電力系統防雷工程設計淺談

吳昊瑾

（廣西地凱防雷工程有限公司，廣西 南寧 530003）

改革開放以來，隨著經濟實力的增長和科技水平的提高，我國的電力事業不斷發展，電網的覆蓋面積也在逐步擴大。但是，在現有的技術條件下，雷擊依然是整個電力系統最主要的危害之一，對電網的可靠性和準確性具有重大影響。就某方面而言，電力系統的防雷工程是整個電力事業中至關重要的一部分。

1 電源系統的防雷設計

對電源系統進行防雷保護，主要是防止由直擊雷所引起的操作浪涌的各級過電壓對電源系統的侵襲。通常情況下，人們采用多級保護的方法防止電源系統遭受雷擊。

對電源配電回路進行第一級防護，就是將DHENTB100防雷箱或者CSP100DI電源防雷模塊安裝在380V低壓總配電箱中。電源系統受到雷擊后，由于電源線的傳導作用，強大的雷電流可能會損壞配電柜中的部分設備。在電源系統總配電間內安裝第一級防護可防止此種情況的發生。

對電源配電回路進行第二級防護，就是將一套DGMTT385電源防雷模塊或DHENTB40防雷箱安裝在機房分配電柜內。與第一級電源防護不同，電源系統的第二級防護的主要作用是防止雷電流損壞后端設備。

電源系統的第三級防護也是最后一級防護，就是將DHENDRM2P255單行防護器串聯在樓層分配電箱的空氣開關后級處，其主要目的是保護單相AC220V電網不被雷電損壞，保證其供電系統的穩定性。

2 輸電線路的防雷設計

目前，我國電力系統的輸電線路主要包括超高壓或特高壓交流輸電線路和高壓直流輸電線路兩個部分。超高壓交流輸電線路主要傳輸電壓等級在110kV～750kV之間的交流電壓，其輸電網絡常設于曠野之中，地理環境多變，極易遭受雷擊。直流輸電線路是我國電力系統最主要的組成部分之一，若遭受雷擊，可形成較大的短路直流，造成電流故障，嚴重時甚至會損壞輸電線的絕緣體，造成電力泄漏。

2.1 架設底線

作為送電線路的首道防線，架空地線是電力系統防雷最基本的措施之一。當雷電直擊塔頂時，地線可對雷電流起到分流作用，將大部分雷電流傳導到大地中，從而保護輸電線路。另外，地線還對導線有耦合和屏蔽的作用，可降低導線的本塔絕緣電壓和感應過電壓。

2.2 減小地線對導線的保護角

設Pα為雷電繞擊率，h為桿塔的高度，α為地線對導線的保護角。在平原地帶，繞擊率Pα的計算公式為在山區地帶，繞擊率的計算公式則變為

由以上兩個公式可得，繞擊率可隨著保護角的減小而降低。所以，在架設輸電線路時，特別是在山區，應盡量減小保護角。

2.3 降低桿塔的接地電阻

設接地電阻為Rch，則桿塔的耐雷水平公式為：

由公式可得，降低接地電阻可使線路的耐雷水平得到提升。就目前而言，降低接地電阻是最經濟也最有效的防雷措施。

2.4 安裝避雷器

當輸電線路遭到雷擊時，避雷器可起到對雷電流的分流作用，降低桿頂的電位。由于線路絕緣子與避雷器為并聯關系，所以，當發生雷擊時，避雷線與導線中均有電流通過，兩者可發生電磁感應，產生耦合，致使避雷器上的殘壓小于絕緣子串的50%放電電壓，導線和塔頂的電位差小于絕緣子串的閃絡電壓，從而避免絕緣子閃絡。

2.5 加強線路絕緣

加強線路絕緣可采用的方式主要包括增大避雷線與跨越檔導線之間的距離和增加絕緣子片數兩種方法。由于導線的兩個回路上絕緣子片數不平衡，導線遭遇雷擊時，片數較少的線路先出現閃絡現象，增加了其余回路的耦合作用。

