李小飞 李建飞 王欢
（内蒙古鲁电蒙源电力工程有限公司 内蒙古呼和浩特 010000）
摘要：变电站作为电力系统的一个重要构成部分，将电能传输给千家万户，使集中的电压分配到人们的生产生活中。作为一个重要的构成，变电站一旦遭受雷电的袭击，就会对人们的生产生活造成不必要的损失，影响人们正常的生产生活。
关键词：变电站；防雷电；保护设计；设计措施
雷电是一种大气中放电的现象，虽然放电时间短，但放电时产生数万伏至数十万伏冲击电压，放电电流可达几十万安培，造成人身伤亡，建筑物损坏，电力设施损坏，电力系统中断等严重事故。从雷电危害角度考虑，雷电可分为直击雷、感应雷和雷电侵入波。直击雷是带电积云接近地面至一定程度时，与地面目标（建筑物、大地或防雷装置）之间的强烈放电，直击雷的特点是冲击电压高，放电电流大，危害也最大。感应雷也称作雷电感应，分为静电感应雷和电磁感应雷，由于感应雷电流的强大电场和磁场变化产生的静电感应和电磁感应，造成屋内电线、金属管道和大型金属设备放电引起建筑内爆炸危险品或易燃品燃烧。雷电侵入波是指雷电在架空线路、金属管道上产生的冲击过电压，使雷电波沿线路或管道迅速传播，或侵入建筑物内可造成配电装置和电气线路绝缘层击穿，产生短路，或使建筑物内易燃易爆品燃烧或爆炸，危机人身安全或损坏设备。电气设备遭雷电袭击都会产生过电压，感应雷过电压一般不会超过500kV，因此主要对35kV及以下电压等级电力设备的绝缘有威胁，而对110kV以上的设备，通常设备的最小冲击绝缘耐压水平已高于此值，一般不会构成危害。因此，电力系统防雷的重点是直击雷防护。对于雷击输电线路产生的雷电波侵入可采用进线保护，这是利用其阻抗来限制雷电流幅值和利用其电晕衰减来降低雷电波的陡度；可通过进线段上的避雷器进行配合。
一、变电站遭雷电袭击的原因分析
1.1阴雨天直接击中
雷电击中变电所的电力设备的概率十分低，但由于变电站的设备比较明显，体积比较大，所以还是需要杜绝这种情况的发生。据统计我国的35kV和110kV至220kV变电所与入侵波而引起的事故概率分别为0.67次百所/年，直配电机的雷击损坏率约为1.25次百所/年。
1.2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，避雷针在阴雨天的时候，天空上方会凝聚大量的雷云，在静电感应的作用下使得许多电荷都汇集在架空导线上。如果此时发生雷击现象，就会释放大量的电荷，电荷以一种自由的形式向输电线路流动，会造成电压突然增大。由于变电站不能控制突然增大的电压，从而导致了电力系统的瘫痪。直击雷过电压，如果在运行中的设备被雷电直接击中，会出现雷电流，设备不具有接受电压过大产生的电流，这样会使设备因电流的破坏而出现不工作的情况。
二、变电站的防雷电保护的设计
2.1防雷保护设计的基本原则
所有被保护的设备，均应处于避雷针的保护范围之内，为了防止反击，避雷针距离保设备空气中的距离不小于五米，避雷针的接地装置与被保护的接地装置，在土壤中的距离不小于三米。针对于变电站升降电压的特点，在设计防雷电保护，要依据着将绝大部分雷电的电流引入扩散到地下，实现外部保护。电源线和数据线，信号线，引入的高压电波沿着内部保护线路所阻隔，还要限制被保护设备的过电压数值，实现各个防线相互配合。
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2.2防雷保护装置
避雷针的主要作用是保护电器设备和建筑物内的线路免遭受雷电的袭击。避雷针的实质功能是引雷，当雷电放电接近地面时，它使地面电场发生畸型。在避雷针的顶端形成局部电场集中的空间，去影响雷电先导放电的发展方向。引导雷电向避雷针放电，再通过接地引下线和接地装置，从而保护建筑物避免雷电的袭击。变电站的接地装置应与线路的避雷线相连，采用绝缘子设置便于分开的连接点。变电站正常运行时通过接地专用线有效连接，在变电站测量接地电阻时暂时断开，测量完后恢复。反击被认为是避雷针的主要缺点之一，在电力系统中，空气中避雷针与被保护物之间的距离要求不小于五米，土壤中的接地装置和被保护物的接地装置之间的距离要求不小于三米。受现场条件限制，满足不了安全净距的要求是可以将避雷针的接地装置与被保护物的接地装置进行等电位联接。对于35kV及一下的变电站，因其绝缘水平较低，所以不能将装载配电构架上，以免发生反击现象。需架设独立避雷针，并满足不发生反击的要求。此设备的装置与变电所接地方的连接点距，主变压器接地双指与变电所接地网的连接点的距离不可小于15米。一般在发电厂的厂房上不设避雷针，以免发生单机事故和引起雷电保护误动作。
