变电站的防雷与接地

变电站的防雷与接地（精选12篇）

变电站的防雷与接地 篇1

0 引言

在我国,随着电力系统规模的不断扩大,接地系统的设计越来越复杂。变电站接地包含工作接地、保护接地、防雷接地。工作接地即在电力系统电气装置中,为运行需要所设的接地;保护接地即电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等,由于绝缘损坏使其有可能带电,为防止其危及人身和设备安全而设的接地;防雷接地则是为雷电保护装置向大地泄放雷电流而设的接地。所以,变电站接地系统直接关系到人身和设备的安全。

接地是避雷技术最重要的环节,不管是直击雷、感应雷还是其他形式的雷,都可通过接地装置导入大地。因此,没有合理而良好的接地装置,就不能有效地防雷。

1 变电站接地设计

1.1 接地网间距设置

在以往接地设计中,接地网均压导体都按照10 m、7 m、5 m等间距进行布置。因为临近和端部效应,与中心处电流相比地网的边角处泄漏电流非常大,与中心网孔电势相比边角网孔电势非常高,并且随着网孔数和地网面积的增加这种差值也会加大。而中部导体的泄漏电流在不等间距布置的情况下密度分布会增大,能更充分地利用中部导体。

1.2 地网中垂直接地极布置

受水平接地极的屏蔽影响,垂直接地极对地网接地电阻的改善不大,垂直接地极只对某些设备的散流效果起加强作用,所以,除消弧线圈中性点、变压器中性点、构架避雷针、避雷器等要增设垂直接地极外,可适当在其余有一次设备的地方装一些。而地网边沿一圈可多装垂直接地极,提高散流效果,其相当于扩大地网面积,减小接地电阻。

1.3 接地极的热稳定性校验

热稳定校验按流过接地线的短路电流稳定值进行,与地网主干线界面相比设备接地引下线截面积应该大一点,在主干线中短路电流会向两侧分流。但考虑到地下主干线易腐蚀及采购钢材的规格不宜过多,一般地下主干线与接地引下线都用同一规格,但必须符合下式要求的截面积:

式中,Sg为接地线最小截面(mm2);IR为流过接地线的短路电流稳定值(A);C为接地材料的热稳定系数;te为短路的等效持续时间,系统在35 kV以下取2 s,在110 kV以上取1 s。

1.4 接地引下线设计

按照相关要求,应有2根接地引下线在变压器中性点中和不同干线的主地网相连接,并需符合热稳定校核要求。重要设备及设备构架等宜有2根与主接地网不同地点连接的接地引下线,且每根接地引下线均应符合热稳定校核要求。引下线还应便于定期检查测试。

2 接地施工

地网检查试验要由专业人员去认真进行通断检查,做好中间验收和竣工验收,发现不合格需及时返工,以保证施工质量。

(1)应将相互交叉的纵向和横向接地体焊接在一起,对铜与铁、铜与铜采用热焊接。纯度97%的金属铜作为连接器,使用寿命可达100年。(2)接地电阻实测在建好主接地网时进行。无论任何季节,接地电阻在主接地网中都要小于0.5Ω。降阻措施主要有:外延接地,使接地网的面积增加;在土壤电阻率随地层深度增加而减小较快的地方,可以采用深埋接地产品的方法减小接地电阻;在接地极周围敷设降阻剂,可以起到增大接地极外形尺寸、降低接地电阻的作用。(3)在室外地坪下0.8 m处进行接地网的敷设,穿道时为1.0 m。接地线由接地网向上引出至各设备层,在墙体或构造柱内进行引上线的敷设,节点留在引出层,地阻检测点在建筑物两侧各设1个,与主接地网相连的2条“帽檐式”均压带敷设在进站大门处。(4)电缆沟及配电综合楼的接地体可随综合楼电缆及土建基础结构进行开挖,在电缆及土建基础下0.5～1 m新土中埋设,并在埋深0.8 m的敷设处与接地网进行连接。(5)采取以下防范措施可以使跨步电势及接触电势对人体的危害减小:在进站公路及站内公路段铺设沥青混凝土路面;金属围栏在站区四周要与接地网进行可靠连接。(6)不同等级避雷器在户内各电压中与室内接地干线均就近连接,垂直接地体需敷设在户外设备避雷器附近。(7)为了增强二次回路抗干扰能力,需敷设等电位接地网保护。沿全站设备下敷设截面为25 mm×4 mm的铜带,若隧道层为设备的下层,则敷设铜带紧贴洞壁,并且是相互连接的铜带,以形成等电位铜网。需将敷设分散的铜带引至主控室,可靠连接在铜接地网上形成等电位网,以截面25mm×4 mm的铜带作为引上线。等电位接地铜网在主控室内需用截面25 mm×4 mm的铜带4根在电缆竖井处与主接地网进行可靠连接。(8)在室外宜用穿墙套管接地,并且要把每组套管的接地线引至主干线,这对室内二次设备和运行人员而言比较安全。(9)户外设备如果存在于变电站中,那么需要直击雷保护,即需要设独立避雷针。独立避雷针在非高土壤电阻率地区需设独立的接地装置,其工频接地电阻不宜超过10Ω。避雷针及其接地装置与出入口或道路等应有不小于3m的距离。独立避雷针的接地装置与接地网的地中距离不应小于3 m。按照验收的要求,避雷针引下线要有明显的断开点,这样测量电站地阻会很方便。(10)沿地面暗敷室内接地线,各设备间的金属围栏、预埋件、支架、基础槽钢等需要可靠接地。接至支架和设备的接地线应该明敷,由截面不小于200 mm2的钢筋将其与建筑物板、梁及各柱焊成整体,且要将其和主接地网焊接在一起,如此均衡电位接地系统便形成了。

3 校核计算方法

电阻Rz=3.2Ω,土壤电阻率ρ=889.5Ω·m,以下为降阻措施计算:

(1)单根接地扁钢(800 m)接地电阻的计算公式如下:

在对降阻剂的作用进行考虑的情况下,取0.85的降阻系数,那么:R1=3.2×0.85=2.7Ω。

(2)极长为3.0 m的纳米离子接地,直径54.0 mm,接地电阻为:

(3)连接扁钢与40根纳米离子接地体并联后的电阻为:

(4)与主网并联后电阻为:

最终达到设计要求。

4 设计注意要点

(1)对运行中经常断开的断路器,在其线路侧加装避雷器,防止断路器断口在雷电过压的情况下受到损坏。尽管在避雷线的保护下线路可以避免大部分雷击,然而感应雷电流及雷电波侵入过电压,也会导致变电站断路器出现断口,这样会威胁到断路器安全。对于新建变电站,尤其是建在雷电危害大和活动频繁的地区,很有必要在设计的时候装设线路避雷器。根据运行情况对已投运的变电站可以加装线路避雷器。(2)线路避雷器的应用。造成线路跳闸的主要原因是雷电雷击,所以遭受雷击后的线路应该采取就地消纳的措施,通过统计雷电系统数据,在重雷区220 kV以上的线路应采取线路防雷措施,同时还需要加装引雷针及避雷器,以防止沿线路雷电波侵入变电站。

5 结语

综上所述,影响电网安全运行的主要原因之一是雷电,可以采取加装避雷器等措施,从而以较少的投入减少雷电对电网的影响。另外,还要加强防雷设施的检测和维护,使雷电灾害损失减少,电网的可靠运行得到保障。

参考文献

[1]何金良,张波,曾嵘,等.1000 kV特高压变电站接地系统的设计[J].中国电机工程学报,2009,29(7):7-12

[2]李中新,袁建生,张丽萍.变电所接地网模拟计算[J].中国电机工程学报,1999,19(5):75-79

[3]高延庆,何金良,曹嵘,等.非均匀土壤中变电所接地网优化设计[J].清华大学学报,2002,42(3):345-348

[4]郭秀勇,贺辉,周羽生,等.110 kV变电站接地网的优化设计[J].电力建设,2009,30(6):48-50

变电站的防雷与接地 篇2

(1) 10kV裸导线线路，对于10kV裸导线线路，原则上可以采用避雷线进行防雷保护，但由于成本高，施工不方便，目前基本上都不采用避雷线，而是在一些雷电活动频繁的线段安装避雷器，同时按照要求做好杆塔的接地。

(2) 10kV绝缘线线路。由于近几年城网改造，北京地区城镇线路基本上都换成了交联聚乙烯架空绝缘线，但其防雷措施与原来的裸导线线路的防雷措施并没有变化，致使发生了数十起雷击绝缘线断线事故。

对于架空绝缘线目前可采取以下防雷措施：

①安装避雷线，此种方法避雷效果最好，但可行性和难度大，成本高。

②提高线路绝缘子耐压水平，将10kV绝缘子换为防雷绝缘子，将大大提高防雷水平，

③在多雷区或者按照一定档距安装线路避雷器，减少雷击断线事故。

④延长闪烁路径，导致电弧容易熄灭，局部增加绝缘强度，如在导线与绝缘子相连处加强绝缘，以及采用长闪烁路径避雷器等。

⑤局部剥离绝缘导线，使之局部成为裸导线，从而电弧能在剥离部分滑动，而不是固定在某一点烧蚀，同时也可为以后施工提供一个挂地线点。

关于变电站接地设施防雷工作探讨 篇3

[关键词]变电站；接地设施；防雷工作

不管是工业生产、农业生产，还是我们的日常生活都和电能有着密切的联系。在社会高速发展的今天，我们可以想象如果没有了电能社会将会是什么样。所以加强电力事业发展，保证电力系统安全可靠运行是构建和谐社会发展的前提条件。变电站作为电力系统中高效转化电能的基础性设施，基于变电站设备比较高大，尤其是一些暴露在自然环境中设备容易遭到雷电袭击，使得变电站的设备损坏无法正常工作，甚至导致整个电力系统无法正常运行，不仅给变电站直接带来巨大的经济损失，更会给社会生产企业、单位带来严重的经济损失。所以，我们应加强变电站接地设施防雷工作的探讨，认识到接地设施防雷工作的重要性。下文笔者将对变电站接地设施防雷工作进行探讨和分析。

1、变电站结构、作用、种类概述

1）变电站结构

变电站建筑物、变压器、电力网线路开关以及变电设施安全控制设备等共同构成变电站。变电站的各种设备和设施各自发挥自身的功能作用维持变电站系统的可靠性运行，确保变电站对电能调节和分配功能性的有效发挥。

2）变电站作用

变电站在电力系统中发挥着电压等级转化、调整电流强度、电能集中调整并分配的作用。一般，发电厂的电能通过高压线路传输到变电站，经变电站的变压器设备将高压电转化为用户需求的低压电。变电站在整个国家电网中占据着重要地位，担负着电能转化和输送的重要任务。随着社会经济建设的快速发展，社会各个领域对电能需求量的不断增大，变电站的建设规模和数量也随制扩大和增多，为了能够确保变电站在整个电力系统中功能性稳定发挥，那么必须要加大变电站技术的研发力度，运用先进科学的管理手段和方式使其安全可靠运行。

