浅析贵州省山区变电站防雷接地技术
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接地技术的引入是为了防止电力或电子等设备遭雷击而采取的保护性措施,目的是把雷电产生的雷击电流引入到大地,从而起到保护建筑物和设施的作用。同时,接地也是保护人身安全的一种有效手段,当某种原因引起相线和设备外壳碰触时,设备的外壳就会有危险电压产生,由此生成的故障电流就会流经PE线到大地,从而起到保护作用。
由于贵州省变电站在多山地区的特殊环境,如强电磁场、雷电等众多,土壤电阻率普遍较高,接地条件困难等因素的影响,使变电站的自动化系统受到各种各样的干扰,为提高其运行的安全和工作的可靠性,应根据不同的干扰源,采取相应的防雷及抗干扰措施。
1、变电站防雷保护区域划分
1.1 防雷保护区域的划分
现代防雷技术要求实施系统防雷工程,即防直接雷击,感应雷击和防雷接地系统的有机结合,达到垒方位、立体化的防雷目的。变电站内的电源系统防雷工程是一项要求高、难度大的综合工程,涉及多方面的因素,需要对不同的系统分别加以保护。因此在遵守国家标准的基础上,引入国际电工委员会的先进防雷技术和标准要求,以达到更好的防护要求。
根据IEC61312-1防雷分区的定义:将需要保护和控制雷击电磁环境的建筑物空间,从外部到内部划分为多个不同的雷电防护区域(LPz),以规定各部分LPz空间内的雷电电磁脉冲(LEMP)的强度变化的严重程度,以便采取不同的防护措施。
1.2 防雷器分级保护原理
IE C61312定义了防雷的保护分区,根据保护分区的要求需要在每个分区的交界处,安装相对应的防雷器,在LPZOB区与LPzl区的交界处安装B级(即首级)防雷器在LPzl区与LPZ2区的交界处安装c级(即次级)防雷器,在LPZ2区内的设备前端安装D级(即末级)防雷器其工作原理是:利用分级的防雷器。层层泄放雷电或感应过电压,逐级减低浪涌电压,从而保护用户端设备。B级防雷器一般采用具有较大导通电流的防雷器,可以将较大的雷电流泄放入地,达到限流的目的,同时将危险过电压减小到一定的程度。C、D级防雷可采用放电电流较小的防雷器,可以将线路中剩余的雷电流泄放入地,从而将放电残压限制在设备能承受的水平。
在贵州省山区变电站施工中由于施工单位对防雷接地不能足够重视,在防雷接地问题上出现了很多问题:
(1)在变电站敷设主接地网时,接地扁铁埋深不够,引出线的焊接部位未补刷防腐材料。
(2)横向和纵向接地体交叉处未焊牢,接地体续按时搭接倍数不够,焊接不饱满,焊接处有焊瘤、焊渣等。
(3)主接地网施工完毕后,在后续的各项基础施工时,由于基础开挖将已完成的主接地网破坏。
(4)用钢结构代替避雷针(网)及其引下线,镀锌焊接破坏层不刷防锈漆。
(5)接地线跨建筑物变形缝时,未加补偿器,穿墙体时未加保护管。
(6)综合继电器室和站用电室、500kV继电器室的屋顶防雷系统(屏蔽网,避雷器等)未与屋面金属物如管道、设备外壳等相连。
(7)电缆沟的接地扁铁未与主接地网相连,与端子箱的连接不到位。
(8)监控室、计算机室、通信机房内的屏蔽网、立柱内钢筋等未与接地网连接。
(9)电器设备接地(接零)的分支线,未与接地干线连接,实行串联或通过支架、基础槽钢过渡。
(10)避雷带严重变形、支架脱落、引下点间距偏大、不预留引下线外接线。
(11)用金属管PE线、等电位连接,桥架及金属管、电器的柜、箱门等跨接地线的线径不足。
当然,施工中对防雷接地还存有很多质量问题,这些问题或者是粗心大意没有做到位,或者是对设计理念不清楚而误解设计意图未做到位,不管什么原因变电站内的防雷接地没有做好,都有可能造成很大的事故。
3、贵州省山区防雷接地方式及抗干扰措施
防雷措施整体概况为两种:一种是避免雷电波的进入,另外一种是利用保护装置将雷电波引入接地网。在不同的场所应根据具体现场常见豹雷电形式、频率、强度以及被保护设施的重要性、特点采取适宜的保护措施。
3.1 正确接地与屏蔽
对于微机保护装置、自动化控制系统的通信信号线最好采用带屏蔽层的双绞屏蔽电缆,应尽可能与强电导线分开安装,并且保证电缆屏蔽层接地始终只有一点。因为变电站自动化系统装置既有模拟电路又有数字电路,因此数字的与模拟的必须要分开,最后只在一点相连,如果两者不分,则会互相干扰,严重时还会损坏设备。
接地系统就是为了使进人防雷系统的闪电电流顺利地流人大地,而不能让雷电能量集中在防雷系统的某处对被保护物体产生破坏作用,良好的接地才能有效地泄放雷电能量,降低引下线上的电压,避免发生反击。现在,防雷工程领域不提倡单独接地。在IEC标准和ITu相关标准中都不提倡单独接地,美国标准IEEEStd1100-1992更尖锐地指出:不建议栗用任何一种所谓分开的、独立的、计算机的、电子的或其它这类不正确的大地接地体作为设备接地导体的一个连接点。防雷接地是防雷系统中最基础的环节,也是防雷安装验收规范中最基本的安全要求。接地不好,所有防雷措施的防雷效果都不能发挥出来。
由于国家对基本农田保护政策,加之各地经济建设迅速发展,目前变电站站址的选择受到很大的限制。所以经常会出现站址土壤电阻率较大,接地比较困难,接地电阻难以达到相关规程规范要求的的情况。很多情况下,要达到规程中R≤2000/I的要求较难且不经济,因此很多实际工程要求站内接地电阻满足最大跨步电势及最大接触电势小于允许值即可。
贵州省变电站接地装置常采用水平接地体为主的复合接地装置,水平接地体布置采用不等间距布置方法。并辅以各种降阻措施,如电解接地极、接地模块、填充导电水泥的空腹式接地装置等,以保证接地电阻满足接触电势、跨步电势的要求。
3.2 加装浪涌保护器
变电站的开关操作、静电放电和闪电放电产生的瞬态浪涌过电压将会对设备造成物理上的摧毁或加速老化。
对浪涌的防护方法主要是加装浪涌保护器。浪涌保护器是采用等电位的原理,提前将浪涌电流泄放入地,典型原理如图所示。当过电压出现时,瞬变电压抑制二极管(TVS)作为速度最快的元件首先动作,开始泄放电流,并将输出钳位在其截止电压上,有效地防止了过电压对设备的损害。当加在TVS上的放电电流随着幅值的上升而使充气式放电器(GDT)两端电压超过其点火电压uG(即us+U≥uG]时,GDT动作,也开始泄放电流。此时GDT呈低阻状态,两端仅有10-30V的电弧电压,因此可以避免因过电压持续时间较长而将TV8烧毁。
3.3 避雷针或避雷线
雷击后可以通过拦截的方式,引导改变其人地路径。接闪器有避雷针、避雷线。小变电站大多采用独立避雷针,大变电站大多在变电站架构上采用避雷针或避雷线,或两者结合,而且对引流线盒接地装置都有严格的要求。
4、结 论
对贵州省山区110kV-500kV变电站的防雷接地的常见问题通过采取有效的措施和对策,可确保110kV-500kV变电站防雷接地网的可靠性。能为设备的安全稳定运行提供有力的保障。