谈变电站防雷接地技术
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[摘 要]随着科技的发展，电力已成为最重要的资源之一，如何保证电力的供应对于国民经济发展和人民生活水平的提高都有非常重要的意义。而变电站是对电能的电压和电流进行交换、集中和分配的场所，是电力系统的枢纽站，因此保证电力系统中变电站的安全运行是至关重要的。雷电是一种雄伟壮观而又有点令人生畏的自然现象，它的危害体现在雷电的热效应、机械效应、过电压效应以及电磁效应，当它对大地产生放电时，便会造成巨大的破坏。因此，对变电站加强防雷措施，可以有效地保证电力系统正常运行。
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0244-01
一、变电站雷击过电压的分类
供电系统在正常运行时，电气设备的绝缘处于电网的额定电压作用之下，但是由于雷击的原因，供配电系统中某些部分的电压会大大超过正常状态下的数值，通常情况下变电站雷击有两种情况：一是雷直击于变电站的设备上，二是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变电站。其具体表现形式如下
1.1 直击雷过电压
雷云直接击中电力装置时，形成强大的雷电流，雷电流在电力装置上产生较高的电压，雷电流通过物体时，将产生有破坏作用的热效应和机械效应。
1.2 感应过电压
当雷云在架空导线上方，由于静电感应，在架空导线上积聚了大量的异性束缚电荷，在雷云对大地放电时，线路上的电荷被释放，形成的自由电荷流向线路的两端，产生很高的过电压，此过电压会对电力网络造成危害。
1.3 雷电侵入波
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变电站，是导致变电站雷害的主要原因，若不采取防护措施，势必造成变电站电气设备绝缘损坏，引发事故。防雷措施总体一般概括为2种： ①避免雷电波的进入； ②利用保护装置将雷电波引入接地网。
防雷保护措施应根据现场常见的雷击形式、频率、强度以及被保护设施的重要性、特点安装适宜的保护装置。
二、变电站的防雷保护装置
防雷保护装置是指能使被保护的物体避免雷击，而引雷本身，并顺利地泄入大地的装置。电力系统中最基本的防雷保护装置有：避雷针、避雷线、避雷器和防雷接地装置。避雷针和避雷线可以防止雷电直接击中被保护物体，因此也称作直击雷保护；避雷器可以防止沿输电线侵入变电所的雷电过电压波，因此也称作侵入波保护；接地装置的作用是减少避雷针（线）或避雷器与大地（零电位）之间的电阻值，已达到降低雷击过电压幅值的目的。
2.1 避雷针（线）
避雷针（线）的保护原理是当雷云放电时使地面电场畸变，在避雷针（线）的顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放电的发展方向，使雷电对避雷针（线）放电，再经过接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。
2.2 避雷器
避雷器是一种过电压限制器，它实质上是过电压能量的吸收器，它与被保护设备并联运行，当作用电压超过一定幅值以后避雷器总是先动作，泄放大量能量，限制过电压，保护电气设备。
2.3 防雷接地装置
防雷接地装置是用来将雷电流顺利泄入地下，以减少它所引起的过电压。各种防雷保护装置（避雷针、避雷线、避雷器）都必须配以合适的接地装置，将雷电泄入大地，才能有效的发挥其保护作用。
三、变电站的防雷保护
3.1 变电站的直击雷保护
为了防止变电站遭受直接雷击，需安装避雷针、避雷线和铺设良好的接地网。装设避雷针（线）应该使变电站的所有设备和建筑物处于保护范围内。还应该使被保护物体与避雷针（线）之间留有一定的距离，因为雷直击避雷针（线）瞬间的地电位可能提高。如果这一距离不够大，则有可能在它们之间发生放电，这一现象称避雷针（线）对电气设备的反击或逆闪络。逆闪络一旦出现，高电位将加到电气设备上，有可能导致设备绝缘的损坏。为了避免这一情况发生，被保护物体与避雷针（线）间在空气中以及地下接地装置间应有足够的距离，这是变电所的直击雷防护设计的主要内容。
避雷针的装设可分为独立避雷针和构架避雷针两种。
3.2 变电站的雷电侵入波保护
变电站限制雷电侵入波的主要措施是装设避雷器，避雷器动作后，可将侵入波幅值加以限制，使变压器受到保护。已在输电线上形成的雷闪过电压，会沿输电线路运动至变电站的母线上，并对与母线有联接的电气设备构成威胁。 在母线上装设避雷器是限制雷电侵入波过电压的主要措施。
3.3 变电站的进线段保护
所谓变电站的进线段保护就是在邻近变电站1-2km处装设避雷器，以使雷直击变电站附近的导线时，限制侵入波的陡度和幅值。当沿线路全长架设避雷线时，则这段线路应有更高的耐雷水平，以减少进线段内绕击和反击的概率。
3.4 变电站的变压器中性点保护
对于35～60kv中性点不接地或经大电感接地电网中的变压器，其中性点是全绝缘的，一般不需要保护。对于110kv及以上中性点有效接地系统，其中一部分是不接地的，一般应在中性点加装一台避雷针。
四、变电站防雷保护的计算
避雷针和避雷线这两种装置都是通过拦截措施，改变雷电波的入地路径从而起到直击雷保护的作用。小变电所多采用独立避雷针大变电所多在变电站构架上采用避雷针或避雷线，也或者可以两者相结合。直接雷保护的主要措施是安装避雷针。下面主要介绍避雷针（线）的保护范围。
避雷针保护范围 （1）首先介绍单根避雷针的保护范围，如图1。
Rx和hx表示为水平面上的保护半径
h≤30m时，θ=45°
在被保护物高度水平面上，其保护半径为
其中 其中
式中，p为高度修正系数，当h≤30m时，p=1；
当30
（2）多支避雷针：工程上多采用两支或多支避雷针以扩大保护范围。
等高双避雷针的联合保护范围要比两针各自保护范围的和要大。避雷针的外侧保护范围同样有单支避雷针的保护范围决定，而击于两针之间单针保护范围边缘外侧的雷，可能被相邻避雷针吸引而击于其上，从而使两针间保护范围加大，如图2所示。
五、结论
随着科技发展，生产和生活用电量越来越大，电已经成为最重要的资源之一。如何保证电力的供应对于国民经济发展和人民生活水平的提高都有非常重要的意义。雷击事故是电力供应部门最重要的灾害之一。在变电站的防雷击保护中，如何防雷显得十分重要，防雷击技术的研究已经取得了很大的发展，变电站防雷的保护措施会越来越多。在实际中，变电站的防雷保护是一个系统工程，需要因地制宜根据不同区域的地形地貌和气候特点，合理地选择防雷保护措施。严格按防雷接地规程办事，应用新技术新装置，采取综合性的防雷措施是确保变电站极大减少雷害的重要手段。
参考文献
[1] 文远芳主编. 高电压技术[M].武汉：华中科技大学出版社，2001.1.
[2] 王葵孙莹编著.电力系统自动化[M].北京：中国电力出版社，2007.