3）变电站种类

根据变电站安装位置可将分为：室内变电站、地下变电站和室外变电站；根据变电站功能性可将其划分为：加压变电站和升压变电站；从变电站的值守形式可划分为：有人值守变电站和无人值守变电站。

2、变电站接地设施工作原理

变电站接地设施指的是接地装置同变电站的设备、电路及大地等相连接进行保护变电站的各种设施和设备。接地设施同大地相连接时要确定接地设施同相连设备的导体电位，要保证导体电位要高于大地电位。所以。对于变电站接地设施的工作原理我们也可以这样理解为：他是一种连接导体，该种导体同变电站的电力设备或设施相连接保证变电站不受雷击破坏。

3、电站接地设施重要性

变电站接地设施是一种防止雷击对变电站设备、设施和变电站工作人员造成危害和伤害的基础性设施。变电站接地设施除了能够有效预防变电设备、设施等不受雷击外，还能对变电站重要线路、设备进行保护，防止其他因素影响变电站系统的安全、稳定运行。另外，变电站接地设施还能够有效地对电力设备、设施上面的静电进行控制，消除静电，为变电站系统提供了良好的运行环境。

4、变电站接地设施防雷工作需坚持的原则

1）自然接地原则

变电站接地设施在连接变电站电力设备或设施时尽可能采用同自然物连接为一体构成防雷体系。这样利于雷击电力的下泄；在变电站接地设施连接过程中应针对不同的连接对象采用不同的连接方式。比如，在变电站建筑物的接地设施防雷工作中，接地设施要同建筑物的钢筋连接；对于电阻过大的设施或设备，可通过人工接地体来补充，如采用等电位闭合环接地形式。

2）规范性原则

变电站接地设施防雷工程施工中应坚持技术规范性原则，根据技术规范要求保证防雷引下线连接同大地连接的质量。按照最短线路实现引下线同接地体连接。此外，在变电站接地设施施工时还需注意尽量不要将各个设施间设置为直角或者锐角的空间结构形式，避免感应电阻过大，影响接地设施防雷效果。

5、变电站接地设施防雷工作技术要点分析

通常而言，变电站所遭受的雷击形式主要有两种，一种是变电站的设备直接受到雷击；另一种是雷击电压变电站架空电路之上的雷电感应形成雷电波后通过线路将高压电流导入设备中，造成设备损坏。对于变电站设备直接受到雷击的这类危害，可通过设置避雷裝置的方式避免变电设备遭受雷击破坏。比如设置避雷针或避雷线等防护装置。这些防护装置主要是对雷电进行拦截并改变雷击方向将其引入地面。避雷针防护装置一般应用于小型变电站的防雷工作中。对于那些大型的变电站一般采用的是避雷针和避雷线相结合的防雷措施。通过避雷器对雷电电压的整合将雷电波降低到变电站允许的雷电波强度之内。同时也可通过过压保护方式来提高变电站各种电气设备的自身防护能力。

6、结语

总之，变电站接地设施防雷工作是变电站系统稳定可靠性运行的保障性工作。所以，变电站应认识到变电站接地设施防雷工作的重要性和接地设施施工过程中所要遵循的原则，结合变电站实际情况采用相应的接地设施防雷措施。同时还要积极学习和掌握变电站接地设施防雷技术，提升变电站接地设施防雷工作水平，为实现变电站系统的安全、可靠运行奠定基础。

参考文献

[1]任晓萌，赵广兴，胡德恩等.降阻材料在改善接地体系中的应用[J].内蒙古农业大学学报（自然科学版），2013（05）.

[2]黄娟.变电站接地网优化设计探讨[J].轻工科技，2013（12）.

[3]高玉波.浅谈变电站接地设计及防雷技术[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2009（04）.

[4]张鸿.变电站防雷设计的若干问题[J].云南电力技术，2008（03）.

变电站的防雷与接地 篇4

在现时工程承建时常由土建专业施工, 施工过程中相关施工人员对防雷接地重视不足, 认为其技术性不强, 工艺简单, 往往在施工中出现不规范作业, 因此在防雷与接地隐蔽工程的质量验收中严格把关, 是保证施工质量的关健一环。

1 接地和防雷

1.1 接地电阻

接地电阻的定义:接地电阻实质上是电流经地面某点流向地下某确定点之间用欧姆定律计算出来的一个物理值, 定义为接地极与电位为零的远方接地极之间的欧姆定律电阻。在变电站防雷接地电阻测量时, 是假定雷电流在地下疏散至40米处基本为零的前提下进行的, 虽然如此, 地下土壤结构的不同以及电流探针与接地极的方向不同、电压探针与电流探针之间的距离不同, 接地电阻值有时有本质上的不同。

1.2 接地的种类

变电站接地种类包括工作接地、雷电保护接地、保护接地、过电压保护接地、防静电接地、屏蔽接地等。

工作接地即为电力系统电气装置中, 为运行需要所设的接地;雷电保护接地即为为雷电保护装置向大地泄放雷电流而设的接地;保护接地即为电气设备的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等, 由于绝缘损坏有可能带电, 为防止其危及人身和设备的安全而设的接地;过电压保护接地即为了消除雷击和过电压的危险影响而设的接地。防静电接地即为了消除生产过程中产生的静电而设的接地。屏蔽接地即为了防止电磁干扰对通信、计算机系统的影响而对建筑物进行屏蔽网安装进行的接地。

1.3 防雷措施

雷击只能通过拦截导引措施改变其入地路径。接闪器有避雷针、避雷线。变电站防雷装置大多采用独立避雷针和架构上采用避雷针或避雷线相结合、引下线和接地装置组成。

2 变电站接地设计对施工的要求

2.1 接地施工质量的重要性

变电站的接地网上连接着全站的高低压电气设备的接地线、低压用电系统接地、电缆屏蔽接地、通信、计算机监控系统设备接地, 以及变电站维护检修时的一些临时接地如果接地电阻较大, 在发生电力系统接地故障或其他大电流入地时, 可能造成地电位异常升高;如果施工中接地网的网格不按设计要求布置, 则可能造成接地系统电位分布不均, 局部电位超过规定的安全值, 这会给出运行人员的安全带来威胁, 还可能因反击对低压或二次设备以及电缆绝缘造成损坏, 使高压窜入控制保护系统变电站监控和保护设备会发生误动、拒动, 酿成事故, 甚至是扩大事故。

2.2 设计对接地电阻值的要求及施工措施

由于变电站各级电压母线接地故障电流越来越大, 在接地设计中要满足R≤2000/I, 而由于500kV变电站的重要性, 设计对接地电阻值规定不大于0.5Ω的要求。在丘陵地带的土壤电阻率较高, 仅靠站内面积敷设水平接地网难以达到要求, 需采取降阻措施:如在站内四周打一定数量的深井, 每口井深约35m;在站址周围土壤电阻率较低的位置, 视情况增设斜井, 斜井引外部分距离地面不小于2m, 斜井内设置离子接地体。

2.3 设计对接地体材料的要求

接地体采用热镀锌钢材, 其规格要求如下:

水平均压带、构支架接地引上线:热镀锌圆钢Φ22mm。

垂直接地极:热镀锌角钢L50mm×50mm×5mm L=2.5m

扁钢:80mm×6mm

3 防雷接地系统施工质量的管理

为达到接地的目的, 人为地埋入地中的金属件如钢管、角钢、扁钢、圆钢等材料称为人接地体;兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、建构筑物的基础、金属管道和设备等称为自然接地体。电力设备或杆塔的接地螺栓与接地体或零线连接用的金属导体, 称为接地线。接地体和接地线的总和称为接地装置。

3.1 防雷接地系统施工质量通病

3.1.1 用结构钢材代替避雷针 (网) 及其引下线, 镀锌焊接破坏层不刷防锈漆。

3.1.2 接地体搭接的连接长度不够, 扁钢小于宽度的2倍, 圆钢水平接地极焊接小于直径的6倍, 焊接不饱满, 焊接处没有敲掉焊渣等缺陷。

3.1.3 接地线跨越建筑物变形缝处时, 未加设补偿器, 穿墙时未加保护管。

3.1.4 屋面金属物未与屋顶防雷系统相连。

3.1.5 屋外配电装置构架钢爬梯未设专用接地线。

3.1.6 螺栓连接的连接片未经处理, 片与片接触不严密。

3.1.7 接地线的安装埋深不够, 距地面距离小于设计要求。

3.1.8 配电箱处没有重复接地, 插座接地线互相串联。

3.2 防雷接地系统施工质量控制要点

要做好防雷接地施工质量的控制, 前提是必须熟悉设计图纸, 防雷接地施工要求总说明及相关验收规范。

3.2.1 仔细查看设计图纸。不仅要熟悉设计图纸, 还要结合建筑设计中的结构、设备安装布置图进行理解。现在设计中相关专业设计图纸衔接不清, 不按规定协调配合的问题普遍存在, 极易导致施工错误。若施工单位经验不足, 则极易因工种配合不当而造成施工错漏。如接地钢筋网的连接点的错、漏焊和作为外引接地联结点或检测点预埋件的漏设。又如各专业管道、线路相互碰撞、相互矛盾的问题等。

3.2.2 在施工前必须做好技术交底工作。对图纸要求的接地线的埋深、搭接连接长度、不同材料的连接方式要求、人员出入的门口敷设帽檐式均压带, 以降低接触电位差和跨步电位差等措施要对施工班组进行技术交底工作。

3.2.3 对特殊的建筑工程, 如控制室不做单独接地网, 其接地与地网直接连通, 为防电磁干扰, 计算机室上下楼板及四周墙壁均采用屏蔽措施;控制室离地面上200mm处敷设一条40×5mm闭合铜排作为接地带, 此铜带需在两个不同方向与主地网连接。这些地点和设置在设计平面图中没有明确标注, 只在建筑结构图中说明, 易造成漏接。

3.2.4 对特殊的室外配电装置的施工要求要加强现场检查。如35KV电抗器基础上的固定预埋件的水平钢筋不能形成闭合回路, 这一条是土建施工队伍经常容易范的错误。

3.2.5 为防止转移电位引起的危害, 对可能将接地网的高电位引向站外的设施应采取隔措施, 例如自来水管道与站外交界处, 为钢管敷设时, 需用一段10m长的PVC管进行隔离, 对外通信线路需要加装隔离变压器等, 这些都是施工队伍容易忽视的细节而造成漏做。

3.2.6 对于室内设备的接地, 要注意对照强制性标准、施工验收规范查看施工图有无不符合规范要求之处。如发现不符合现行施工规范要求或做法不妥, 选用的防雷接地材料不当时, 应及时要求整改。

3.2.7 严把材料质量关。防雷接地所用材料有角钢、圆钢、扁钢, 其中主控内容是:一是验材料三证;二是看材料规格;三是查在施工中是否使用设计和规范规定的镀锌材料。

3.2.8 对隐蔽在结构柱内的引上线的接地网, 按要求设置一条专用的Φ16mm圆钢作为专用接地引下线, 不能采用结构用钢筋代替。

3.2.9 对于等电位焊接以及设计注明要进行重复接地的部位, 如进户钢管的接地、卫生间等电位插座、等电位楼层部位都要认真核查。符合设计要求后, 才允许工程进入下道工序。

