變電站的侵入雷電波保護設計

郭步陽 余宬志 謝駿明

摘?要：變電站的主要作用是對電能進行升壓或降壓操作，使其滿足人類社會生產(chǎn)和日常生活的需求。當變電站因雷擊或過電壓而發(fā)生故障時，會造成電力系統(tǒng)的大范圍癱瘓，進而帶來嚴重的經(jīng)濟損失。因此，變電站的防雷保護尤為重要。為防止侵入雷電波對變電站內(nèi)的設備帶來嚴重危害，介紹了變電站防雷保護措施，設計了避雷器的選擇與校驗方案。研究結(jié)果表明，本方案在變電站防雷保護方面具有很高的參考價值。

關鍵詞：變電站;雷電防護;避雷器

防雷保護主要是防止直擊雷和過電壓對變電站的破壞。通常情況下，過電壓被系統(tǒng)中的限流限壓裝置排除，我們主要采取一些措施來避免外部的過電壓。而外部的過電壓主要是雷電過電壓，因此，我們需要采用一些有效的防雷措施，以避免這種系統(tǒng)故障的產(chǎn)生，降低這些故障所造成的危害。在電力系統(tǒng)中，防雷一般分為兩部分，一是供電線路的防雷，二是變電站的防雷[1]。在我們的日常生活中，避雷針和避雷器是應用最廣泛的兩種防雷裝置，當雷落在變電站時，我們主要采取避雷針來解決，當雷落在輸電線上時，我們主要采取避雷器來解決。

1 防雷保護原理

1.1 供電線路的防雷

為了保護供電線路不受雷擊，或是受到雷擊后不會斷電，我們需要對供電線路進行防雷保護。主要是針對35kV及以下的用戶供電系統(tǒng)，因此，一般采取以下措施來進行防雷保護：（1）選擇較高等級的絕緣子，并且增加架空線路上的絕緣子的數(shù)量，從而提高反擊電壓的水平。（2）改進桿塔的結(jié)構(gòu)，在條件允許的情況下采用絕緣能力更強的材料。（3）在架空線路上增設避雷針等防雷裝置。（4）經(jīng)濟條件允許的情況下，可以采用電纜進行供電。

1.2 變電站的防雷

由于變電站的特殊作用，尤其是本設計中這類的樞紐變電站的特殊地位，導致變電站自身的防雷顯得尤其的重要，根據(jù)國內(nèi)外的運行經(jīng)驗表明，按照規(guī)定進行避雷裝置的安裝，用來對直擊雷和線路入侵波進行防護，是極為有效的舉措[2]。（1）對直擊雷的防護。一般情況下，對直擊雷進行防護時，我們選擇獨立避雷器或者避雷線，但是，在使用避雷針進行避雷時，容易產(chǎn)生一種名為反擊的不良反應，那么，反擊是如何產(chǎn)生的呢？獨立避雷針受到雷擊的時候，其附近一定范圍會產(chǎn)生較高的電位，當避雷針距離附近的建筑物較近時，就會發(fā)生放電現(xiàn)象，這種放電現(xiàn)象稱為反擊現(xiàn)象。反擊會造成一系列的嚴重后果，輕則電氣設備遭到損毀，重則造成人身傷亡等，為了避免反擊的發(fā)生，必須保證避雷針與附近的導體間有足夠的距離。（2）對線路入侵波的防護。直擊雷對輸電線路造成傷害的時候，導線上會產(chǎn)生一種雷電沖擊波，又稱線路入侵波，從而傳到變電站內(nèi)，對變電站造成傷害，所以，要對線路入侵波進行防護，通常采用裝設避雷器來避免這種危害。與避雷針相反的是，避雷器應裝設在距離被保護裝置的附近，因為避雷器有一定的保護距離，超出了保護距離就無法有效地對被保護裝置產(chǎn)生保護。

2 變電站的侵入雷電波保護設計

對于雷電入侵波的防護，應采用不同的避雷器來對不同電壓等級的線路進行全面的保護，避雷器大致分為三種：管式避雷器、閥式避雷器以及氧化鋅避雷器。閥式避雷器成本相對較低，保護性能出色等眾多優(yōu)點，所以本次設計中的防雷保護裝置采用閥式避雷器。

2.1 避雷器的選型原則

（1）樣式選擇：在考慮使用何種避雷器時，應該根據(jù)保護對象的絕緣水平和特點來進行選擇，具體可參考表1。

（2）確定額定電壓Un：在選擇額定電壓時，要與系統(tǒng)額定電壓匹配。

（3）校驗參數(shù)內(nèi)容有：①確定額定電壓UBC：現(xiàn)場系統(tǒng)的電壓決定避雷器額定電壓的等級，兩者要相一致。②選擇滅弧電壓Umf：對中性點不接地系統(tǒng)（特指35kV以下），滅弧電壓通常取為工作線電壓的100%～110%;對110kV及以上的中性點直接接地系統(tǒng)，滅弧電壓取為系統(tǒng)最大工作線電壓的80%。③殘壓Ube：按Ubc=2×2.35×Umi計算來確定。④沖擊放電電壓Uchfs：我國國內(nèi)生產(chǎn)的避雷器，其沖擊放電電壓大小范圍與5KA的殘壓基本一致。

不同的保護對象避雷器配置則不相同，避雷器的主要安裝對象主要有：配電裝置的相應母線上，帶有中性點接地的變壓器。其中在35kV等級以上的線路側(cè)不安裝避雷器，變壓器安裝避雷器應其與斷路器之間的位置上。

2.2 避雷器的選擇案例

2.2.1 10kV母線避雷器選型

（1）選擇樣式：根據(jù)選型原則，選用電站用普通閥型FZ系列。

（3）滅弧電壓校驗：

（4）工頻放電電壓校驗：

上、下限值均滿足要求。

因此，避雷器選擇FZ-10型能夠滿足要求。

2.2.2 35kV母線避雷器選型

（1）選擇樣式：根據(jù)選型原則，選用電站用普通閥型FZ系列。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，選擇避雷器型號為FZ-35，具體參數(shù)見表3：

（3）滅弧電壓校驗：

（4）工頻放電電壓校驗：

上限值、下限值均滿足選型要求。

因此，避雷器選擇FZ-35型能夠滿足要求。

2.2.3 220kV母線避雷器選型

（1）選擇樣式：根據(jù)選型原則，選用電站用普通閥型FCZ系列。

（2）確定額定電壓：

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，選擇避雷器型號為FCZ-220，具體參數(shù)見表4：

（3）滅弧電壓校驗：

（4）工頻放電電壓校驗：

上、下限值均滿足要求。

綜上所述，選用的FCZ-220型避雷器滿足條件。

3 結(jié)語

本文介紹了變電站和輸電線路防雷保護的主要措施，對變電站侵入雷電波防護進行了設計，并對避雷器的選型進行了介紹，通過三種不同電壓等級介紹了避雷器的選型與校驗，包括樣式選擇、參數(shù)計算（額定電壓、滅弧電壓、工頻放電電壓、殘壓、沖擊放電電壓等）。試驗研究表明，選取的FC系列磁吹閥式避雷器符合條件，本方案在變電站的侵入雷電波防護方向具有很高的參考價值。

參考文獻：

[1]喬麗麗.110kV變電站的電氣設計與防雷保護[J].黑龍江科學，2020，11（16）：92-93.

[2]徐澤運.輸電線路及變電站防雷保護措施淺析[J].石化技術，2020，27（07）：161+160.

[3]王玉彬，姜濤，王磊，郭麗娟.變電站防雷方法研究[J].國網(wǎng)技術學院學報，2019，22（06）：17-20.