变电站防雷（共11篇）
变电站防雷 篇1
1 变电站防雷措施
1.1 直击雷保护
装设避雷针是直击雷防护的主要措施。避雷针是保护电气设备、建筑物不受直接雷击的雷电接受器, 它将雷电吸引到自己的身上, 并安全导入地下, 从而保护了附近绝缘水平比它低的设备免遭雷击。
1.2 雷电侵入波防护
变电站对雷电侵入波防护的主要措施是在其进线上装设阀型避雷器。目前, FS系列阀型避雷器为火花间隙和非线性电阻, 主要用来保护小容量的配电装置;SFZ系列阀型避雷器主要用来保护中等及大容量变电站的电气设备;FCZ1系列磁吹阀型避雷器主要用来保护变电站的高压电气设备。
1.3 进线防雷防护
对变电站进线实施防雷保护, 其目的就是限制流经避雷器的雷电电流幅值和雷电波的陡度。当线路上出现过电压时, 将有行波沿导线向变电站运动, 其幅值为线路绝缘的50%冲击闪络电压, 线路的冲击耐压比变电站设备的冲击耐压要高很多, 如果没架设避雷线, 当变电站的进线遭受雷击时, 流经避雷器的雷电电流幅值可超过5 k A, 且其陡度也会超过允许值, 势必会对线路造成破坏。
1.4 变压器防雷防护
变压器的基本保护措施是靠近变压器安装避雷器, 这样可以防止线路侵入的雷电波损坏绝缘。装设避雷器时, 要尽量靠近变压器, 并尽量减小连线的长度, 以便减少雷电电流在连接线上的压降。同时, 避雷器的接线应与变压器的金属外壳及低压侧中性点连接在一起, 这样, 当侵入波使避雷器动作时, 作用在高压侧主绝缘上的电压就只剩下避雷器的残压 (不包括接地电阻上的电压压降) , 减轻了雷电对变压器的危害。
1.5 防雷接地
变电站防雷保护满足要求以后, 还要根据安全和工作接地的要求敷设一个统一的接地网, 在避雷针和避雷器下面增加接地体以满足防雷的要求, 或者在防雷装置下敷设单独的接地体。
2 实例分析
以110 kV银坑坞变电站为例, 该变电站位于江西省景德镇市南郊银坑坞村, 现有2台主变压器, 容量均为40 000 k V·A。
2.1 现场情况
(1) 直观情况。该变电站在山坳里, 三面环山, 地层为页岩, 变电站三分之二以上场地系开山平地的场地, 10 kV高压室系岩质地层, 其电阻率很大, 且不均匀。110 kV及10 kV场地总面积均为7 500 m2。
(2) 测试情况。主接地网接地电阻1.36Ω, 而根据地质状况, 本站要求接地电阻不大于0.5Ω。
2.2 施工方案
2.2.1 钻孔深埋接地方法
针对以往采用扩大接地网范围、打井及填充降阻剂等方法降低接地网接地电阻效果不十分明显、成本高的问题, 本次施工方案采用钻孔深埋镀锌钢管以及置换接地介质降低主接地网接地电阻的方法。该方法能有效改变介质环境、降低介质电阻、缩短能量释放时间, 从而避免雷击、短路故障造成中性点电位升高, 达到保护设备、人员安全的目的。
2.2.2 接地网布置
工程共布置钻孔接地极22个, 钻孔接地网布置如图1所示。
2.2.3 接地网施工
(1) 钻孔:开孔孔径168 mm, 采用XY-100型钻机施工, 到岩层为止, 下直径168 mm套管;再用潜孔锤成孔, 孔径150 mm, 孔深20～26 m。
(2) 安装镀锌钢管及介质充填:把直径60 mm、长度3.5 m镀锌钢管在孔口用丝扣连接, 放入孔内, 并归中, 然后在孔内和钢管内充填TST介质, 介质充填密实。
(3) 钻孔接地极连接:沿钻孔路线开挖沟槽, 尺寸为400 mm (宽) ×500 mm (高) , 铺设厚150 mm的TST介质, 钻孔接地极之间采用扁铁相连, 连接方式为扁铁绕镀锌管一圈, 并焊接牢固, TST介质掩埋金属连接体。
通过采取以上措施, 该站接地电阻控制在了0.5Ω以内。
变电站防雷 篇2
赵社民
摘要：随着微机保护装置在铁路牵引供电中的不断推广和普及，微机设备防雷电冲击能
力弱的问题就成为微机型牵引变电所一个重要课题；本文根据主要针对京哈线秦沈段现
场微机保护设备运行情况及在雷害时现场有关问题，进行分析原因，找出雷电如何对微
机设备产生的影响，并根据现场情况，提出防止雷电对微机设备产生影响的措施。
关键词：牵引变电所；微机保护；防雷；措施
随着计算机技术的飞速发展，微机保护凭借其灵敏性、速动性和维护管理的方便性等良好性能在牵引变电所得以广泛的应用。但微机保护系统体现其优越性的同时，与电磁式继电保护设备相比，存在对环境稳定性要求高、抗干扰和耐冲击性能差等缺点；微机保护设备运行环境一旦受到雷电干扰冲击，将直接影响牵引供电，影响铁路正常运输。在牵引供电系统中，感应雷和直击雷对微机保护设备影响最大，因此，我们要对微机保护设备防雷问题要有足够的重视。现场运行情况和有关问题：
由于京哈线秦沈段牵引变电所微机保护设备未采取有效微机保护防雷措施，在雷电发生时，曾多次造成牵引变电所内微机保护主板损坏、保护电源插件、VFD等设备损坏。例如：
2007年11月，京哈线葫芦岛北变电所附近接触网线路上隔离开关遭受雷击，造成所内21B馈线保护盘电源插件、并补VFD装置损坏及直流电压监视继电器的并联二极管击穿，并造成网上隔离开关机构箱内交流加热器烧坏及端子排发热变形等设备缺陷。
2008年6月和8月，绥中北变电所更是连续遭受两次雷击，造成备用的1#B保护测控盘后备保护主板、测控装置保护主板、VFD和并补盘上测控保护主板损坏及直流控制面板、整流机U2损坏。
京哈线秦沈段其他变电所、分区所及工区也曾发生因雷击造成的微机保护设备损坏、直流控制保险烧断及办公电脑主板损坏等等故障，严重地影响了设备的正常运行状态，同时也给运营单位造成了严重的损失，增加了运行管理成本。对现场雷击故障的原因排查及影响分析：
京哈线秦沈段微机保护设备发生损坏时，均是强烈的雷雨天气，网上避雷器和所内避雷器均有动作，并经常伴有馈线断路器跳闸情况，说明微机保护设备损坏为雷击原因造成。通过对发生雷击时设备损坏的情况和雷电侵入点及路径分析，有利于更好地采取措施防雷。
2.1 葫芦岛北变电所雷侵入路径：
雷击接触网线路时，在雷击点附近产生强大的电磁场--→与隔离开关机构箱内交流电源耦合感应电压叠加--→1#交流盘交流AC220V电压波动--→造成所用变（1ZB）二次电压峰值波动--→造成蓄电池整流装置电源及直流输出电压出现峰值波动--→直流电压峰值波动造成部分薄弱微机设备造成损坏。
雷电时，葫芦岛北所网上隔离开关机构箱加热器烧坏及交流接线端子发热产生变形，说明此处有雷击发生，为感应雷所致；其中网上隔开至葫芦岛北变电所交流电源电缆发生相间短路，说明在该交流电缆上曾经有过很大的感应电压；而该所出现直流直流电压监视继电器的并联二极管击穿，更加说明了所内交流220V波动曾引起直流电压发生过很强大电压波动。
2.2 绥中北变电所雷侵入路径：
雷电侵入点为高压室27.5KV母线--→造成27.5KV母线电压瞬间波动--→使所用变（1ZB）二次侧电压出现瞬间波动--→造成1#交流盘电压波动--→整流机电源瞬间峰值波动--→造成整流机输出直流电压瞬间峰值波动--→造成部分薄弱的微机保护设备损坏；
另外，若变电所外接10KV自用变2ZB高压侧遭受雷击，如正在使用该电源，也会在2ZB低压侧形成电压波动，对交流380V电源造成影响，后果同上。
绥中北变电所雷击时，高压室避雷器动作，说明所内高压设备曾遭受过雷击，而使用交流220V电源的直流整流机U2损坏，也说明了雷电侵入造成了所内交流220V电源幅度较大的波动。
2.3 小结：
牵引变电所雷电侵入是多方面的，通过以上雷侵入点及路径分析可以看出，牵引变电所雷击的形式是雷电波直接或间接造成牵引变电所内交流盘交流220V（AC380V）电压产生瞬间峰值波动，从而造成直流电压瞬间峰值波动，是造成微机装置损坏主要原因。雷电对微机保护影响的几种形式
目前牵引变电所一次防雷装置落雷时，同时会产生两个方面的影响：一是雷电流通过地网泄入大地，在地网上产生一定的冲击点位，严重情况下，会在部分设备上产生一个电位差而损坏设备；二是雷电流通过防雷装置的接地装置泄入大地时，由于雷电具有极大的峰值和陡度，会在其周围空间产生强大的变化的电磁场，处于其周围的导体上会感应出较大的感应电压。甚至是主控室内的弱电部件上产生的暂态过电压，损坏这些弱点设备。
通过以上现场对雷电侵入分析，结合微机保护的现状，微机保护设备遭受雷害主要有以下几个方面的形式：
3.1 雷电波通常是由所内交流220V侵入
根据对雷电波的频谱分析，雷电波的绝大部分能量集中在工频附近。因此，雷电波极易和电源线发生耦合。具体到牵引变电所：
3.11直击雷：
当雷电击中变电所内一次设备引线，再经过所用变压器高、低压绕组间的静电和电磁耦合，闯入低压出线，雷电虽然经27.5KV氧化锌避雷器母线避雷器削峰，电压幅值大为下降。但由于雷电波的波峰幅值和能量很大，虽然雷电波在经过上述避雷器后，大部分能量得以消除，但仍有部分雷电波以幅值相对很高且作用时间很短的低能量尖峰脉冲的形式通过所用变压器的低压出线，加到变电所内所有的220V交流回路中，继而对微机设备造成影响。
3.12 感应雷：
（1）雷电在变电所或者在与所内有联系的电动隔开附近释放时，会在附近产生的强大的变化的磁场，在其变化磁场周围的交流电机电源、加热电源电缆上感应出较大的电压直接传至变电所交流220V电源中，继而造成对微机设备的影响。
（2）当发生雷击时，在进入主控室的电缆中形成暂态感应过电压