3.2.1 0 水平接地极在敷设前应将沟内碎石, 硬土清除, 沟内尽可能敷一层电阻率低碎土, 接地极敷设后, 首先用细软土回填, 夯实, 再回填其他泥土, 分层夯实, 以使接地体与大地接触良好。

3.2.1 1 电缆沟通长敷设一根Φ22mm接地线, 每隔约40m, 需有一处与接地网连接, 每一直线段须有三处与地网连接。

3.2.1 2 户外设备的基础钢筋, 管桩钢筋均应与主地网可靠连接, 充分利用自然接地体, 可以减小接地电阻, 均衡接地电阻。

3.2.1 3 接地深井施工时, 先用直径为200mm的钻孔钻深35m, 再插入Φ100mm热镀锌钢管至孔底100mm, 然后将降阻剂加压灌入孔内。

3.2.1 4 审查施工操作人员上岗证

防雷接地焊接始终伴随着施工的全过程, 焊接质量决定着工程质量。实践表明, 由于使用焊接技术不过关的人员进行防雷接地, 造成工程防雷接地不合格的情况时有发生, 故施工班组人员须持有上岗证。

3.3 按规范要求进行防雷接地工程施工质量验收

防雷接地工程作为一个子分部工程, 其分项工程在施工过程中应按检验批进行验收。验收时建立工序质量的“三检”制度:应由操作人员在自检合格的基础上, 进行工序之间的交接检验和专职质量人员的检查, 检查结果应有完整的记录, 再由监理工程师进行检查和确认, 并及时做好隐蔽验收。检验批的质量应按主控项目和一般项目进行验收, 分项工程检验批不符合质量标准要求时, 应及时进行处理, 直至合格。施工完后应及时进行接地电阻值的摇测。

加强对防雷接地关键部位和工序的质量控制, 针对施工中易出现质量通病的几个环节, 设置质量控制点, 制定质量预控措施, 保证防雷接地施工质量。

4 结束语

当前建筑市场大量使用农民工, 熟练工人流动性大, 责任心差。给施工单位管理带来许多困难, 往往是刚培养好一批熟练工人后, 又因待遇问题而流失。所以加强质量“三检”制度, 对于工程质量的保证至关重要。

施工中发现的问题是多种多样的。质检人员应加强对防雷接地新技术的学习掌握, 对防雷接地设计的不合理或欠缺之处要提出自己的建议, 熟悉防雷接地施工的安装与验收规范。同时, 应加强现场管理和沟通、协调工作, 避免质量通病的发生, 保证施工质量。

摘要：接地网作为变电站电力设备接地及防雷保护接地, 对变电站的安全运行起着重要的作用。本文主要讲述了在建变点站的接地设计的要求与施工单位在防雷接地系统施工中加强质量的管理的重要性。

关键词：接地,防雷,质量控制

参考文献

[1]陈潇.变电站防雷接地技术的探究, 高科技与产业化, 2010.5.

数据中心防雷知识与接地方法 篇5

1.雷电的产生

人们通常把发生闪电的云称为雷雨云,其实有几种云都与闪电有关,如层积云、雨层云、积云、积雨云，最重要的则是积雨云，一般专业书中讲的雷雨云就是指积雨云。

云的形成过程是空气中的水汽经由各种原因达到饱和或过饱和状态而发生凝结的过程。使空气中水汽达到饱和是形成云的一个必要条件,其主要方式有：(1)水汽含量不变，空气降温冷却;(2)温度不变，增加水汽含量;(3)既增加水汽含量，又降低温度。

但对云的形成来说，降温过程是最主要的过程。而降温冷却过程中又以上升运动而引起的降温冷却作用最为普遍。积雨云就是一种在强烈垂直对流过程中形成的云。由于地面吸收太阳的辐射热量远大于空气层，所以白天地面温度升高较多，夏日这种升温更为明显，所以近地面的大气的温度由于热传导和热辐射也跟着升高，气体温度升高必然膨胀，密度减小，压强也随着降低，根据力学原理它就要上升，上方的空气层密度相对说来就较大，就要下沉。热气流在上升过程中膨胀降压，同时与高空低温空气进行热交换，于是上升气团中的水汽凝结而出现雾滴，就形成了云。在强对流过程中，云中的雾滴进一步降温，变成过冷水滴、冰晶或雪花,并随高度逐渐增多。在冻结高度(-10摄氏度)，由于过冷水大量冻结而释放潜热，使云顶突然向上发展，达到对流层顶附近后向水平方向铺展，形成云砧，是积雨云的显著特征。

积雨云形成过程中，在大气电场以及温差起电效应、破碎起电效应的同时作用下，正负电荷分别在云的不同部位积聚。当电荷积聚到一定程度，就会在云与云之间或云与地之间发生放电，也就是人们平常所说的“闪电”。

雷电以其巨大的破坏力给人类、社会带来了惨重的灾难，尤其是近几年来，雷电灾害频繁发生，对国民经济造成的危害日趋严重。我们应当加强防雷意识，与气象部门积极合作，做好预防工作，将雷害损失降到最低限度。

2.雷电的破坏

雷电的破坏主要是由于云层间或云和大地之间以及云和空气间的电位差达到一定程度(25—30kV/cm)时，所发生的猛烈放电现象。

通常雷击有三种形式，直击雷、感应雷、球形雷。

直击雷是带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象。避雷针等装置可将“直击雷”产生的高电压、强电流迅速引入大地，消除雷击的影响，从而起到保护设施的作用。

感应雷是当直击雷发生以后，云层带电迅速消失，地面某些范围由于散流电阻大，出现局部高电压，或在直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压而发生闪击现象的二次雷。虽然在避雷针的保护范围内，物体可免遭直接雷击，但“感应雷”可在电力、通信、网络、卫星天线及有线电视等线缆上产生高压感应和电流“浪涌”，并通过导线引入配电间、机房、办公室和住宅等，使电源、通讯及电子设备不可避免地受到损害。因此，防止这些现代社会的雷害显得十分紧迫和必要。

3.电涌的来源

电涌可来自电气装置外部,也可来自电气装置内部,即来自电气装置内的电器设备。

来自外部的电涌：这种电涌由雷电或公用电网开关的投切引起，这两类有害的电源扰动都可扰乱计算机和微机信息处理系统的工作，引起停工或永久性设备损坏。

当云层上有电荷储蓄，云层下表面产生极性相反的等量电荷时，将引起雷电放电。其后的情况就像一个大电池组或一个大电容器的放电那样，云层和地面间的电荷电位高达若干百万伏。发生雷击时以若干千安设计的电流通过雷击放电，经过所有设备和大地返回云层，从而完成电的通路。不幸的是这个雷电通路常常取道重要或贵重的设备。电涌防护的关键概念是给雷电感应电流提供一个通向大地的短捷有效的通路。这样雷电涌流将从设备外分流。所示为设备处雷电流减少的情况。大的雷击电流值常被例举应用，其实它发生的可能性很小。

来自内部的电涌：来自内部的电涌是经常发生的，诸如来自空调机、空压机、电弧焊机、电泵、电梯、开关电源和其它一些感性负荷的电涌。例如一台20hp的感应电动机(线电压230V，4级，Y结线)在最大转矩时每相具有约39J的储存能量,当其标称方根值电流被截断时，它将产生瞬态过电压。它经常发生，和它自同一配电箱供电的其它负荷将因此易受损坏或工作失常。

雷电是导致电涌最明显的原因，雷电击中输电线路会导致巨大的经济损失。每一次电力公司切换负载而引起的电涌都会缩短各种计算机、通讯设备、仪器仪表和 PLC的寿命。另外，大型电机设备、电梯、发电机、空调、制冷设备等也会引发电涌。UPS 也可被电涌摧毁。

建筑物顶部的避雷针在直击雷时可将大部分的放电分流入地，避免建筑物的燃烧和爆炸。UPS 不间断电源是处理电压的严重下降。二者非常有用，但都不能保护计算机免受电涌的破坏，而且UPS本身集中很多微处理器，也可被电涌摧毁。25年之前，IBM发现电涌更为常见的来源是电力公司的电网开关和大型电力设备(如空调和电梯)。每天都有这样的电涌通过配电盘进入工作室破坏电子设备或缩短其寿命。因此，在美国几乎所有的有计算机或其它敏感电气设备的建筑都安装了电涌保护器。

4.电涌容易损坏的电气设备

含有微处理器的电气设备极易受到电涌的损坏，这包括计算机硬件和计算机的辅助设备、程序控制器、PLC、传真机、电话等;程控交换机、微波中继设备;家电行业的产品包括电视、音响、微波炉、录像机、洗衣机、烘干机和电冰箱等。美国的调查数据表明，在保修期内出现问题的电气产品中，有63%是由于电涌造成的。

5.电涌对计算机和其它敏感电气设备的危害

计算机技术发展至今，多层、超规模的集层芯片，电路密集，趋向是集成度更高、元器件间隙更小、导线更细。几年前，一平方厘米的计算机芯片有 2,000个晶体管而现在的奔腾机则超过10,000,000个。从而增加了计算机受电涌损坏的概率。由于计算机的设计和结构决定了它应在特定的电压范围内工作。当电涌超出计算机能承受的水平时，计算机将出现数据乱码，芯片被损坏，部件提前老化，这些症状包括：出乎预料的数据错误，接收/输送数据的失败，丢失文档，工作失常，经常需要维修,原因不明的故障和硬件问题等等。

雷电电涌远远超出了计算机和其它电气设备所能承受的水平，绝大多数情况下，造成计算机和其它电器设备的当即毁坏，或数据的永远丢失。即使是一个20马力的小型感应式发动机的启动或关闭也会产生3,000-5,000伏的电涌，使和它共用同一配电箱的计算机在每一次电涌中都会受到损坏或干扰，这种电涌的次数非常频繁。

CBEMA 计算机商业设备制造商协会制定了国际标准,该标准是IBM等计算机制造商们设计、制造计算机的依据。中国的行业标准规定：使用 220/380伏电力系统的计算机所能承受的过电压不高于2000伏。

美国广泛地应用计算机比中国早约20年，是通过惨痛的教训后才重视了对计算机的电涌防护。美国的银行、前 500强公司、防卫设施、金融保险系统、服务网络、电讯网络、石油化工厂等都装有电涌防护器。中国将是世界上最大的计算机消费市场。五年前的中国银行还未计算机化。随着计算机的普及，人们也认识到保护这种电子设备的重要性。我国于1998年颁布并实施了计算机信息系统防雷保安器的行业标准。

6.雷击保护的基本原则

欲使设备得到很好的保护，首先应对其所处的环境、受雷电影响的程度做出客观的估计，因它与出现过电压的幅值、概率、网络结构、设备抗电压能力、保护水平和接地等有关;防雷工作应作为一项系统工程来考虑，强调全面防护(包括建筑物、传输线路、设备和接地等)，综合治理，且要做到科学、可靠、实用和经济。针对感应雷瞬时能量较大的特点，根据IEC国际标准对能量逐级吸收的理论，及防护区间量级分类的原则，需要做多级防护。

