220 kV 变电站防雷设施设计探讨

黄志庆

（国网福建省电力有限公司安溪县供电公司，福建 泉州 362400）

1 220 kV 变电站防雷发展现状

由于很多电力工作人员对雷电缺乏认识，防雷意识普遍不强，造成雷击跳闸事故频频发生。但是，随着变电站防雷知识的普及，人们渐渐意识到变电站防雷的重要性，并主动思考如何提高变电站防雷水平。

传统的防雷技术主要是利用避雷针等设备将雷电引入自身而避免电力设备遭受雷击，在一定程度上能起到防雷作用，但是在引雷过程中产生的过电压、过电流具有不确定性，电力设备依然存在遭受雷击可能。所以，要积极发展完善防雷技术，从而有效提高变电站防雷水平[1]。

2 220 kV 变电站防雷接地设计原则

220 kV 变电站各级母线出现接地故障时，接地点的电流会变得非常大，电压会变为零，此时，接地点的接地电阻无法满足大接地短路电流的电力设备的接地电阻要求，为此，对接地电阻的限制规定也作出了相应的调整，从原来的0.5 Ω放宽为5 Ω，同时220 kV 变电站必须结合其他防雷技术，以确保220 kV 变电站安全稳定运行。

为做好220 kV 变电站接地工作，在进行接地网设计时，应充分遵循以下原则：①在接地体选择上，应首选建筑物钢筋混凝土基础的钢骨架、引水管、闸门等本身具有较低的接地电阻的接地体；②在设计变电站接地网时，应充分利用自然接地体与主网相连，以达到降低接地网接地电阻的目的；③确保接地网结构成环，中间没有断开点。

3 防雷接地装置

防雷接地装置能减少接地电阻，从而降低雷电流通过避雷针（线）或避雷器时在它们身上产生的过电压，从而保证电力系统的正常运行和人员人身安全[2]。考虑到大气过电压主要有直接雷过电压、感应雷过电压、侵入波过电压三种形式，工程上采用不同防雷工具。一般采用避雷针、避雷带或避雷网等防护措施来应对直接雷过电压，采用避雷器防止沿线侵入变电站的雷电侵入波对电气设备造成破坏，把雷电侵入波限制在避雷器残压值范围内，从而使变压器与其他电气设备免受过电压危害。

接地是防雷的基础，常用的接地装置主要是由扁钢、圆钢、角钢或钢管组成，埋于地下0.5～1 m。工程上常用的接地体主要有水平接地体和垂直接地体两种，水平接地体多用扁钢，宽度一般为20～40 mm，厚度不小于4 mm 或者用直径不小于6 mm 的圆钢，而垂直接地体一般多用角钢或钢管，长度约取2.5 m。日常应做好接地体的防腐蚀措施工作，避免接地体因腐蚀而使得接地电阻变大，接地体其他指标如表1 所示。

表1 接地体指标要求

4 220 kV 变电站防雷接地设计与研究

4.1 变电站基本情况

4.1.1 变电站防雷接地设计的目的

变电站建设地理位置的特殊性决定了其不可避免地经常受到雷击，所以在变电站建设之初应充分考虑防雷举措，使变电站免受雷击。还要做好变电站接地系统规划设计，减小接地电阻，降低过电压，从而更好地保护人身、电网、设备的安全。

4.1.2 变电站的规模

安溪电网水电资源较为丰富，但小水电大部分为径流式电站。还有蓝田水库水力发电厂25 MW、百濑水库水力发电厂60 MW，截至2021-03，安溪电网现有220 kV 变电站4座，110 kV 变电站18 座。本期在建的220 kV 竹园变电站容量为2×180 MVA，远期（2023 年）1×180 MVA，变电站内留有3 台主变位置。本期新建的220 kV 鹤前变电站容量为2×180 MVA，远期（2025 年）1×180 MVA，变电站内预备3 台主变位置。