避雷器要先于被保护的设备放电并能可靠灭弧。避雷器与被保护的设备之间最好是零距离，但是从成本角度考虑，变电站中是在母线上加装一组避雷器，此时避雷器是有保范围的。如果变压器入口的电容很小，相当于开路。当时间上相同，避雷器放电产生的电压为之前的二倍。避雷器在此时的前电波时刻会发生全反射，使变压器上出现的最大电压，电压值等于之前电压的二倍。所以变压器上所能承担的最大电压是之前的二倍，等于避雷器的残压之和。这是由于避雷器在放电时所产生的负电压波在避雷器与变压器之间进行多次反射所引起的。此时变压器上的波形与全波相差很大，对变压器绝缘的作用接近于截断波。因此，常以变压器绝缘承受截电波的能力来说明变压器承受雷电的能力。
三、变电站的防雷保护措施
3.1变电站进线的保护
对于35kV到110kV无避雷线的线路，当雷电击中变电站附近的线路的导线上时沿线入侵流经避雷器的雷电流有可能超过5kA，而且陡度也可能超过允许值。因此，对于这样的无避雷线的线路，在靠近变电站的这一段进线上，要架设避雷线，在进线段内出现电波的概率会大大减小，保证电波只能在线段之外出现。还可设置阀型避雷器，确保全所设备的安全。避雷线的保护角很小，在进线段内不发生绕击，雷击中线段以外的导线上时，会消耗入侵波的能量，来限制入侵波的幅度值。
3.2三绕组变压器
三绕组变压器在正常运行时，只存在高中压绕组工作，此时若高压绕组和中压绕组有电波入侵时，由于低压绕组对地下的电容较小，静电感应可达到最高值，将危及低压绕组绝缘。为了限制这种过低的电压，只要在低压绕组的接口处，加装一个避雷器即可。当高压侧带有出现，中压侧有行波入侵时，开关接口之间绝缘上有很大的电压。
3.3变电所防雷感应
对于雷击防护系统所产生的电能，要多分接地引线，减少引线的电流，改善集中系统的结构，减少地下引线对弱电设备的感应。要在电源处安装压敏电阻，这样可以限制过压装置，还可以在信号线接入处使用光耦原件，控制所有电缆的接地极。在控制室和通讯室等电位使电气设备的外壳，均与等电位回流连接。
四、变电站的防雷保护的应用
某变电站采用避雷针保护方案，220kV架构避雷针高35米，共3只，66kV架构避雷针高35米，共2只。避雷针间可以形成联合保护，采用“滚球法”绘图方法绘制在23米高、16米高的保护范围，见下图。
（下转第78页）
对某变电站的防雷保护方案的设计采用避雷针进行联合保护，满足全站防雷保护的要求，采用取消综合楼屋顶避雷带，这样不仅合理美观，还能降低一定的成本。综上所述，变电站的防雷保护设计是一项既简单又繁琐的内容。但对变电站的安全使用，电气设备的正常运行有着至关重要的作用，目前的防雷方案也许还有一定的局限性，还难以完全有效地防止雷电的破坏。我们将继续不懈地研究和探讨，尽量将雷击可能造成的损害减小到最低程度，以保障各网络系统的安全运行。
参考文献：
[1]朱建萍.浅谈变电站防雷问题[J].黑龙江科技信息，2017（14）：156-156.
[2]林星.浅谈关于变电站二次系统的防雷保护问题及措施[J].农村经济与科技，2017，28（8）：316+324.
作者简介∶
李小飞（1990-），男，汉族，河北省张家口市人，工程师，主要从事电力工程设计工作。
论文作者:李小飞,李建飞,王欢
论文发表刊物:《河南电力》2018年20期
论文发表时间:2019/4/29
标签：雷电论文; 变电站论文; 避雷针论文; 避雷器论文; 过电压论文; 防雷论文; 电压论文; 《河南电力》2018年20期论文;