淺談變電站防雷保護及接地設計

摘要：變電站防雷接地設計是變電站設計的重要組成部分，其設計的合理與否是直接關系到變電站安全穩定運行，以及人身生命安全。本文從防雷接地設計的必要性及目前變電站防雷接地現狀出發，著重分析了影響變電站防雷接地設計的因素及應遵循的主要原則，并介紹了提高變電站防雷保護的相應措施。

關鍵詞：變電站;防雷保護;接地設計;措施

一、變電站防雷接地設計的必要性及現狀

隨著電力行業的不斷發展，電力系統的供電安全運行已成為一個重要的問題，而變電站又是影響供電正常運行的主要因素。變電站的作用是改變電壓，在電力系統中起著很重要的作用，因此，變電站的安全可靠運行就顯得十分重要。然而，雷電是影響變電站安全運行的重要因素。變電站發生雷擊事故，將會造成大面積的停電，嚴重影響到工業生產及人民生活，給人們的生命財產造成巨大損失。接地是防雷保護的最重要環節，不管是直擊雷、感應雷或其他形式的雷，雷擊過電流都將通過接地裝置導入大地。接地裝置的作用是把雷電對接閃器閃擊的電荷盡快地泄放到大地，使其與大地的異種電荷中和。

變電站對于直擊雷的保護一般采取裝設避雷針或采用沿變電站進線段一定距離內架設避雷線，吸引雷電擊自身，減低雷擊點的過電壓，通過良好接地的裝置，將雷電流迅速泄入大地。避雷針對直擊雷的防護的確是有效的，但防雷光靠裝設避雷針肯定是不行的，因為避雷針是通過把雷電引到自身來完成的，其保護范圍內的補保護對象免遭直接雷擊，這樣的保護過程中產生較多的負面影響，如增加雷擊概率、產生應雷以及地電位反擊等。

二、變電站防雷接地設計的影響因素及主要原則

1、接地設計的影響因素

（1）接地電阻

土壤電阻率ρ和地網面積S是影響接地電阻的主要因素，了解這些原因有利于針對不同情況因地制宜改善接地裝置。砂的含水量與電阻率的關系，含水量越大則電阻率越小，根據這種特性，有些地方可以利用地下水作為降阻措施，或敷設水下接地網作為降阻措施，這些措施都可以有效的降低接地電阻。溫度與電阻率的關系。當由水變為冰時，電阻率在0℃出現一個突然的上升，當溫度再下降時，電阻率出現十分明顯的增大，而溫度從0℃上升時，電阻率僅平穩的下降，因此，接地裝置應埋設在多年凍土層下，一般埋深為0.6～0.8m即可。土壤的致密與否對電阻率的影響也是很大的，其根本原因是土壤越致密則接觸電阻越小。

（2）接地體的幾何形狀和埋設方式

接地體的幾何形狀決定了接地體本身的電阻和接地體與周邊填充土壤的接觸面積，接地體本身的電阻一般可以忽略不計，但它和周邊填充土壤的接觸面積卻決定了泄流能力。當填充土壤的電阻率一定時，泄流能力與接觸面積成正比，接地電阻隨接觸面積的增加而降低。另一方面，接地體的埋設方式也對接地電阻有顯著的影響，以棒形獨立接地體為例，垂直埋設時的接地電阻遠低于水平埋設時。接地體埋設得越深，接地電阻越小。接地電阻隨接地體埋設深度的增加而降低這一現象既是電流在大地中傳導特性的的體現，又是由土壤電阻率隨深度增加而降低這一普遍規律所決定的。

