变电站的防雷接地技术研究

重庆恩力吉投资有限责任公司 严佳玕

1 提出问题

西南地区每年的暴风雨增幅很大，因此变电站设计过程中，要保护变电站设备的安全，提高供电可靠性，优化防雷设计，加强变电站的防雷措施，尽量减少雷电事故的发生率。

2 雷电对变电站的危害

2.1 雷的直击和绕击危害

天空中的风暴云携带与地球表面相反的电荷。当风暴云穿过变电站的避雷针或其他突出的物体时，物体上方的电场变形。在闪电期间，风暴云底部的电荷在地表上逐渐发展。如果地面高度小于100m，当变形的局部电荷开始向上移动时，电场将从突出物体的顶部产生。当两个电荷合并时，这表明闪电开始进入放电的主要阶段，如果安装了单独的避雷针，可能会有大量雷击分散在旁边，同时能够直接击中避雷针或绕过避雷针保护区内的物体。雷电的主放电释放大量能量，雷电电流通常在数万到数十万安培之间。这种能量冲击可能导致建筑物倒塌，电气设备损坏，甚至可能导致重大爆炸，造成人员伤亡。

2.2 雷电侵入波危害

雷电通常以线性或感应雷的形式沿线路或管道进入变电站，对变电站的电气设备造成损坏，由于线路或管道的电容和电感的存在，以及在雷电冲击电压的作用下出现的电晕对波的传输呈波幅降低陡度减小的作用，当线路或管道长度较长时，雷电的传输速度会降低，当雷波通过材料的不同参数时，会发生折射，将反射闪电波并引起电涌。电阻突然变化，导致电压波动，增加变电站设备的风险系数。

3 接地装置

3.1 接地体

接地物体可分为自然物体和人工物体，在设计中，常采用人工接地来达到要求的接地电阻，防止其他外部因素的影响，人工接地可分为水平和垂直接地，接地电阻包括接合区，取决于接缝的状态和土壤与土壤之间土壤性质。垂直之间的距离约为5cm，上部深度为0.5～0.8m，主场地与道路或运河的距离≥3m。当土壤尺寸＜3m 时，覆盖1m 以上或2m 以上的沥青砾石应埋在地顶。接地装置的连接部分为电气连接，应按照说明书中规定的板长度进行焊接，焊接区域必须进行防腐处理。

在某些情况下，接地装置本身的电阻相对较小，接地电阻主要指扩散电阻，当通过接地体的脉冲电流到达地面时，此时接地电阻称为脉冲接地电阻。接地电阻通常小于电源频率的接地电阻，电流密度较高，局部火花放电发生在地球上的太空中，这相当于增加接地物体的大小并降低地球的电阻。

3.2 接地线

接地是连接受保护或受保护物体的外部接地线。可以安装主接地线、等距接线板和分接地线。防雷装置接地线是防雷装置的导线，可以是圆钢或扁钢，两端可根据规定的层长度焊接，以实现电气连接。用于抗静电和抗干扰保护的主接地线通常使用多层铜缆，分接地线采用多股铜芯软线。接地以防止机械损坏和化学腐蚀，如防腐漆或镀锌。接地部分应进行热稳定性检查。

变电站电气设备接地导体的铺设应满足几点要求。一是接地线应焊接。在装配焊接中，钢板的长度应为板宽的两倍或圆钢直径的六倍。二是使用钢管接地时，以确保钢管电气连接的可靠性。使用螺纹钢管接地时，导电单元的钢管与电气单元之间需要可靠的电气连接。三是延长接地线（如管道和接地电极）之间的连接应焊接。当管道因维修而断裂时，连接点必须靠近，接地装置的接地电阻也必须符合规定要求，接地导体与接地极之间的连接必须采用焊接。地线与电气设备的连接可采用螺钉或焊接。连接螺栓时必须提供螺母或安全垫。每个接地的电气设备应通过单独的接地导体连接到接地排。不能将多个连续接地元件连接到单个接地线。

