摘要：变电站是电网内的重要节点，一旦发生雷击事故，可能危及人员安全，并破坏设备的正常运行，将造成供电区域的大面积的停电，将对电网安全运行形成较大的危害。本文分析探讨了变电站的常规采用的几种防雷措施。
关键词：变电站；防雷；避雷针；避雷器
变电站作为电网中的重要节点，一旦发生雷击事故，可能危及人员安全，并可能破坏设备的正常运行，造成供电区域大面积的停电，会对电网安全运行形成较大的危害。变电站遭受雷击事故主要分为两种情况：第一种是雷电直接击中变电站内的建筑或者电气设备；二是架空线路的感应雷过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿架空线路侵入变电站，从而影响并危害变电站内相关设备的正常运行。对于直击雷的防护和对于雷电侵入波的防护均对变电站的安全稳定运行十分重要，都是变电站防雷措施主要考虑防范的目标。
（1）直击雷的防护
在变电站围墙范围内设置避雷针是变电站防直击雷的常用措施。避雷针是防护电气设备、建筑物不受直接雷击的雷电保护措施，其作用是把雷电吸引到避雷针身上并安全地将雷电流引入大地中，从而起到保护设备效果。变电站装设避雷针时应使所有设备及需要保护的建筑都处于避雷针保护范围之内。同时还应注意防止雷击避雷针时的反击事故。
对于35kV变电站，为了保护户外设备、架构及需要保护的建筑的安全，必须装设独立的避雷针。独立避雷针及其接地装置与被保护建筑物及设备等金属物之间的空气距离不应小于5米，变电站主接地网与独立避雷针的地下距离不能小于三米，独立避雷针的独立接地装置的引下线接地电阻不可大于10Ω，并需满足不发生雷电反击事故的要求。对于110kV及以上的变电站，装设避雷针是直击雷防护的主要措施。由于此类电压等级配电装置的绝缘水平较高，可将避雷针直接装设在配电装置区域的架构上，同时避雷针与主接地网的地下连接点，沿与主接地网的地下连接点至主变压器、35kV及以下设备与主接地网的地下连接点之间，沿接地体的长度不得小于15m，确保雷击避雷针所产生的高电位不会造成电气设备的反击事故。110kV及以上的变电站也可装设独立避雷针，其装设要求同35kV变电站。
当部分需要保护的建筑在避雷针的保护范围之外，可考虑采用在建筑物屋顶装设避雷带的措施进行保护。
（2）雷电侵入波的防护
变电站对于雷电侵入波防护的主要措施是在其进线上装设氧化锌避雷器。氧化锌避雷器是具有良好保护性能的避雷器。利用氧化锌良好的非线性伏安特性，使在正常工作电压时流过避雷器的电流极小（微安或毫安级）；当过电压作用时，电阻急剧下降，泄放过电压的能量，达到保护的效果。这种避雷器和传统的避雷器的差异是它没有放电间隙，利用氧化锌的非线性特性起到泄流和开断的作用。
氧化锌避雷器是七十年代发展起来的一种新型避雷器，它主要由氧化锌压敏电阻构成。每一块压敏电阻从制成时就有它的一定开关电压（叫压敏电压），在正常的工作电压下（即小于压敏电压）压敏电阻值很大，相当于绝缘状态，但在冲击电压作用下（大于压敏电压），压敏电阻呈低值被击穿，相当于短路状态。然而压敏电阻被击后，是可以恢复绝缘状态的；当高于压敏电压的电压撤销后，它又恢复了高阻状态。因此，如在电力线上安装氧化锌避雷器后，当雷击时，雷电波的高电压使压敏电阻击穿，雷电流通过压敏电阻流入大地，可以将电源线上的电压控制在安全范围内，从而保护了电气设备的安全。
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行进，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。因此，在靠近变电站的进线上加装避雷线是防雷的主要措施。如果没架设避雷线，当靠近变电站的进线上遭受雷击时，流经避雷器的雷电电流幅值可超过5kA，且其陡度也会超过允许值，势必会对线路造成破坏。
（3）变压器等重要设备的防雷防护。