雷电流通过防雷装置的接地引下线入地时，会在其周围空间产生强大的暂态电磁场，从而在各种通讯、远动、保护等的电缆，甚至是主控室内的弱电部件上产生暂态感应过电压，暂态感应过电压加在控制、信号回路上对微机保护设备造成瞬间反，从而损坏微机保护中弱点设备。例如葫芦岛北变电所网上隔离开关机构箱内感应雷害。
3.2 雷电波对牵引变电所RTU设备的影响
由于变电所的通信电缆出线较长，如使用终端未装设任何防雷设备，当变电所和沿线附近落雷时很容易在电缆中感应出很高的雷击过电压并通过调度远动系统的RTU设备和信号采集的二次电缆直接加到远动系统的信号和传送端上，造成通信装置误动作，以及接收和发送端模块烧坏。
3.3 雷电时，接地系统对微机保护设备的影响
当变电所或线路遭受雷击后，雷电流会经避雷装置流入接地网，如果接地网的接地电阻偏大或接地网的均压效果不好时，在强大的雷电流作用下，会使接地网的局部电位显著抬高，并由此导致电地位对微机保护设备反击而损坏设备。微机保护设备防雷措施
通过分析雷电影响微机保护设备的途径、方式，参照防雷设计规范，主要从防范感应雷和直击雷两个方面来入手：直击雷防御系统是捕捉雷电闪击保护建筑物及设备。感应雷防御系统是为了降低雷击时的冲击电位差和电磁脉冲。
4.1 电源系统防感应雷措施：
牵引变电所防雷应对雷电入侵波分级泄放，直到将感应过电压降到设备可以承受的水平。根据设备的重要程度和地理位置进行有重点、有层次的进行防雷保护，以达到对微机保护的目的。
4.11 在变电所低压交流盘两路电源（AC220V、AC380V）安装相应的交流电源SPD（即电涌保护器）的方法，做为变电所一级防护。
目的：使来自高压线路、低压电缆间的感应雷电波在交流盘处自用变、所用变低压侧进一步消减，最大程度地降低雷害在电源通道上带来的设备损坏及人员伤害。
4.12、在变电所直流屏整流机交流电源测增加交流电源SPD，来作为二级防护。
目的：防止低压设备过压对直流整流机的干扰。
4.13、在变电所直流盘总控母、总信母及至监控盘RTU空气开关负荷侧分别加装直流电源SPD，做为微机防雷三级保护。
目的：防止交流电源侧雷电波余波峰值对直流系统的影响；消减来自于室外直流电缆上出现的感应雷电波；防止直流波动对RTU设备造成影响；最大程度上较少直流电压峰值波动，从而到达保护微机保护装置的作用。
4.14、采用等电位联接
采用等电位联接是防止雷电侵害的一项关键措施。等电位联结的目的在于减小需要防雷的空间内，各种金属部件和各种系统之间的电位差，而实施的导体联结。电源线、信号线、金属管道等都要通过过压保护器进行等电位联接。总等电位联接（如图示），就是将所有进出保护范围的金属管道（包括水管、供热管道等）以及所有电源线和所有信号线（包括载流导体），当闪电电流流经这些导体时，等电位联接可以用来安全地承载涌流。
等电位联接示意图 主接地网
室内等电位端子板
直流盘
各保护盘柜
交流盘柜
室内金属管道、线槽
型等电位联络线
室内等电位端子板
4.2 直击雷防护措施
为抗御直击雷和降低雷电电磁对微机设备的干扰，应对对重雷区的变电所主控制室建筑物屋顶应采用法拉第笼进行电磁屏蔽。法拉第笼由屋顶避雷网、避雷带和引下线、机房屏蔽和接地系统构成。在主控制室屋顶上设置避雷网，屋顶周边设置避雷带并与避雷带焊接连通，并做好避雷带与接地装置连接的引下线焊接。
4.3 降低接地电阻
变电所地网接地电阻必须满足规程要求，若变电所接地电阻值难以达到要求时，可采取换土、添加降阻剂、外引等方式加以改善，采取措施进行降阻。
4.4 其他方面的措施
4.41对进（出）变电站控制室、交流电源到380/220 V电源线和信号线穿镀锌钢管（10 m以上）屏蔽，钢管两端应做好等电位接地。
4.42全面检查好各种控制、保护、通讯等的电缆铠装接地情况，必须保证铠装可靠接地，特别是通信电缆必须要屏蔽接地。
4.43变电所RTU装置尽量采用直流电源。
4.44微机保护装置、SPD、屏蔽及管道等接地均要接至等电位联络线。结束语
微机保护防雷工作是一项综合系统工程，防雷方案的设计与实施工作要结合现场具体情况和设备重要程度来确定，采取“多重保护、层层设防”的原则，有效地将直接雷和感应雷对微机保护产生的影响降低到最低程度，更好为铁路运输保驾护航。
参考文献：
《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004
变电站变压器的防雷保护 篇3
[关键词]变电站维护；变压器防雷；雷电
[中图分类号]TM411+.4 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0390-02
[引言]
自然灾害中闪电的冲击电流极大，放电时间短，感应电压也达到一个极高值，对于各种人员、设施的伤害威胁亟待。其中变电站变压器事故有三成是雷击事故，并有逐年上升的趋势。确保变压器安全运行必须提高变压器的防雷可靠性。
[正文]
一、变压器概述
（一）基本概念
变压器（Transformer）是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。
（二）变压器的组成
变压器组成部件包括器身（铁芯、绕组、绝缘、引线）、变压器油、油箱和冷却装置、调压装置、保护装置（吸湿器、安全气道、气体继电器、储油柜及测温装置等）和出线套管。
1、铁芯
铁芯是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高，厚度分别为0.35 mm＼0.3mm＼0.27 mm，由表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成。
铁芯分为铁芯柱和横片两部分，铁芯柱套有绕组；横片是闭合磁路之用。
铁芯结构的基本形式有心式和壳式两种。
2、绕组
绕组是变压器的电路部分，它是用双丝包绝缘扁线或漆包圆线绕成。
（三）变压器的工作原理
变压器是变换交流电压、交变电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。
（四）变压器的技术参数表示
对不同类型的变压器都有相应的技术要求，可用相应的技术参数表示。如电源变压器的主要技术参数有：额定功率、额定电压和电压比、额定频率、工作温度等级、温升、电压调整率、绝缘性能和防潮性能，对于一般低频变压器的主要技述参数是：变压比、频率特性、非线性失真、磁屏蔽、静电屏蔽、效率等。
（五）变压器的分类
由于篇幅有限，所以本文只就按绕组形式分：
1）双绕组变压器：用于连接电力系统的两个电压等级。
2）三绕组变压器：一般用于电力系统区域变电站中，连接三个电压等级。
3）自耦变电器：用于连接不同电压的电力系统。也可做为普通的升压或降后变压器用。
由于对于后两种变压器在变电站应有较为广泛，在文章的以下本分将着重介绍三绕组变压器、自耦变电器等方式，并对其防雷保护详细加以介绍。
二、三绕组变压器保护
（一）基本概念
三绕组变压器的每相有3个绕组，当1个绕组接到交流电源后，另外2个绕组就感应出不同的电势，这种变压器用于需要2种不同电压等级的负载。发电厂和变电所通常出现3种不同等级的电压，所以三绕组变压器在电力系统中应用比较广泛。每相的高中低压绕组均套于同一铁心柱上。为了绝缘使用合理，通常把高压绕组放在最外层，中压和低压绕组放在内层。
（二）日常防护措施
1、当高压侧的变压器绕组之间的静电感应和电磁感应受到雷电侵入时，将出现在低压侧的过电压。
2、双绕组变压器在正常操作中，高压侧和低侧的断路器通常封闭的两侧需要避雷器保护。因此，在一侧波产生的过电压在另一侧的传感器不会造成损坏，从而保护绕组的绝缘。
3、三绕组变压器在正常操作中，可能会出现只有高、中压绕组和低压绕组开路。在这种情况下，当雷电侵入较小的电容的时候，由于在打开状态下的低压侧，高压或中压侧可能是在低压绕组感应过电压的静电分量达到非常高的值危，低压绕组绝缘受到波及，所以要着重解决。
4、低压绕组三相电位的静电感应电压增加的同时，只要任意一相绕组的出口处安装避雷器来保护的三相绕组即可。但是，如果低电压侧的变压器金属护套有较长电缆，增加其对地电容是足以限制的静电感应过电压的避雷器，它可以不再安装。三绕组变压器开路的压力侧可能正在运行，但在更高的绝缘水平，所以在高压绕组比以外提供的没有安装限制静电感应过电压避雷器的特定的变化。分裂绕组变压器和三绕组变压器是类似的操作，也可能有一个分支绕组开路，所以它应该在每个分支绕组出口处安装防雷设施。
三、自耦变压器保护
（一）基本定义
自耦的耦是电磁耦合的意思，普通的变压器是通过原副边线圈电磁耦合来传递能量，原副边没有直接的电的联系，自耦变压器原副边有直接的电的联系，它的低压线圈就是高压线圈的一部分。
（二）防雷措施
1、高压和中压绕组的自耦变压器的低压绕组，以及三角形连接的自耦变压器，可以减少系统的零序阻抗和改善电压波形。同样应安装低压绕组限制静电感应电压的避雷器。
2、由于自耦变压器波过程，有其自身的特点，所以它的保护模式和其他变压器也有所区别。
3、当侵入波振幅U0全自动绕线当高压端A的电位分布在稳态及最高潜在的包络线与中性点接地的时候，启动单绕组。A。的最大开路电压，在端子上的压力的高压侧电压U0/K倍（k为高压侧和压力侧的转化率），这可能是在打开状态下在应安装在防雷保护基团，所以在中压侧压力侧壳体的壳体和断路器之间要设置避雷器。