4 防雷保护措施

防雷措施可避免雷电波，使用保护装置将雷波引入接地网络。排雷行动保护措施应包括根据受保护物体的一般形状、频率、雷电强度、重要性和特点建立适当的保护装置。

4.1 避雷针或避雷线

闪电只能通过阻挡和引导来改变接地路径。避雷针有避雷针和避雷线，大多数小型变电站使用单个避雷针，但大多数大型变电站在变电站结构上使用避雷针或避雷线或两者的组合，同时也对电缆和接地设备有严格要求。

4.2 避雷器

避雷器可将进入变电站的避雷针减少至电气设备绝缘强度的允许值。我国主要使用金属氧化物避雷器。此外，故障后所有电气设备的备用保护会造成漏洞。

4.3 浪涌抑制器

浪涌保护端子用于提高对电气设备的保护，防止电气设备和电子部件损坏。重要设备的电源输入和输出必须配备防雷装置。所选电源防雷装置连接到远程通信并连接到管理器背景，如果由于电源防雷模块故障引起雷击，可以在监控器上显示其状态，在控制、通讯接口处加装浪涌抑制器。

4.4 接地装置

独立避雷器必须单独接地；建筑物防雷网的水下线路应焊接到建筑物全长的主杆和建筑物的环形主杆上，并连接到外部人造土形成接地和工作土，形成这种潜在效果，确保防雷系统的安全可靠，跳闸线应至少有两条。多条下降线可用于降低接地冲击强度，海底线路应机械牢固，电接触良好，变电站防雷接地强度不超过1Ω。

4.5 积极使用预防电棒和负角保护针

为了提高变电站的接地能力，应积极使用避雷针和负角保护杆进行接地工作。在检查防雷接地时，在达到防雷接地标准后，设计师应采取合理的控制措施，缩短电线接地距离，缩短电线接地距离以减少电线杆之间的距离，在保证系统正常运行的基础上，合理调整保护杆和负角保护销，将接地电流的临界频率降低到雷电频率。

4.6 合理设置引下线

在安装避雷针的基础上，为了提高安装的安全性和可靠性，应根据实际情况确定跳闸线的数量，以此为重要参考基础，适当增加引下线，以降低接地冲击强度。下水道用于将避雷针连接到地面。配置用于提高排雷行动的有效性。为了使下水道能够承受过多的电流输入，建筑商将提前分析地下导体的强度和耐腐蚀性，防雷线路的位置应在设计和施工图纸上注明。在随后的施工中，为了严格遵循施工的基本点，地下建筑的钢筋必须科学地固定，在用户连接到接地极后，需要做好各个弱电箱的跨接工作，避免设备暴露在外。

4.7 采用等电位连接方式

变电站施工接地时，制造商可以通过等电位接头实现接地保护的目标，在整个变电站紧急运行的情况下，采取电位连接措施，防止接电部分接触电压，从而形成用于保护电气设备并尽可能避免电气设备故障的机构。对于电位差问题，变电站人员可以消除潜在连接的潜在差异，从而确保电气设备的安全。

5 防雷电感应

现代变电站具有相对完整的直接冲击保护系统，直接冲击损坏外部设备的可能性很小，然而，雷电放电和防雷系统的电磁脉冲，以及金属管道和电缆的雷电过载，会对控制室中的各种小功率设备造成严重的电磁干扰，影响整个系统的正常运行。

雷电电流主要通过集中接地通过反向接地网络返回地面；连接网络产生一定的冲击潜力，在严重情况下，现场某些部分会发生反击甚至局部放电，危及电气设备的绝缘；当雷电流通过地线流向避雷器时，在周围产生强烈的瞬态电磁场，引出通信、测量、保护、控制电缆、电线甚至设备脆弱导致内部部件过压，影响设备的正确功能。

5.1 雷击时暂态感应电压分析

雷击场站有两种情况，一是雷击站框架或单独的防雷装置，二是站内建筑物的防雷系统，雷电放电会对环境（包括控制室）造成导电或辐射电磁干扰。对于相同频率范围内的脑电图，这些干扰大多是电感耦合的。大多数电缆和电线从外部设备进入控制室，由雷电放电电磁场形成的宇宙线对线缆几乎没有影响，主要原因是导线垂直于避雷针走线，因此很容易在导线穿透建筑物的地方形成感应电路，其中一端连接到输入高电阻电子设备，这相当于电磁电路和脉冲穿透建筑物的钢筋混凝土墙；该电路产生高振幅过电压。

