浅谈变电所的防雷保护措施

吴仕军++田鹏举++任达盛++吴安坤

【摘 要】变电所是电力系统中的重要组成部分，承担着集中、变换、分配线路电压和电流的作用。变电所实现了发电厂和电力用户中间的有效连接，通过建立各种电压等级的电网，将电压进行分级转换，实现电能的高效传输和分配，为人们的生活、生产提供可靠的供电质量。但是，变电所常常发生雷击故障，影响电力输送，给企业和个人造成严重损失，因此，电力企业需要加强对变电所防雷保护措施的研究与应用，保障变电所安全、稳定运行。

【Abstract】The substation is an important part of the power system， which is responsible for concentration， transformation， distribution of line voltage and current. The substation implements a valid connection between the power plant and the power user， through the establishment of various voltage levels of the power grid， the voltage is graded to achieve efficient transmission and distribution of electrical energy， and provide reliable power supply quality for people's life and production. However， the lightning stroke often occurs in substation， which affects the transmission of power and causes serious losses to enterprises and individuals. Therefore， it is necessary for power enterprises to strengthen the research and application of lightning protection measures for substations， so as to ensure the safe and stable operation of substations.

【关键词】变电所；防雷；保护

【Keywords】substation； lightning protection； protect

【中图分类号】TM63 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）06-0142-02

1 变电所发生雷击的原因分析

电力系统正常运行过程中，在电网额定电压约束下，电气设备处于良好的绝缘状态，当发生雷击故障的时候，电力系统中的部分电压会受到严重影响，从而超出正常范围，导致电气设备损害。一般而言，变电所雷击故障分为两种：一是雷直击到变电所设备上；二是，架空线路的雷击感应过电压和直击雷过电压造成的雷电波沿着输电线路流入变电所。

1.1 直击雷过电压

当变电所的设备遭到雷电的直接攻击时，会产生較大的雷电流，这些电流会造成相关设备的电压突然增高，产生过电压问题，从而造成机械效应和热效应，影响设备的正常工作。

1.2 感应过电压

如果带有雷电的乌云位于架空导线上方，架空导线会受到静电感应作用，累积大量的异性电荷。当雷云向大地放电时，线路电荷被释放成自由电荷，并向线路的两端流动，容易造成较高的过电压，影响电力网络运行。

由此可见，架空线路产生的雷电感应过电压和直击雷造成的过电压都是雷电波沿着线路侵入变电所，造成严重的雷击事故，针对这些问题，需要及时采取措施，减少对电气设备的损害。

2 变电所防雷的原则

变电所具有一定的独特性，其防雷原则制定的根本依据为：雷电流直接接闪可以通过线路引入地下进行泄散；对电源线路、信号线路、数据线路中的过电压波进行阻塞；对被保护电气设备产生的浪涌过电压值进行限制。具体可以从直击雷防护、感应雷电波侵入的防护、雷电电磁感应的防护等方面进行系统的分析：

2.1 外部防雷和内部防雷

外部防雷主要包括接闪杆、接闪带、避雷网引下线以及接地系统等，其目的是避免建筑物遭受雷击而引发火灾事故，减少人们的生命财产损失；内部防雷系统主要对雷电以及其他形式的过电压进行预防，避免对电气设备的损坏，弥补了外部防雷系统的不足。此外，在内部防雷中，还需要对电缆、金属管道等安置防雷和过压保护器，实现防雷保护。

2.2 防雷等电位连接

对于雷电引起的电位差事故，变电所需要进行等电位连接，以避免严重的毁坏问题。对于电源线、信号线、金属管道等需要装设过电压保护器实现等电位的连接，各个内层保护区界面也需要依次进行局部等电位的连接，并且构成并排连接网络，在主等点位汇流处连接。

3 变电所防雷的具体措施

通常而言，袭击变电所的一般都是直击雷，变电所的电气设备直接受到雷击影响，或者架空线路产生直击雷的过电压和感应雷的过电压侵入到变电所。因此，变电所的防雷重点应该放在对直击雷和雷电波的防护方面，避免变电所进线和变压器损害的影响1。

