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變電站的防雷保護(hù)措施分析
摘要：變電所是電力系統(tǒng)中對(duì)電能的電壓和電流進(jìn)行變換、集中和分配的場(chǎng)所，是聯(lián)系發(fā)電廠與電力用戶的紐帶，擔(dān)負(fù)著電壓變換和電能分配的重要任務(wù)。如果變電所發(fā)生雷擊事故，會(huì)給國(guó)家和人民造成巨大的損失。所以變電所的防雷是不可忽視的問題。
關(guān)鍵詞：變電所;防雷保護(hù);雷擊原因;防雷原則;具體措施
隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，使得電能這一清潔能源在人民生產(chǎn)、生活中得到了普遍使用。但當(dāng)高壓輸電網(wǎng)在為人們提供動(dòng)力和照明時(shí)，不能忽視自然界產(chǎn)生的雷電對(duì)高壓輸變電設(shè)備產(chǎn)生的大量危害。因此，必須加強(qiáng)變電所雷電防護(hù)問題的認(rèn)識(shí)與研究。
一、變電所遭受雷擊的主要原因
供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，電氣設(shè)備的絕緣處于電網(wǎng)的額定電壓作用之下，但是由于雷擊的原因，供配電系統(tǒng)中某些部分的電壓會(huì)大大超過正常狀態(tài)下的數(shù)值，通常情況下變電所雷擊有兩種情況：一是雷直擊于變電所的設(shè)備上;二是架空線路的雷電感應(yīng)過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線路侵入變電所。其具體表現(xiàn)形式如下：
1、直擊雷過電壓。雷云直接擊中電力裝置時(shí)，形成強(qiáng)大的雷電流，雷電流在電力裝置上產(chǎn)生較高的電壓，雷電流通過物體時(shí)，將產(chǎn)生有破壞作用的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)。
2、感應(yīng)過電壓。當(dāng)雷云在架空導(dǎo)線上方，由于靜電感應(yīng)，在架空導(dǎo)線上積聚了大量的異性束縛電荷，在雷云對(duì)大地放電時(shí)，線路上的電荷被釋放，形成的自由電荷流向線路的兩端，產(chǎn)生很高的過電壓，此過電壓會(huì)對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)造成危害。
因此，架空線路的雷電感應(yīng)過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線路侵入變電所，是導(dǎo)致變電所雷害的主要原因，若不采取防護(hù)措施，勢(shì)必造成變電所電氣設(shè)備絕緣損壞，引發(fā)事故。
二、變電所防雷的原則
針對(duì)變電所的特點(diǎn)，其總的防雷原則是將絕大部分雷電流直接接閃引入地下泄散(外部保護(hù));阻塞沿電源線或數(shù)據(jù)、信號(hào)線引入的過電壓波(內(nèi)部保護(hù)及過電壓保護(hù));限制被保護(hù)設(shè)備上浪涌過壓幅值(過電壓保護(hù))。這三道防線，相互配合，各行其責(zé)，缺一不可。應(yīng)從單純一維防護(hù)(避雷針引雷入地———無源保護(hù))轉(zhuǎn)為三維防護(hù)(有源和無源防護(hù))，包括：防直擊雷，防感應(yīng)雷電波侵入，防雷電電磁感應(yīng)等多方面系統(tǒng)加以分析。
1、外部防雷和內(nèi)部防雷
