变电站防雷保护与接地

张骞

摘 要：变电站是煤化工工厂的动力心脏，在生产中发挥着关键作用。变电站的可靠运行是确保企业生产的重要前提，变电站一旦遇到雷击事故，将造成部分装置甚至全厂大规模停电，造成装置突然停车及化工原料的放空燃烧甚至爆炸发生，不仅严重影响生产的稳定运行，而且可能会危及人员生命受伤，这需要防雷和接地必须非常可靠。为了确保生产装置安全稳定供电，变电站防雷接地设计必须要符合国标要求，并应按照国标规范进行施工安装，均匀铺设的接地网，并在避雷针和避雷器下加接接地体，以满足防雷条件确保变电所的安全可靠运行。

关键词：变电站;雷击;防雷保护;接地

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）02-0195-02

1 雷电的形成

雷电是云层中正负电荷相遇引起的放电现象，大气中雷云底部的大部分是带负电的，它会在地面上感应产生大量的正电荷，从而在雷云和地球之间形成强大的电场。当空间电场强度超过大气自由放电的临界电场强度时，雷云之间的放电就会发生，降雷在雷云中产生并传送到地面。

2 变电站防雷

雷击的主要来源，一是雷直击于变电所的设备上，二是雷电波沿着架空线线路侵入变电站，因此，对于防护直接雷击和雷电波入侵变电站的输入线路和变压器非常重要。为了防止直击雷伤害，变电站一般采用在变电站进线段一定距离内安装避雷针或采用避雷线的方法。雷电引起的架空线路过电压和直接雷击过电压形成的雷电波沿线路侵入变电站，这是变电站受到雷击损坏的主要原因。如果不采取有效的保护措施，将不可避免地对变电站的电气设备造成绝缘损坏并引发事故。在变电站安装避雷器的目的是限制入侵雷电波的幅值，使电气设备的过电压不超过其冲击耐受电压。在变电站的输入部分安装防雷保护装置的主要目的是限制流过避雷器的雷电流的大小和入侵雷电波的陡度[1]。

（1）变电所的直击雷防护。避雷针的安装是直接防雷的主要措施，它将雷声吸引到自身并安全地进入大地之中，保护附近的设备，使其免受雷击的影响。对于绝缘水平较低的电气设备，接地装置与主接地网分开埋设，并在空中和地下保持足够的距离;对于绝缘水平较高的电气设备，可以将避雷针直接安装在配电装置的结构上，不仅可以节约投资、而且便于布置。（2）变电所对侵入波的防护。防止雷电波入侵变电站的主要防护措施是在其线路上安装阀型避雷器，它主要用于保护小容量配电设备。FCZ1系列电磁阀型避雷器主要用于保护变电站高压电气设备。（3）变电所的进线保护。防雷电保护应用于变电站的输入线路，目的是限制雷电流幅度和流过避雷器的雷电波的陡度。当线路上发生过电压时，会有一个行波沿着电线传输到变电站内部，其幅值是线路绝缘的50%冲击闪络电压。线路的冲击耐受电压远高于变电站电气设备的冲击耐受电压。当雷电冲击变电站附近的进线时，流过避雷器的雷电流可能超过5kA。它的陡度将超过允许值，这将不可避免地导致线路损坏。应该在设计时在架空下路上安装避雷线，如果没有架设避雷线，用来保护架空线路及变电站的进线设备，以防雷电流侵入变电站，造成设备损坏及大面积停电。（4）变压器的防护。变电站内安装的供电变压器的基本保护措施是在变压器附近安装避雷器，以防止雷电波进入线路损坏绝缘层。安装避雷器时，应尽可能靠近变压器，并尽量缩短接线长度，以减少连接线上雷电流的压降。当入侵波导致避雷器工作时，施加到高压侧主绝缘的电压仅留下避雷器的剩余电压（不包括接地电阻两端的电压降），这样就能减少了雷击对变压器造成损坏的可能性。

3 变电所的防雷接地设施

防雷接地是引导雷电放电电流，用来消除过电压对设备造成损坏，防雷装置的性能优劣将直接影响受保护设备的防雷可靠性[2]。

3.1 避雷针和避雷线

避雷针是高层建筑防雷装置的最高部分，用于雷电放电，小型变电站大多使用独立的避雷针。安装时必须牢固牢固地焊接，避雷针导体的导线应尽可能短，避雷针和电气设备在空中应至少相距5米。通常加热的蒸汽管和烟道等土壤无法接地，根据建筑物的设计要求，选择合适尺寸和数量的避雷针，氧化除锈不影响质量。根据“建筑物防雷规范”GB 50057-2010的要求，设计和施工，建筑物的防雷分类，根据滚球法的保护范围计算，避雷针高度的设计，避雷针接地电阻要求R≤4Ω。

