變電站運行中的防雷改進措施研究

摘 要：在實際運行中，變電站的防雷系統往往會出現各種新情況、新問題，需要進行具體分析與針對性改進。本文以一座受雷擊危害較為嚴重的110kV變電站發生的雷擊事故為例，參照變電站的防雷理論并結合現場實際情況對該變電站的防雷進行了深入細致的分析與研究，提出了改進方案并付諸實施，取得了良好的應用效果。

關鍵詞：變電站；防雷；改進措施

1 概述

變電站的防雷是一項系統工程，為此變電站在設計中已經予以充分考慮。但是由于各種因素的限制，變電站的防雷設計并不能完全滿足現場實際要求。這就需要根據現場實際運行中暴露出來的問題，進行針對性地改進。

一般來說，變電站的防雷主要由以下幾個方面構成：

1.1 對直擊雷的防護

變電站對直擊雷的防護方法是裝設避雷針，將變電站的進線桿塔與室外電氣設備全部置于避雷針的保護范圍之內。為了防止避雷針落雷時對被保護物產生反擊，避雷針與被保護物應保持一定距離。

1.2 對雷電入侵波的防護

變電站的防護雷電入侵波危害的主要方法是在變電站的進線段裝設避雷器，在進線段桿塔上裝設一段（1～2km）避雷線，以限制雷電流。另外，在變電站母線上裝設避雷器，在用電纜引出的架空線上電纜接頭附近亦裝設避雷器。

2 新安太堡110kV變電站概況與雷擊事故經過

中煤平朔公司新安太堡110kV變電站是安太堡礦區的主要電源點，共有2路110kV進線，12路35kV出線。該站雙回110kV電源引自朔州地區公用電網，110kV系統和35kV系統均采用雙母線接線方式，安裝3臺40000kVA主變壓器，110kV設備與主變壓器戶外安裝，35kV設備戶內安裝。

2011年7月10日當夜雷電活動頻繁，19時26分，2#、3#主變壓器同時跳閘，同一時刻322、324出線跳閘。事故發生時運行人員看到站內東北角避雷針有火球落下，表明該站被直擊雷擊中。

2011年8月25日中午雷電活動強烈，12時44分，2#、3#主變壓器同時跳閘，同一時刻322、324出線跳閘，故障特征與第一次較為相似。

兩次雷擊事故均造成兩臺主變跳閘，造成大范圍停電，給礦區的正常生產與生活造成了嚴重影響。因此，必須進行必要的研究，采取相應的改進措施，以避免此類事故頻繁發生。

3 兩次雷擊事故分析

跳閘時事故報文如下：

3.1 2011年7月10日跳閘

3.1.1 19°26′30″ 2#主變102#開關間隙零序保護動作，間隙零序電流I0j=16.20A，間隙零序電壓U0j=0.04V；同一時刻3#主變103#開關間隙零序保護動作，I0j=7.40A，U0j=0.01V。

3.1.2 19°26′30″ 35kV出線322#開關過流Ⅱ段或限時速斷動作，Ia=26.31A，Ib=26.71A，Ic=35.51A；同一時刻35kV出線324#開關過流Ⅱ段或限時速斷動作，Ia=15.36A，Ib=15.23A，Ic=0.30A。

3.2 2011年8月25日跳閘

3.2.1 12°44′32″ 2#主變102#開關間隙零序保護動作，間隙零序電流I0j=18.33A，間隙零序電壓U0j=0.02V；同一時刻3#主變103#開關間隙零序保護動作，I0j=9.98A，U0j=0.04V；

3.2.2 19°26′30″ 35kV出線322#開關過流Ⅱ段或限時速斷動作，Ia=1.13A，Ib=22.67A，Ic=1.68A；同一時刻35kV出線324#開關過流Ⅱ段或限時速斷動作，Ia=20.26A，Ib=11.26，Ic=0.22A。

