變電站防雷保護分析

汪彩霞，闞裕淳，許明川，胡玉柱

（1.阿壩師范學院電子信息與知道自動化學院，四川 阿壩 623001；2.云南龍源風力發電有限公司，云南 曲靖 655600）

我國地理條件復雜，地勢多樣，西高東低，呈階梯狀分布且氣候多樣，雷區分布縱橫交錯，呈現沿海多雷，荒漠少雷的趨勢；故變電站設置的位置對整個電網運行的安全至關重要，變電站的安全穩定運行又極大程度影響著電力系統的穩定輸出，更會影響著人民的生活質量；為了保證良好的供電質量，必須將變電站的安全運行放在首要位置，防止各種隱患的發生，而變電站安全運行的頭等大事之一就是變電站的防雷保護，因此對變電站防雷保護進行分析很有意義。

1 變電站防雷接地的重要性

雷電的產生不是人為可以控制，變電站在運行時很容易受到雷電的襲擊，一旦變電站被雷擊中，造成斷電等損害，會造成非常大的經濟損失。設備的損壞不值一提，更為嚴重的是很有可能會導致電力系統的局部癱瘓，甚至威脅到附近施工人員及變電站工作人員的人身安全。同時雷擊事故的發生不僅會造成嚴重的經濟損失，還可能會導致有害氣體的泄露進而環境帶來一些不好的影響。變電站是整個變電系統中最重要的一環，可以調節所連接的電力網絡，使不同電力網絡的相關參數做出對應的修正。所以變電站的正常運行對電網的穩定輸出有重大作用，如果變電站遭受雷擊，導致故障，將會誘發一系列安全事故，所以無論是從供電安全還是從社會安全角度來說，變電站的防雷保護務必是全面而有效的。因此較好的防雷設計對變電站非常必要，防雷設計中最關鍵的環節是接地系統的設計，不管是哪種形式的雷擊故障，都可以通過接地裝置將其產生的帶有危害的電流引入大地，從而實現對變電站建筑及其設備的保護。

2 變電站防雷裝置及其原理

變電站的雷擊事故會帶來嚴重的影響，給變壓器、斷路器、控制屏、保護柜等重要設備造成損壞。通常造成雷擊事故的方式有直擊雷和雷擊在輸電線路后侵入變電所的雷電波。對于前者的保護一般是用避雷針或者避雷線等防雷裝置，便能有效地防止雷電對變電站的攻擊，根據我國的經驗和調查統計顯示，凡是符合避雷針或避雷線設計標準的變電站都得到了很好的保護；對于后者的保護主要的是采用在進口處安裝避雷器或者將變電站的金屬埋地等措施，但需要注意的是，在裝設避雷器時需要合理確定其避雷器所在的位置，需要使用的數量，采用的型式以及設置的參數等。

避雷針是生活中最為常見的避雷裝置，可有效保護建筑物免受直擊雷的攻擊。其原理是當雷云放電時，臨近地面會使大地電場突然被改變，在雷電天氣時，建筑物上空會出現的帶電云層，這時避雷針和建筑頂部會感應出大量的電荷，最終導致中間的空氣被擊穿形成通路。由于避雷針與埋于地下的泄流網相接，當空氣被擊穿后形成通路將電荷導入大地，保證設備的安全。避雷線是上端連接避雷針，下端與埋地的避雷網相連，為保護設備或者建筑免受雷擊而安裝的引雷入地的導線。其原理與避雷針一致，它們都屬于接閃器，經過攔擋導引的方式扭轉雷擊前進路徑，使之沿預定途徑接入大地，從而保護建筑物和電氣設備等免受雷擊。

避雷帶是由避雷線改裝而來的，在建筑雷電保護中，用扁平的金屬帶代替鋼線閃接的方法。避雷器能大大減少雷電波的侵入幅值，使其低于變電站電氣設施絕緣的允許最大值。主要用于限制沿線路侵入的雷電電壓或由操作引起的內部過電壓。在系統正常工作下，呈高阻態，在過電壓大電流作用下呈低阻態，從而保證了避雷器兩端的殘壓值。

浪涌抑制器可以防止瞬時電壓過大，防止瞬時電壓對電子設備造成損壞。具有保護流量大、剩余電壓低、響應時間快的優點，采用最新的滅弧技術，完全避免火災；采用溫控保護電路，其中內設置熱保護，帶電源狀態指示，指示浪涌保護器的工作狀態，結構嚴謹，工作穩定可靠。

