變電站雷電災害風險評估實例

摘 要： 為了降低以及避免雷電災害的發生，通過采用對變電站現場勘測、衛星定位和雷電監測系統數據的綜合分析等方法，科學地計算出雷擊風險值，從風險理論入手，建立一個較清晰的風險評估框架體系。采用典型評估實例，評估的方法及步驟，提出科學、合理、可行的安全防護措施，為項目規劃、選址、設計提供可靠的技術依據，并評估該變電站現有的設施是否需要加裝防雷設施，提出改造建議，總結評估結果，以最大限度減少雷電災害的發生。

關鍵詞： 雷暴； 雷電災害； 雷電風險評估； 防雷措施

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）10?0018?06

深圳供電局有限公司某110 kV變電站位于深圳寶安區，寶安區位于山地丘陵地帶，屬于雷害高發地區。該變電站占地3 572 m2，其中辦公樓高16.2 m，中心機房位于該建筑物的三樓。有多條架空線路進出該變電站。

1 某變電站雷暴環境分析

1.1 地理位置參數

以下是用ETREX 系列GPS定位儀在該變電站采集的地理位置參數（誤差范圍：5～10 m）：中心位置，中心點坐標為（113.922 325，22.675 686）。

該變電站在深圳市內所處地理位置如圖1所示。根據已采集的數據資料和現場實地考察可知，變電站地處深圳市中心偏西北部。

1.2 地閃密度

2 雷電風險估算

2.1 雷電風險量化計算方法

2.1.1 風險定義

風險是指在某一特定環境下，在某一特定時間段內，某種損失發生的可能性。雷電風險是指因雷電造成的年平均可能損失（人和物）與需保護對象（人和物）的總價值之比。對建構筑物中因雷電可能出現的各類損失，應計算其所對應的風險，以更好地指導雷電防護措施的選擇。

2.2 有關的數據和特性

某110 kV變電站位于深圳市保安郊區，當地年均雷暴日大約90天，屬于強雷暴區，本報告主要針對公眾服務損失風險R2進行估算（本變電站為無人值守）。

2.2.1 項目特性[1]

2.2.2 主控樓特性

假定地表為混凝土。采用柱內主筋做引下線，引下線外覆混凝土做絕緣，主控樓一般為無人值守。該建筑物內設置了自動滅火裝置以及自動報警裝置。火災危險性質假定為一般等級。相關參數值如表1所示。

表4 相關參數值

2.3 預計年危險事件次數

影響本項目的危險事件年平均次數NX取決于項目所處區域的雷暴活動及其物理特性。NX的計算方法是：將雷擊大地密度Ng乘以項目的等效截收面積，再乘以項目物理特性所對應的修正因子。

2.3.1 雷擊建筑物年預計危險次數ND的估算

當采用光纖作為主干通信線路時候，不考慮鄰近雷擊感應電壓影響。

綜合以上計算結果，該變電站主控樓年預計危險事件次數見表5。

從表5可以看出，年預計危險事件主要為雷電直接擊中建筑物及其附近以及110 kV高壓線附近。

表5 預計年危險事件次數

2.4 雷擊導致各種損害的概率

2.4.1 雷擊建筑物造成的損害概率

2.6 建議風險控制措施

由于靜電感應或電磁感應的作用，長距離傳輸的電力線路上極易感應產生雷電過電壓并以流動波的形式沿電力線路向各用電設備侵襲。雷電流可由電力線傳到附近幾百米到2 km的用電設備，危及設備的正常運作最終造成設備損壞。電力線路是雷電進入弱電設備的主要途徑。變電站的配電線路必須采取安全、可靠的防雷保護措施：安裝電源過電壓保護器，重要的系統設備應采取多級SPD保護。建議在在400 V站用交流屏內安裝第一級電源防雷保護，在站內各裝置柜內（各類保護柜、測控柜、直流充電柜、直流配電柜、通信電源柜等）安裝第二級電源防雷保護，在站內的后臺機、網絡設備、通信終端等重要設備的電源輸入端安裝第三級電源防雷保護[4?5]。

主變保護柜的低、中、高壓側保護電壓進線上分別并聯安裝電源過電壓保護器。同時在母線與過電壓保護器之間分別串聯安裝小型斷路器用于過電壓保護器的后備保護。

機房的信號線纜內芯線相應端口，應安裝適配的型號線路浪涌保護器。浪涌保護器的接地端及信號線路電纜內芯未使用的空線對應在控制端（或兩側設備端）做接地處理。光纜的金屬加強芯、金屬擋潮層及所有金屬接頭、光端設備金屬外殼等都應做等電位連接和接地處理。通信信號電纜應屏蔽進入機房，并應在入戶配線架處安裝適配的信號SPD，電纜內的空線對應做保護接地。當采用光纜傳輸信號時，光纜所有金屬接頭、金屬擋潮層、金屬加強芯等，應在入戶處直接接地。連接不同機房、不同間隔的通信信號線路由于線路長度較長，在電纜溝中布放情況復雜，容易引起二次干擾等現象，需要針對性防護[5?6]。

變電站一次系統與二次系統宜采用聯合地網接地方式。若不采取聯合地網方式則一次地網應與二次地網間隔15 m以上否則需要通過專用地極保護器連接兩個地網。二次系統接地網應與高壓開關柜絕緣，高壓開關柜接地點與避雷器接地點距離應不小于15 m防止一次系統接地引起開關柜柜體電位升高對接地網的“反擊”。

3 結 語

雷電災害是影響變電站正常運行的關鍵因素之一，開展變電站雷電災害風險評估是做好變電站防雷裝置設計的重要依據之一。雷電風險評估是個綜合、復雜的工程，以大量、繁雜的信息數據為基礎，包括設計方提供的原始數據、建筑物的屬性以及雷擊風險評估方法所確定的有關參數，也包括相當數量的現場勘查數據。本文根據國家相關標準規定的方法，結合經驗與實際情況，對于深圳某變電站進行風險評估，得出相關的結論，并提出了應加的防范措施，為變電站的防雷工程的設計與施工提出依據。

參考文獻

[1] 中華人民工和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T 21714.2?2008 雷電防護 第二部分：風險管理[S].北京：中國標準出版社，2008.

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[5] 中華人民工和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T 21714.3?2008 雷電防護 第三部分：建筑物的物理損壞和生命危險[S].北京：中國標準出版社，2008.

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[7] 韓建海，黎梓華，張宇.桂林市雷電災害風險評估主要參數的分析[J].氣象研究與應用，2012，33（2）：123?124.