的概率，僅注重多級電源避雷器防止雷電波侵入已達不到較好的防雷效果，本文通過對某高原自動氣象站變壓器雷擊事故的原因分析，對100kVA變壓器低壓側架空線路進行改進后，該站再未出現類似雷擊事故。因此，特撰寫本文以供高原自動氣象站在安裝100kVA變壓器及低壓線路時應提前與供電部門做好溝通，完善相應措施以避免類似事故的發生。

關鍵詞:100kVA變壓器雷擊事故分析應對措施

中圖分類號:TM863文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(c)-0108-01

每到雷雨季節，城市郊區、農村地區配電變壓器經常遭受雷擊，影響正常供用電，經濟損失很大。自動氣象站是氣象觀測的重要組成部分，它對地球表面一定范圍內的氣象狀況及其變化過程進行系統地連續地觀察和測定，為氣象預報、氣象信息、氣象科學研究和氣象服務提供重要的依據。自動氣象站的設備大都采用半導體器件和集成電路，這些設備普遍存在著絕緣強度低、過電壓和電流耐受能力差、對電磁干擾敏感等弱點，并且分布在不同的地理環境和氣候環境中。在運行過程中較容易遭受雷電的侵襲，雷電過電壓、過電流和脈沖電磁場的侵入將會嚴重影響自動站設備的正常運行

1 情況調查

2008年7月間，受惡劣天氣影響，某新建觀測站100kVA變壓器，變壓器高壓閥式避雷器，值班室低壓電源避雷器，值班室內計算機等被雷擊損壞。經現場調查該觀測站位于地勢較高處，其變壓器安裝在北面的山角下，海拔落差有80多米，從變壓器低壓側電源線路采用架空引入位于山頂處的觀測站，架空距離有200多米，變壓器高壓側安裝有高壓氧化鋅閥式避雷器，低壓側無防雷措施。值班室屋面安裝有避雷帶、避雷針，其室內安裝有四級電源浪涌保護器通流量分別為80 kA、40 kA、20 kA、10 kA，經測試其接地電阻均小于4Ω。

2 雷擊事故分析

根據現場調查情況，與外部信號線路連接的路由器，計算機網卡等均未損壞，排除雷電波由信號線路入侵造成值班室內設備損壞。引入值班室接地線與其外部防雷引下線未在共用地網同一處進行連接，值班室地網與觀測站地網實現兩點等電位連接，可以排除因地電位反擊造成設備損壞。

從損壞的設備情況以及值班室室外架空線路不難看出，由變壓器低壓側至氣象站值班室低壓架空線路在值班室避雷針、避雷帶或觀測場避雷針接閃時，雷電在架空線路周圍落地時，都有可能會在低壓架空線路上感應很強的雷電波，雷電波延架空線路分別進入值班室內及變壓器低壓側，由于變壓器低壓側無任何防雷措施，雷電波未被削弱進入變壓器低壓側線圈，通過正、反變換在高壓側產生很嚴重的過電壓造成變壓器的損壞，嚴重的過電位同時也讓高壓閥式避雷器無法承受而爆掉，變壓器在遭高壓側嚴重過電壓損壞的同時，通過反變換在變壓器低壓側產生嚴重的過電壓延架空線路進入值班室內，依次損壞值班室內的電源避雷器、計算機等設備。

3 改進措施

通過此次雷擊事故的分析不難證明，造成該事故的主要原因在于變壓器至值班室的低壓架空線路無任何防雷措施，同時安裝的避雷線增大了低壓架空線路感應雷電波和遭受直接雷襲擊的概率。通過總結歷年其它地方變壓器遭受雷擊損壞的案例結合本文中的案例，筆者提出以下幾點改進措施:

3.1 直擊雷的防護措施

在變壓器旁邊設獨立避雷針保護變壓器本身。因靠近架空線路安裝了一些獨立避雷針會是要增加在架空線路上產生感應雷電過電壓的頻率。避雷線就不是這樣，避雷線不增加產生感應雷電過電壓的頻率，而能降低感應雷電過電壓幅值，故在變壓器低壓架空線路增設避雷線，避雷線兩端接地，接地電阻小于等于4Ω。

3.2 感應雷擊的防護措施

3.2.1 變壓器低壓架空線路的防雷

在變壓器低壓輸入端和輸出端各安裝一套通流量為80 kA的電源避雷器，作為低壓架空線路的防感應雷裝置。

3.2.2 電源線路的防雷

在進入值班室樓層處安裝一級電源避雷器，在UPS前面安裝二級電源避雷器，兩級距離要于20m(主要用于補嘗一級電源避雷器的響應時間)，若實際距離不夠，可把電源線曲折敷設。根據自動站用電容量，一級防護選用通流量為40kA的電源避雷器，二級防護選用20kA的電源避雷器。在值班室內設銅板匯流排，銅板規格為300mm×40mm×3mm。

3.2.3 信號線路的保護

自動氣象站的信號線一般為網絡線，其防護選擇通流量為5kA(8/20μs)，插入損耗≤0.3dB的信號避雷器。避雷器的接地線要盡量短，一般應小于1m。同樣，如果有條件的話，網絡線在進戶前，最好能穿金屬管埋地敷設，金屬管兩端要做好接地，埋地長度≥15m。

3.2.4 數據線路和防護

數據線路是指從室外感應器、采集器傳輸數據到室內的線路。應避免架空敷設，宜穿鋼管埋地引入，鋼管直徑一般為100mm。鋼管設在電纜井1/2的高度上。每金屬管兩端要可靠接地，管井處兩鋼管要用Φ10mm的鍍鋅圓鋼進行電焊跨接。觀測場內數據線宜敷設在電纜溝內的金屬線槽里，金屬線槽要做有活動蓋，便于打開維護。線槽架空在電纜溝內的橫擔上，線槽每距離10m要有一處可靠接地。

4 接地裝置

接地極盡量安置在觀測場圍欄外，使得數據線纜等可以保持與接地連接線之間的安全距離;距離不夠時，設法使線纜與接地線的交角增大。最好成直角。一般整個建筑物的接地系統有:建筑物地網(與法拉第網相接)、電源地(要求地阻小于10Ω)、邏輯地(也稱信號地)、防雷地等，有的(如IBM)公司要求另設專用獨立地，要求地阻小于4Ω(根據實際情況可能也會要求小于1Ω)。然而，各地必須獨立時，如果相互之間距離達不到規范要求的話，則容易出現地電位反擊事故，因此，各接地系統之間的距離達不到規范的要求時，應盡可能連接在一起，如實際情況不允許直接連接的，可通過地電位均衡器實現等到電位連接。