35kV变电站感应雷击事故的分析与整改措施
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摘 要 2012年夏季研山铁矿35kv变电站先后遭遇两次雷电入侵，在控制室柜子外壳和暖气管道上分别出现了火花。虽然未对设备造成损害也未影响设备正常运行，但是为了以后站内设备运行安全可靠，该站在第二年雨季来临之前采取了多重措施加强了防雷接地和保护接地系统，使得第二年雷雨季节安稳度过。本文对雷击形成的原因和采取的技术措施进行多方面论述，希望对以后的变电站防雷设计和运行有借鉴意义。
关键词 35kV变电站；防雷；接地
中图分类号TM63 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）119-0061-02
0引言
变电站防雷及接地是变电站安全运行的重要保障，如果防雷及接地做的不到位，轻则故障停电损或坏设备，重则造成人身伤亡事故，随着人们对防雷接地的重视程度增加、设备制造标准和运行可靠性的提高，发生人员伤亡的事故基本没有了，但是大量微机保护设备和自动化、通讯设备的增加，对变电站的防雷及接地的可靠性提出了更高的要求。在工矿企业里，35kV变电站也是比较重要的供电负荷中心，其停电所带来的经济损失远高于10kV配电所。本文就研山铁矿35kV变电站的雷击形成的原因和采取的技术措施进行多方面论述，希望对以后的变电站防雷设计和运行有指导借鉴意义[1]。
1 35kV变电站事故之前的防雷接地介绍
研山铁矿35kV变电站位于半山坡上，位置较高，周围较空旷，该站有两台40000kVA的35kV主变，变压器在室内安装，没有在外的电气设备。进线是采用35kV高压电缆从架空线路引进室内35kV开关柜。按照设计，变电站为三类防雷建筑物防直击雷保护，由于所有变配电设施全部在室内，因此没有装设避雷针，从屋顶避雷带用10镀锌圆钢引下至室外接地极。防雷接地与设备接地极分开布置。站内低压供配电系统采用工作接地和保护接地合一的TN-C形式[2～3]。
2 雷电入侵现象
变电站在夏季遭遇雷电入侵共计两次。第一次是在雷雨天时候，闪电和雷鸣同时发生，同时位于变电站二楼的中控室仪表盘柜柜壳表面靠近室外的方向的棱角处发生电火花，持续时间很短，稍纵即逝。第二次也是同样的情况，只是发生电火花的地点在中控室隔壁的交接班室的暖气管道突出的连接头处。这两次的现象相同，但都没有对设备造成任何损坏，也没有导致设备停止运行。
3 原因分析
雷击主要分两种情况，直击雷和感应雷，由于现场没有任何烧损的痕迹，首先排除了直击雷。感应雷也称为雷电感应或感应过电压。分两种情况，它分为静电感应雷和电磁感应雷。一种是指当雷云来临时地面上的一切物体，尤其是导体，由于静电感应，都聚集起大量的雷电极性相反的束缚电荷，当雷云对地或对另一雷云闪击放电后，云中的电荷就变成了自由电荷，从而地面上的物体聚集的电荷所产生出很高的静电电压（感应电压）马上得到释放，其过电压幅值可达到几万到几十万伏，这种过电压往往会造成建筑物内的导线，接地不良的金属物导体和大型的金属设备放电而引起电火花，从而引起火灾、爆炸、危及人身安全或对供电系统造成的危害。
另一种情况是，在雷电闪击时，由于雷电流的变化率大而在雷电流的通道附近就形成了一个很强的感应电磁场，对建筑物内的电子设备造成干扰、破坏，又或者使周围的金属构件产生感应电流，从而产生大量的热而引起火灾。另外，当架空线遭受直击雷或产生感应雷，高电位便会沿着导线电源线以及信号侵入变电站或建筑物内，这种雷电波侵入也会对电气设备造成危害或使建筑物内的金属设备放电，引起破坏作用。
再结合变电站发生的现象，技术人员共同分析最终得出结论认为是静电感应雷所导致，不是电磁感应雷，更不是直击雷。虽然仪表盘柜柜壳有接地，可能是接地电阻还是不足够小，电荷释放还不够及时。不过事故没有造成柜内电子设备损坏，封闭的柜壳对内部电子元件也有很强的屏蔽作用，电荷没有感应到内部电子元件上，否则后果很严重。如果静电感应雷的电场再强一些，不排除柜内损坏电子元件的可能性。因此应该采取进一步加强巩固措施，避免以后类似雷击事件的发生。
4 改进措施
前文提到变电站遭受的雷击不是直击雷，说明包括接闪器和防雷接地极在内的保护系统还是可靠的，着重防护的是感应雷击，主要是进一步减小保护接地电阻阻值达到增加多余电荷泻放通道的目的。变电站内电子设备都有钢制柜体，满足电磁屏蔽的要求。
测试了保护接地电阻，在合适的土壤和气象条件下，多次测得的平均接地工频电阻为3.1Ω，阻值合格。
从两方面改进，一方面补充保护接地极和防雷接地极，减小接地电阻；另一方面，室内配电室墙壁边缘内安装一圈40×4镀锌扁钢连接到室外接地极，室内的盘柜外壳通过槽钢基础也连接到40×4镀锌扁钢上面，增加感应雷所产生电荷的泻放通道。
根据图片对比原设计，增加了2组保护接地极，增加了2组防雷接地。接地极深度为0.7米，接地极间距为5米。控制室和配电室内在距离室内地板200mm高处安装一圈-40×4镀锌扁钢，室内电缆桥架、水暖管道、电缆穿线金属管就近焊接到这一圈镀锌扁钢上，镀锌扁钢和室外保护接地极相连，组成一个新的接地网，和原来已有的接地网连接组成一个更可靠的保护接地系统。有的金属构件之前已经焊接到原来的接地网上了，为了可靠起见，这次设备外壳等金属构件又增加了和新接地网的连接点。
新增的防雷接地极分别通过10镀锌圆钢与屋顶的避雷带连接。利用屋面上的金属栏杆作为避雷带，检查金属栏杆焊接是否可靠，不可靠再补焊。
5 实施效果
工程完工之后，在合适的土壤和气象条件下，多次测得的防雷接地极平均工频电阻为2.8Ω，保护接地电阻2.3Ω，换算成冲击接地电阻也合格。2013年雨季没有出现过雷击现象，证明已经初步产生了一定的实际效果，如果要证明是否彻底解决了防雷问题，还需以后两年雷雨季节的实际运行情况验证。
6 结论
接地是避雷技术最重要的环节，不管是直击雷，感应雷或其它形式的雷，都需要将电荷通过接地装置导入大地。因此，没有合理而良好的接地装置，就不能有效地防雷。从避雷的角度讲，通过接地装置把雷电对接闪器闪击的电荷尽快地泻放到大地，使其与大地的异种电荷中和，避免了设备遭受雷击损坏。本工程改造通过增加变电站的防雷接地极和保护接地极，又增加了接闪器的接地引下线的数量，使得直击雷和感应雷产生的电荷迅速释放到大地，从实践方面取得了预期效果。
参考文献
[1]邵培新.电气设备接地防雷措施[J].中小企业管理与科技，2011（4）：297.
[2]中国机械工业联合会.GB50057-2010建筑物防雷设计规范[S].北京：中国计划出版社，2011.
[3]李京校，扈海波，樊荣，宋海岩，朱传林.雷电监测预警对雷击风险评估的影响分析[J].气象科学，2013（6）：678-684.