7.雷电防护措施

采用避雷针、避雷带和避雷网等可防止和减少雷电对建筑物、人身和居室造成的危害。但已有大量事实证明：在安装了这些避雷装置的室内，计算机设备、通讯网络及微电子器件在雷击时，却仍然会遭受不同程度的损害。对此，科学家通过进一步的分析，已经找到了其中的原因所在。

避雷器的种类基本上分三大类型：

(1)电源避雷器：按电压的不同，分220V的单相电源避雷器和380V的三相电源避雷器(安装时主要是并联方式，也串联方式)。“电源防雷器”并接在电力线路上，可遏制瞬态过电压和泄放浪涌电流。从总进线到用电设备端通常配置分为三级，经过逐级限压和放电，逐步消除雷电能量，保证用电设备的安全。根据不同的需要可选用“可插拔模块型”、“端子接线式”和“移动插座式”等品种。

(2)信号型避雷器：多数用于计算机网络、通信系统上,安装的方式是串联。“信号防雷器”接入信号接口后，一方面能切断雷电进入设备的通路，另一方面能迅速对大地放电，确保信号设备的正常工作。信号防雷器具有多种规格，分别可用于电话、网络、模拟通信、数字通讯、有线电视及卫星天线等设备的防雷，各种设备的输入口特别是室外引入端，均应安装信号防雷器。

(3)天馈线避雷器：它适用于有发射机天线系统和接收无线电信号设备系统,连接方式也是串联。

选用防雷器要注意接口的形式和接地的可靠，重要场所应设置专用的接大地线，切不可将防雷接地线与避雷针接地线并接，且要尽量远离、分开入地，8.电视监控系统防雷接地方法

(1)电视监控系统应有良好的防雷接地，以保证人身安全以及防干扰和雷击。

(2)监控设备的工作接地电阻应小于4Ω,当监控系统采用综合接地网时,接地电阻应小于1Ω。

(3)防雷接地应采用专用接地干线。由监控控制室引入接地体,专用接地干线采用铜芯绝缘导线或电缆。接地线截面不应小于20mm2。

(4)监控系统的接地线不能与强电交流的地线以及电网零线短接或混接,接地线不能形成封闭回路。

(5)由控制室引到其他各监控设备的接地线,应选用铜芯绝缘软线, 截面积不应小于4mm2。

(6)监控系统一般可采用单点接地。

(7)监控系统中三芯电源插座的接地端，应与系统的接地端相连(保护地线)。

9.选用避雷器的注意事项

作为防感应雷工程的设计者，应选择一个技术先进的制造商，产品应具有详细的说明书、技术指标、产地、符合各方面的标准证书及销售许可证书等。具体事项有如下几点，仅供大家参考。

(1)设计是否有利于用户并且容易安装

理想的产品应该是一个小型、紧凑并且能够安装在现有的空间内，同时易于安装。

(2)一次能够处理的最大电流

最大电流(即峰流)是指一个电涌防护器的处理最大电流的能力。Bellcore实验室为了保护它高度计算机化的实验中心,进行了广泛的调研,确定了电涌防护器处理最大电流的能力和所需的技术参数，一个20千安的电涌防护器即可满足要求，起到防电涌、保护设备的作用。由此可见，在任何建筑物内的分支线供电箱处安装一个80千安的电涌防护器，便足以解决任何可能出现的电涌问题。对多雷击区的贵重电气设备，应在建筑物进口的交流配电箱处安装一个较大的防护器，型号从160千安到400千安。

(3)吸收能量的能力

电涌防护器吸收能量的能力以焦耳(joule)来衡量，焦耳值越高，电涌防护器的使用寿命越长。

(4)钳制电压的能力

也就是将过电压钳制到电器设备所能承受的安全范围之内的能力。计算机被设计在一定电压范围内使用，如果超出了这个范围就会导致计算机的损坏。因此电涌防护器必须把过电压钳制到安全水平,1998年6月1日开始实施的GA173-1998标准规定用于220/380 伏电力系统的计算机防雷保安器(电涌防护器)的钳制电压应小于或等于2000伏。

(5)符合国际和国家标准

电涌防护器应符合国际标准，包括UL1449、ANSI/IEEE、NEMA和IEC。在我国同样有相应的标准,公安部公共信息网络安全监察局要求：所有用于保护计算机的防雷保安器(本文中称为电涌防护器)，都必须根据GA173-1998的标准通过检测并获得销售许可证后，方可销售。

(6)产品的可靠性及客户单

了解客户单以及厂家从事产品生产的历史有助于了解厂家的信誉和其产品的可靠性。

(7)质量保证

变电站的防雷与接地 篇6

关键词：水电站；施工电气设备；防雷接地；保护措施

1 雷电危害及水电站防雷问题分析

1.1 雷电危害 通常情况下，水电站中的出线回路非常的多，室内进出电缆因在远处而可能会遭遇直击雷侵害，强大的雷电流就会以光速传回电源，经水电变电站逐渐衰减以后，就会到达电源控制装置。但此时的电压也可达到上千伏，因此很可能会对水电站施工电气设备产生毁灭性的影响。当水电站避雷针接闪设备吸收雷电时，直击雷防护引下线四周的瞬变磁场，将会促使周围的线缆因感应而产生强大的感应电流，传输到设备。

对于水电站而言，其存在配套监测信号系统，在感应雷的严重影响，整个系统会产生非常高的浪涌，这将对监测设备造成非常大的破坏或干扰。对于监测系统而言，室外线路可能会遭受到直击雷、或者感应雷的影响，巨大的电流通常会对上述线路终端所连接的低压设备产生毁灭性的侵害。实践中可以看到，当前微电子设备结构具有较高的集成度，电气设备自身抗浪涌能力也会随之降低，而且多数微电子器件体积非常的小，耐压性能非常的低，其通流量甚至以微安级计。由于这些特点的存在，使其在应用上存在着较大的优势，但同时也是其经不起雷电侵袭的最大桎梏。对于水电站施工电气设备而言，雷电对其造成的伤害不仅会对微电子器件自身产生直接性的影响，而且因其耗能非常的小、灵敏度非常的高，即便是很小的磁场脉冲或者电场脉冲都可能会对其正常工作产生严重的干扰。

1.2 水电站防雷中存在的主要问题分析 雷电危害对水电站施工电气设备的影响非常的严重，随着水电建设事业与防雷技术的发展，虽然防雷技术有了很大程度的提高，但实践中依然存在着一些问题，总结之，主要表现在以下几个方面：

第一，水电站部门缺乏防雷意识，而且具体防雷措施没有有效地落实到实处。据调查显示，当前国内多数水电站只顾着生产经营，对雷电危害缺乏足够的重视，即便制定了一些规章制度，但因雷电现象不经常发生而难以有效的落实到实处。实践中常见的问题有施工电气设备构架接地不可靠等。虽然在避雷针及避雷装置上架设和安装了一些通信线，但部分水电站却没有建设接地网，甚至有些输电线路进出线l至2千米段，在没有避雷线的情况下运行。第二，现用的防雷设施、装置保护效果非常的差。实践中可以看到，部分水电站内部所安装的避雷针保护范围难以满足要求，部分避雷针及避雷装置与水电站施工电气设备构架之间的距离明显不够，以致于水电站受避雷器的保护作用并不明显。同时，实践中还存在着水电站避雷装置未接引流线等现象，部分线路避雷线保护角过大、或者绝缘子因长期未维护而出现严重的污秽，难免会发生雷击绝缘子闪络问题。 第三，接地网设计相对比较简单。对于水电站而言，其接地网通常是指土壤中所埋的钢筋；部分接地网尚未形成闭合接地网，而且也没有充分地考虑到均压问题。因此，该种类型的接地形式通常只能在一定程度上降低工频接地电阻，但对于冲击接地电阻而言，却难以实现降租之效果。第四，接地施工质量问题。实践中可以看到，水電站接地焊接施工操作工艺不达标，而且接地线上的着色不准确；同时，部分接地钢并未采用热镀锌，该应用铜排的盘柜接却采用的是普通的钢筋代之；甚至有效水电站接地附埋深尚未达到0.6至0.8米，或者接地带存在着严重的外露现象。水电站中的微机监控因地形条件局限而导致接地网电阻值难以达到规范标准。

2 水电站施工电气设备防雷接地保护策略

基于以上对雷电危害和当前水电站施工电气设备防雷接地中存在着的主要问题分析，笔者认为要想保证水电站的安全运行，可从以下几个方面着手：

2.1 变电所防雷保护 首先，加强变电所内部结构的防雷作业。对于水电站建筑结构而言，其防雷操作主要是从顶部避雷带、建筑结构梁柱以及网状接闪器作为引下线，将钢筋混凝土地基视作接地体。在整个水电站建筑结构设计与实际施工过程中，应当充分考虑网状接闪器、接地体网络以及引下线电气连接方式，而且在设计施工过程中应当预留一定的位置，以便实现室内外电气设备接地网之间的有效连接。其次，室外电气设备防雷作业。实践中为防治室外电气设备遭受直击雷破坏，可安装适量的避雷针，对室外构架、变压设备中性点，也要加保护，全部电气设备引下线均应当通过焊接等方式，使之能够与变电所接地网之间有机地连接在一起。

2.2 接地保护措施 防雷接地系统是由接地体和连接线共同组成的一个接地网络，实践中因水电站所在的位置地理条件限制，因此接地网铺设面积通常要根据防雷总接地电阻值标准进行严格的铺设。具体操作过程中，因施工难度影响，部分水电站施工通常难以满足设计之要求。实践中，部分水电站设计过程中所采用的是一点接地方式，但从具体效果上来看，却发现有多个点接地，不仅不能起到一点接地作用，却因电位差导致水电站弱点电气设备可能会遭受过电压袭击。在水电站防雷系统检查过程中，因其存在着一些比较容易忽视的客观问题，比如接地铜排界面不符合要求等，如果价钱重视和采取保护措施，则可能会留下非常大的安全隐患问题。

2.3 低压电气设备保护 随着科技水平的不断提高，当前水电站逐渐实现了自动化，施工电气设备自身的耐压性却随之逐渐降低。对于现行的自动化设备而言，要实现防雷目的，首先应当注意低压配电设备的防雷设计，尤其要注意在低压电网进线端应当安装适量的低压避雷设备；将母线接到避雷器的一端，而另一端则连接在接地回路之上，雷击产生的过电压经避雷器后，会将电容器放电大量的吸收掉，从而减弱电压强度。实践中，可在低压开关盘柜的侧面适当地安装一些击穿保险器，并且还要在弱电设备直流电源、信号端，适当地安装一些浪涌电压保护元件。

