变电站雷害分析与防雷措施研究

谢海芬

摘 要：广西属于亚热带季风气候区，全境雷电活动频繁，电网雷害问题一直较为严峻，因此有必要采取有效的措施来防止雷害事故的发生。本文针对防雷存在的漏洞进行分析，提出一些卓有成效的整改措施，仅供参考！

关键词：广西；雷害；防雷

中图分类号： U665.12文献标识码：A 文章编号：

0 前言

广西属典型的亚热带季风气候区，南部沿海，西北多山，全境雷电活动整体频繁而强烈，同时又具有相对其他省份更为复杂的时空分布特性。例如，据广西雷电定位系统监测显示，2012年8月8日8时～9日10时，广西共发生闪电3413次。闪电区域主要集中在：百色、崇左、南宁、钦州、北海、防城港、玉林、贵港、来宾、梧州、桂林等地。根据统计，雷击事故占广西电网输电事故的65％，有的年份甚至更高。广西电网雷害问题一直较为严峻，输电线路雷击跳闸率居高不下，雷击跳闸成为威胁电网安全稳定运行的最主要、最突出的矛盾。

广西雷电探测分析系统自1999年投入运行至今，积累了海量的雷电监测数据。深入分析这些数据资料，对掌握广西全境雷电活动规律、指导广西电网的规划设计和设备的运行维护具有重大意义。

1.雷击故障类型及判据

1.1雷击故障类型

对于110 kV及以上电压等级的输电线路，直击雷是线路的主要危害。直击雷有反击和绕击两种形式。雷击造成输电线路事故一般有3种情况：

接地电阻超标，造成输电线路耐雷水平降低，此时雷击避雷线或塔顶，杆塔电位升高引起反击使线路跳闸；

接地电阻合格，但是由于雷电流太大，超过了线路设计的耐雷水平，此时雷击避雷线或塔顶，反击使线路跳闸；

雷绕击到线路，使线路跳闸。

运行经验证明，雷击发生在避雷线的档距中间，且与导线发生闪络引起跳闸的情况是极罕见的，可不予考虑。

2.2雷击故障类型判据

大量的计算和运行情况表明，对于110～220 kV线路，绕击与反击均是危险的。若同杆三相或同杆两相同时发生雷击闪络，应分析为是反击闪络，因为绕击不可能造成多相同时闪络。若相邻杆塔非同一相同时雷击闪络，也应认为是反击闪络。

水平排列的导线，若中相发生雷击闪络，则一般认为是反击闪络，因为雷电直接击中导线的概率是很小的。反击和绕击的特点见表1。

表1反击和绕击的特点比较

比较项目 反击 绕击

雷电流

接地电阻

闪络基数与相数

地形特点

接地线夹 大

一般100 kA以上

大一基多相或多基多相

地形因素影响不大

有烧伤痕迹 小

一般20～30 kA

与接地电阻关系不大

基单相或相邻二基相同

山坡及山顶容易发生不一定有痕迹

2.防雷措施漏洞分析

（1）变压器高压侧安装的避雷器位置较远，且接地引下线较长，没有严格实施“三点共地”的接地方式。当从线路侵入的雷电过电压到达变压器高压侧，即使避雷器动作，作用到变压器上的过电压仍可能高于变压器冲击电压耐压值，使变压器发生击穿事故。

（2）变压器低压侧未装避雷器进行保护，不能有效防范“逆变换过电压”。当雷电波从10 kv 线路侵入，引起避雷器动作产生压降。该压降作用在低压绕组的中性点上，使中性点电位升高，低压线路相当于波阻抗接地。此时在中性点电位作用下，低压绕组流过较大的冲击电流，三相绕组中流过的冲击电流方向相同、大小相等，它们产生的磁通在高压绕组中按变压器匝数比感应出数值极高的脉冲电势，三相脉冲电势方向相同、大小相等。由于高压绕组接成星形，且中性点不接地，因此在高压绕组中，虽有脉冲电势，但无冲击电流。冲击电流只在低压组中流通，高压绕组中没有对应的冲击电流来平衡。因此，低压绕组中的冲击电流全部成为激磁电流，产生很大的零序磁通，使高压侧感应很高的电势。由于高压绕组出线端电位受避雷器残压固定，这个感应电势就沿着绕组分布，在中性点幅值最大。因此，中性点绝缘容易击穿。还有当线路两相或三相来波时也会在变压器的中性点产生较高的过电压，这就是造成该站变压器中性点击穿的主要原因。

（3）接地电阻过高且未采取措施改善冲击电位分布，雷电流不能顺畅的通过接地装置散流，严重影响了防雷设备的动作，或动作后残压高于被保护设备耐受值。

（4）弱电系统的防雷保护配置不达标。主要是防雷保护器件的选型与被保护设备的绝缘配合、保护范围设置上的不规范；以及等电位联接不规范。这是雷达站电气设备发生过电压击穿事故的主要原因。