4、在自耦变压器防雷保护也应注意以下条件：高压侧与电源插座相连，相当于A。点通过线路波阻抗接地。绕组冲击波阻抗波阻抗远远大于线，当高压侧的雷电波加大，一个点相当于在地上，AA'绕组过电压的应用可能使其损坏。类似地，当高压侧与插座连接时，波的压力侧。AA'缠绕较短（即高，中压力的变化情况的危险性比越小）。因此，当变压器的比例小于已有四分之一之间的时候，高压的A侧和中压侧A'应该是安装一组避雷器，避雷器的电弧电压应大于高压或中压边AA'频率最高电压对地短路。
四、保护变压器的中性点
（一）基本概念
三相电力变压器的一次侧（初级）或二次侧（次级）的三相绕组作星形联结时三相绕组接入（或接出）电源，末端并联成一点，这个点就是中性点，在三相四线供电线路中，中性点应接地，又称为零线。
（二）防护措施
对于110kV及以上的中性点接地的系统，需要使用继电器进行保护，它可能是运行的变压器接地的中性点的—部分。如果变压器中性点的绝缘线电压设计（如110kV变压器中性点35KV绝缘类，220kV变压器中性点110kVN绝缘），安装在中性点需要设置避雷器保护。如果成一个单一的变压器中性点的绝缘变压器中性点线电压设计，变电站单线运行，还需要安装避雷器。这是因为当雷电波高达2倍的进线端电压的中性点电压的三相变压器。中性避雷器电压应低于变压器中性点冲击耐受电压，电弧电压应大于稳态值的网格相的中性点电位上升，避免避雷器爆炸，在中性点直接接地网接地的中性点电位增加稳态值的最大工作线电压的中性点变压器保护消光电压等于四成的最大工作线电压的三成五，相位避雷器。三万五千伏特及以下中性点接地或直接变压器中性点接地系统，一般不需要安装保护装置。
五、配电变压器的保护
（一）基本概念
配电变压器指配电系统中根据电磁感应定律变换交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器。通常装在电杆上或配电所中，一般能将电压从6～10千伏降至400伏左右输入用户。
（二）防护措施
应配备氧化锌避雷器保护，避雷器保护配电变压器高压侧应尽可能靠近安装。在金属外壳和变压器低压侧中性点的接地线与变压器连接在一起，以一个共同地面接地线接地。应尽量减少接地线的长度。变压器主绝缘主避雷器的残余电压的作用，不包括接地电阻上的电压、电位上升，由于这个共同点避雷器动作可能危及安全的低电压用户的缺点，所以防雷措施必不可少。
结束语
总而言之，变电站中变压器的防雷保护是非常重要的，这关系到国民经济的有序进行。因此需要我们在以后的工作中继续总结经验、教训，更好的维护好变压器的安全，造福大众。
参考文献
[1]宋剑白，配电变压器防雷措施的探讨[J]煤炭技术，2007，（06）
[2]刘明成，配电变压器及配电线路设备防雷电袭击的保护措施[J]黑龙江科技信息，2008，（06）
[3]马福，汤李佳，彭厉，配电变压器防雷问题分析[J]，电瓷避雷器，2008，（05）
[4]赵远生，配电变压器及配电线路设备防雷保护综述[J]，科技咨询导报，2007，（14）
提高变电站防雷能力研讨 篇4
关键词：管理,变电站,防雷能力,设备安全
广西田林县地处云贵高原边缘,属亚热带季风气候区,地形呈北高南低,土山地区因山脉的隆起和河流的切割,造成山高谷深,峰峦连绵,溪河纵横;石山区则岩峰丛立,溶洞遍布,㟖坝零星狭窄,地形较为复杂,气候多变,年雷暴日高,年平均雷暴日数高达61.8 d,最高达到96 d,是属多雷暴地区。田林县发生雷击事故的概率大,雷雨季节变电站受雷击造成直接经济损失的事件屡见不鲜,其中2005年8月21日4时25分左右,由于受到直击雷击,造成田林县110 kV中心变电站一台8 000 kVA主变压器损坏,雷击引起电路短路,烧坏10个高压开关控制柜及相应的输电装置,直接经济损失超百万元。35 kV平么变电站、35 kV浪平变电站等也多次遭受雷击感应,引起包括家用电器在内的电子产品损坏。通过改善防雷设施,提高变电站的抗雷能力,保障变电站的设备安全,提高其供电可靠性,最大限度地减少雷击事故的发生具有重要意义。雷害是目前人类难以控制和预防的自然灾难,电力企业可从加强管理和完善防雷设施来提高变电站防雷、抗震能力。
1 加强日常管理工作
(1)实行设备接地电阻测量台账登记管理、设备防雷类别台账管理、运行值班登记台账管理。台账相关材料全部实行规范化,统一台账基本模式,使班组之间进行资料自查或互查时,方便查找和使用。
变电站中除按工作接地、保护接地、接零接地分类建立台账外,尚需要按设备工作的需要分类建立台账,主变压器、站(所)变压器、避雷器、断路器、隔离开关、10 kV及以上高压电缆等一次设备的接地为直接于接主接地网,属于故障类强泄流接地;避雷针、架空避雷末端接地必须接于独立的接地网,属于雷电泄流接地;控制保护系统的控制电缆中性线、控制保护外壳、控制保护装置电源进线、低压配电就地接地应自有接地网或与主接地网有15 m以上的连接距离,属于弱泄流接地。
(2) 5—9月是防雷工作的重点时期,防雷工作必须在每年4月份前完成,要对设备接地电阻进行测量,对接地连接点进行检查,开展接地连接线的防锈防腐蚀工作,对避雷器等防雷设备进行预防性试验,并与历年的数值对比,作出分析报告,存在问题要及时整改。
(3)每年4月前,按照规程规范完成一次、二次设备的例行绝缘测量工作。绝缘不合格的设备要及时更换,对比往年绝缘能力降低变化大的要进行分析,找出原因,及时整改,有备用品的要及时更换。
(4)为确保工作质量,电业公司要对现场工作进行监督管理,对所有现场设施及其管理进行检查,确保防雷设备完好,管理到位。
2 完善防雷设施
对变电站内的电气设备、控制保护系统的防雷保护、防静电和防干扰屏蔽措施进行完善,要求保护和屏蔽措施有科学可靠的接地装置、合格的接地电阻,接地网有足够的泄流能力。
2.1 变电站的接地体
变电站的接地体通常采用人工接地体,以便达到所规定的接地电阻。人工接地体可分为水平接地体和垂直接地体,变电站的接地体由水平接地体和垂直接地体混合组成接地网。接地体的接地电阻值取决于接地体与大地土壤的接触面积、接触状态和土壤性质,其电阻值随季节及气候变化而变化,接地网的最高接地电阻值必须满足变电站的各类设备运行需要。主接地网应有多个点用于接地电阻值的测量标准点及电压监测点。接地网的电压监测是一项重要的数据收集工作,监测数据能反映接触状态和泄流情况、土壤电解质对接地网的腐蚀强度及接地网是否等电位,如果接地网在正常运行时不等电位严重,应该安装等电位连接线加以改善。埋设在人行道的接地体必须按照均压(等电位)来设计和安装,并加深埋设。变电站的接地网检修难度大,土壤电解质接地网存在腐蚀,如果腐蚀严重,设计及安装时应加大接地体的尺寸,提高接地体的使用寿命,可利用化学方法、补偿电位方法来减少腐蚀。
2.2 变电站的接地线
接地线即接地体的外引线,是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,达到电连接的目的。防静电保护和防干扰屏蔽装置的主接地线一般采用多股铜芯电缆、分接地线采用多股铜芯软线,其截面要满足泄流要求。不同的接地线必须按照规程规范进行安装及标识。建筑物的接地线及人易触摸到的接地线必须包(套)绝缘材料,并做好明显的标志以提醒人们注意。等电位连接应根据需要来埋设,其截面及电阻应满足较强泄流时的等电位。接地线及连接处按相关规程规范做好防锈防腐蚀措施。
2.3 降低站内接地网接地电阻的措施
(1)换土。若遇接地处为岩石、砂、砾等地质或受周围条件限制而不能延伸接地时可考虑换土,即用地土壤电阻率低的黏土、黑土等替换电阻率较高的土壤。水平接地极和垂直接地极均可采用换土来减少接地电阻。
(2)利用降阻剂降阻。接地电阻降阻剂是由多种化学物质配制而成的。目前,国内降阻剂产品的类型、电性能虽然不尽相同,但其降阻机理基本相似。在接地极周围敷设降阻剂后,可起到增大接地极外形尺寸,降低与周围大地土壤之间的接触电阻,能在一定程度上降低接地极的接地电阻。降阻剂多用于小面积的集中接地,如杆塔接地和防雷接地等小型接地装置。
(3)深埋接地极。若地表土壤或岩层不够厚,下层有地下水或低电阻土壤,可采用钻井深埋或开挖深埋接地极,从而降低接地电阻值。深埋式接地体即通常所说的深孔(井)接地,并立体多层埋设水平接地网和垂直接地极,形成三维接地空间。这种地网处理方式目前在国内特别是高土壤电阻率地区广为应用,且实际效果比较好。深孔(井)接地是利用三维空间将高电位引向大地深层,避免了因增设垂直接地极而产生的屏蔽作用,提高了垂直接地极的利用率。采用深井接地时,需实际勘测站区内及附近大地深层土壤特性及地中土壤电阻率的变化情况,查找地中低土壤电阻率层。
(4)利用水及与水接触的钢筋混凝土降阻。充分利用水工建筑物(水井、水池等)以及其他与水接触的金属部分作为自然接地体,可在水内钢筋混凝土结构物内绑扎成的许多钢筋网中,选择一些纵横交叉点加以焊接,并与接地网连接起来。当利用水工建筑物作为自然接地体仍不能满足要求时,应优先在就近的水中敷设外引(人工)接地装置(水下地网)。水下接地装置应敷设在水流缓慢处或静水中,并回填一些大石块加以固定。水下接地网的接地电阻可按R=0.025 p sK(Ω)计算,式中ps为水的电阻率,单位为Ω·m;K为接地电阻电阻系数。该类接地网存在一定的安全隐患,不能用作强泄流的接地网。
