变电所的防雷措施及方法

袁铸 李名莉

摘 要：变电所是电力系统中改变电压的场所与地方，也是在电力系统中需要重点进行防雷保护的设施。如果没有采取防雷措施，或者防雷措施不够安全可靠，当变电站发生雷击事故，不可避免地会造成大面积的停电事故，不仅会造成严重的经济损失，同时还会扰乱社会生产，影响人民群众的正常生活。因此变电所的防雷措施必须十分可靠。

关键词：变电所 防雷 避雷器 保护

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）06（b）-0015-03

Abstract： The transformer substation is a place to changes the voltage， Its an important protection for lightning protection.The lightning accident will cause blackout accident and a large area is covered.This will produce an effect on the social production and people's life .All these will cause great economic loss.Therefore， the lightning protection measures of substation must be very safe and reliable

Key Words： Transformer substation； Lightning protection； The arrester； Protect

在电力系统中，变电所是对电能的电流和电压进行变换、集中和分配的场所[1，2]。为了保证设备的安全和电能的质量，就必须要在变电所中进行电压调整、潮流控制和输配电线路以及主要电工设备的保护。

防雷措施可简单地概括为“泄”和“抗”两种方式。“泄”主要是用在防雷装置上，比如避雷器、避雷针、避雷线、避雷网和避雷带等，目的是把雷电引向自身泄掉，以削弱其威力。“抗”主要适用于电气设备本身需要防雷，主要是靠设备本身具有一定的绝缘水平，或采用其他的补救措施，目的是增强抵抗雷电破坏的能力。

在对建筑物、电力设备以及其他被保护对象进行具体防护的过程中，要根据其自身特征和类别，针对感应雷、直击雷、雷电侵入波等采用适当可行的防护措施。

1 电气防雷措施

电气设备要防护来自直击雷、雷电反击和侵入雷电波的危害。为了防止电气设备发生反击事故，需要将变电所内电气设备的所有接地装置连接成没有开口的环状接地网，充分发挥接地装置的作用，使跨步电压和接触电压降低，从而使人身安全得以保证。

中小型工厂6～10kV变电所通常均较厂房为低，一般不另设直击雷保护。

由于线路的绝缘水平比变电所内设备的绝缘水平高，当线路遭受雷击，那么沿着线路侵入到变电所来的雷电行波的幅值必然很高，若是终端变电所，在反射作用下电压还会升高，而电压越高，危险越大，因此，要高度重视沿进线侵入的雷电行波。可以按不同的电压等级和容量采取相对应级别的保护接线来防护线路侵入雷电波。变电所的保护接线规定了保护系统的构成以及各保护元件与被保护设备之间的关系。

配电网内的变压器，杆上断路器等都可以采用阀型避雷器、管型避雷器。将被保护设备与保护设备安装在同一杆塔上，把被保护设备的外壳及低压零线相连后和避雷器或保护间隙的接地引下线共同接地，其接地电阻小于4Ω，这样可以提高保护效果。作配电变压器保护时，避雷器一般装在高压熔断器的后面。

2 变电所的系統防雷保护

变电所的防雷保护是一个系统性的工程，是由三道防线，也即由3个子系统组成[3]。

2.1 第一道防线

第一道防线（第一子系统），主要作用是防止变电所电力设备被雷直击。雷击只能通过拦截导引来改变其入地路径，而无法阻止。一个好的设计和建设，可以有效地避免雷电所造成的破坏性后果的发生。该防护由接闪装置、引流装置和接地散流防护装置组成。

2.2 第二道防线

第二道防线（第二子系统），主要为变电所进线保护段。当进线保护段首端及以外受到雷击时，绝大部分雷电流被引入地中，只有很小部分沿架空线路侵入变电所。当雷电波沿着架空线路导线传播时，因受到冲击电晕和大地效应的影响而衰竭，从而降到电气装置绝缘强度的允许值范围内。

当进线保护段之内的架空线路遭受雷击，变电所遇到的主要危险是绕击导线或反击导线产生的雷电侵入波，所以进线段又被称为危险段。由于反击和绕击可能发生，通过加强避雷线的屏蔽性和耐雷水平来加强进线段防雷保护就变得十分重要。因此，进线保护段愈短愈好，这样才能使其允许侵入波的陡度和幅值较大。