参考文献：

[1] 顾艳君，钱志良，杨全超，于鑫淼，卢熊熊.一种新型超高压电动短路接

变电站的防雷与接地 篇7

一、分析变电站的防雷接地技术

1变电站的防雷接地技术

在变电站的防雷接地技术中, 根据作用方式的不同将其分为两种, 第一种是通过特定的防雷防护装置而将雷引入到接地网中来完成变电站防雷接地的保护工作;第二种是预防雷电的侵入, 但在本文中, 研究和分析的是第一种, 通过特定的防雷防护装置而将雷引入到接地网中。这里所使用的防雷防护装置是接闪器, 它可以对电流执行拦截和导引的作用, 具体的装置就是避雷线和避雷针。在一些小型的变电站中, 只需要使用避雷针就可以达到防雷的效果了, 但是在一些大型的变电站中, 不仅要在架构上安装一些避雷线或者是避雷针, 还要严格设置引流线的参数, 这样才能完成变电站的防雷工作。而接地线是连接在屏蔽设施和被保护对象之间的引线, 在变电站工作时期电阻要在1Ω以下, 它主要有主接地线、分接地线以及等电位连接板三种接地线。

2变电站防雷接地中的防腐蚀方法

根据上述的论述可知, 在变电站的防雷接地中, 面对的最大挑战就是腐蚀问题。首先, 从材料的角度出发, 如果将原来的材料碳钢替换成钢, 则会减少材料的腐蚀度, 但由于钢的价格非常昂贵, 使得变电站防雷接地中的防腐蚀技术再次失败。其次, 如果在接地网的材料表面涂上一层抗腐蚀的材料, 就会减少腐蚀, 但是这种方法需要耗费大量的时间和金钱。最后的一种防腐蚀技术则是本文论述的重点, 利用阴极电极保护技术, 该技术不仅投资小, 而且操作起来也非常简单, 下文就对该技术进行探讨和分析。

二、分析阴极电极保护技术

1原理

对于阴极电极保护技术的原理, 是对被保护的金属不断的补充电子, 避免在金属原子失去电子之后溶入到溶液里, 并出现负电位的现象, 而在变电站防雷接地中, 是利用阴极电极保护技术对接地网进行不断地补充电子, 进而形成一个大型的阴极, 这个过程就称为阴极电极保护。对不同阴极的保护根据实现的方法不同而分成了两种, 分别是外加电流法和牺牲阳极法。

所谓外加电流法, 是在阴极保护的同时将电源的负极和被保护的对象相连接, 使得其电位比周围环境的电位低, 进而形成阴极, 最后达到一个避免被保护的金属被腐蚀的目的。但这种阴极电极保护的方法主要用在土壤的电阻率很高的环境, 或者是大型的变电站中。具体的外加电流阴极电极保护的原理图如图1所示。

所谓牺牲阳极保护法, 它是与电位比被保护金属更低的金属相连, 然后将电子通过转移的方式转到被保护金属上, 形成牺牲阳极的阴极保护, 在实际的应用中, 主要用到的阳极金属主要是镁以及镁合金阳极, 和锌合金阳极。这种方法相对上一种方法来说比较方便, 并且还不需要外界的电源, 在运行时也不会有干扰的现象产生, 但这种方法还有一个缺点, 使用寿命相对较短, 只有3到5年的时间, 并且有时还会在阳极表面有一层硬壳产生, 该硬壳不仅不导电, 还会对电子的输出产生阻碍作用, 进而会导致整个保护以失败告终。

导致保护失败的主要原因有以下两种, 一是阳极所在地区的土壤电阻率较高;二是阳极的金属不满足所规定的要求。所以, 牺牲阳极保护法只适用于变电站的规模较小的情况或者是周围土壤的电阻率比100欧姆小的环境。具体的牺牲阳极保护法的原理图如图2所示。

2分析两种阴极电极保护技术在使用中所要注意的方面

在现实的防护中, 无论是外加电流保护法还是牺牲阳极保护法都需要特别注意的地方, 进而才能让整个的保护效果更完美。

在采用牺牲阳极保护法时, 首先要测定该环境周围的土壤电阻率以及在不同时间内的变化范围, 其次就要根据测出的电阻率来选择作为牺牲阳极的金属材料。下表是镁和锌阳极的性能表, 可以通过下表来选择阳极金属的材料, 但如果所测出土壤的电阻率大于100欧姆时, 建议不选择这种保护方法。

通过上表选完阳极的金属之后, 就到计算整体保护的面积以及阴极总电流的时候, 而这些计算的依据是根据变电站防雷接地网中的碳钢结构以及外形的尺寸。但对于计算总电流, 则还可以根据土壤腐蚀性所规定的最小电流计算。而阴极保护的电位可以根据接地网的自然腐蚀电位而决定, 将其左移250MV~300MV或者可以直接规定为-850MV, 对于电位的选择, 只要能将电流密度保证到最小, 则就可以不用考虑电位了。在上述所有理论值计算完之后, 就可以决定阳极的质量和个数等各种参数了, 最后才是确定用阴极电极保护技术来保护整个变电站防雷接地系统的安全性和可靠性。

三、阴极电极保护在变电站防雷接地中的施工

1施工需要注意的问题

首先, 对于牺牲阳极的材料, 在选择和设计时必须要符合国家规定的标准, 而且还需要专业的工司或人员来完成。

其次, 对于施工的方案和程序, 不仅要满足国家规定的标准, 还要符合专业的设计要求。

2两种保护技术的优缺点分析

对于牺牲阳极保护法, 优点是不需要外加电源就可以工作, 并且干扰小, 管理和维护都比较简单, 运行时电流的分布也比较均匀, 效率也高, 整个工程队伍的投资和总体的保护长度成正比;其缺点是必须有高质量的覆盖层, 保护的电流不能实现控制, 而且还不适用于较高的土壤电阻率环境中, 对于阳极的金属材料还必须要定期的更换才能完成。

对于外加电流保护法, 对外界环境的电阻率无影响, 所需要的覆盖物质量不用太高, 对大型的变电站和工程量较大的环境都适合, 输出的电流可以随意控制, 并且使用的寿命还较长, 不需要更换仍然可以继续再用。其缺点首先是需要外加电源才可以运行, 对周围金属建筑物的干扰也会产生较大的影响, 其次还需要定期的管理和维护。在实际的应用中, 可以根据变电站防雷接地的具体情况来选择适当的保护技术。

四、阴极电极保护在变电站防雷接地中的应用实例

无论是国内还是国外, 阴极电极保护在变电站防雷接地中的应用都受到了认可。例如, 在浙江省台州市, 110KV的海保变电站在2005年就将阴极电极保护技术应用到防雷接地中, 在2007年, 将第一批腐蚀试片挖出时, 却未发现有明显腐蚀的地方。而在一些沿海地区, 即使气候潮湿容易腐蚀, 但阴极电极保护在变电站防雷接地中也受到了应用, 例如1982年建立的内蒙古包头市的桥西变电站, 在未引进阴极电极保护技术之前, 需要经常维修, 并且还要填补接地网附近的腐蚀坑, 而2009年, 该变电站采用了阴极电极保护技术, 经过一年的使用之后, 挖出测试片进行分析时, 却发现测试片的腐蚀速度仅是未保护测试片的1/3, 抗腐蚀的效果非常明显。

结语

通过本文对阴极电极保护在变电站防雷接地中的作用, 我们可以总结出阴极电极保护技术不仅可以降低腐蚀速度, 同时还能为接地网提供稳定性, 最后达到接地网使用寿命延长的效果, 这为电力系统的正常运行提供了保证。

参考文献

[1]张建德, 刘铁.500kV双河变电站接地网阴极保护运行分析[J].湖北电力, 2011 (06) :57-58.

[2]张杨.对变电站防雷接地措施的探讨[J].大科技:科技天地, 2011 (24) :163-164.

浅谈变电站接地设计及防雷技术 篇8

1 变电站接地设计的必要性

接地是避雷技术最重要的环节, 不管是直击雷, 感应雷或其它形式的雷, 都将通过接地装置导入大地。因此, 没有合理而良好的接地装置, 就不能有效地防雷。从避雷的角度讲, 把接闪器与大地做良好的电气连接的装置称为接地装置。接地装置的作用是把雷电对接闪器闪击的电荷尽快地泄放到大地, 使其与大地的异种电荷中和。

变电站的接地网上连接着全站的高低压电气设备的接地线、低压用电系统接地、电缆屏蔽接地、通信、计算机监控系统设备接地, 以及变电站维护检修时的一些临时接地。如果接地电阻较大, 在发生电力系统接地故障或其他大电流入地时, 可能造成地电位异常升高;如果接地网的网格设计不合理, 则可能造成接地系统电位分布不均, 局部电位超过规定的安全值, 这会给运行人员的安全带来威胁, 还可能因反击对低压或二次设备以及电缆绝缘造成损坏, 使高压窜入控制保护系统、变电站监控和保护设备会发生误动、拒动, 酿成事故, 甚至是扩大事故, 由此带来巨大的经济损失和社会影响。

2 变电站接地设计原则

由于变电站各级电压母线接地故障电流越来越大, 在接地设计中要满足R≤2000/I是非常困难的。现行标准与原接地规程有一个很明显的区别是对接地电阻值不再规定要达到0.5Ω, 而是允许放宽到5Ω, 但这不是说一般情况下, 接地电阻都可以采用5Ω, 接地电阻放宽是有附加条件的, 即:防止转移电位引起的危害, 应采取各种隔离措施;考虑短路电流非周期分量的影响, 当接地网电位升高时, 3~10k V避雷器不应动作或动作后不应损坏, 应采取均压措施, 并验算接触电位差和跨步电位差是否满足要求, 施工后还应进行测量和绘制电位分布曲线。

3 变电站接地电阻的构成及降阻措施

3.1 接地引线电阻, 是指由接地体至设备接地母线间引线本身的电阻, 其阻值与引线的几何尺寸和材质有关。

3.2 接地体本身的电阻, 其电阻也与接地体的几何尺寸和材质有关。

3.3 接地体表面与土壤的接触电阻, 其阻值与土壤的性质、颗粒、含水量及土壤与接地体的接触面积及接触紧密程度有关。

3.4 从接地体开始向远处 (20米) 扩散电流所经过的路径土壤电阻, 即散流电阻。决定散流电阻的主要因素是土壤的含水量。

3.5 垂直接地体的最佳埋置深度是指能使散流电阻尽可能深而又易于达到的埋置深度。

决定垂直接地体的最佳深度, 应考虑到三维地网的因素, 所谓三维地网, 是指垂直接地体的埋置深度与接地网的等值半径处于同一数量级的接地网。

3.6 接地体的通常设计, 是用多根垂直接地体打入地中, 并以水平

接地体并联组成接地体组, 由于各单一接地体埋置的间距仅等于单一接地体长度的两倍左右, 此时电流流入各单一接地体时, 将受到相互的限制而妨碍电流的流散, 即等于增加各单一接地体的电阻, 这种影响电流流散的现象, 称为屏蔽作用。

3.7 化学降阻剂的应用, 化学降阻剂机理是, 在液态下从接地体向外侧土壤渗出, 若干分钟固化后起着散流电极的作用。

4 变电站接地电阻的测量

接地网电阻值的大小, 是判定接地网是否合格的重要部分, 而对接地网电阻的测量采用的方法及设备也直接影响测量的结果, 测量接地网电阻时, 其接地棒和辐助接地体有两种布置法。