为了降低接地体周围的电阻率,可建设一些水井、水池,将低腐蚀性的水井、水池水引到埋设接地体处。一般采用钢管埋设到接地体附近,在接地体附近的钢管上钻一个直径为5 mm的小孔,使水渗入接地体附近的土壤中。
2.4 变电站的防雷保护措施
变电站的防雷保护措施总体包括:避免雷电波的进入、利用保护装置将雷电波引入接地网2种。防雷保护措施应根据现场情况(常见的雷击形式、频率、强度)以及被保护设施的重要性、特点安装适宜的保护装置。防雷装置主要有避雷针、避雷线、避雷器、浪涌抑制器。其保护对象为高压及低压电力设备、弱电电子设备等信息系统设备,工作场所中的值班及管理人员。
2.4.1 避雷针、架空避雷线
雷击往往通过拦截导引措施改变其入地路径。接闪器包括避雷针、架空避雷线。小变电所多采用独立避雷针,大变电所多在变电所架构上设置避雷针或避雷线,或两者结合使用。接闪器对引流线和接地装置有严格的要求,要求避雷针、架空避雷线使用独立的接地网。雷电流通过避雷针及其接地引下线入地时,会在周围空间产生强大的电磁场,该电磁场会对周边的设备形成危害,故避雷针要远离人行道路、值班室、弱电电子设备等信息系统设备安装场所。避雷针或避雷线的接地网除要求接地电阻值符合规程规范要求外,接地网的泄流能力要参考当地有记录的雷击强度,泄流能力要求太高会造成工程建设费用太大而无法建设,泄流能力太低防雷作用不理想。
2.4.2 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。我国主要采用金属氧化物避雷器(MOA),西方国家除用MOA外,还在所有电气装置上安装空气间隙,作为MOA失效后的后备保护。经常受雷击造成避雷器失效的变电站除多安装一组金属氧化物避雷器外,还应在线路进线处安装空气间隙。避雷器的接地线必须足够大,接触良好,如果接地电阻测量结果与主网标准点相差悬殊,应进行开挖检修。避雷器有记录器,运行记录应做好登记工作,按规程规范对避雷器进行预防性试验。
2.4.3 防雷器、浪涌抑制器
在重要弱电设备电源线入口均应加装电源防雷器或电源浪涌抑制器,在控制、通讯接口处也要加装信息防雷器或信息浪涌抑制器,目的是防止弱电的电气设备、电子元件被雷电感应或过电压击坏。弱电设备电源线电源防雷器或电源浪涌抑制器,信息防雷器或信息浪涌抑制器,与通常电力上用的避雷器有很大区别,其主要采用压敏器件、电感器件、电容器件等装配而成,俗称过压保护器(浪涌抑制器)、防雷器等,用于提高弱电的电气设备、电子设备自身的防护能力。防雷器或浪涌抑制器有的需要接地,这类接地要求不高,其需要的泄流量很小,但接地电阻值必须符合规程规范要求,一般为10Ω,其接地不能与变电站的主接地网直接相连,绝对不能与避雷针及架空避雷线的接地网相连。
3 雷电对设备的影响分析
设备直接遭雷击损坏的概率较小。但雷击防雷系统时所产生的雷电放电、电磁脉冲,以及雷电过压通过金属管道、电缆时会对变电站控制室内各种弱电设备产生严重的电磁干扰,从而影响整个系统的正常运行。
3.1 变电站防雷系统落雷产生的影响
变电站防雷系统在落雷时,会产生2个方面的影响。
(1)雷电流要通过站内接地网(主要靠集中接地装置)泄入大地,在地网上产生一定的冲击电位,雷电流很大、频率比较高时,会在一些部位产生反击,甚至产生局部放电现象,危及电气绝缘设备。
(2)雷电流通过避雷针的接地引下线入地时,在周围空间产生强大的暂态电磁场会感应到周边的设备,从而在各种通讯、测量、保护、控制电缆、电线,甚至室内弱电设备的部件上产生暂态感应电压,影响设备正常运行。
3.2 雷击时暂态感应电压分析及防护措施
雷击变电站厂站有3种情况:①雷击站内的构架或独立避雷针;②雷击站内所在建筑物的防雷系统;③雷击站内外的线路。
雷电放电会对周围空间,包括控制室内造成传导或辐射的电磁干扰。在雷电波等值频率范围内,这些干扰主要是电感耦合型的。从户外设备引入控制室的各种电缆、电线,在户外绝大部分是走地下电缆沟,雷电放电形成的空间电磁场对其影响不大,因为线的走向与避雷针呈垂直分布,产生感应不强。但在建筑物内走线时容易产生感应,穿透建筑物钢筋水泥墙壁的电磁脉冲会产生感应,传输到阻抗大的电子设备,其相当于开路,感应暂态电压会很高(相对低电压的电子设备而言)。
(1)雷击变电站内靠近控制室的避雷针时,情况相当复杂,因为整个建筑物的各个导电构件(包括防雷系统、水泥墙及地板中的钢筋、金属横梁等)的影响都需要考虑。避雷针的安装位置应远离有电子设备的建筑物,要根据当地历史记录的落雷强度,通过计算确定安全距离的长度。
(2)建筑物防雷系统除避雷针外,还包括由接地引下线、水平连接母线及引下线下的接地装置构成的泄流系统。雷击时,雷电流经过离室内各回路相当近的各接地引下线泄入地网,在各回路周围空间产生很强的暂态电磁场。因接地引下线紧贴墙壁,故此时墙中的钢筋甚至墙上专门设置的屏蔽网基本起不到屏蔽作用。因为只有处于非磁饱和状态的屏蔽材料才能具备预期的屏蔽效果,由于强辐射源离屏蔽层很近,若屏蔽层不是用饱和电平较高的磁性材料做成,则其屏蔽效果很差。另外,磁通也可以穿过较大的孔眼直接与较近处的回路耦合。所以,建筑物内的电子设备不应太靠近含有钢筋较多的墙体、柱、梁,或采取绝缘夹层钢板加以屏蔽。
3.3 建筑物的电子设备其他防护措施
为确保弱电设备的正常运行,除按以上防护措施防雷击外,可从以下几方面采取措施:①采用多分支接地引下线,减小通过接地引下线的雷电流。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。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。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。⑤所有进出控制室的电缆均采用屏蔽电缆。屏蔽层共用一个接地网。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。
4 结语
雷害是目前人类最难以控制和预防的自然灾害,提高变电站的抗雷能力,最大限度地减少雷击事故的发生,可以提高设备的可靠性,保障雷雨季节正常供电。要提高变电站的抗雷能力,需要从建设初期开始科学地设计及建设防雷设施,在管理中要总结分析运行过程中存在的问题,不断完善防雷设施,不断改进管理方法。
在运行管理中要科学化、精细化、规范化、常态化,精细地做好每一项防雷管理工作,规范、科学地记录运行过程中的有关数据,对数据要进行比较、分析和总结,发现问题要及时解决,使管理工作常态化。
浅谈变电站接地设计及防雷技术 篇5
关键词：变电站 接地设计 接地电阻 防雷措施
0 引言
变电站接地系统的合理与否是直接关系到人身和设备安全的重要问题。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、雷电保护接地。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；保护接地即为电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等，由于绝缘损坏有可能带电，为防止其危及人身和设备的安全而设的接地；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。变电站接地网安全除了对接地阻抗有要求外，还对地网的结构、使用寿命、跨步电位差、接触电位差、转移电位危害等提出了较高的要求。
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，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，3～10kV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。变电站接地网设计时应遵循以下原则：
2.1 尽量采用建筑物地基的钢筋和自然金属接地物统一连接地来作为接地网；
2.2 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；
2.3 应采用统一接地网，用一点接地的方式接地。
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，其阻值怀土壤的性质、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不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，由于名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，此时电流流入名单一接地体时，将受到相互的限制而妨碍电流的流散，即等于增加名单一接地体的电阻，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由置法，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，以减少该云支路的分流作用。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，其工频接地电阻碍大于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.