当闪电击中控制室附近变电站的避雷针时，情况相当复杂。因为必须考虑整个建筑的所有导电元件的影响。这些包括用于水泥墙和地板的防雷系统、钢筋和金属梁。除避雷针外，建筑物的防雷系统还包括接地触发器，包括由水平连接总线和触发器下方的接地装置组成的电流释放系统。在雷电期间，雷电电流通过非常靠近内部电路的接地线传输到地网，在每个电路周围的空间中产生强烈的转换电磁场。由于接地线靠近墙壁，墙壁上的钢筋，甚至墙壁上专门布置的屏蔽网几乎没有保护作用。预期的保护效果只能在非磁性饱和材料中获得，因为强辐射源非常靠近屏蔽层，如果屏蔽层不是由高饱和磁性材料制成，保护将非常差。磁通量可以通过附近的大开口直接连接到电路。

5.2 防护措施

确保现有节能设备功能的措施：通过使用多条接地断开线，可以显著降低通过接地的雷电电流，改善保护放电系统的结构，如使用特殊的保护材料，甚至具有适当磁性的双屏蔽，以减少弱器件上的导线感应，并使现有的保护网络更好地工作。除了设置在电源输入端的电抗器等过电压限制装置之外，信号线馈电点应使用配置合理的光耦或限压装置。所有通向控制室的电缆均有屏蔽电缆共用接地网，在控制室和通信室等电位联结，所有电气设备的外壳均与等电位汇流排连接。

6 微机保护防干扰屏蔽措施

变电站小型机器保护器可防止电磁干扰，测量信号由于电磁感应而受到串联模式的干扰，静电感应和地电位差的作用会导致信号线与地输入之间产生超模干扰，抗干扰措施通常包括屏蔽和接地。所有屏蔽电缆均单独保护，接地导体通过多芯铜连接段导体和接地总线连接，母线通过屏蔽绝缘接地，通过单芯屏蔽电缆连接到外部接地。

7 变电站对雷击次生灾害的预防技术

一方面，变电站和主要设备为了避免雷电引起的二次损坏，有必要设置过电压限制器。在变电站系统中，在开关运行期间，由于雷电放电后产生静电和瞬态波。这种过电压可能会对变电站设备造成一些损坏，有必要定义过电压保护。为此，必须迅速将过电压电流引入地面，提高电气设备的保护能力，防止电气和电子设备被雷电损坏。

另一方面，变电站和主要设备的安全避雷针或避雷针可由拦截和移交措施取代。避雷器主要由避雷器和独立避雷器组成。避雷器主要用于小型变电站。大多数大型变电站在设计中使用避雷器，一些变电站将避雷设施结合起来。对接地设备和受保护线路的避雷针和避雷针有相对严格的要求。安全避雷针应减少进入变电站的雷波，使电气设备的绝缘电阻达到允许值。

除了在西方国家使用MOA 之外，所有电气设备也有间隙。MOA 可在发生故障时用作备用保护。最后将变电站接地，切断设备，保护设备。接地为等电接线板，可采用接地分离和主接地装置；避雷器装置接地也是避雷器的释放；可采用扁钢或圆钢，两端可根据规定的层长焊接，实现电气连接；一般多芯铜缆为主要接地，用于干扰和静电保护；多芯柔性铜导体是二次接地，变电站避雷器的最大接地电阻不应超过1Ω，变电站接地技术是变电站防雷系统的组成部分，其合理性与变电站的安全运行密切相关，变电站接地技术已成为多学科和综合技术，必须在实践中不断学习和改进。

8 结语

根据防雷设计的完整性、结构、层次和目标，以及变电站的环境、地理位置、地形、设备运行和一般用途，采取保护措施以确保适当的雷电防护措施，以确保不同等级设备系统在变电站、电磁波塔等设计过程中具有统一的防雷效果。防雷建筑尽量远离控制室和通信室，如果周围没有更好的保护，这一点更为重要。建筑物防雷系统的设计；特别是，泄流系统的设计对感应电压的水平有显著影响，并采取额外的措施来保护敏感设备免受能量脆弱性的影响，有必要采用满足实际条件的最佳方案。