3 變電站的防雷接地措施

3.1 站內建筑防雷

變電站內的建筑是變電站防雷的重要一環，同時高度較高的建筑也是變電站內其他用電設備免受雷擊的第一道防線，一定程度上講變電站內建筑的防雷水平直接影響了變電站的安全性和可靠性。現代的變電站建筑全部采用鋼筋混凝土結構，如果使建筑物內的鋼結構之間具有良好的連接，同時在建筑物上部安裝接閃器、避雷針和在地下鋪設標準的接地網絡，那么建筑物本身就會形成金屬屏蔽罩的效果，形成“法拉第籠”式的避雷模式。這種模式的建筑物一來可以有效防止直接雷擊對室內電氣設備的危害，二來可以一定程度上減輕感應雷的影響。根據國內外的經驗，上述模式的建筑物不僅具有很好的防雷擊效果，而且還兼顧了良好的經濟性。

3.2 室外設備防雷

變電站變壓器一次側主要雷害是雷電直接擊中一次側附近線路上，在線路中產生的雷電波，雷電波將沿線路侵入變電站進而危及變電站主變安全，如果主變沒有良好的防雷措施，在變壓器中感應出的巨大電壓和雷電的巨大電流就可能引起主變絕緣損壞，更嚴重的可能導致變壓器起火；這種侵入的雷電波也會危及二次側的電氣設備，使二次側的設備承受很大的沖擊過電壓。一次側防雷主要是防止雷電從電源入侵變電站。因此變電站進站線路必須鋪架一定長度的避雷線，保證避雷線可靠接地。對于110kV及以上電壓等級的變電站，其主變的中性點必須可靠接地。變電站變壓器二次側雷害同一次側一樣，雷害都主要來自侵入雷電波。在二次側，電氣設備種類復雜，所能承受的過電壓等級不盡相同，有強電、弱電，有高壓、低壓，也有模擬電路、數字電路。二次側的防雷主要是出線端架設避雷線和重要的電氣設備安裝避雷器，并保證所有設備可靠的防雷接地，由于雷電直接擊中避雷裝置仍可能產生一定等級的浪涌過電壓過電流，大多數設備都應安裝浪涌二次側保護器，在第一時間將浪涌電流引入接地系統。

3.3 變壓器防雷

變電站主變是變電站最核心的設備，對變壓器的防雷保護主要是兩個方面。一是直接雷擊的防護，針對直接雷擊通常采用架設避雷器，這是最直接也是效果最好的保護措施，避雷器可以有效的將雷閃引入接地系統，從而避免變壓器遭受直接雷擊；二是侵入雷電波的防護，在進戶口處安裝避雷器或者將變電站的金屬護物埋地等，在裝設避雷器時需要合理確定其避雷器所在的位置，需要使用的數量，采用的型式以及設置的參數等。值得注意的是單個避雷器的保護范圍，要使變壓器處于避雷器的有效保護范圍內才能實現保護效果。避雷器與變壓器的電氣距離越近，變壓器承受雷電侵入波的能力越強。

3.4 計算機和通訊等自動化設備的防雷技術

變電站內廣泛布設有各種通信線纜，這些線纜多與控制系統相連，當雷擊的能量通過接地系統釋放時會產生極強的電磁場，沒有防雷保護的通信線纜會感應出很高的感應電壓，這些感應電壓會直接危害到控制設備的安全和危及操作人員的生命安全。如果不對控制系統進行保護，當雷擊發生時極有可能出現變電站癱瘓事故和人身事故。而針對感應雷的防護，通常是使用含有金屬網屏蔽層的線纜作為變電站的通信線纜且屏蔽層要可靠接地。為了使防護效果達到最佳，往往會采用金屬管道內鋪設線纜的方式。

4 結語

綜上所述，變電站的防雷接地保護綜合性很強，涉及到方方面面，本文僅僅涉及了簡單的分析。無論是從我國的地理環境還是變電站本身來說，變電站的防雷技術發展是相當重要的。對基本防雷裝置的認識是分析變電站接地保護的基礎，根據變電站不同的情況進行防雷分析是掌握問題的關鍵。在變電站防雷接地保護中，針對不同地域、不同雷擊問題等，需要綜合變電站及當地的實際情況，靈活地利用防雷裝置設施，合理設計防雷系統，提高變電站運作的平穩性和高效性。