变电站防雷保护技术探讨 篇6
雷电作为自然界当中普遍存在的一种自然现象, 如果没有有效的避雷措施, 雷电对变电所将会造成严重的损坏, 比如说击穿、损坏电路或者设备等, 除了这些可见的破坏之外, 雷击的涌流还有可能进入到电力系统的二次设备, 造成电力系统的保护装置等一些设备潜在的安全事故, 随时都有可能对变电所安全、稳定的运行构成威胁。因此, 对变电所及其电力系统进行一次设备防雷是远远不够的, 还必须对变电所的二次设备进行防雷, 保证整个电网安全的运行。
1 传统的防雷技术
传统的防雷技术都是使用避雷针装置, 避雷针是由美国的发明家富兰克林发明的, 自富兰克林发明了避雷针以来, 已经使用了上百年的历史, 直到今天仍然在某些建筑上有使用, 并且在以后的时间里出现了避雷线、避雷带和避雷网等防雷设备。避雷针的原理是根据雷云放电的先导在高空时任意的传播发展, 但是在接近地面时, 随着地面静电感应电荷的骤然增加, 避雷针尖端局部电场强度也随着增加, 从而将雷云放电吸引到避雷针上, 从而保护了避雷针附近较低高度的物体。
2 现代的防雷技术
虽然说当时避雷针的出现在很大程度上缓解了雷击对于建筑、电力系统等的破坏, 在当时的技术水平条件的限制下, 避雷针并不能对变电站等建筑起到百分之百的保护作用, 但是随着社会和科学技术水平的不断提高, 这种盲区越来越显现出来, 避雷针已经远远的达不到相应的需求。变电站防雷保护的三道防线:
第一道防线:当雷电对比较高的建筑物发生闪击时, 大量的能量会瞬间的集中在闪击点上, 使建筑物遭到极大的破坏。因此, 防止雷击的第一道防线就是利用接闪体迎接雷击, 使雷击的能量通过接闪体和导体导向大地, 从而起到保护建筑物的作用。
第二、三道防线:雷电的二次效应能够瞬间的产生电磁脉冲作用于电源或者通信线路上, 在电路上形成高达数百万伏的电涌, 远远超出了相关电子设备的承受范围, 使电子设备遭到严重的损坏。因此, 作为防雷技术的第二、三道防线就是要阻塞电源或者通信线路引入的过电压波危害设备并且限制被保护设备上的浪涌过电压幅值。
以上所述的三道防线为变电站及其电力系统的安全运行、防止雷击提供了强有力的保障, 三道防线缺一不可, 只有相辅相成才能发挥出更大的作用。
3 防雷技术在变电所当中的应用
3.1 变电所使用避雷器的注意事项
避雷器, 也就是接闪体, 是雷电能量的一种泄放通道, 在平时避雷器始终处于一种高阻的状态, 在雷击瞬间避雷器将会瞬间导通, 使得雷击产生的能量迅速的导入大地当中, 同时使大地、设备、线路处在同等电位之上, 从而保护电子设备免遭雷击的损害。有的时候雷击的能量是相当的大的, 单一的依靠一个避雷器并不能有效地防止雷击, 避雷器自身也会造成损坏。避雷器在电力系统当中的应用存在着以下的一些问题:
(1) 避雷器自身对变电站的不安全影响。保护间隙和管型避雷器在间隙击穿后, 保护回路再也没有限流元件, 保护动作都要造成接地故障或相间短路故障, 保护作用增多电力系统故障率, 影响电力系统的正常、安全运行。应用氧化锌避雷器, 从根本上避免保护作用产生接地故障或相间短路故障, 且不用自动重合闸装置就能减少线路雷害停电事故。
(2) 避雷器具有连续雷电冲击保护能力。有时高压电力装置可能遭受连续雷电冲击, 连续雷电冲击是指两次雷电入侵波间隔时间仅数百微秒至数千微秒, 间隔时间极短。碳化硅避雷器保护动作既泄放雷电流也泄放工频续流, 切断续流时耗最大达一万微秒, 一次保护循环时间要远大于一万微秒才能恢复到可进行再次动作能力, 故碳化硅避雷器没有连续雷电冲击保护能力。氧化锌避雷器保护动作只泄放雷电流, 雷电流泄放 (小于100微秒) 完毕, 立即恢复到可进行再次动作能力, 故氧化锌避雷器具有连续雷电冲击保护能力, 这对于多雷区或雷电活动特殊强烈地区的防雷保护尤为重要。
(3) 其注意事项有:1) 避雷器应该串联在数据线路中, 前提是只要不影响数据传输就行。2) 对于传输速率比较高的设备接口, 选择避雷器时应该尽量选择极间电容、驻波比等比较小的数据避雷器。3) 数据避雷器必须有可靠的接地连接, 该接地线应与被保护的数据设备的地线就近可靠连接, 接地线截面应不小于25 mm2。4) 根据信号工作电业和不同的抗雷电要求, 应该分别选择动作电压合适的数据接口保护避雷器和有着足够大的耐雷电冲击能力的数据避雷器。
3.2 采用新型材料对变电站的基本设施进行更新
变电所是整个电力系统的重要枢纽, 变电所能否安全稳定的运行关系到整个电力系统的安全和稳定。因此, 必须定期的对变电所进行相关事项的检查, 比如说接地电阻测量, 如果接地电阻值没有达到相关的技术要求, 那么就必须对变电所进行技术上的改造, 为了确保变电所功能的安全, 保证其长久安全的运行下去, 在进行技术改造时应该使用更好的新型材料, 比如说使用新型的高效长寿接地极取代容易腐蚀、寿命短而且不稳定的金属接地体。另一方面, 还需要对某些设施采取绝缘隔离, 信号的传输可以采用光缆、光电耦合器、对CAN等数据接口加装光电隔离器等都可以在很大程度上削弱雷电感应的电压。
3.3 对于进线段的防雷保护
要是雷击过大的话避雷器就会不堪重负而失去避雷器保护的功能, 因此, 为了保证避雷器的正常功效还必须进行进线段的配合, 只有两者相互结合, 才会发挥出最大的功效。进线段保护所起到的作用主要有以下两个方面:
(1) 能够使电压波发生衰减或者变形。进入到变电所的雷电过电压波来自于进线段以外的线路, 这些雷电过压波在经过进线段的时候将会冲击电晕从而导致电压波发生衰减或者变形, 降低了过压波的陡度和幅值。
(2) 可以通过进线段的保护来限制流过避雷器的冲击电流值。
3.4 接地网的设计
在防雷技术的应用当中, 地线起着非常重要的作用, 但时在实际的情况当中很多的送变电所周围只有石头没有土, 因此, 根本没有办法做地线, 即便把地钎打在岩石缝内, 接地电阻也远大于规定上限值的10Ω。因此, 如果遇到这种情况, 必须严谨地依照国标IEC标准, 实施等电位防护, 才能起到当遭到雷击时有效防护的目的。在这里需要说明的是, 接地是为设备提供人身安全保障和设备安全稳定运行的基本环境, 与雷电防护成功与否并没有根本的联系, 雷电防护的成败主要是等电位问题。
4 结语
综上所述, 本文简要地说明了传统的防雷技术, 并且对现在的变电所防雷技术进行了扼要的分析, 对现代防雷技术避雷针的应用进行了详细的介绍, 在文章的最后对特殊情况的送变电所进行了简单的指导。
在电力企业中, 电力系统及其变电所的安全稳定运行应该越来越受到大家的重视, 雷击作为自然界的普遍现象, 能够被雷击中也是一个小概率事件, 但是要做到百分之百的防雷也是不合理的。因变电所的防雷涉及到方方面面, 充分地掌握这些技术能够更加有利于指导和实施相应的电力防雷技术, 为我国的电力事业做出自己的贡献。
参考文献
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变电站运行中的防雷措施 篇7
某地35 kV枢纽变电站, 2005年以前经常遭到雷击, 引起设备损坏、烧坏草坪等, 影响电网的安全稳定运行。分析其原因:一是由于35 kV线路没有全线架设避雷线, 一般只在变电站的进线段架设1～2 km的架空避雷线或安装线路避雷器, 线路的雷击过电压会通过导线传导至变电设备, 从而受到过电压的冲击, 轻则引起线路保护动作跳闸, 重则使设备因受到过电压冲击烧坏;二是在雷雨季节, 运行中的保护装置很容易遭雷击, 造成保护装置烧毁或通信中断, 影响电网正常运行。
2 预防措施
为保证电网的正常运行, 近几年来, 该公司针对上述情况主要采取了以下技术措施。
(1) 从2005年开始, 对35 kV线路安装线路避雷器。自2005年度在5条线路上各安装了一组线路避雷器取得良好效果后, 在其他还没有安装避雷器的线路上进行了安装。几年来, 通过安装35 kV线路避雷器, 35 kV线路已能有效地避免雷击, 防止事故的发生, 减少了跳闸停电次数, 实现了输电线路安全、可靠、经济运行。
(2) 对变电站进行了防雷改造。根据变电站在雷雨季节变电设备多次遭受雷击, 引起设备桩头、导线烧坏, 而且多次雷击引起草坪烧毁的情况, 进行实地勘测, 最后分析认为是因为避雷针、接地体与设备的电气距离未达到要求, 避雷针产生的冲击放电电压和残压也作用在被保护设备上, 引起了设备桩头、导线烧坏等现象。对这种情况提出了2种方案:一是再增加一个30 m高的避雷针, 安装到主控室对面的围墙外;二是重新在围墙外布置一个接地网。实施后, 起到了良好的效果, 没有再发生直击雷损坏设备及草坪被烧的情况。
浅谈变电站防雷接地技术 篇8
雷电的保护措施包括以下三个部分:直击雷的防护、侧击雷的防护和感应雷的防护。防雷工程的一个方面是接地和引入到地下线路的基本布线工程, 整个防雷工程的效果和防雷器件是否有效都取决于这一点, 所以, 我们应当认真地研究变电站中电力设备和电子设备的接地效果, 它是保障, 电力设备的安全、操作人员的安全以及设备正常工作运行的必要部分。可以这样说, 只要是和电网相连的仪器和设备都必须接地;只要有电力需要的地方, 就会是接地工程需要配置的地方。