对大型地网的电阻测量, 应采用电流电压测量法, 其接地棒, 辅助接地体的布置应采用三角形布置法, 并使辐助接地体的接地电阻不应大于10Ω。通过接地装置的电流应大于30A, 电源电压应为65~220V交流工频电压, 电压较低时测量较为安全, 电压表应采用高内阻的表计, 以减少该支路的分流作用。这种测量方法的优点是, 接地电阻不受测量范围的限制, 特别适用于110KV以上系统的接地网的接地电阻测量, 也适用于自动化系统接地电阻的测量, 其测量的结果准确可靠。

5 变电站防雷措施分类

防雷措施总体概括为两种: (1) 避免雷电波的进入; (2) 利用保护装置将雷电波引入接地网。

5.1 避雷针或避雷线

雷击只能通过拦截导引措施改变其入地路径。接闪器有避雷针、避雷线。小变电站大多采用独立避雷针, 大变电站大多在变电站架构上采用避雷针或避雷线, 或两者结合, 对引流线和接地装置都有严格的要求。

5.2 避雷器

避雷器能将侵入变电所的雷电波降低到电气装置绝缘强度允许值以内。我国主要是采用金属氧化物避雷器 (MOA) 。

5.3 浪涌抑制器

采用过压保护, 防雷端子等提高电气设备自身的防护能力, 防止电气设备、电子元件被击坏。当发生雷击事故时, 如电源防雷模块遭到损坏, 在后台监控机上就能显示其状态。在控制、通讯接口处加装浪涌抑制器。

5.4 接地线

接地线即接地体的外引线, 连接被保护或屏蔽设施的连线, 可设主接地线、等电位连接板和分接地线。防雷接地装置的接地线即防雷接闪装置的引下线, 可采用圆钢或扁钢, 两端按规定的搭接长度焊接达到电连接。变电站的防雷接地电阻值要求不大于1Ω。

6 变电站弱电设备防雷措施

6.1 采用多分支接地引下线, 使通过接地引下线的雷电流大大减小。

6.2 改善屏蔽, 如采用特殊的屏蔽材料甚至采用磁特性适当配合的双层屏蔽。

6.3 改进泄流系统的结构, 减小引下线对弱电设备的感应并使原有的屏蔽网能较好地发挥作用。

6.4 除电源入口处装设压敏电阻等限制过压的装置外, 在信号线接入处应使用光电耦合元件或设置具有适当参数的限压装置。

6.5 所有进出控制室的电缆均采用屏蔽电缆, 屏蔽层公用一个接地网。

6.6 在控制室及通讯室内敷设等电位, 所有电气设备的外壳均与等电位汇流排连接。

7 变电站直击雷的防雷措施

7.1 防止反击:设备的接地点尽量远离避雷针接地引线的入地点, 避雷针接地引下线尽量远离电气设备。

7.2 装设集中接地装置:上述接地应与总线地网连接, 并在连接下加装集中接地装置, 其工频接地电阻不大于10Ω。

7.3 主控室 (楼) 或网络控制楼及屋内配电装置直击雷的保护措施。

(1) 若有金属屋顶或屋顶有金属结构时, 将金属部分接地。 (2) 若屋顶为钢筋混凝土结构, 应将其钢筋焊接成网接地。 (3) 若结构为非导电的屋顶时, 采用避雷保护, 该避雷带的网络为8~10m设引下线接地。

8 结束语

接地网的设计, 要根据区域的地质条件, 采取不同的降阻措施, 以最高性能价格比来设计其接地网, 同时应采用新技术和新材料。接地技术是一门多学科的综合技术, 故在今后的工作中去研究, 在实践中不断探索, 以使其更加趋于完善。根据变电站防雷设计的整体性、结构性、层次性、目的性, 及整个变电站的周围环境、地理位置、土质条件以及设备性能和用途, 采取相应雷电防护措施, 保证变电站设备的安全稳定运行。

参考文献

[1]何金良, 高延庆.电力系统接地技术研究进展[J].电力建设.2004.[1]何金良, 高延庆.电力系统接地技术研究进展[J].电力建设.2004.

变电站的防雷与接地 篇9

由于弱电设备内部还有的电力电子器件及各类集成芯片, 且绝缘强度、耐压水平都很低, 如果综合防雷接地系统设置不完善, 遭受雷击时会给弱电设备带来巨大的破坏效应;此外, 炼油厂变电站通常布置在地域广、地形空旷等区域, 非常容易遭受雷电的光顾和干扰。以往在炼油厂变电站防雷接地系统设计和施工中弱电设备的综合防雷接地问题不是很重视, 导致弱电系统中存在许多防雷薄弱环节, 使得弱电设备经常发生雷击的事故, 造成了炼油厂变电设备不能安全可靠的运行, 甚至导致整个供配电系统的瘫痪, 严重影响炼油设备的经济运行常。因此, 对提高变电所综合防雷接地系统对提高炼油企业市场竞争力有巨大的实际意义。

1 雷电对变电设备的危害

雷电是一种危害性极大常发的自然现象之一, 大气中的热空气与冷空气在不断摩擦过程中就会形成带有不同极性和容量电荷云团, 当云团中的电荷数量达到一定值时, 不同的电荷组成的带电云团, 以及带电云团与地之间就会形成一个强大的感应电场, 造成不同带电云团间以及云团对地发生强烈的放电效应, 形成高电压和大电流的雷电, 如果变电站被雷电击中, 就会导致变配电设备的损害和烧毁, 因此, 雷电已经被国际电工委员会列为影响电气设备安全运行的最大公害之一, 必须采取严格的防治补偿措施[3]。

变电站雷击事故主要导致弱电设备受损, 巨大的电位差将造成电气设备出现烧毁、绝缘过热失效等现象;强大的干扰会影响电气弱电设备的安全可靠运行。

2 防雷保护措施

变电站综合防雷措施大致可以分为直击雷防护和感应雷 (雷电入侵波) 防护两大类, 且主要防雷措施的设计机理是根据雷击类型、雷电频率、电流强度以及被保护设施的防雷等级、运行特性等因素设计合理的雷电综合保护补偿措施。

2.1 直击雷防护

对于变电站直击雷防护设计中, 通过采用避雷针、避雷带以及避雷线等相互配合, 作为雷电接闪器, 然后通过接地引下线把雷电流接将强大的雷电流安全泄入大地中。对于直击雷最好的防护措施就是通过拦截物体改变雷电的入侵路径, 按照预选设计的通道, 将雷电引入大地。利用避雷针、避雷作为雷电接闪器将雷电引入大地中。在炼油领域, 小变电所通常采用独立避雷针作为雷电防护措施;而对于大变电所而言需要在变电所系统架构上架设避雷针或避雷线结合系统, 将雷电流引入大地中。

2.2 感应雷防护

在变电所防雷接地系统设计中, 感应雷是不仅是一个重点, 而且是一个难点。感应雷由于其进行变电站内部的途径较多, 而且特性参数复杂多变, 可以通过架空线缆、通信载波回路等路径侵入变电站中控设备房内。

2.2.1 避雷器

变电所通过在主接线中架设避雷器可以将通过架空线缆侵入变电所的雷电波进行有效的抑制, 保证雷电波的强度地域电气设备的系统绝缘强度允许值范围以内。金属氧化物避雷器是我国最为常用的一种避雷器, 在变配电系统中发挥优良的作用。

2.2.2 弱电系统电源防护

变电站中有较多的二次继电保护设备, 弱电设备在正常工作中所需的动力电源, 是通过电源逆变系统将厂用电源转换为二次继电保护设备所需的直流电源, 为了防止感应雷通过所用电电缆进入二次设备内部, 对电力电子器件及集成芯片进行冲击, 通常在设计中会在逆变器前端加装隔离变压器, 并在其进出电源两端分别加装电涌保护器 (简称:SPD) 。二次设备中的电子元件整体耐压水平通常在额定电压的两倍左右, 雷击瞬时电压降直接击穿这些设备当发生雷击瞬时电压时, 若安装了电涌保护器后, 就会将雷击感应电压有效控制在700V以下, 将雷击浪涌电压限制到二次设备元件安全运行的电压范围以内。

3 接地系统

在变电站综合防雷系统中, 无论是直击雷还是感应雷防护设计中, 都需要有一个良好的雷电流泄入大地的接地系统[4]。

3.1 保护接地

当变电站建筑物被雷电击中后, 被击中的建筑物内部电气设备就可能受到雷电直击瞬时过电压以及感应过电流的冲击而损害。为了保证雷电直接击中变电站建筑物后, 雷电能量能够按照预设的路径安全可靠的泄入大地中, 就需要将变电站建筑物、中控室内的电气设备、进出口电源、载波通信等系统进行有效防雷金属网连接, 变电站综控室典型的防雷接地布线图如图1所示。

3.2 工作接地

变电所内部用电是通过外部变压器提供的, 由于配电变压器占地面积大, 通常安装在室外, 与供配电电网直接连接。当架空线路发生雷击时, 雷电流就可以沿着架空线缆以感应电流方式流入变电站内部, 为了保证变电站中变压器及配电设备的整体安全, 变电所采用变压器中性点直接接地的运行方式, 同时可以通过变压器中性点向变电所提供可靠工作零线, 向变电所内部其他电气设备提供交流220V的相电压, 同时当线路发生雷击事故时, 可以通过变压器保护系统跳闸保护, 保障变电所内电气设备的整体安全。

3.3 等电位接地

变电站二次系统的工作电源通常采用直流逆变系统, 将所用电转换为弱电系统直流电源。当所用电电源发生波动现象时, 直流逆变系统就会给二次设备带来巨大的干扰, 严重时会使继电保护装置误动或拒动, 严重影响系统的整体供电效应。弱电系统的等电位接地可以保证所有电子器件及芯片工作在同电位的直流系统中, 有效抑制所用电的波动对弱电系统的干扰[5]。

4 抗干扰屏蔽技术

变电站内部通常采用微机作为继电保护的核心, 微机设备由于集成程度的不断提高, 设备间以及外部干扰的防护越来越重要。通常采用屏蔽电缆作为各类信号的传输媒介, 同时微机通信系统采用一个同一接地系统, 保证了数据信号在传输过程中具有统一的电位参照点, 防止信号在数字转换、传输过程中出现畸变现象, 有效地衰减了元件间带来相互电磁干扰, 增强了系统数据处理速率和准确性。在变电站内部通常采用联合接地系统, 作为微机继电保护设备高效工作的中心保障措施。为了各类数据信号的统一, 在微机控制屏、监控主机、信号反馈屏及控制室等设施的所有独立接地系统相互结合形成一个联合接地系统, 并采用不少于两处的金属4×40mm扁钢带作为重复接地体。

5 结束语

炼油厂变电所是炼油厂动力提供的核心, 受到环境的影响, 也是最易遭受雷电光顾的对象。通过科学合理的变电所综合防雷接地系统设计, 可以有效抑制雷电对变电所的危害, 提高供配电设备整体的运行可靠性, 促进炼油厂变电所的综合自动化水平的提高。

摘要：在对雷击变电站可能发生的干扰和危害, 以及防雷接地系统的一些基本概念进行分析研究后, 对炼油厂变电站综合防雷接地系统在实践运行中存在的常见问题进行了探讨, 并结合自我实践工作经验提出了相关改进控制措施, 保障变电站安全可靠运行。

关键词：炼油厂变电站,综合防雷,接地系统

参考文献

[1]郭火庆, 邱水平.110KV变电站防雷接地常见问题和对策[J].湖北电力, 2003, 27 (01) :48-49.