3 整改措施及效果

2009 年8 月我们对防雷保护进行全面整改，包括升级配电变压器及其防雷保护措施；加强10kv 专用线路绝缘水平；完善接地系统和弱电系统的逐级防雷与屏蔽设施。联合统计附近气象观测预报室雷暴日记录和站点值班日志，通过三年多的运行考验，专线减少再因雷击跳闸或变压器受损，输变电设施耐雷水平得到有效提高。

首先，重点针对接地系统进行了两方面的改造：

（1）进行了以降低冲击接地电阻改善冲击电位分布为主的改造。有的站点所处位置基本无土，或仅5 cm 表层土，土壤电阻率高达5 000Ω/m。以此条件在半径100 m 范围，降低工频接地电阻至4Ω是不现实的。因此，我们重点降低冲击接地电阻，改善冲击电位分布。我们在站周边100 m 范围内布置了3 处放射型水平接地装置，每隔5 m 布置水平均压接地带，水平地网沿地形沟壑埋深尽量0.6m 以上，并采用GPF-94高效膨润土降阻防腐剂进行降阻防腐。该降阻剂具有低电阻率（ρ≤0.35Ω.m）、高防腐性（对钢接地体的腐蚀率小于0.00049 mm/a）、较强的吸水保水性特性，可以加强接地体与大地的可靠接触，降低接地电阻，改善雷电流的冲击电位分布，对降低站的工频和冲击接地电阻能起到了很好的作用。

（2）在站下方100 m 处的架空线与电缆的接头处又设置了另一片接地网，该接地网主要是考虑该处有一组避雷器的接地，还由于该处的土壤电阻率相对较低，使用GPF-94 高效膨润土降阻防腐剂后与山顶雷达站的接地并联在一起使整个地网的接地电阻降到了4Ω以下，对整体接地装置起到了有效的降阻作用，同时也满足了10 kv 配电装置对工频接地电阻的作用。

其次，结合本台站特点，与变压器厂家联合研制耐雷水平较高的“防雷特种变压器”。通过对绕组联接及绝缘结构上的优化，不但将其耐雷水平比普通的变压器提高30%，还可让雷电过电压通过电磁感应和电容传递得到大幅度的哀减，有效防止由线路侵入的雷电过电压对副边设备造成危害（图1）。

图1 特种变压器及高压侧避雷保护

这种变压器高压侧有中性点引出端，A、B、C三相和中性点引出端就近安装高压避雷器，并在低压侧也安装了相应的避雷器进行保护。这祥在避雷器动作压变压器只承受避雷器动作后的残压，而不承受引线和接地电阻上的压降；避雷器紧靠变压器安装，避免冲击电位升高，对防止“逆变换过电压”和“正变换过电压”具有很好的防雷效果。

第三，把原来绝缘水平较低的P10 和P15 绝缘子统一换成绝缘水平相对较高的P20 型绝缘子，提高线路的整体绝缘水平，降低雷击闪络概率。为了防止由此造成的沿线路侵入雷达站的雷电过电压过高，我们采用在绝缘子两端并联可调式球间隙和进线段保护对其进行限制。间隙的雷电冲击放电电压略低于绝缘子的击穿电压，在保护线路绝缘子的同时，还可限制由线路侵入的雷电过电压幅值和陡度，防止其危及雷达站内电气设备。

第四，完善弱电系统防雷保护配置和等电位联接。根据弱电系统各级防雷器件的动作残压和响应速度，结合被保护设备耐压水平，逐级布置防雷器。为易损信号端口定制特型SPD，并将其线路穿紫铜管单独屏蔽。同时完善机房内M 型等电位联接，杜绝漏接现象；缩短避雷器接地线长度；防止在雷电活动时由“地电位差”造成的危害。

4 结束语

通过对雷电的观察，主要是雷击地点较为集中时，雷击伤害程度大、时间长、雨量大，由于对线路做了大量的防洪、防雷的前期准备工作，特别是在专用架空线防雷、雷电侵入波防护、变压器防雷保护和接地装置上存在问题所至。特种“防雷变压器”针对性的结构优化，显示出较强的防雷适应性。在绝缘子两端并联可调式球间隙，是对线路氧化锌防雷器有益补充。防雷是一项长期的工作，需遵循“因地制宜、综合整治”的基本方针。同时线路防雷工作应综合使用经验成熟的技术，并适当考虑应用新技术和新设备。

参考文献：

[1]解广润.电力系统过电压[M].北京:水利水电出版社,1985.

[2]周华敏，彭向阳．广东输电线路防雷运行分析[J]. 广东电力，2009（5）.

[3]李景禄.实用配电网技术[M].北京:中国水利水电出版社,2006.