3.2 避雷器

避雷器的主要功能是将入侵变电站的雷电波减小到变电站介电强度的允许范围。有时会安装气隙作为MOA故障的后备保护措施。避雷器有一个管式避雷器，一个阀式避雷器和一个氧化锌避雷器。管式避雷器是一种保护间隙，主要用于电源线的防雷。当雷电过电压时，火花间隙被破坏，阀门电阻下降，雷电流被吸引到地面。这可以保护电气设备免受雷电流的影响。在正常情况下，火花隙不会破坏，阀门的阻力会上升，阻止正常的交流电流通过。

氧化锌避雷器是一种防雷装置，具有优异的防护性能，抗污染，重量轻，阀门性能稳定。FY1-10氧化锌避雷器不仅可用于雷电过电压保护，还可用于内部操作过电压保护。FS型0.22-0.5kV低压阀门避雷器可用作低压交流电机和低压配电设备的雷电过电压保护。低压0.22-0.5MY31系列氧化锌压敏电阻可用于低压配电设备的过压保护，也可用于内部运行的过压保护[3]。

3.3 接地裝置

接地装置是接地体（埋在地下并与地面直接接触的一组金属导体）和接地导体（电气设备的接地部分连接到的金属导体）的总称，并与室外的人工接地体相连接，下导体需要牢固的机械连接和良好的电接触。变电站的防雷接地设计时其电阻值应小于0.5Ω，独立避雷针接地电阻值应小于10Ω。

4 影响接地网和接地装置的因素

影响接地网和接地装置的因素有几个方面：（1）接地网的接地扁钢或接地导线截面积不足。（2）不重视接地装置结构的抗机械损伤和防腐问题，或未采取必要的防腐措施。（3）铺设接地装置时，埋深不够，垂直接地体间距过小，焊接质量不合格，标准施工不按设计规定执行。（4）接地体（电线）未正确连接。通过消弧线圈直接接地或接地的变压器没有专用接地线。（5）沿接地体的长度小于15m。（6）土壤电阻率过高，根据法规要求不能正确选择减阻剂。

5 变电所雷击事故预防方案

（1）每年春检时，应详细地测量接地电阻数据。（2）详细检查连接器是否与原始结构图正确连接。（3）为了简化测试过程并提高效率，可以在测试时通过随机抽样进行测量，特别是在大型室外变电站测试中。（4）通过实际测量和检查过程，发现隐患问题。有些避雷针中的一些已被简单的房屋覆盖，或堆积有碎片，而且，这种避雷针大多难以触及，并且看起来墙壁是分开的，但是需要很长的路。现场还有一部分独立避雷针，虽然测量不需要绕行，然而，位于现场的一些独立避雷针（特别是钢塔）已被水泥基础或底部钢筋的腐蚀损坏。此外，野外环境复杂，一些避雷针被污水和淤泥包围，这使得测量员难以进入。根据这些情况，建议在可能的情况下，最好在变电站内部安装独立的避雷针。至少，如果发现避雷针被一个简陋的房屋覆盖或者在测量时被琐事覆盖，应立即通知相关单位或人员纠正和预防事故。如果发现避雷针的基础受损，应及时修复。（5）接地电阻的测量需要在接地装置暴露于表面的部分进行测量，应在暴露部分添加铜接地接头。避免锈蚀部分导致测量值太大。（6）接地电阻测量应与接地电网连续性测试相结合。

6 结语

设计师应根据当地情况设计防雷接地，电力变压器绕组两侧选用WGMOA的In等级应相同，防雷可靠性应保持一致。沿着架空传输线侵入变电站的雷电波陡度和振幅，即WGMOA与受保护物体之间的最大允许电距离，应适应当地条件。应定期对防雷接地和防雷设施进行全面检查和试验，特别是在雷雨天气相对集中的季节，开展专项检查消除隐患。在雷暴期间需要进行特殊检查时，请穿戴防护装备。人尽其责、设施完善、措施到位，切实做到预防为主、综合治理，才能更好的消除雷电影响，确保化工设备的稳定供应，为公司的长期稳定运行奠定坚实的基础。

参考文献

[1] 张一尘.高电压技术[M].北京：中国电力出版社，2000.

[2] 刘介才.供配电技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

[3] 张子青.建筑防雷与接地技术[M].北京：中国电力出版社，2003.