摘要：本文介绍了折线法和滚球法的变电站防雷计算方法，因为防护建筑物和避雷针的高度将直接影响到避雷针的保护范围。为此，采用滚珠法和折线法对变电站防雷设施进行检测，确定了变电站防雷的可靠性。
关键词：1000kV特高压变电站；防雷保护；防雷计算
雷击是一种比较常见的自然灾害，特别是在中国南方。雷击是影响电力系统中变电站正常运行的重要因素之一。由于受地理环境和位置影响，变电站时常会受到雷击，造成断电等问题的出现，给人们的日常生活和企业带来很多不良影响。因此，防雷基地的设计是否合理在一定程度上影响着电力系统的正常运行，为了尽量降低雷击对变电站设备的影响，提高供电的稳定性，在工程设计过程中，要从根本上对变电站加强防雷措施，从而有效地保证电力系统的正常运行。
1防雷的重要性
在所有自然灾害中，雷击对变电站产生的影响比较大。在发生雷击事故时，将会产生一个超过正常值的电压对电网的正常运行带来较大的冲击，造成设备绝缘构件的损坏。所以防雷设计是否有效直接关系到变电站设备的正常使用，为了降低雷击对变电站设备的影响，提高供电稳定性以及提高电力系统正常运行的可靠性，必须在思想上和行动上高度重视防雷设计。
2变电站防雷保护
对直击雷的防范通常采用装设符合《电力设备过电压保护设计技术规程》要求的避雷针或避雷线.
应使变电站内所有设备都处于避雷针(线)的保护范围内，并采取措施，防止雷击避雷针(线)时对被保护设备发生反击事故；对于110kV及以上的变电站，可采用构架避雷针；对于35kV及以下的变电站，应采用独立避雷针；对于装设避雷针的配电装置应设辅助接地装置，此接地装置与变电站接地网的连接点至主变压器接地装置及变电站接地网连通，沿接地体的长度不得小于15m。由于主变压器的绝缘较薄弱，不应在主变压器的门型构架上装设避雷针。
对沿线路入侵的雷电波则采用在变电站内装设阀型避雷器，同时在变电站进线上设置进线保护段以限制流过阀型避雷器的雷电流(一般不大于5kA)及降低入侵雷电波的陡度.根据技术规程要求，应注意对于未沿全线架设避雷线的35~110kV架空输电线路，应在离变电站1-2km的进线段架设避雷线；对于沿全线架设避雷线的架空输电线路，在距离变电站2km的一段线路也算作进线段；进线保护段上的避雷线保护角不宜超过20°，最大不应超过30°。在变电站的每组母线上，必须装设阀型避雷器。其原则是在任何可能的运行方式下，站内的主变压器及其它电气设备与避雷器的电气距离都应小于最大允许电气距离，若一组避雷器不能满足要求，则可以根据具体情况考虑再增设一组。变压器也必须装设防雷保护。
必须在低压绕组任一相直接出口处对地加装一个阀型避雷器。必须在两个自耦合绕组的出线上装设阀型避雷器，其位置应在自耦变压器和断路器之间。其中性点一般不需保护；对于中性点接地系统，变压器通常是分级绝缘的，此时，需要在中性点上装设阀型避雷器或间隙加以保护。必须对防雷装置进行巡视检查，检查的具体内容为：避雷针应无倾斜、断裂，各焊接部分应牢固；避雷器引线接头及均压环装设应牢固；避雷器放电记数器是否动作，内部有无烤焦、积水现象；接地线应牢固可靠、接触良好、无锈蚀。
3防雷计算
3.1折线法
折线法在电力系统中又称为规程法，即单支避雷针的保护范围是以一个避雷针为轴的折线圆锥体。DL／T620--1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》标准规定了单支避雷针的保护范围,如图1所示。
(1)在地面上保护半径的计算
避雷针在地面上的保护半径可用下列公式进行计算：
Rp=1.5hp (1)
式中：Rp一保护半径；
h一避雷针的高度；
p一高度影响因数。
其中，p的取值范围是：当h≤30m，p=1；当30<h≤120，p=
{h}是以单位m表示的h的纯数值；当h>120rn时，只能取h=120m。
(2)被保护物高度hp水平面上保护半径的计算
(a)当hp≥0.5h时，被保护物高度hp水平面上的保护半径为：
Rp=(h-hp)p=haP (2)
式中：Rp一避雷针在hp水平面上的保护半径；
hp一被保护物的高度；
ha一避雷针的有效高度。
(b)当hp<0.5h时，被保护物高度hp水平面上的保护半径为：
Rp=(1.5h一2hp)p (3)
图1折线法单支避雷针的保护范围(h≤30m时，θ=45°)
3.2滚球法
滚球法是国际电工委员会(IEC)推荐的接闪器保护范围计算方法之一。GB50057--1994也把滚球法强制作为计算避雷针保护范围的方法。滚球法是以hR为半径的一个球体沿需要防止击雷的部位滚动，当球体只触及接闪器(包括被用作接闪器的金属物)或只触及接闪器和地面(包括与大地接触并能承受雷击的金属物)，而不触及需要保护的部位时，则该部分就得到接闪器的保护。滚球法确定接闪器保护范围应符合规范规定，见表1。
表1接闪器保护范围
应用滚球法，计算避雷针在地面上的保护半径。
(a)避雷针高度h≤hR时
距地面hR处作条平行于地面的平行线。以针尖为圆心、hR为半径作弧线交于平行线A，两点。以A为圆心，hR为半径作弧线，该弧线与针尖相交并与地面相切，这样，从弧线起到地面就是保护范围。保护范围是一个对称的锥体。避雷针在hp高度的XX’平面上和在地面上的保护半径，按下列公式计算确定：
图2滚球法单支避雷针的保护范围
Rp=
-
Ro=
(4)
式中：Rp一避雷针保护高度XX’平面上的保护半径；
hR一滚球半径，按表1确定；
hp一被保护物的高度；
Ro一避雷针在地面上的保护半径。
(b)当避雷针高度h>hR时
在避雷针上取高度hp的一点代替单支避雷针的针尖并作为圆心，见图2。
结束语
近年来，随着我国电力系统的不断发展，电网规模不断扩张，人们对电能质量的要求也不断提高，雷击事故作为影响电力系统正常稳定运行的重要影响因素，做好其防护工作十分必要。
参考文献
[1]毛卓平.110kV变电站防雷接地设计[D].湖南大学,2015.
论文作者:陈文学,郭恩业
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/16
标签：避雷针论文; 变电站论文; 防雷论文; 半径论文; 避雷器论文; 高度论文; 避雷线论文; 《电力设备》2018年第26期论文;