避雷針或避雷帶、避雷網(wǎng)引下線和接地系統(tǒng)構(gòu)成外部防雷系統(tǒng)，主要是為了保護(hù)建筑物免受雷擊引起火災(zāi)事故及人身安全事故;而內(nèi)部防雷系統(tǒng)則是防止雷電和其它形式的過電壓侵入設(shè)備中造成損壞，這是外部防雷系統(tǒng)無法保證的。為了實(shí)現(xiàn)內(nèi)部防雷，需要對(duì)進(jìn)出保護(hù)區(qū)的電纜，金屬管道等都要連接防雷、及過壓保護(hù)器，并實(shí)行等電位連接。
2、防雷等電位連接
為了徹底消除雷電引起的毀壞性的電位差，就特別需要實(shí)行等電位連接，電源線、信號(hào)線、金屬管道等都要通過過電壓保護(hù)器進(jìn)行等電位連接，各個(gè)內(nèi)層保護(hù)區(qū)的界面處同樣要依此進(jìn)行局部等電位連接，各個(gè)局部等電位連接棒互相連接，并最后與主等電位連接棒相連。
三、變電所防雷的具體措施
變電所遭受的雷擊是下行雷，主要雷直擊在變電所的電氣設(shè)備上，或架空線路的感應(yīng)雷過電壓和直雷過電壓形成的雷電波沿線路侵入變電所。因此，避免直擊雷和雷電波對(duì)變電所進(jìn)線及變壓器產(chǎn)生破壞就成為變電所雷電防護(hù)的關(guān)鍵。
1、變電所裝設(shè)避雷針對(duì)直擊雷進(jìn)行防護(hù)
架設(shè)避雷針是變電所防直擊雷的常用措施，避雷針是防護(hù)電氣設(shè)備、建筑物不受直接雷擊的雷電接收器，其作用是把雷電吸引到避雷針身上并安全地將雷電流引入大地中，從而起到保護(hù)設(shè)備效果。變電所裝設(shè)避雷針時(shí)應(yīng)使所有設(shè)備都處于避雷針保護(hù)范圍之內(nèi)，此外，還應(yīng)采取措施，防止雷擊避雷針時(shí)的反擊事故。對(duì)于35 kV變電所，保護(hù)室外設(shè)備及架構(gòu)安全，必須裝有獨(dú)立的避雷針。獨(dú)立避雷針及其接地裝置與被保護(hù)建筑物及電纜等金屬物之間的距離不應(yīng)小于五米， 主接地網(wǎng)與獨(dú)立避雷針的地下距離不能小于三米，獨(dú)立避雷針的獨(dú)立接地裝置的引下線接地電阻不可大于10Ω，并需滿足不發(fā)生反擊事故的要求;對(duì)于110kV及以上的變電所，裝設(shè)避雷針是直擊雷防護(hù)的主要措施。由于此類電壓等級(jí)配電裝置的絕緣水平較高，可將避雷針直接裝設(shè)在配電裝置的架構(gòu)上，同時(shí)避雷針與主接地網(wǎng)的地下連接點(diǎn)，沿接地體的長(zhǎng)度應(yīng)大于十五米。因此，雷擊避雷針?biāo)a(chǎn)生的高電位不會(huì)造成電氣設(shè)備的反擊事故。
2、變電所的進(jìn)線防護(hù)
要限制流經(jīng)避雷器的雷電電流幅值和雷電波的陂度就必須對(duì)變電所進(jìn)線實(shí)施保護(hù)。當(dāng)線路上出現(xiàn)過電壓時(shí)，將有行波導(dǎo)線向變電所運(yùn)動(dòng)，起幅值為線路絕緣的50%沖擊閃絡(luò)電壓，線路的沖擊耐壓比變電所設(shè)備的沖擊耐壓要高很多。因此，在接近變電所的進(jìn)線上加裝避雷線是防雷的主要措施。如不架設(shè)避雷線，當(dāng)遭受雷擊時(shí)，勢(shì)必會(huì)對(duì)線路造成破壞。
3、變電站對(duì)侵入波的防護(hù)
變電站對(duì)侵入波的防護(hù)的主要措施是在其進(jìn)線上裝設(shè)閥型避雷器。閥型避雷器的基本元件為火花間隙和非線性電阻。目前， SFZ系列閥型避雷器，主要有用來保護(hù)中等及大容量變電所的電氣設(shè)備。FS系列閥型避雷器，主要用來保護(hù)小容量的配電裝置。