4.2 变电站防雷保护措施

4.2.1 变电站对直击雷的防护

当雷云直接击中变电站设备时，强大的雷电流流过该设备然后泄入大地，在该设备上将产生很高的压降，并将这种压降称之为直接雷过电压。直接雷对电力设备危害性极大，变电站有必要采取直击雷防护措施。变电站常用的直击雷防护措施主要有以下几种：①在室外通过安装独立避雷针或在构架上方安装避雷针来防止直击雷，主要是利用尖端放电原理，使其保护范围内所有电气设备或建筑物免遭直击雷的破坏，为了避免泄地的雷电流发生反击现象，应远离变电站设置避雷针接地引线；②在保护小室、主控楼等建筑物上安装避雷带或避雷网，沿建筑物屋顶四周易受雷击部位明设防雷保护用的避雷带，在屋顶上部明装避雷网，沿外墙装引下线接到接地装置上。

4.2.2 变电站对雷电侵入波的防护

变电站主要采用避雷器来防护雷电侵入波，避雷器主要是由主间隙、辅助间隙、针式绝缘子、安装用横担组成。当雷电波侵入时，避雷器间隙首先被击穿放电，使工作线路接地，避免了被保护设备上电压升高，从而起到保护电力设备的作用。虽然避雷器在一定程度上能对雷电侵入波起到防护作用，但是，一方面避雷器保护间隙的熄弧能力较差，不能可靠熄弧，有可能引起断路器跳闸；另一方面，避雷器间隙动作后，工作线路直接接地会形成“截波”，危及到设备的纵绝缘。

4.3 变电站降低接地电阻的措施

4.3.1 加大接地尺寸

通过增大接地体的尺寸达到减少接地电阻的目的，这种方法只适用于一些简单接地体和输电线路杆塔的接地装置。变电所会受到场地的限制、资金的限制导致无法实施开展，所以暂时难以在变电站受到广泛推广应用。

4.3.2 利用自然接地体

善于寻找挖掘变电站资源，充分利用变电站建筑物钢筋混凝土基础的钢骨架这类自然接地体，因为它们本身已经具有较低的接地电阻。在设计变电站接地网时，应充分考虑利用这些自然接地体与主网相连，以达到降低接地网接地电阻的目的。这种降阻方法好实现且具有较好的技术经济效应。

4.3.3 引外接地

如果变电站内没有好的自然接地体可以利用，工程上有时也采用引外接地的方法来降低接地电阻。该方法就是将变电站的主接地网与区域以外某一低土壤电阻率区域敷设的辅助极相连，从而达到降低整个接地系统接地电阻的目的，不过，工程勘察设计专家一般都是首选自然接地体。

4.3.4 换土

对于某些位于高土壤电阻率地区的变电站的接地网，如果采取其他的方法难以降低接地电阻，这时可以考虑换土的方法。该方法是将变电站内电阻率高的土壤替换成从其他地方运输过来的电阻率低的土壤，以获得较低的接地电阻。

4.3.5 采用降阻剂

通过在变电站接地体周围的土壤中加入降阻剂，改善土壤的导电性能，从而降低变电站接地装置的接地电阻。该方法虽然见效快，但是降阻剂维持时间短，无法达到永久降阻的目的，同时对变电站接地体有一定程度的腐蚀作用，会缩短接地装置的使用寿命，增加后期接地装置的维护成本。

5 220 kV 变电站防雷接地注意事项

只有了解了雷电活动规律以及掌握了有关防雷规范和技术规定，才能做到科学防雷。首先，在220 kV 变电站内，应尽可能地多布置些不同种类的防雷装置，比如避雷针、避雷器、避雷带、避雷网等，通过不同防雷装置全方位覆盖，使变电站防雷范围更广，从而保证防雷更可靠。其次，充分利用现有资源，在节省资源和成本的情况下保证变电站防雷效果，如利用自然接地体既安全有效又能降低施工成本。最后，学习掌握防雷装置地安装及维护工作，定期开展防雷装置检查维护，测量接地体的接地电阻，发现接地电阻不合格时及时进行更换，从而保护人身、电网、设备的安全。

6 总结

综上所述，要想保证电力系统安全可靠运行，各变电站一定要不遗余力地采取防雷接地手段，加强防雷设施检查和维护，降低雷电危害，保证电网安全。