2.3 第三道防线

第三道防线（第三子系统），主要目的是将侵入变电所的雷电波的强度降低到电气装置绝缘强度所允许的范围之内。我国主要采用的是金属氧化锌避雷器（MOA）来实现，西方国家除了采用MOA以外，还在所有电气装置上将空气间隙安装上，其主要目的是保证一旦MOA失效后，间隙可以起到后备的保护作用。

由上述所述的3个子系统构成了一个完整的变电所防雷的保护系统。三道防线各负其责，缺一不可。在实际应用中，哪一道防线设置保护元件多少视具体情况而定。三道防线互相影响，第二道和第三道防线之间关系更为密切，若第二道防线的能力强，就可以使第三道防线的负担减轻，从而整体上提高变电所的耐雷水平；若第三道防线的能力强，就可以使第二道防线的危险段的长度大大缩短，从而整体上提高变电所的耐雷可靠性。

3 变电所的防雷措施

3.1 直击雷防护

安装避雷针是变电所直击雷防护的主要措施，避雷针是雷电接收装置，它能够将雷电吸引到避雷针上来，并且将雷击电流安全地引入大地，使附近绝缘水平比它低的设备免受雷击，其目的是保护建筑物和电气设备不受直接雷击。

在变电所上安装避雷针，目的是保证所有的设备都在避雷针的保护范围之内。同时要采取一定措施防止雷击避雷针时发生反击事故。雷击避雷针的反击事故就是当被保护设备或构架与避雷针之间的空气间隙被击穿，或被保护设备接地装置与避雷针接地装置之间在土壤中的间隙被击穿。对于35kV及以下的变电所，需要架设独立避雷针，而不允许在配电构架上装设避雷针。对于110kV及以上的变电所，由于绝缘水平较高，可以在配电装置的构架上架设避雷针，因为如果雷击避雷针时出现高电位，也不会在配电架构上不会造成反击事故。

3.2 变电所对侵入雷电波的防护

当线路上出现过电压后，雷电波将沿着导线侵入变电所，破坏电气设备的绝缘[4]。在变电所的进线段架设架空地线保护和在母线上装设阀型避雷器是对雷电侵入波采取的主要防护措施。

变电所内装设避雷器，可以有效限制雷达波入侵时产生的过电压，所以变电所防雷保护的基本措施之一就是变电所内装设避雷器。目前主要使用FS系列阀型避雷器保护小容量的配电装置；使用SFZ系列阀型避雷器保护中等及大容量变电所的电气设备；使用FCZ1系列瓷吹阀型避雷器保护变电所的高压电气设备。

随着MOA的不断推广，在国内除了一些變电所仍采用阀型避雷器以外，绝大多数变电所已逐步使用MOA。MOA拥有比较理想的非线性伏安特性，同时还有如下优点。

（1）无间隙。在工作电压下，不会使氧化锌阀片烧坏，因为MOA就相当于一个绝缘体。同时，由于其无间隙，所以大大地改善了陡波下的响应特性。

（2）无续流。MOA只吸收过电压能量，所以对它的热容量的要求比阀型避雷器低。

（3）可以降低电气设备所受过电压。对于10kA雷电流，MOA在整个过程中都有电流，而阀型避雷器只在串联间隙放电后才可将电流泄放，虽然流过的残压值两种避雷器相同，但是MOA使作用在变电所电气设备上的过电压有所降低。

（4）通流容量大。MOA通流容量大，所以可用MOA来限制内部过电压。同时，由于MOA重量轻，体积小，结构简单，运行维护方便，使用寿命长[5]，所以阀型避雷器被MOA取代是大势所趋。

3.3 变电所的进线保护

对变电所进线实施防雷保护，就是限制雷电电流流经避雷器的幅值和雷电波陡度。若线路出现了过电压，将会有幅值为线路绝缘的50%冲击闪络电压行波向变电所运动，而对于冲击耐压，线路上要比变电所设备的高得多，所以主要的防雷措施就是在靠近变电所的进线上加装避雷线。若没有架设避雷线，一旦靠近变电所的进线上受到雷击，流经避雷器的雷电电流幅值就可能会超过5kA，陡度也会超过允许值，那么线路会遭到破坏。

为把雷电波的出现范围限制在靠近变电所的一段进线段外，对于35～110kV无避雷线的线路，必须架设长度为1～2km的避雷线，那么进线段内出现雷电波的概率将大降低。若线路绝缘水平很高，在进线段首端装设一组管型避雷器可以有效限制入侵雷电波的幅值。