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变压器防雷的保护措施是在靠近变压器的位置安装避雷器，这样可以防止线路侵入的雷电波损坏变压器的绝缘。装设避雷器时，尽可能靠近变压器，并尽量减少连线的长度，以便减少雷电电流在连接线上的压降。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，减少了雷电对变压器破坏的可能。变电站内的每一组主母线或者分段母线上都应装设氧化锌避雷器，用来保护变压器和电气设备。各组避雷器的接地端应用较短的连线接到变电装置的总接地网上。避雷器的安装位置应尽可能处于被保护设备的中间位置。
（4）变电站弱电设备的防雷保护
随着电力技术的发展，一般变电站均有完善的直击雷防护系统，户外设备直接遭受雷击损坏的可能很小。但雷击防护系统时所产生的雷击放电及电磁脉冲，以及雷电过电压通过金属管道电缆对变电站控制等各种弱电设备产生严重的电磁干扰，可能影响到变电设备的正常运行。
采取防雷感应保护的措施主要有：多分支接地引线，减少引线雷电流；改善汇流系统的结构，减少引下线对弱电设备的感应；除了在电源入口装设处压敏电阻等限制过压装置外，还可在信号线接入处使用光耦元件；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极；在控制室和通信室铺设等电位，所有电气设备的外壳均与等电位汇流牌连接。
对于变电站雷电防护，除了做好常规防雷设施和处理好接地问题外，主要是电源的输入和输出端加装相应的过电压保护装置，以消除电网浪涌，雷电感应的过电压，设备切换等意外事件对重要设备的冲击与损坏。因此根据变电站的实际情况，结合设备的耐电压能力，采取符合规范的三级防雷措施，能够达到保护的目的。
第一级过电压保护器安装在UPS（不间断电源）进线处，建议直接用25mm2铜芯电缆接地至总接线地线上，（如安装在机屏内，应将避雷器接地接在屏底或侧面的接地铜排上，然后将25ram2铜芯电缆接地至总接地线上），以防范雷电波，达到最大感应雷的防护标准。第二级过电压保护器安装在UPS的交流输出端，第三级过电压保护器安装在DCS（集散控制系统），ESD（静电阻抗器）系统的电源输入端，以防止设备侧过电压对系统的冲击。
由于雷电波在线路上能感应出较高的瞬时冲击能量，因此网络通信设备，如消防报警设备，视屏监控设备，计算机网络设备等，能够承受较高能量的瞬时冲击，而目前大部分通信设备由于电子器件的高度集成化而致耐过压，耐过流水平下降，通讯设备遭受过电压而损坏的现象越来越多。其后果可能造成整个通讯系统运行中断，因此有必要在网络通信口处加装信号防雷器以确保网络通信系统的安全运行。
（5）变电站防雷装置的接地。
变电站的防雷保护措施满足要求以后，还要根据安全和工作接地等的要求敷设一个统一的接地网，然后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。独立避雷针与配电装置带电部分的空气中较短途径不得小于5米。避雷针接地引下线埋在地中部分与配电装置构架的接地导体埋在地中部分在土壤中的距离必须大于3米。变电站电气装置的接地装置采用水平接地极为主的人工接地网。安装在架构上的避雷针，与主接地网应在其附近装设集中接地装置。避雷针与主接地网的地下连接点沿与主接地网的地下连接点至主变压器、35kV及以下设备与主接地网的地下连接点之间，沿接地体的长度不得小于15m，同时变压器门形架构上不得装避雷针。
综上所述，变电站对于直击雷的防护，可考虑采用装设避雷针及避雷带等防雷措施。对于雷电入侵波的防护，主要考虑在进线侧加装避雷器，在重要设备及母线附件装设避雷器进行保护。同时，变电站防雷还需考虑采用一些措施防止雷击产生的电磁干扰对各种弱电设备的影响。
参考文献：
[1]水利电力部西北电力设计院，《电力工程电气设计手册（电气一次部分）》，1996重印，北京，中国电力出版社；
[2]中国电力企业联合会，GB50064-2014《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》，2014，北京，中国计划出版社。
论文作者:杨琦敏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/22
标签：变电站论文; 避雷针论文; 避雷器论文; 过电压论文; 雷电论文; 防雷论文; 设备论文; 《基层建设》2019年第19期论文;