[2]张晓波.变电站的防雷接地技术[J].电工技术, 2004, (01) :19-20.

[3]靳萍.变电站的防雷接地与应对方法[J].山西师范大学学报 (自然科学版) 研究生论文专刊, 2008, 22 (03) :32-34.

[4]广润.电力系统过电压[M].北京:水利电力出版, 1985.

变电站电气设备防雷接地技术探讨 篇10

变电站(Substation)是电力系统中把一些设备组装起来,用于变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施。在电力系统中,变电站是输电和配电的集结点。变电站的设备有变压器、开闭电路的开关设备、汇集电流的母线、计量和控制用互感器、仪表、继电保护装置、防雷保护装置、调度通信装置等,有的变电站还有无功补偿设备。近年来,随着我国电力需求日趋增多,电力事业得到快速发展。变电站作为电力系统中的重要组成部分,若变电站的电气设备由于遭受直击雷或雷电感应,则会引起过电压,对变电站的电气设备和建筑物产生严重的危害。同时,变电站一旦遭受雷击,将面临停电的危险,严重影响生产和人民群众的生活。除此以外,在日常的工作中变电站防雷接地工作存在的问题也越来越多地出现,严重威胁了人身和设备的安全。因此,变电站电气设备防雷接地设施的要求也越来越严格。

2 变电站常用防雷接地的方法

雷电是雷云层中有电荷积累并形成极性,当电荷积聚到一定程度,就会在云和云之间及云和大地之间产生放电,迸发出光和声的现象。带电雷云在接近大地时,地面感应出相反电荷,当地面有物体突出时,雷云对突出的物体进行尖端放电,形成雷击现象;若突出物体与地面间的电阻过大,则会对突出物体造成严重的损害。变电站电气设备在正常情况下是处在电网的额定电压下的,但在遭雷击的情况下,电气设备会瞬间大大超过额定电压,造成设备严重损坏,并间接对与之相连接的设备造成损坏。通常情况下,变电站雷击有两种情况:一是雷电直击于变电站的设备上;二是架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电站。变电站的防雷方法有变电站避雷针、架空地线等,这些措施能起到较好的引雷效果。但是,要想获得更好的防雷效果,需要把防雷和接地结合起来,才能更好地保护变电站的电气设备。因此,针对变电站的特点,防雷措施整体可以分为以下几类:一是避免雷击电波的进入;二是利用保护网将大部分的雷电流直接接闪并引入地下泄散;三是将沿信号线、电源线及数据线引入的过电压波阻塞;四是限制被保护设备上浪涌过压幅值。变电站的防雷和接地问题不仅非常复杂,而且至关重要不可或缺,它的好与坏直接影响着电气系统的人身和设备的安全。

3 折线法和滚球法确定避雷针保护范围的安全性分析

目前世界各国关于避雷针保护范围的计算公式在形式上各有不同,大体上有如下几种计算方法:一是折线法,即单一避雷针的保护范围为一折线圆锥体;二是滚球法,即设想一个半径为r的球围绕避雷针两侧滚动,被球体和球面接触的地方为可能被雷电击中的地方,未能触及的地方为保护区域。

3.1 折线法

以单支避雷针为例,单支避雷针的保护范围如同一顶草帽,保护空间有2个圆锥形组成,如图1所示。

在圆锥形内,圆锥高度(避雷针高度)为h,被保护物体的高度为hx,可保护范围半径为rx,3者之间的关系如下:

当0≤hx≤h/2时,

当h/2

上述公式中,P为避雷针高度的影响系数,当h≤30 m时,p=1;当大于120 m时,取h值等于120。

3.2 滚球法

滚球法是目前国际上用电气几何法确定避雷针保护范围比较简单及容易实现的方法。以r为滚球的半径,球体围绕避雷针两侧滚动,被球体和球面接触的地方为可能被雷电击中的地方,球体与避雷针之间未能触及的地方为保护区域或可能被雷击但损坏不大的区域。

假设避雷针的高度为h,建筑物的高度为hx,被保护的范围为rx,根据建筑物和被保护范围的函数关系,有:

根据《建筑物防雷设计规范》(GB 50057—2010)的标准,滚球半径可取值为30 m、45 m、60 m。滚球法确定的避雷针空间如图2所示。

3.3 2种方法保护范围比较

变电站的高压侧线路和建筑物要求最低保护高度为10 m,变压器的高度为4 m,根据不同的避雷针高度,代入公式(1)、(2)和(3)可得到单支避雷针采用折线法和滚球法的保护范围(见表1、表2)。

(单位:m)

(单位:m)

根据《建筑物防雷设计规范》(GB 50057-2010)的标准,变电站属于第二类建筑物,因此滚球的半径取45 m,对比表1和表2,可以看出,避雷针高度在15 m时,两者的保护范围相差不大,随着高度的增加,差距开始越来越大。当避雷针高度到30 m时,差距达55%,因此,采取何种方法计算避雷针保护范围,需要根据实际情况进行具体分析。变电站的设备基本分布在室外,分散布置着高低压设备,由于折线法和滚球法的保护方式和计算方法存在着较大的差异,采用滚球法很难兼顾所有的设备和房屋,只能保护重点设备,而采用折线法不仅可以保护全部设备、房屋和路线,而且方便设计变电站的防雷总平面图。因此,变电站电气设备应采用折线法布置防雷装置。

4 防雷保护与接地的配合

目前,防雷设计的主流是设计一条低阻抗的通道,把闪电放电电流传到大地中去,让其能量耗散到大地中去。因此除采用避雷针、避雷器和避雷线以外,还需要和接地装置结合起来,以便把雷电电流更好地导入到大地中。

当前,防雷装置有避雷针、避雷线、避雷带、避雷网、避雷器、接闪器、保护间隙、电涌保护器、防雷端子、浪涌抑制器等。接地装置是完成系统、设备接地功能的材料和设备的总称,包括接地母排、接地线和接地极等。接地装置有普通钢管接地、钢筋接地、角钢接地、铜裹钢接地、接地网、复合接地装置、防腐离子接地装置等,表征接地装置的重要参数之一是接地电阻。

变电站的防雷接地保护,需要把多个避雷装置如避雷针、避雷线、接闪器、电涌保护器和接地装置的接地线与接地网进行配合使用,把可能对变电站造成损害的雷电电流通过避雷装置接引到接地装置,最后流到大地中。

5 电气设备接地的设计要求及步骤

变电站的电气设备接地极设置要综合考虑防雷接地、系统接地和保护接地的需要。变电站应采用水平接地极为主、外缘闭合的复合接地网的等电位连接,这样可以使得变电站电气设备接地线附近的地面的电位合理分布,降低对人身可能造成伤害的接触电压和跨步电压。

因此,在地网设计时应遵循以下原则:一是尽量采用建筑物地基的钢筋和自然金属接地物统一连接作为接地网;二是尽量以自然接地物为基础,辅以人工接地体补充,外形尽可能采用闭合环形;三是应采用统一接地网,用一点接地的方式接地。

5.1 接地线的选用

接地线的选用需要考虑材料的阻抗和横截面积,除此之外,还需要根据变电站的土壤环境考虑材料的防腐及成本造价问题。因此,当变电站的土壤环境是低腐蚀性土壤时,可以采用造价较低的热镀锌钢材或铜包裹的钢材;当变电站的土壤环境是高腐蚀性土壤时,可以采用耐腐蚀、造价较高的非金属材料,如机械压模成型的石墨等。

5.2 接地网的布置

根据《交流电气设计的接地设计规范》(GB 50065—2011)接地电阻的要求,接地网的接地电阻应符合公式(4)的要求,且保护接地接至变电站接地网的站用变压器的低压应采用TN系统,低压电气装置应采用(含建筑物钢筋的)保护总等电位联结系统[1]:

公式(4)中,R为考虑季节变化的最大接地电阻(Ω),IG为计算用流经接地装置的入地短路电流最大有效值(A)。

接地网的效果取决于地网与大地之间的电阻,而影响土壤电阻率重要的因素有湿度和温度。实践表明,当土壤含水量增加时,电阻率就会急剧下降;当土壤含水量增加到20%～25%时,土壤电阻率将保持稳定。通过实验可知,土壤的电阻率和温度成反比关系。土壤的电阻率在0℃有一个跳跃点,出现一个突然的变化。当温度由0℃向0℃变化时,土壤的电阻率突然增大很多,当温度继续下降时,电阻率出现十分明显的增大;而温度从0℃上升时,电阻率仅平稳地下降。除此以外,土壤电阻率还与土壤的结构(如黑土、黏土和沙土等)、土质的紧密度以及土壤中含有可溶性的电解质有关。因此,接地网的布置要考虑土壤的湿度、温度及土壤的结构,应选择湿度大、温度适宜的地方铺设接地网。若变电站附近土壤电阻率大,则需要加入降阻剂或填充电阻率较低、不会加速接地极腐蚀的物质。

6 结语

变电站作为电力系统中的重要组成部分,防雷接地措施是否落实到位,关系到电力系统能否平稳地运行。因此,根据变电站电气设备分布的实际情况,选用折线法设计变电站的防雷平面图,把防雷装置和接地装置有效结合起来,保障变电站的正常运行,有效地促进我国电力事业的快速发展。

摘要：近年来,随着我国电力需求日趋增多,电力事业得到快速发展。变电站作为电力系统中的重要组成部分,防雷接地措施是否落实到位,关系到电力系统能否平稳地运行。文章对变电站电气设备防雷接地技术进行探讨,提出变电站防雷接地的对应方法。

关键词：防雷装置,折线法,滚球法,接地

参考文献

[1]GB 50065-2011,交流电气装置的接地设计规范[S].

[2]GB 50057-2010,建筑物防雷设计规范[S].

[3]陈玉斌,杜长泉.浅析变电站接地装置设计[J].人民珠江,2009(6).

[4]都祉,窦卫东.新型复合接地装置在变电站防雷接地中的应用[J].科技传播,2011(11):162-164.

[5]王君.浅议防雷接地装置[J].黑龙江科技信息,2013(25).