变电站接地技术是用来防止电力设备和电子设备, 遭到雷击而采取的基础性的保护措施, 他的目的是把由雷电产生的巨大的雷击电流引入到大地中, 进而起到保护变电站的作用。同时, 变电站接地技术也是保护我们人身安全的一种十分有效的手段, 如果由于某种原因而引起的相线和设备外壳相接触的时候, 电力设备的外壳将会有非常危险的电压产生, 此时, 故障产生的电流将会流经接地保护装置达到大地, 进而起到保护的作用。
1 变电站的防雷和抗干扰措施
1.1 正确屏蔽雷电电流
对于微机保护的控制装置, 电力系统的通信线路应采用带有屏蔽层的多绞屏蔽电缆, 并且应该尽可能地把强电的导线单独安装, 同时保证电缆的屏蔽层接地自始至终都只有一个点。这是因为在变电站中, 电力装置, 既有模拟的电路还有数字的电路, 所以, 数字设备和模拟设备必须应该分开, 最后他们只能具有一个连接点, 假如两者不分开, 将会互相干扰, 严重时甚至可能损坏设备。
1.2 加装浪涌的二次保护器
变电站开关的操作、静电放电现象及闪电放电时产生的瞬时过电压可能会对电力设备造成毁灭性的伤害或者加快它的老化过程。
对于浪涌现象的保护方法, 主要是在变电站系统内加装浪涌二次保护器。浪涌的二次保护器是采用同等电位的原理, 及时把浪涌电流导入接地系统。当系统的过电压现象发生时, 瞬时的高电压将会抑制电子二极管 (Rm) 作为反应速度最快的电子元件首先动作, 同时开始泄放巨大的雷电电流, 并且把输出的电压钳位控制在它的截止电压之上, 从而十分有效地防止了巨大的过电压对于电力设备的损伤。当加在TVS里的放电电流, 随着电压幅值的上升进而得充气式放电器 (HFB) 两端放电电压超过了它的点火电压UM时, GDT将会瞬时动作, 并且也会开始泄放雷电电流。这时, GDT呈现低阻的状态, 它的两端仅有20-40V的电弧电压, 所以可以避免因为过电压的持续时长进而把TVS烧毁。
1.3 变电站接闪器
在变电站发生雷击之后, 防雷系统可以通过直接拦截的方法, 引导雷电电流进入接地网。接闪器有避雷针和避雷线两种。小型的变电站多数装备独立的避雷针, 大型的变电站通常在变电站的构架上采取避雷针和避雷线, 或者把两者相结合, 并且大型变电站对于引流的线路和接地的装置都有十分严格的要求。
1.4 变电站避雷器
避雷器能够把侵入变电站中的雷电电流降低至电器装置绝缘强度, 允许的范围以内。我国变电站避雷器主要采用的是金属氧化物的避雷器 (ROA) , 西方的国家除了使用ROA之外, 还在所有的电气装置内安装空气间隙, 并作为ROA失效之后的备用设备。
1.5 合理布置避雷装置的安装位置
目前大多数的RTU子站 (或者一体化的微机二次保护装置等) , 大部分安装在了高压室的配电开关柜上, 电力测量信息通过从高压配电室接到主控台的通信电缆来传输, 以MS-525等接口的方式与RTU (或者通信管理机等) 请运行数据传送。所以, 通信电缆非常容易受到来自开关的误操作、电力负荷的波动和强电电缆所产生的巨大磁场干扰, 这些巨大的干扰轻则会增大电力测量信息的误码率, 重则可能使得MS-525等数据接口发生损坏。此外, 夏天时高压室内温度比较高, RTU子站 (或者一体化的微机二次保护装置等) 内部因为热量过高而产生的干扰噪声现象不容忽视。
2 变电站的接地方式
2.1 保护接地
防雷接地是受到雷电袭击 (直击、感应或者线路引入) 时, 为防止造成损害的接地系统。常有信号 (弱电) 防雷地和电源 (强电) 防雷地之分, 区分的原因不仅仅是因为要求接地电阻不同, 而且在工程实践中信号防雷地常附在信号独立地上, 和电源防雷地分开建设。机壳安全接地是将系统中平时不带电的金属部分 (机柜外壳, 操作台外壳等) 与地之间形成良好的导电连接, 以保护设备和人身安全。原因是系统的供电是强电供电 (380、220或110V) , 通常情况下机壳是不带电的, 当故障发生 (如主机电源故障或其他故障) 造成电源的供电火线与外壳等, 金属导电部件短路时, 这些金属部件或外壳就形成了带电体。如果没有很好的接地, 那么这带电体和地之间就有很高的电位差。如果人不小心触到这些带电体, 那么就会通过人体形成通路, 产生危险。因此, 必须将金属外壳和大地之间做很好的连接, 是机壳和大地等电位。此外, 保护接地还可以防止静电的积聚。
2.2 工作接地
工作接地的目的是使变电站电网和其中的仪器都能够可靠地运行并且保证系统测量和控制信息精度而设置的接地方法。它又分成机器的逻辑地, 信号的回路接地, 屏蔽的接地。机器的逻辑地, 同时也称为主机的电源地, 它是控制中心内部逻辑的电平正端, 即+6V等低压电源的电流输出地。信号的回路接地, 比如各个变送器的负端要同时接地, 开关量的信号负端接地等方式。屏蔽的接地 (包括模拟信号中屏蔽层面的接地) 。除了上述几种工作接地外, 在很多系统运行情况下容易发生混乱的还有一种特殊供电系统地, 即交流电源地。它也是电力系统内为了正常运行所需要设置的接地 (比如中性点的接地) 。
3 结语
根据防雷设计整体的性能、结构的性能和层次的性能和整个变电站所处的环境、变电站地基的土质条件和设备性能的用途, 分别采取了相应的防雷保护措施。对于处在不同区域的电力设备, 系统将采取等电位的连接及安装新型电源防雷装置和浪涌电压的保护的方法, 从而保证处在不同层次的电力设备可以达到良好的防雷能力。
变电站遥控监控系统防雷保护措施 篇9
近年来, 大部分变电站都实现了微机保护、综合自动化, 许多变电站采用微机监控, 实现了无人值守, 电力系统全面进入到了一个微机时代, 这是电力系统的技术进步, 是电力系统现代技术发展的必然趋势。但是, 目前也出现了一些问题, 那就是微机监控系统的电磁干扰和防雷保护, 因为监控系统运行在高电压、强电场的电磁环境中, 既有大电流造成的磁场和防雷保护干扰;又有高电压造成的电场干扰;有大电流流经接地装置时由地电位差引起的地电位干扰, 还有在雷击时由雷电过电压产生的雷电过电压干扰、雷电过电流干扰、静电干扰。而监控系统等电子器件又是对干扰非常敏感的元件, 特别是雷电干扰对其危害最为严重。
近年来, 永定县供电公司变电站所处的雷电环境恶劣, 变电站监控系统曾经多次遭到雷击造成测控保护设备、后台监控主机损坏。因而有必要对变电站雷电监控系统干扰进行研究, 对雷害事故进行分析。找出干扰的途径和方式。通过研究找出切实可行的防止雷电干扰的措施。
2 雷电对变电站监控系统干扰的方式
2.1 雷电通过低压电源系统产生的干扰
雷电经由低压电源系统对监控系统产生干扰, 是最为常见的干扰型式, 产生的危害也较大, 往往造成监控系统的电源模块的损坏。例如, 110 k V岐岭变电站在一次雷电活动中, 雷电打坏监控系统的电源模块;35 k V湖山变电站在雷电活动中打坏监控系统电源模块;35 k V城关变电所在雷电活动中打坏监控系统网卡, 最后经分析都是在雷电活动时, 雷电通过低压电源系统造成的。从雷电干扰的途径分析, 大都是雷电活动时, 雷电波沿线路侵入变电站, 有时由于雷电幅值较低, 不足以使线路或母线避雷器动作, 或避雷器动作时避雷器动作后的残压通过变压器的电磁感应耦合到低压侧, 使低压电源系统产生雷电过电压, 或强电源浪涌, 传输到监控系统的过电压有时甚至达上千伏, 由于大多数变电站在低压电源系统没有过电压保护措施, 雷电过电压得不到有效限制, 就会在低压电源系统中的绝缘薄弱处造成击穿。而监控系统的电子元件则正是绝缘的薄弱环节, 而监控系统的电源模块又首当其冲, 所以往往造成电源模块的击穿、损坏。
2.2 雷电流入地时造成的地电位干扰
在接地体附近冲击电位的梯度比工频电位的梯度大, 这是因为冲击电流通过接地体时, 接地体附近的阻抗区除有工频电流相似的电阻分量外, 由于磁场和集肤效应的作用, 还包括了较为显著的与频率有关的电阻和电感分量, 故电位梯度较大;离开接地体愈远, 由于电流通过的地层截面增大, 后一分量所占的比例显著减小, 因而地面冲击电位分布和工频电位分布相似。当雷电流经构架避雷针、避雷线或避雷器的接地引下线进入变电站的接地网, 再经接地网流入大地时, 会造成接地网的局部电位升高, 地网附近的电缆沟内往往有二次保护、计量、通信、控制等低压电缆, 如因接地的局部电位升高超过一定数值, 严重者会向二次电缆反击形成灾难性的事故。
接地网的冲击电压干扰通道主要有以下几种:
(1) 互感耦合, 即当二次线附近的接地体流过雷电流时, 会通过互感耦合在二次线上产生干扰电压, 干扰电压的大小与雷电流的大小及雷电流的流通通道和二次线的距离有关。
当雷电流通过接地引下线流入大地时, 并在周转的空间产生很强的电磁场, 这时会在二次线上产生感应电压U。如图1所示。
N点和t点之间的电位差u Nt将为:
其中:
从而:
式 (1) —式 (3) 中M———防雷地接地引下线与设备的接地引下线
之间的互感;
iL———雷电流;
RG———接地电阻;
R1———防雷接地引下线的电阻;
L1———防雷接地引下线的自感。
互感M愈大, ut就愈大, 当防雷接地引下线与设备的接地引下线贴M近似于L1。此时, 感应电压ut与接地线上电压uN几乎相等, 对设备的威胁也就愈大。
当设备的接地引下线与防协接地引下线靠近时, 由于L1≈M, uNt就减小为uNt段的电阻压降iLR1。此时, 虽然t点和N点的距离较近并不会产生反击。当两种引线间的距离增大时, M就减小, 如果距离大到一定程度, M就越近于零, 则有:
此时uNt也将增大, 但由于t点和N点的距离也相应增大, 也不会使tN点间出现反击。
如设备的外壳或引线靠近设备接地引线, 而设备的引下线和防雷接地引下线的距离增大时, N点和t点将出现反击。为防止反击, 设备应离开防雷接地引下线, 设备的接地引下线应用绝缘导线。
(2) 电容耦合在偶尔情况下, 金属部件P与引下线或某一接地部分间的电场可以增强到发生击穿的程度。与此相比, 在金属环路中感应出危险电压的情况经常出现。但总的来说, 这种危险只出现在陡度大的雷电流波头部分, 而持续的时间不会超过1～2μs, 感应电压的大小与环路的尺寸及距离雷电流通过的导线远近有关。图中i为雷电流, P为在引下线旁边的孤立金属部件。
式中U———引下线电压;
Uc——P上的电容性感应电压。
(3) 电磁耦合, 在雷电流通过变压器、电压互感器等设备, 由于电磁感应的作用会在二次线圈上感应出危险的雷电过电压, 这个电压会对微机系统或监控设备造成严重的危害, 如烧坏监控模块, 打坏计量、控制保护等设备。最为严重的是反映在监控系统等弱电系统的电源上。
3 变电站监控系统防止雷电干扰的措施
3.1 完善低压电源系统的防雷保护措施
因雷电通过低压电源系统对监控系统等弱电系统的危害较大, 因而低压电源系统的防雷保护也就特别重要。检查发生低压雷害事故的变电站, 发现在低压电源系统大都没有防雷保护措施, 而低压电源系统又直接关系着监控系统的安全。为防止低压电源系统的雷害事故, 在低压应釆取如下防雷保护措施: (1) 在变电站站用变压器的低压侧装相应电压等级的氧化锌避雷器进行保护; (2) 在监控系统的电源前边串接隔离变压器进行隔离, 并加装对地电容进行雷电波的吸收; (3) 在监控系统的电源前边串接浪涌吸收保护器进行保护。
3.2 改善接地网的冲击电位分布, 防止地电位干扰
(1) 降低接地网的接地电阻, 限制地电位升高, 特别要在构架避雷针、避雷器下增加垂直接地极的放射状的水平接地, 以降低其冲击接地电阻, 防止雷电流入地时造成的局部地电位升高向二次电缆反击。
(2) 改善冲击地电位分布, 限制局部电位升高。在设计接地网时应尽量采用方孔地网以改善地面电位分布, 对方孔地网的网格大小要从地电位分布均匀考虑, 防止局部电位升高。在电缆沟内要设置接地带, 在电缆沟附近要设置与电缆沟平行的水平均压带以改善电缆沟的电位均匀。防止地电位不均对二次回路的干扰。接地网表面的地电位分布要满足接触电压和跨步电压的要求。
式中UJ———接触电位差 (V) ;
UK———跨步电位差 (V) ;
ρf———地表土壤电阻率 (Ω·m) ;
t———接地短路故障电流持续时间 (s) 。
3.3 完善二次回路及计算机系统的屏蔽防止感应雷干扰
(1) 对控制室要加强其电磁屏蔽防止雷电活动时产生的静电干扰, 以及雷电放时造成的磁场干扰对计算机系统的影响;
(2) 对变电站二次电缆要使用屏蔽电缆防止雷电活动时在二次回路上产生感应过电压或产生静电感应。
3.4 完善信号回路感应雷干扰
变电站监控系统设备中包括很多网络设备, 如室外摄像机、红外对射探测器、后台安防主机以及中心机房设备等。室外摄像头应加装DXH06-AVC (DXH06-AV) 型视频监控系统3合1 (2合1) 防雷器, 使其免受雷电感应过电压、电源干扰、静电放电等所造成的损坏。红外对射探测器防护设备应加装QFL06-CH信号防雷器, 使其免受雷电过电压、电磁干扰、静电放电等所造成的损坏。后台监控主机应加装QFL06-V485系列视频线路防雷器, 采用前后两级保护, 第一级为粗保护, 用于泄能;第二级为细保护, 用于钳位。前后两级通过耦合, 使其残压低、衰减小, 达到真正理想的防雷效果。中心机房设备应加装QFL06-C系列计算机网络防雷器使其免受雷电感应过电压、电源干扰、静电放电等所造成的损坏。这样能够针对变电站中的网络传输系统就有了一个比较全面的保护。
4 结语
雷电活动时雷电波沿线路侵入变电站, 并通过变压器的电磁耦合到低压侧所造成的电源干扰和由雷电入地和工频大电流入地造成的地电位干扰对监控系统的干扰, 这主要是一些变电站在低压电源系统的防雷上和接地网的地电位干扰方面重视不够, 存在大量的缺陷, 因而对低压电源系统的防雷和地电位造成的干抗我们一定不能掉以轻心, 务必在搞清干扰的途径、干扰的方式和干扰的机理后, 采取切实可行的抗干扰措施, 有效保证监控系统在雷电活动时能安全运行、正确动作以保证电网的安全可靠运行。
参考文献
[1]李景禄.实用电力接地技术[M].中国电力出版社, 2002.67～99
[2]张纬 (钅发) 等.过电压保护及绝缘配合[M].清华大学出版社, 2002.257～282
变电站防雷 篇10
【关键词】110kV变电站;防雷;危害原因;保护措施
电力行业是关系我国国计民生的基础性产业之一，随着社会经济建设水平的提高，电力需求不断扩大。如何有效提高电力系统运行的安全性、稳定性及电力供应质量，成为目前电力行业迫切需要解决的问题。110kV变电站作为电力系统重要组成部分，承担着电力输送及分配的重要任务，因此其建设质量直接关系到电力网络建设质量及后期运行质量。雷击事故严重威胁到变电站的安全运行，所以必须在11k0V变电站建设过程中采取有效的防雷防护措施，这对于11k0v变电站运行的安全稳定性及后期维护有着重要意义。
1.雷电对110kV变电站的危害
影响110kV变电站安全运行的因素种类较多，气候条件就是其中的一种，要想确保变电站电力系统在额定电压下正常运行，必须要提高电气设备的绝缘性能。如果雷击产生的电压使电力系统的电压超过出正常值，那么变电站运行的安全稳定性将受到严重影响。所以，降低雷击对变电站危害极其重要，目前110kV变电站所遭受的雷击有两种。
1.1 直击雷
雷击是对电力线路造成危害程度最深的自然因素，如果雷云直接击中电力装置，会产生强大雷电流，电力装置会产生较高电压，一旦雷电流经过时，会发生热效应及机械效应，这两类因雷击而造成强度破坏作用的效应对110kV变电站的影响最深。
1.2 感应雷
一旦雷电击中防雷系统，就會立刻产生雷电放电及电磁脉冲，雷电过压经过金属管道、电缆，并给变电站的电力设备产生严重的电磁干扰，最终影响整个电力系统的正常运行。据调查分析，变电站的防雷系统被雷电击中时，会产生两类危害：
（1）由于雷电流必须要经过变电站的内接地网才能够释放到大地中，所以接地网上会产生冲击电位，有些部位会出现反击现象，甚至存在局部放电现象，从而降低电力设备的绝缘性;
（2）雷击产生的电流在经过避雷接地引下线时会产生电磁场，变电站的部分电力设备会出现暂态电压，从而阻碍电力设备运行的稳定性。
2.雷击危害110kV变电站的主要原因
雷击事故破坏110kV变电站的原因主要包括以下几类：
第一，直击雷会产生较高的电压及电流，从而给变电站的电力设备带来强大的冲击电压，冲击电压会破坏变电站的电力设备，甚至会导致电力设备发生短路故障，严重的话会引发火灾或导致电力设备及元件发生爆炸。
第二，直击雷产生的高强电流在传输到电力设备过程中，会产生高热效应从而导致线路及电力设备发生金属熔化现象，从而导致变电站无法正常运行，最终引发火灾或爆炸。
第三，直击雷产生的高强电流会发生机械效应，严重的话，电力设备会发生变形或爆炸等现象。
第四，电流在传输到电力设备的过程中，电磁感应及静电感应会产生强电磁场，磁场的出现会导致设备发生放电现象，严重的话会引发火灾。
第五，擂电波一旦传播到建筑物，建筑物内的线路会出现短路现象，一旦接触到建筑物内的易燃物，极易导致火灾或发生爆炸。第六，电流在接地网上出现的反击会破坏电力设备表面的绝缘层，降低电力设备元件的绝缘性，这些都会引发火灾、严重威胁到变电站系统的正常运行。
3.110kV变电站防雷保护的具体措施
一般情况下，变电站所受到的雷击都属于下行雷，雷电直接击打到变电站的电气设备上，或者架空线路的感应雷过电压及直雷过电压会产生雷电波并沿线路传输到变电站。所以，避免直击雷及雷电波对变电站造成破坏，就成为变电站防雷防护的重点。
3.1 变电站的直击雷防护