3 變電所防雷設計

作為電力用戶和發電廠之間的聯系紐帶，變電所的主要作用是對電壓和電流進行集中、變換和分配，在電力系統中具有不可替代的作用。所以，變電所的防雷是電力系統防雷設計中必不可少的一部分。

變電所遭遇雷擊通常具有以下兩種情況在：一種是雷電直接擊打在變電所的設備上。當變電所的設備直接遭遇雷擊時，將在設備上產生強大的雷電壓和雷電流，致使設備損壞。另一種是架空線路的雷電感應過電壓形成的雷電流沿著輸電線路流經變電所，產生強大的電壓，從而損壞變電所設備。

由于變電所遭遇雷擊是一隨機事件，沒有規律可循，所以，對變電所進行防雷保護應因地制宜，根據不同的情況合理設計，既要保證變電所的安全又要盡可能的節約經濟投入。通常情況下，對變電所進行防雷保護系統可分為三個不同的子系統，設計時，要保證三個系統之間密切聯系，互相影響，避免各部分之間孤立的現象存在。

4 發電廠的防雷保護

4.1 安裝避雷針

目前，我國準許安裝的避雷針分為兩種：一種是構架式避雷針，另一種是獨立式避雷針。由于發電廠的發電電壓范圍和所處的地理條件各不相同，其準許安裝的避雷針也不相同。若發電廠的電力在60kV左右，并且其所在地的土壤電阻率ρ小于500Ω·m時或者發電廠電力大于110kV，并且其所在地的土壤電阻率ρ小于等于1000Ω·m，應采用構架避雷針。當發電廠的電力小于35kV時或者發電廠電力在在60kV左右，并且其所在地的土壤電阻率ρ大于500Ω·m時，應采用獨立避雷針。另外，在架設獨立避雷針時，應注意在被保護物體和避雷針之間留有一定的地中距離和空氣間隙。

4.2 鋪設良好的接地網

所謂接地網，就是用導線將多個接地體相互連接起來，組成一個防雷的網絡。其主要的作用就是平均雷電壓，將雷電直擊產生的電壓平均分配到所有的接地體中，對發電設備和人員的安全起到了重大作用。

5 防雷保護的發展方向

5.1 加強構建雷電探測系統

作為探測雷電的主要發展任務之一，加強開發和應用雷電定位技術是我國未來防雷保護最主要的發展方向。在全國各地區分布的雷電監測站和完善的雷電定位系統對我國的電力系統防雷保護具有重大意義。

為加強電力系統的防雷保護，盡最大的努力提高雷電預報的服務水平和雷電監測的準確性是我們的又一必然選擇。它有助于提高我國的災難警報水平和雷電預警能力，進一步促使雷電預警服務向內容化和標準化邁進，為各行各業的生產活動和和人民的日常生活提供便利和保障。

5.2 加強管理，保證認證

眾所周知，環境監測不僅是環境管理的重要依據，還是環境執法的必要手段。加強管理，保證認證不僅要求我們要加強內部管理，還要求我們加強對環境監測的全過程的監督和管理。在環境檢測的各個過程中，如樣品采集、樣品保存、樣品化驗、實驗分析等環節，均有相關的人員進行嚴格地管理和監督，保證檢測的準確性和有效性。

作為一種破壞力極強的自然現象，雷電可瞬時產生數百萬伏的高壓，其電流也可達到數十萬安培，對我國的電力系統具有極大的威脅和破壞。目前，我國電力系統的防雷保護主要是安裝避雷針、架設避雷線、自動重合閘裝置等多道防護相結合的模式，但仍不能杜絕雷電對電力系統的影響。進一步發展屏蔽隔離、抑制分流、雷電監測定位等技術，提出新的防雷理論，研制新的防雷器件仍然對我國電力系統的防雷保護具有不可磨滅的意義。

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