變電站二次防雷接地的分析

湯 權(quán)，孫雙學(xué)，劉 寬，郭 蕾，劉穎彤

（國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司武漢供電公司，湖北 武漢 430015）

1 變電站二次設(shè)備遭受雷擊的原因

盡管高壓避雷器會(huì)弱化雷擊電壓，但無(wú)法避免殘余壓力。雷電過(guò)電壓主要借助380/220 V交流電源線導(dǎo)入到線路，即通過(guò)站用變傳到交流配電饋線。此外，接地網(wǎng)的接地電阻過(guò)大，電流泄露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，均可導(dǎo)致雷電過(guò)電壓[1]。防雷工作比較復(fù)雜，需要多方面共同合作。

2 變電站二次設(shè)備遭受雷擊的主要危害

2.1 設(shè)備老化和破壞

變電站二次設(shè)備主要有控制裝備和繼電保護(hù)裝置等。這些設(shè)備電子集成度高，對(duì)雷電敏感。雷擊時(shí)設(shè)備兩端形成的電位差，對(duì)二次設(shè)備破壞很大。同時(shí)，二次設(shè)備相對(duì)昂貴，一旦損壞，將造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

2.2 丟失設(shè)備數(shù)據(jù)

變電站自動(dòng)化程度高，可自動(dòng)保存維持設(shè)備運(yùn)行和維修的重要數(shù)據(jù)。一旦變電站出現(xiàn)故障，設(shè)備內(nèi)的重要數(shù)據(jù)因未能及時(shí)保存而丟失，增大了電力調(diào)度工作壓力，增加了安全隱患，降低了經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 供電范圍內(nèi)大面積停電

雷擊損壞二次設(shè)備，將造成整個(gè)供電系統(tǒng)癱瘓。雷擊后，控制設(shè)備極易出現(xiàn)誤操作，高壓開(kāi)關(guān)發(fā)生跳閘，無(wú)法發(fā)揮控制作用，進(jìn)而影響供電范圍內(nèi)人們的生活[2]。

3 雷電入侵變電站二次設(shè)備的主要途徑

3.1 通過(guò)電源線路入侵

變電站使用交流電，變電站內(nèi)的自帶變壓器負(fù)責(zé)提供交流電。變壓器的一級(jí)側(cè)直接連接高壓輸電線路，二級(jí)側(cè)連接低壓配電線路，安置于專用電纜溝或?qū)Ｓ秒娎|井等。該線路對(duì)雷電敏感，可感受微小電壓。

變電站使用直流電完成保護(hù)、控制、通信及測(cè)量等工作。通信使用的電壓強(qiáng)度較小，為48 V；保護(hù)、控制及測(cè)量工作對(duì)電壓強(qiáng)度要求較高，為220 V。變電站內(nèi)設(shè)置直流電源，線路基本從直流屏幕通過(guò)電纜溝或?qū)Ｓ秒娎|井引入中央控制室。由直流電源線引起的雷電概率和雷電強(qiáng)度十分大。

3.2 通過(guò)通信線路入侵

大量的通信線路組成了變電站的二次設(shè)備系統(tǒng)。這些線路在安裝時(shí)存在交叉關(guān)系，從而和二次設(shè)備形成一個(gè)整體，自動(dòng)化程度很高。發(fā)生雷擊時(shí)，該通信線路極易引發(fā)二次設(shè)備系統(tǒng)的損壞[3]。

3.3 雷電電磁場(chǎng)

夏季多雨季節(jié)，雷擊現(xiàn)象很多，且伴隨強(qiáng)大的電磁場(chǎng)。資料記錄：磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到0.07 Gs的時(shí)，電氣設(shè)備無(wú)法正常工作；磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到2.4 Gs時(shí)，電氣設(shè)備發(fā)生損壞。雷電產(chǎn)生磁場(chǎng)的主要表現(xiàn)為專用電纜溝和電纜井中各電路之間出現(xiàn)感應(yīng)。

3.4 地電位反擊

為減少雷電的攻擊，一般在變電站安裝避雷針。發(fā)生雷擊后，避雷針將雷電電流通過(guò)自身下引線引入大地，以實(shí)現(xiàn)避雷。大地存在電阻，當(dāng)避雷針把電流引入大地后，短時(shí)間內(nèi)無(wú)法立刻中和電荷，從而在雷擊范圍內(nèi)出現(xiàn)局部電位變大現(xiàn)象，即電位差。這個(gè)新的電位差可造成二次損壞。