而对于容量小于35kV的变电所，进线保护可以根据雷电活动强度和变电所的重要性等情况来进行简化。避雷器距变压器的距离一般小于10m，由于变电所范围不大，入侵波陡度就允许增加，进线段长度可以适当缩短500～600m。同时可以在首端装设一组管型避雷器或保护间隙来限制流入变电所避雷器的雷电流。

对于容量为35～110kV的变电所，如果由于进线段杆塔接地电阻难以下降或者进线段装设避雷线有困难而不能达到要求的耐雷水平时，可以在进线的终端杆上安装一组1mH左右的电抗线圈来代替进线段。

3.4 变压器的防护

在变电所中，变压器是核心的电气设备，所以还必须考虑中性点的保护问题。一般来说，对于35～60kV的变压器，不需要进行中性点保护；而对于110kV且为单进线的变电所，就要进行中性点保护；可以线电压或相电压来选择避雷器的额定电压，在中性点上加装避雷器。同时应该敷设一个统一的接地网，做好防雷保护。把避雷器装设在靠近变压器的位置是保护变压器的基本措施，这样可以防止绝缘遭受侵入线路的雷电波的损坏。

为减小雷电电流在连接线上形成的压降，应尽量将避雷器靠近变压器安装，从而减小连线的长度。同时，变压器的金属外壳及低压侧中性点应与避雷器接线连接在一起。这样，就减少了雷电对变压器破坏的机会。

3.5 所内建筑物的防雷

内部的电气设备的防雷特性直接受到建筑物本身的防雷性能将的影响，所以说内部电气设备及系统防雷的第一道屏障就是变电所建筑物本身的防雷装置，必须予以重视。

现代建筑物防雷主要由顶部避雷带、网状接闪器、建筑物的梁、柱、楼板和四周墙体内的主钢筋作引下线，利用地下钢筋混凝土基础作为接地极[6]。在建筑物设计和施工的时候，都应预留各层楼板、柱、梁内钢筋接头，方便完成室内外接地线相连，使之能够方便地构成“法拉第笼式”避雷网。建筑物钢筋混凝土与防雷网相结合，是国内外公认的经济可靠的防雷方式。

3.6 室外设备的防雷

室外设备可以根据需要，采用安装避震针的方法，起到保护室外所有设备防止直击雷的目的。把室外架构母线和变压器中性点加装避雷器来防雷。把所有设备的接地引下线都与该接地极焊接来保证等电位。

只有各种设备的绝缘水平能够满足电压对该设备的绝缘要求，才能防止雷击产生过电压产生雷电击穿。这种防雷结构的优点如下。

（1）可避免绕击。

（2）可使用“法拉第笼”的屏蔽作用来削弱雷电电磁脉冲的侵入。

（3）由于在建筑物各层的梁、柱、楼板、墙体的钢筋和金属管线等导电体上构成等电位体，可以有效保证设备的安全。

（4）由于“法拉第笼”避雷装置的引下线的众多钢筋，可以有效地分散雷电流，同时使建筑内设备受到的脉冲电磁场冲击幅值大大效地削弱。

（5）由于接地极是由分布在地下四周的钢筋混凝土基础构成，与大地的接触面比较广，接地电阻低并且稳定，可以形成一个均匀分布的均压网。

3.7 室内设备的防雷

室内设备的各种金属外壳均应与底座钢保证良好的接触，可以采用焊接的方式或者使用螺栓连接，同时槽钢应与电缆沟道内的电缆支架用镀锌扁钢焊接起来，同室外接地网一体形成一个完整的接地网。

3.8 其他

穿过各防雷区界面的金属物和系统，或者在一个防雷区内部的金属物和系统均应在界面处做等电位连接[6]。各种屏蔽结构或设备外壳等其他局部金属物也连接到该连接带。

对各类防雷建筑物，各种连接导体的截面不应小于规定的数值。

参考文献

[1] 周志敏，周纪海，纪爱华.电气电子系统防雷接地实用技术[M].电子工业出版社，2005.

[2] 戴丽君，成明华.变电所防雷综合技术研究[J].电气自动化，2017（39）：74-77.

[3] 汤燕.变电所防雷问题浅见[J].黑龙江科技信息，2017 （4）：20-21.

[4] 师晓琳，杨国伟.变电所弱电系统电涌保护器配置的研究[J].山东工业技术，2015（9）：171-172.

[5] 刘青松.农村小型变电所弱电设备雷电防护措施[J].现代农业科技，2017（15）：199-202.

[6] 施昀岑.牵引变电所防雷保护措施[J].电子技术与软件工程，2017（3）：222.