（3）接地體和填充土壤的接觸緊密度

接地體與填充土壤的接觸緊密程度決定了接地體和土壤間的接觸電阻，在有些條件下接觸電阻對整體接地電阻有不容忽視的影響。

2、接地設計的主要原則

（1）布置圍繞變電站的實際區域外圍的連續接地導體回環，避免大的電流集中，在接地網區域和突出的電纜端的高位，接地網外導體包圍更大的區域將導致接地阻的降低。

（2）在回環內布置平行接地導體，一般沿結構物或設備布置的行列方向布置接地導體，以確保設備的最短的接地連接。

（3）接地網網孔的邊長比一般從1：1到1：3變化，交叉連接也能確保多個故障電流流散通道，使接地網本身的電位降至最小。

（4）盡量采用建筑物地基的鋼筋和自然金屬接地的統一連接地來作為接地網，用一點接地"的方式接地，以自然接地物為基礎，輔以人工接地體補充，外形盡量采用閉合環形。

三、變電站防雷接地的技術措施

1、采用多分支接地引下線，使通過接地引下線的雷電流大大減小。

主要考慮避雷針高度和位置的問題。具體步驟為：先根據被保護物的位置布置避雷針，再根據經驗假設每支避雷針的高度，然后計算保護范圍。布置避雷針時應注意兩支避雷針相距不宜太遠，由于兩避雷針的聯合屏蔽作用，兩避雷針中間部分的保護范圍比單避雷針時要大，避雷針外側的保護范圍與單根避雷針時相同。因此為保證兩避雷針聯合保護效果，兩避雷針間距離與針高之比D/h不宜大于5。

2、接地網布置設計

接地干線在裝置內宜采用閉合環狀布置。網狀布置是造成大接地網接地電位不相等的一個重要因素。因為接地體一旦成網或者成環，則不可避免的是接地回路將有電流流過，由于接地線路的阻抗而產生電壓降，使接地電位發生變化，同時將造成接地網故障電流的泄放速度減慢且增大地網腐蝕。變電站的接地網越大，由于鋼質材料的非飽和性，將導致各接地點電位之間相差較大。此外，由于接地電位的不相等，對于弱電設備的可靠運行將帶來不可估量的危害。變電站內必須敷設水平接地為主、垂直接地極為輔的封閉復合式接地網，并裝設均壓帶。

3、選擇合適的接地材料

接地材料的選擇原則是：一是降阻穩定，二是相匹配的使用壽命。每種接地材料都有其應用環境，在選擇接地材料時，要依據詳細的地勘資料，有區域內外地下金屬構筑物布置圖極其所處狀態，因地制宜地選擇適合本區域的材料。在我國，接地網所用的材質主要為鍍鋅扁鋼。鋼材是逐層腐蝕，鍍鋅層具有一定的抗腐蝕性，但一般只能在前十年起作用。部分經濟發達地區開始采用銅材，銅材的性能比鋼材好，導電率高、熱容量大、耐腐蝕性強，接地網壽命一般為30年以上。但其價格較昂貴，差不多是鋼材的7～8倍，接地網綜合造價約相差2～3倍。因此，在實際工程中，因地制宜地進行技術經濟比較，土質腐蝕性強的地方可考慮采用銅地網，GIS設備對接地要求較高，也可考慮選用銅材。

4、安裝科學可靠的接地裝置

防止設備接地引線燒斷產生高電位對低壓設備構成危害，設備接地網應采取兩根接地引線并適當增加截面。防止接地體腐蝕破壞接地網均壓作用，運行應定期檢查維護，設計應適當增加接地體截面。為了減小地電位梯度，均壓帶最大間距不宜大于12m，接地網邊緣均壓帶應適當加密。為了限制電纜外層的感應電流和電壓，電流溝兩側敷設屏蔽接地體。降低設備絕緣層之間以及不同設備之間的電位差，應在建筑物周圍設置環形均壓接地體。防止接觸電勢、跨步電勢、轉移電位對人體和設備的危害，應根據具體情況合理采取絕緣、隔離和降阻措施。

5、防止反擊

設備的接地點盡量遠離避雷針接地引線的入地點，避雷針接地引下線盡量遠離電氣設備。

對于設有獨立避雷針的變電站，獨立避雷針與配電裝置帶電部分和設備，構架接地部分的空氣距離以及它們的接地裝置的地中距離均應滿足規程要求，一般空氣距離不小于5m，地中距離不小于3m。為了加強泄流降低暫態電壓反擊，要求在主變壓器、避雷器、避雷針的接地處設置集中垂直接地體。

四、結語

從上述分析可知，影響變電站防雷接地保護的原因很多，以上列舉的只是常見的因素。接地的設計，要根據區域的地質條件，采取不同的降阻措施，以最高性能價格比來設計其接地網。在實際工程中，應根據變電站防雷接地設計的整體性，及整個變電站的周圍環境、地質條件，采取相應防雷接地措施，保證變電站供電系統安全穩定地運行。

參考文獻：

[1]董磊，丁諾.變電站雷電防護與雷擊事故分析[J].中小企業管理與科技，2012（10）

[2]曾艷.淺析變電站防雷接地的問題[J].中國科技縱橫，2011（10）

[3]張春華，王雪梅.220kV變電站接地系統設計[J].東北電力技術，2010（5）.