摘要：变电站在整个电力系中占据着非常重要的地位，而影响变电站正常运行的一个非常重要的因素是雷击，要想有效地降低雷击对变电站的不良影响，保证电网系统的安全运行，就必须在施工设计时，选择一个合适的防雷接地设计方案，同时增强对防雷设施的监控和维护，用较小的投资降低雷击对电网系统造成的不良影响。因此，本文对变电站接地设计及防雷技术进行了分析。
关键词：变电站；接地设计；接地电阻；防雷措施
一、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。
二、接地的设计原则
一般情况下，变电站电气装置的接地装置的接地电阻应符合Ｒ≤2000／Ｉ。Ｒ─考虑到季节变化的最大接地电阻
Ｉ─计算用的流经接地装置的入地短路电流
式中计算用流经接地装置的入地短路电流，采用在接地装置内，外短路时，经接地装置流入地中的最大短路电流对称分量最大值，该电流应按5－10年发展后的系统最大运行方式确定，并应考虑系统中各接地中性点间的短路电流分配，以及避雷线中分走的接地短路电流。
2.当接地装置的接地电阻不符合上式要求时，可通过技术经济比较增大接地电阻，但不得大于５欧姆，且满足以下几种要求：
2.1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变电站外，或将低电位引向变电站内的设施，采取隔离措施。例如变电站外供电的低压线路采用架空线，其电源中性点不在站内接地，改在站外适当的地方接地。
2.2考虑到短路电流非周期分量的影响，当接地网电位升高时，站内的3－10ｋＶ阀式避雷器不应动作或动作后承受被赋与的能量。
2.3设计接地网时，验算接触电位差和跨步电位差满足标准要求。
三、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。
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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。
四、变电站防雷措施
4.1避雷网、避雷线或避雷针
变电站防护直击雷的重要手段就是安置避雷针。避雷针作为一种雷电接收装置可以对建筑物或电气设备进行雷电防护，它可以将雷电积聚起来输送到大地进行泄散，从而对设备进行保护。当发生雷云放电时，在离地面有一定距离时，避雷针可以使得先导电场畸变，这时在避雷针接闪器顶端就会产生最大的电场，避雷针积聚了雷云的大量电荷，进而泄散到大地。
4.2避雷器
避雷器主要是限制误操作导致的内部过电压或沿线路入侵的雷电压。它可以对侵入的雷电波进行削弱，使其降到电气设备的允许范围内。阀型避雷器是变电站防护入侵波的主要方法。它的关键部分是非线性电阻和火花间隙。阀型避雷器中的SFZ系列是目前保护中大容量电气设备的主要措施。FS系列装置主要针对小容量设备。
4.3浪涌抑制器
浪涌抑制器主要是通过防雷端子和电涌保护等方法来防护电气设备，避免元器件和设备的雷电损坏。电源防雷器主要安装在设备的电源出入口，它设有远传通信接口，与后台管理机连接。雷击发生时，电源防雷被损坏的情况能够显示在后台的监控设备上，浪涌抑制器主要设置在通信、控制端口。
4.4接地装置
为了避免雷电的危害，当设置符合要求的防雷设备后还需要根据具体的工作以及安全要求设置一个接地网，增设接地体在避雷器以及避雷针下面，或设置独立的接地体来讲雷电流泄散到大地，从而达到防雷保护的效果。
单独的避雷针需要有独立的接地设备；需要将引下线焊接在建筑物的主筋和环形钢筋上，并且连接到室外接地体上，进而形成等位。为了使防雷装置具有高的可靠性，应设置两根或两根以上的引下线，当土壤的电阻系数较高时，为了使冲击接地电阻得到降低需要多跟引下线，引下线需要良好的电气接触和牢固的机械连接。变电站的接地防雷需要低于1欧的电阻值。
针对防雷设计的层次性能、结构性能以及整体性能还有环境条件、土质条件以及设备用途等，选取不同的防护措施。当电力设备分处在不同区域时，系统需要通过等电位连接以及设置浪涌保护和电源防雷等方法对不同的电力设备进行防护。
五、结束语
综上可知，增强变电站的防雷能力是电力系统正常运行的需要，是社会对供电质量逐渐提高的需要，是维护公众安全与秩序的需要。应针对变电站遭受雷击的原因，结合变电站自身的结构与运行特点，合理使用防雷设备、科学设计防雷系统，通过可靠的防雷接地技术的应用，增强变电站运行的稳定性与安全性。同时，随着变电站的建设发展还应该不断改进、完善现有的防雷接地技术，保证其具始终具有较高的科学性与有效性。
参考文献：
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作者介绍：
王梦（1988.2.24），性别：男；籍贯：山东；民族：汉；学历：研究生、硕士；职称：中级工程师；职务：变电一次设计工程师；研究方向：变电站设计；单位：国网天津市电力公公司经济技术研究院；
论文作者:王梦
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/20
标签：变电站论文; 防雷论文; 电阻论文; 装置论文; 电流论文; 避雷针论文; 雷电论文; 《电力设备》2017年第24期论文;