根據事故報文，結合現場實際情況，可初步作出以下結論：

（1）該站由于供電安全需要，35kV側采用中性點直接接地方式，所以本站3臺主變壓器均采用Y，yn0接線組別。根據地方電網要求，1#主變中性點直接接地，2#、3#主變中性點不接地。雷擊事故發生時，電網產生了很大的零序電流并反映到3臺主變，其中1#主變中性點直接接地，零序電流通過中性點接地開關流入大地，零序保護未動作；而2#、3#主變中性點不接地，零序電流在中性點保護間隙放電瞬間流入大地，同時造成間隙零序保護動作跳閘。

（2）兩次故障均造成322#、324#開關跳閘。經運行人員指認，322#、324#同塔雙回35kV線路與110kV向安雙回線（其中一路為該站電源）有較長一段在山頂并行且距離較近。兩次主變跳閘的同時，322#、324#同塔雙回線路也同時跳閘，這表明兩種電壓等級線路平行接近的環境影響是35kV雙回線雷擊跳閘的可能原因。現場調查發現，本站建在山南側坡上，變電站南側為季節河河灘，因雷電易向低電阻率河灘側活動，從山坡向本站落雷的可能性較大。

（3）兩次雷擊造成2#、3#主變間隙零序保護動作跳閘，降低了2#、3#主變中性點工頻電壓，對主變起到保護作用。但調查發現該站三臺主變間隙保護為棒-棒間隙，用細螺紋調節間距，但有較嚴重銹蝕；經多次放電，棒端的放電尖端形狀受到破壞。

（4）第一次雷擊時雷擊運行人員看到站內東北角避雷針有火球落下，表明有直接雷擊中，但站內無設備未損壞，表明防直擊雷設施起到作用，接地裝置也滿足防直擊雷要求。但經現場調查與計算，變電站南側兩支架構避雷針高度不足，保護高度為7.3m，低于110kV設備高度11.0m，出現雷電保護失效的\"鍋底區\"，失效區內設備雷擊損壞可能性是存在的。

4 改進方案

通過事故分析，新安太堡110kV變電站發生雷擊事故的原因是多方面的，需要多方面著手，多管齊下，才能減小雷擊事故發生的概率。按照改進系統防雷保護的薄弱環節、改善繼電保護總體功能等原則，具體實施如下方法。

4.1 為了減少線路雷擊接地故障，首先應校驗110kV架空線路避雷線的保護范圍。如保護范圍存在死區，可考慮在該范圍110kV桿塔上裝設線路避雷器。現變電站內110kV進線側無避雷器，考慮到本站常用方式為一線投運、另一線備用，進線側增設避雷器后，可以防止雷電波侵入進線端而損壞站內設備。

4.2 110kV與35kV線路平行臨近的區段落雷可能性較大，為了改善該段線路的防雷性能，應在110KV與35KV線路平行臨近的區段的山頂鐵塔上加裝兩到三組線路避雷器。

4.3 為防止避雷針防雷死區可能導致的直擊雷造成設備損壞，應在2#、3#變壓器之間架構上加裝一支避雷針，在35kV主墻外加裝一支避雷針，可徹底消除防雷死區。

4.4 110kV供電線路首端所設置的零序過流Ⅱ段與主變間隙零序時間整定值均為0.5s，會出現誰先“跑完時間”導致跳閘的“出口競賽”，時間定值配合應作調整。從保護主變和減少系統潮流擾動雙重考慮，應調低間隙動作時間。

4.5 變電站中性點間隙保護應當完善。三臺主變間隙保護為棒-棒間距，存在有嚴重的銹蝕和棒端受損，間隙存在差異，應改為球形間隙并做高壓試驗確定間距。

5 結束語

經過將近半年的研究與整改，上述措施已經付諸實施。在2012年雷雨季，雷電活動強度與2011年相當，而新安太堡110kV變電站未發生類似的雷擊事故，初步判斷這些措施已經產生了積極的作用。實踐證明，新安太堡110kV變電站的防雷研究取得了一定的成果，產生了較大的應用與推廣價值，為其它受雷擊危害較重的變電站提供了一種解決問題的思路。

參考文獻

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