3.1 变电所装设接闪杆对直击雷进行防护

变电所可以通过架设接闪杆对直击雷进行防护。接闪杆是一种雷电接收器，主要是帮助电气设备、建筑物等避开直接雷的影响。接闪杆将雷电吸收到接闪杆自身的器件中，然后将雷电产生的电流直接引入大地，实现防雷保护的效果。变电所在安装接闪杆的时候要保障相关电气设备处于保护范围之内，同时还需要通过相关措施，避免雷击接闪杆造成反击事故。针对35kV的变电所，需要将接闪杆安装在室外设备以及架构中，保障其安全运行。在安装时要注意，接闪杆以及配套的接地装置需要与建筑物等保持一定距离，一般大于5m，主接地网和接闪杆的地下距离大于3m，地理接闪杆的独立接地装置的引下线接地电阻小于10Ω。针对110kV及以上的变电所，由于电压等级较高相关的配电设备的绝缘水平较高，可以在配电设备的架构上进行接闪杆的装设，同时主接地网和接闪器的地下连接点的连接体长度要大于15m，从而避免由于直击雷造成的高电位反击事故。

3.2 变电所对侵入波的防护

针对侵入波，变电所需要采取的措施是将阀型避雷器安装在进线上。阀型避雷器主要由火花间隙和非线性电阻构成，能够对雷击侵入波起到良好的防护作用。其中SFZ系列的阀型避雷器可以用来针对中等或者大容量的变电所的电气设备进行保护，而FS系列的阀型避雷器可以对小容量的配电装置进行保护。

3.3 变电所的进线防护

变电所的进线保护可以实现对避雷器雷电电流幅值的限制，同时控制雷击波的陡度。如果线路中发生过电压问题，行波导线会向变电所运动，线路绝缘冲剂闪络电压的一半为起幅值，同时与变电所的冲击耐压相比，线路的冲剂耐压会高出很多。因此，需要在变电所的进线上加装接闪线，避免雷击造成的线路损坏。

3.4 变压器的防护

变压器的防雷保护需要将SPD安装在靠近变压器的位置，减少雷击波的入侵伤害。SPD要尽量安装在接近电压器的位置，并且减少线路的连接长度，从而有效减少雷击电流在连接线上的过电压。同时，将变压器的金属外壳、低压侧中性点和避雷器的连线有效连接在一起，避免雷电对变压器

的破坏。变电站的每组主母线和分段母线中都应该进行阀式避雷器的装设，从而对电气设备以及变压器进行相应的保护，并且各组避雷器与变电装置总接地网之间的连线要尽量短。

3.5 变电所防雷感应

在科学技术推动下，变电所的直接雷防护系统越来越完善，户外设备的安全性提高。雷击防护系统也有一定的不足之处，雷击防护中产生的放电问题和电磁脉冲会影响变电设备的正常运行，同时雷击造成的过电压可能会通过金属管道和电缆产生电磁干扰，影响相关弱电设备的稳定运行。此外，变电所需要进行防雷感應保护：设置多分支接地引线，将引线雷击流降低；优化汇流系统的结构，将引下线对弱电设备的感应降低；将限制过电压的装置安装在电源入口，例如压敏电阻，还可以将光耦元件安装在信号线上；控制室采用屏蔽电缆，并且设置相同的接地极；通信室和控制室需要进行等电位设置，并且实现与设备外壳的等电位汇流连接。

3.6 变电所的防雷接地

变电所的防雷接地需要进行共用接地网的敷设，增加接闪杆和避雷器的接体，还可以通过单独人工接地体的敷设达到防雷要求。通常而言，小变电所可以采用独立接闪杆，而大变电所需要在独立接闪杆的基础上安装配电装置，并且相关的连接途径大于5m，接闪杆接地引下线埋在地中部分与配电装置结构埋入地下的接地体需要保持3m以上的距离，变电所的电气设备需要通过水平接地方式进行接地装置的布置，可以采用水平接地极采用扁钢50mm×5mm，垂直接地极采用角钢50mm×5mm，垂直接地极间距5m～6m，主接地网接地装置电阻还要小于4Ω，主接地网埋于冻土层1m以下。此外，对于大变电所，接闪杆和主接地网的地下连接点到变压器接地线地下连接网的距离要在15m以上，并且变压器门形架构上不得装接闪杆。

4 结语

变电所是电力系统进行防雷保护的重点部位，变电所发生雷击故障容易造成大范围的停电事故，因此，电力企业需要提高重视程度，积极采取措施，做好防雷保护装置的安设，从而保障个人和企业的利益。

【参考文献】

【1】邱晓英.浅谈变电站的防雷保护[J].中国西部科技，2011（2）：29-31.