变电站的直击雷防护的主要措施是架设避雷针，避雷针主要用于避免电力设备及建筑物遭受雷击，避雷针的功能是将雷电吸引到避雷针上，然后将雷电流安全地释放到大地中，最终避免绝缘性低于它低的设备遭受雷击。在装设避雷针过程中，必须要结合变电站的实际地理位置，并且在不发生反击的前提下，在选择合适的地理位置后，根据单支避雷针防雷保护公式来进一步明确其保护范围。由于110kV 变电站的配电装置具有较高的绝缘性，所以能够将避雷针直接安装到配电装置的架构上，一旦雷电击打到避雷针上，就会产生高电位且避免电力设备发生反击事故。
3.2 变电站的进线防护
为了避免阀型避雷器负担过重且充分发挥其保护功能，必须要采取进线防护措施。进线防护能够发挥以下两类重要作用：
第一，雷电过电压波在进入变电站时，需要经过进线段以外的线路，雷电过电压波在流过进线段时，会冲击电晕而逐渐衰减，波前陡度及幅值会逐渐降低;
第二，可以通过进线段来控制流经避雷器的冲击电流值。所以，变电站的进线附近一至二千米处必须要架设避雷线，从而达到防雷保护的目的。
3.3 变电站对侵入波的防护
在变电站进线上安装氧化锌避雷器是变电站对侵入波防护的主要措施，在使用过程中，氧化锌避雷器逐渐取代阀型避雷器。氧化锌避雷器的优点主要有无间隙、通流容量大、体积小、结构简单、运行维护方便、使用周期长、费用低等等。在被保护设备的附近安装避雷器并联，一旦过电压超出限定值，避雷器会先导通放电，这就会对被保护设备的过电压值造成影响，从而实现保护变电站电力设备的目标。
3.4 变压器的防护
在变压器附近安装站用阀型避雷器是变压器的防护措施，这样能够避免雷电波传输到线路中破坏其绝缘性。在安装避雷器时，必须要最大限度地靠近变压器，要实现连线长度的最小化，这样能够有效减少雷电电流在连线上的压降。
3.5 变电站的防雷接地
防雷接地用于降低雷电流通过接地装置时的对地电位，防雷接地直接关系到保护功能的实现。如果安装独立避雷针，那么必须要单独设置接地装置，建筑物的通长主筋、环状基础钢筋与建筑物避雷网的引下线必须要焊接牢固，并与室外人工接地体紧密连接，这样才能形成等电位效应。为了提高防雷装置使用的安全可靠性，引下线必须要控制在两根以上;在高土壤电阻地区，需要通过多根引下线来降低冲击接地电阻，保持电气接触良好，引下线必须要连接牢固，防雷接地电阻值要求需要控制在1Ω以内。
3.6 变电站防雷感应
变电站防雷感应保护措施主要有：优化汇流系统结构，从而削弱引下线对弱电设备的感应;在电源入口处，处理安装压敏电阻等限制过压装置，还可以使用光耦元件;多分支接地引线，减少引线雷电流;进出控制室的电缆都一律使用屏蔽电缆，屏蔽层只有一个接地极;控制室及通信室需要铺设等电位，变电站全部电力设备的外壳都需要连接等电位汇流牌。
4.结束语
雷击事故对变电站造成的破坏是不可想象的，所以变电站采取有效的防雷保护对电力措施，对于维持变电站整体电力系统的安全运行有着重要意义。110kV变电站在设计且安装防雷保护措施时，必须要综合考虑变电站的实际防雷需求，从而保障变电站运行的安全稳定性，从而为社会生产及日常生活提供优质的电力服务。
参考文献
[1]贾红芳，占志峰，张敏玲.沿海多雷区变电站的防雷保护[J].电工电气，2012（1）：47-48
[2]陈伟，李小萍，胡旭红，吴雪玲.变电站的防雷措施[J].科技信息，2008（3）：105-106
变电站防雷 篇11
关键词：雷电放电,二次设备防雷
变电站是输配电系统中进行电能变换、分配和传输电能、调整电压和控制电能流向的电力设施, 变电站通过变压器将各级电压的电网纵连起来, 其主要设备还包括汇集电流的母线、开断电路的开关设备、控制和测量用互感器、调度通信装置、仪表、继电保护装置以及防雷保护装置等, 部分变电站还加装了无功补偿装置。变电站内的高压设备较多, 其绝缘水平较低, 而且不具有自恢复的功能, 一旦遭受雷击会造成局部范围内的电力供应中断, 影响企业的安全生产运行和供电可靠性, 同时城乡居民的日常生活也会受到不同程度的影响。因此变电站防雷显得尤为迫切。
1 变电站防雷措施分析
变电站在防雷设计中必须遵循国家规范并确保变电站的安全稳定运行以及维护人员的安全。变电站遭遇雷击引起的跳闸事故很多, 变电站出现的雷电过电压有两个来源:雷直击变电站和沿输电线路入侵的雷电过电压波。
1.1 变电站直击雷防护
变电站对直击雷防护主要措施是安装避雷线或者避雷针。其原理是在雷电发生时将雷吸引到自身, 并将雷电导入地下, 从而防止附近绝缘水平比它低的电气设备。变电站内所有的配电设施, 包括母线回路和各种组合导线和都应在直击雷的防护之内, 此外, 被保护配电设备与避雷针要有一定距离, 以免发生雷电反击, 被保护设备与接地装置之间与也应保持一定距离, 以免发生击穿[2]。县级变电站由于绝缘水平较低, 必须采用独立避雷针来保护, 不允许避雷针装设在配电网构架上, 并满足不发生反击的要求;此外, 在县级变电站的防雷措施当中可以不沿全线路装设避雷线, 只需在容易发生雷的击部位架设避雷线, 避雷线的接地电阻必须在规定的范围内[3]。
1.2 变电站雷电波保护
目前, 变电站内一次设备防止雷击的措施是比较严密可靠的, 例如架空地线、在进线处装设避雷针、避雷器等, 这些保护措施极大降低了变电站一次设备遭受雷击的故障率。自动控制系统在变电站二次设备中应用较广, 因设备工作电压低、击穿功率小、其过电流、耐过压抗雷电磁脉冲的能力较差, 在装设二次设备时, 往往对其防雷措施考虑不够, 一旦有雷电过电压或者雷电波入侵, 容易造成站内二次设备损坏, 有的甚至使整个系统瘫痪, 造成无法挽回的损失[5]。此外, 变电站日常运行的特点是需要维护、巡视的设备较多、操作量大, 工作人员压力大、电气设备出现故障和异常的机率高, 工作较繁琐, 在变电站一线工作的员工实际操作次数不多, 操作经验不足, 对设备的熟悉度不够, 容易造成运行维护人员思想上的麻痹松懈。部分变电运行的一线人员长期从事单一重复劳动很容易产生心理疲劳。一是长时间的进行维护工作容易使人注意力分散、动作不准、心理失衡、反应迟钝、视觉模糊。二是存在单纯经验心理, 部分老工人自认为经验丰富, 熟练操作, 因为漫不经心不严格按照操作流程进行操作, 容易导致事故发生。
2 变电站防雷保护
变电站防雷保护中出现的上述问题, 针对变电站的二次系统防雷要采取如下措施。
(1) 对变电站电源回路系统进行分级过电压保护。在直流馈线总柜、总交流配电屏、各小室交 (直流) 分屏、逆变监控系统电源屏、二次设备屏、通信监控屏等各级配电线路的进线处需要加装相应等级浪涌保护器SPD (Surge Protective Devices) [4]。在变电站进线低压配电入口处两根母线上应各装设一只三相电源避雷器;在变电站各小室交/直流分屏进线处需加装C级电源避雷器, 依据防护等级, 在其他二次设备屏柜加装相应SPD。室外电缆铠装层两端及金属管需要良好接地, 电源线路应采用铠装电缆或加套金属管屏蔽。
(2) 变电站应在载波通讯控制线路装设与之匹配的信号防雷器, 防止雷击感应过电压冲击通信模块引起设备通讯口损坏;对于带有BNC或者N接头的收发器时钟系统, 在馈线进入变电站同步装置前应安装馈线高频防雷器, 以外雷击过电压从户外进入变电站二次设备对设备造成损坏;对于采用RS485、RS232等方式的设备间通讯线路, 在线路进出设备附近需串接信号浪涌保护器, 这样可以抑制沿线路传播的雷电波对设备造成的危害;对于远距离传输采用的光纤, 虽然光纤本身为非金属介质未引入雷电流, 但是光纤的铠装层有可能从外部引入雷电流, 因此需要在进入变电站机房时对光纤金属铠装层进行良好的接地。
(3) 在二次侧信号部分, 做好变电站设备的接地屏蔽工作可以有效地提高二次设备的防雷水平, 从高压场进入保护室的各种保护电缆比较多, 现在所采取的主要措施是屏蔽和隔离。变电站二次设备所采集的模拟量, TV二次侧电压进入保护装置时必须经过电抗器隔离或者隔离变压器进行隔离。在重要设备的进出口信号线需安装多个防雷保安单元, 信号线路连接时要实行等电位连接以消除雷电随设备损坏引起的电位差[5]。
此外, 电力企业在生产安全管理上应重视学习期员工的管理, 如新员工的培训等, 在实施以人为本安全生产管理的过程当中, 积极探索以人为本的创新管理模式, 对现有的作业方法、规章制度、考核标准等进行认真有效得梳理, 及时修订、总结和充实完善, 尽量避免运行人员长时间呆在同一地点产生的乏味烦躁感, 摈弃一些死板生硬的安全管理制度, 使管理制度从约束人员向激励员工转变, 为员工创造一个良好的工作氛围, 积极创造有领导的关心、同志间的团结互助、和睦相处的融洽氛围, 使在岗人员有充足的工作动力, 认识到自己存在的价值意义, 感受到工作和生活的乐趣, 从而以更积极的心态坚守好自己的岗位, 为企业的安全生产保驾护航。
参考文献
[1]江苏省电力工业局.电工技术与安全[M].北京:水利电力出版社, 1994.
[2]赵智大.高电压技术[M].北京:中国电力出版社, 2006.
[3]苏邦礼, 崔秉球, 等.雷电与避雷工程[M].中山大学出版社, 1996.
[4]解广润.电力系统过电压[M].水利电力出版社, 1985.