变电站的防雷与接地 篇11

关键词：变电站；直流系统；接地原因；处理

中图分类号：TM732 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）20-0105-01

前言：变电站通常都有直流和交流两套电源系统，交流电源维持电力系统的正常运行，而直流系统则为监控、通讯、事故照明等装置提供应急电源，可以说直流系统的稳定性和可靠性直接影响着设备运行的安全。通常情况下，直流系统是绝缘系统，并不会接地。但是由于各种原因，其在运行过程中可能出现接地现象，影响电力系统的整体安全，因此，需要电力工作人员的重视。

1 变电站直流系统接地的危害

由于各种因素的影响，要想完全避免直流系统的接地是不可能的，因此接地现象在变电站的直流系统中时有发生。一般来说，直流系统的接地分为正极接地和负极接地两种情况，而如果出现接地现象且为一点接地时，其实并不会对系统造成影响，系统可以正常运行。但是需要注意的是，如果不能及时对接地点进行查找和处理，在一点接地的基础上再次发生接地现象，就很可能导致信号装置、继电保护装置、监控装置等的误动或拒动，造成直流电源短路，导致熔断器熔断，使得设备失去操作电源，进而引发严重的电力系统故障。因此，需要对直流系统加强在线实时监测，一旦发现接地现象必须及时进行处理，避免引发相应的事故，造成损失。

2 变电站直流系统接地的原因

①天气原因。在雨季，长时间的下雨会导致直流系统的户外设备密封性下降，雨水沿缝隙进入设备中，会使得设备的外壳与接线桩头相互连接，引发接地现象。例如，一般情况下，如果户外电力线出现破损，但是较为轻微，会使用绝缘胶带将破损处缠绕以避免漏电，在梅雨季节，这样的部位十分容易受到影响，从而引发直流接地。

②生物破坏。指由于动物或植物原因造成设备损坏，从而使得绝缘性能下降，引发直流接地。例如，部分系统户外设备位于山林地区，容易受到藤蔓类植物的依附，很可能造成设备的损坏；又或者由于密封性问题，导致昆虫进入设备内部，使得设备的接线端子与外壳相连，引发接地；也可能是老鼠等动物将电线的绝缘外皮咬破，从而引发接地。

③设备故障。这里所说的设备故障，是指由于长时间的使用或者磨损导致的设备绝缘老化、破损等，如果没有及时进行处理，就很容易引发直流接地现象。

④操作故障。在对设备进行安装和维护的过程中，如果工作人员不够认真细心，可能导致相应的操作故障，进而引发接地。例如，在对断路器进行安装时，如果固定螺丝没有拧紧，在使用过程中，接线头容易在断路器的开合过程中从接线端子中滑出，搭在导电元件上，就容易出现接地。还有，在进行接线时，如果没有充分了解接线位置，将线路接错或者搭接在铁件上，都可能引起接地。

⑤技术因素。部分电力施工人员受自身专业技能的限制，在施工中不能完全按照相应的标准和规范进行，使得施工的质量难以保证，进而在使用过程中出现接地现象。

3 变电站直流系统接地的处理措施

变电站直流系统一旦发生接地现象，会到系统的稳定和安全造成巨大的威胁，影响整个电力系统的正常运行，因此，必须引起电力工作人员的重视。为了可以及时发现接地点，保证处理的及时性和准确性，需要在直流系统中设置相应的绝缘监测装置，对系统进行实时监测，一旦发现接地现象可以立即向工作人员发出警报。工作人员在对其进行处理时，需要结合实际情况，选择恰当的处理方式，例如，分析接地的种类、程度可能存在的位置等，从而保证处理的有序进行。

3.1 对接地点的寻找

①分网法。主要是针对直流系统中两段或更多的母线并列运行的情况，采用分网法，断开并列母线的分段闸刀，从而对接地故障的位置进行逐一分析，不断缩小查找范围，最终确定接地位置。

②断电法。在运用断电法对接地位置进行查找时，其基本前提在于直流母线可以允许短暂停停电，不会对系统的运行造成影响。基本操作方法是针对某个回路，将闸刀拉开，如果检测到的接地信号消失，且各极的对地电压恢复正常，则说明接地位置处于该回路上。之后，针对该回路按照先次后主的顺序，逐一断开分支回路的开关或者熔断器，从而对接地位置进行精确定位。

③负荷转移法。负荷转移法是指针对不允许短暂断电的重要直流符合，可以采取适当的方法，对其负荷进行转移，从而查找接地点。

④系统分析法。如果需要在电容补偿装置运行的状态下，对直流系统的接地现象进行查找，可以针对整个直流系统进行全面分析，逐步排查。例如，假设需要对带有补偿电容的控制回路进行接地判断，必须将存在公共负极的补偿控制回路全部断开，避免由于电容器上的残余电压而导致的无判断。这种方法虽然可以对接地位置进行较为精准的定位，但是工作量较大，流程繁琐，通常只应用于较为复杂和特殊的情况。

同时，需要注意的是，虽然可以使用切断电源的方法对接地位置进行查找，但是一般情况下，直流回路电源断开的时间不能超过3 s，避免影响系统的正常运行。但是，如果是集成电路和微机保护的直流电源，一旦断电，必须等待10 s后才能送电。即使线路中存在接地现象，也必须先将闸刀合上之后，才能思考处理措施。

3.2 相关仪器的应用

由于科学技术的发展和进步，新的设备不断涌现，传统对于直流系统接地的查找方法已经逐渐无法适应电力运行安全性和稳定性的要求。同时，随着变电站规模的不断增大，系统的二次回路不断增加，本身就存在大量的安全隐患，如果采用断电查找的方法，也许会引发更加严重的事故。因此，可以利用先进的仪器设备，对直流系统的接地位置进行确定。例如，ZJDT—TOP5Q便携式直流系统接地故障定位装置是较为常用的接地检测装置，其基本工作流程如下：

首先，在蓄电池的输出端的正负极位置，连接定位装置的信号发生器，同时确保发生器与地线相连。之后，将钳表钳在直流系统的空气开关出口线上，对接地情况进行检测。如果显示接地，则可以分别对不同的回路进行检测，直到最终确定接地位置。其次，可以在直流系统的电缆出口处，对每条电缆进行分别检测，进而对接地位置进行定位，及时发现接地点并进行处理。

4 结 语

综上所述，变电站直流系统对于整个电力系统的作用是十分巨大的，而如果出现接地现象，会严重影响直流系统的运行，对电力系统的安全和稳定造成危害。因此，工作人员必须对接地的位置进行快速寻找，并及时进行处理。

参考文献：

[1] 樊博.变电站直流系统接地处理方法[J].中国新技术新产品，2011，（21）.

[2] 胡芸，卜志荣.变电站直流系统接地的原因及处理[J].技术与市场，2011，（12）.

某矿变电所二次防雷接地研究 篇12

雷击或雷电感应有可能引起煤矿变电所设备损坏, 甚至会造成全矿井停电, 威胁矿井的安全生产及人员安全。目前, 煤矿变电所一次系统的防雷措施已经做得相当完善, 但对于二次弱电系统的防雷却显得很薄弱, 经常发生各种因雷电造成的弱电设备遭受破坏的事例[1]。可靠的接地能有效地减弱雷电过电压对二次设备的危害。

1 雷电入侵二次系统的主要途径

雷电入侵二次系统的主要途径有:通过电源线路入侵, 包括交流配电线路引入雷电过电压和直流二次电缆引入雷电过电压;通过通信线路入侵;雷电电磁场;地电位反击。

对于电力系统来讲, 如果采用共用接地方式, 不存在地与地之间的反击。但地电位因雷击抬高时, 使得设备接地线与其他外接线产生电位差, 这种电位差很可能会损害设备。地电位反击比较常见的有两种形式:一种是当雷电流传入大地时, 接地电阻会产生压降, 把地电位抬高, 进而反向击穿设备;另一种是一个地网与另一个地网如果没有离开足够的距离, 其中一个地网只要接触了雷电流, 就会成为高电位的一方, 从而使另一个没有接触雷电流的地网受到反击。

2 变电站二次防雷接地分析

2.1 二次回路接地

二次回路接地是一个重要的问题, 其接地的可靠与否至关重要。要实现二次回路的可靠接地, 有如下要求:对于共用电压互感器的二次回路, 要求在控制室内有一点接地。电压互感器的中性线不能接有可能断开的开关或熔断器等, 以保证接地的可靠;对于共用电流互感器二次绕组的二次回路需在相应保护柜屏内一点接地;微机型继电保护装置柜屏内的交流供电电源的中性线不应接入等电位接地网。

2.2 等电位连接可靠接地

为了彻底消除雷电流引起的电位差, 应在不同的防雷区域的界面上进行等电位连接。对于能直连的金属物就采用直连的方法, 不能直连的如信号线、不能直接接入共用接地系统的金属管道等, 需采用不同防护等级的防雷器件, 实施等电位连接。各个局部等电位母排互相连接, 之后都与主等电位母排连接。

2.3 屏蔽电缆接地

为实现屏蔽电缆的可靠接地, 一般采用一端接地方式和两端接地方式。其中两端接地方式应采用严格的等电位连接方式, 目的是为了将屏蔽电缆两接地端的电位差控制在安全范围。

3 两种接地布线方式的防雷效果研究

3.1 两种接地布线方式简介

(1) 共网共母线接地方式:电子设备系统各种不同性质的接地, 包括保护地、信号地等先汇聚到一条母线上, 再沿此接地母线接至变电站接地网的接地布线方式, 称为共网共母线接地方式[2]。

(2) 共网不共母线接地方式:电子设备系统各种不同性质的接地线沿不同接地母线接至接地网的接地布线方式, 称为共网不共母线接地方式。

3.2 共网共母线接地布线方式的ATP仿真

假定AM为防雷接地, BN为其他性质的接地, 当雷电流进入AM接地时, 雷电流会通过公共接地母线进入接地网, 同时在线路BN上产生一定的反击电压。

在仿真中作以下要求: (1) 只考虑影响最大的线路, 不考虑对其他线路的影响。 (2) 由于需要考察的是冲击电流响应, 雷电流主要以波的形式在线路上传播, 因此仿真模型应采用能准确描述冲击波在导体上传播的波阻抗模型。

共网共母线接地布线方式的ATPDraw仿真电路如图1所示。

用幅值为10 A, 波形为8/20μs的冲击电流注入A点, 通过仿真计算, 在B点得到的反击电压波形如图2所示 (横坐标表示时间, 纵坐标表示反击电压) 。

由图2共网共母线B点仿真电压波形可知, 采用共网共母线接地布线方式时, 10 A, 8/20μs的冲击电流下, 在B点的反击电压幅值能达到500 V左右。

3.3 共网不共母线接地布线方式的ATP仿真

共网不共母线接地布线方式的ATPDraw仿真电路如图3所示。

通过仿真计算, 在B点得到的反击电压波形如图4所示。

通过图4可知, 当采用共网不共母线接地布线方式时, 同样的冲击电流, 在B点的反击电压幅值在250 V以下。通过两种接地布线方式的仿真可以看出, 共网不共母线接地布线方式产生的反击电压值远远小于共网共母线接地布线方式, 共网不共母线接地布线方式能更好地控制反击电压, 反击电压比共网共母线接地方式小的很多。

4 结论

雷电通过电源线路、通信线路、雷电电磁场、地电位反击等方式侵入煤矿变电所二次系统, 并对二次系统造成不同程度的危害, 通过接地措施能有效地减弱雷电危害。

二次系统采用共网不共母线接地布线方式较采用共网共母线接地布线时反击产生的瞬时传导电压小, 更有利于电子设备的保护和雷电能量的泄放, 大大降低了电子设备遭受雷击损坏的概率。

参考文献

[1]陈家斌, 高小飞.电气设备防雷与接地实用技术[M].北京:中国水利水电出版社, 2010