4、變壓器的防護(hù)
變壓器的基本保護(hù)措施是在接近變壓器處安裝避雷器，這樣可以防止線路侵入的雷電波損壞絕緣。
裝設(shè)避雷器時(shí)，要盡量接近變壓器，并盡量減少連線的長(zhǎng)度，以便減少雷電電流在連接線上的壓降。同時(shí)，避雷器的連線應(yīng)與變壓器的金屬外殼及低壓側(cè)中性點(diǎn)連接在一起，這樣就有效減少了雷電對(duì)變壓器破壞的機(jī)會(huì)。
變電站的每一組主母線和分段母線上都應(yīng)裝設(shè)閥式避雷器，用來保護(hù)變壓器和電氣設(shè)備。各組避雷器應(yīng)用最短的連線接到變電裝置的總接地網(wǎng)上。避雷器的安裝應(yīng)盡可能處于保護(hù)設(shè)備的中間位置。
5、變電所的防雷接地
變電所防雷保護(hù)滿足要求以后，還要根據(jù)安全和工作接地的要求敷設(shè)一個(gè)統(tǒng)一的接地網(wǎng)，然后避雷針和避雷器下面增加接地體以滿足防雷的要求，或者在防雷裝置下敷設(shè)單獨(dú)的接地體。
小變電所用獨(dú)立避雷針，大變電大多在獨(dú)立避雷針與配電裝置帶電部分的空氣中最短途徑不得小于五米。避雷針接地引下線埋在地中部分與配電裝置構(gòu)架的接地導(dǎo)體埋在地中部分在土壤中的距離必須大于三米，變電所電氣裝置的接地裝置采用水平接地極為主的人工接地網(wǎng)，水平接地極采用扁鋼50mm×5mm，垂直接地極采用角鋼50mm×5mm，垂直接地極間距5m～6m，主接地網(wǎng)接地裝置電阻不大于4Ω，主接地網(wǎng)埋于凍土層1m以下。人工接地網(wǎng)的外緣應(yīng)閉合，外緣各角應(yīng)做成圓弧形。
大變電所安裝在架構(gòu)上的避雷針，與主接地網(wǎng)應(yīng)在其附近裝設(shè)集中接地裝置。避雷針與主接地網(wǎng)的地下連接點(diǎn)至變壓器的接地線主接地網(wǎng)的地下連接點(diǎn)，沿接地體的長(zhǎng)度不得小于15m，同時(shí)變壓器門形架構(gòu)上不得裝避雷針。
6、變電所防雷感應(yīng)
隨著電力技術(shù)的發(fā)展，變電所均有完善的直擊雷防護(hù)系統(tǒng)，戶外設(shè)備直接遭受雷擊損壞的可能很小。但雷擊防護(hù)系統(tǒng)時(shí)所產(chǎn)生的雷擊放電及電磁脈沖，以及雷電過電壓通過金屬管道電纜對(duì)變電所控制等各種弱電設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾，這就可能影響到變電設(shè)備的正常運(yùn)行。
采取防雷感應(yīng)保護(hù)的措施主要有：多分支接地引線，減少引線雷電流;改善匯流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減少引下線對(duì)弱電設(shè)備的感應(yīng);除了在電源入口裝設(shè)處壓敏電阻等限制過壓裝置外，還可在信號(hào)線接入處使用光耦元件;所有進(jìn)出控制室的電纜均采用屏蔽電纜，屏蔽層共用一個(gè)接地極;在控制室和通信室鋪設(shè)等電位，所有電氣設(shè)備的外殼均與等電位匯流牌連接。
結(jié)語：變電所是電力系統(tǒng)防雷的重要保護(hù)設(shè)施，如果發(fā)生雷擊事故，將造成大面積的停電，嚴(yán)重影響社會(huì)生產(chǎn)和人民生活。因此要求變電所的防雷措施必須十分可靠。
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