4 變電站二次防雷接地分析

4.1 變電站二次回路接地

4.1.1 單點(diǎn)接地方式

單點(diǎn)接地方式是把每臺(tái)設(shè)備的子系統(tǒng)都連接在接地總線的同一點(diǎn)，即通過(guò)設(shè)備的接地線與接地母線相連。該接地方式可斷開(kāi)接地系統(tǒng)形成的干擾電流閉環(huán)，以防設(shè)備接地系統(tǒng)形成干擾電壓導(dǎo)電耦合。同時(shí)，該方式可解決電氣設(shè)備接地系統(tǒng)的最常見(jiàn)問(wèn)題——低頻電流的影響。該方式可詳細(xì)分為串聯(lián)模式和并聯(lián)模式。

4.1.2 懸浮接地方式

電力保護(hù)和信號(hào)采集傳遞的過(guò)程中，一般不采用懸浮接地方式。這是因?yàn)樵摲绞降挠行源嬖谙拗疲溆行匀Q于電氣設(shè)備和懸浮系統(tǒng)之間的隔離程度。此外，保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生的靜電因隔離而無(wú)法泄放，易出現(xiàn)火花放電現(xiàn)象或者遭受電擊。

4.1.3 多點(diǎn)接地方式

單點(diǎn)接地方式用于高頻電氣設(shè)備時(shí)，需增加接地線，導(dǎo)致阻抗隨之增大。為減弱信號(hào)線之間的分布電容和雜散電容信號(hào)之間的耦合效應(yīng)，需使用多點(diǎn)接地方式。此外，可增加接地線面積、減小接地線長(zhǎng)度，以減小阻抗。

4.2 等電位連接可靠接地

等電位的主要原理是抑制過(guò)電壓，具體措施是連接屏蔽線的外層、SPD接地端、金屬外殼、站內(nèi)機(jī)柜及安全保護(hù)接地等，再連接等電位網(wǎng)絡(luò)，以保護(hù)二次設(shè)備。

4.3 屏蔽電纜接地

一點(diǎn)接地和兩點(diǎn)接地可將電纜屏蔽接地。對(duì)于由電感耦合引起的磁場(chǎng)干擾，少量接地?zé)o法實(shí)現(xiàn)屏蔽效果，因此選用兩端接地的方法。該方法可在屏蔽中使外部干擾電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)產(chǎn)生與外部干擾電流方向相反的電流，以降低和抵消干擾電流引起的屏蔽效應(yīng)。

5 二次防雷存在的問(wèn)題

5.1 二次防雷接地技術(shù)規(guī)范未統(tǒng)一

隨著我國(guó)科技的不斷發(fā)展，二次防雷接地工作不斷深入。廠家生產(chǎn)的二次防雷接地產(chǎn)品良莠不齊，生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范也未統(tǒng)一。國(guó)家未出臺(tái)統(tǒng)一的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，因此選購(gòu)困難。

5.2 二次防雷接地知識(shí)有待加強(qiáng)

我國(guó)相關(guān)工作人員對(duì)防雷技術(shù)的培訓(xùn)和學(xué)習(xí)落實(shí)還不嚴(yán)格，導(dǎo)致實(shí)際工作中無(wú)法很好地解決難題。

6 變電站二次設(shè)備防雷技術(shù)基本措施

變電站統(tǒng)一定義為強(qiáng)雷區(qū)，需從接地、屏蔽、均壓、限幅及隔離五個(gè)環(huán)節(jié)落實(shí)變電站二次設(shè)備的電磁脈沖防護(hù)工作。線路安排設(shè)計(jì)中，需遵循逐級(jí)協(xié)調(diào)、分級(jí)防護(hù)的原則。防護(hù)設(shè)計(jì)中，需注意防護(hù)區(qū)內(nèi)被保護(hù)設(shè)備的耐壓必須大于限制電壓。二次設(shè)備的系統(tǒng)采用共用接地的方式。

7 結(jié) 論

變電站是電力輸送的重要環(huán)節(jié)，變電站的二次設(shè)備是電力輸送的重要設(shè)備。一旦二次設(shè)備遭受雷擊，變電站將無(wú)法正常運(yùn)行，導(dǎo)致電網(wǎng)癱瘓。為避免二次設(shè)備受雷擊損壞，需采取接地的方式。