电力系统防雷工程设计浅谈

吴昊瑾

（广西地凯防雷工程有限公司，广西 南宁 530003）

改革开放以来，随着经济实力的增长和科技水平的提高，我国的电力事业不断发展，电网的覆盖面积也在逐步扩大。但是，在现有的技术条件下，雷击依然是整个电力系统最主要的危害之一，对电网的可靠性和准确性具有重大影响。就某方面而言，电力系统的防雷工程是整个电力事业中至关重要的一部分。

1 电源系统的防雷设计

对电源系统进行防雷保护，主要是防止由直击雷所引起的操作浪涌的各级过电压对电源系统的侵袭。通常情况下，人们采用多级保护的方法防止电源系统遭受雷击。

对电源配电回路进行第一级防护，就是将DHENTB100防雷箱或者CSP100DI电源防雷模块安装在380V低压总配电箱中。电源系统受到雷击后，由于电源线的传导作用，强大的雷电流可能会损坏配电柜中的部分设备。在电源系统总配电间内安装第一级防护可防止此种情况的发生。

对电源配电回路进行第二级防护，就是将一套DGMTT385电源防雷模块或DHENTB40防雷箱安装在机房分配电柜内。与第一级电源防护不同，电源系统的第二级防护的主要作用是防止雷电流损坏后端设备。

电源系统的第三级防护也是最后一级防护，就是将DHENDRM2P255单行防护器串联在楼层分配电箱的空气开关后级处，其主要目的是保护单相AC220V电网不被雷电损坏，保证其供电系统的稳定性。

2 输电线路的防雷设计

目前，我国电力系统的输电线路主要包括超高压或特高压交流输电线路和高压直流输电线路两个部分。超高压交流输电线路主要传输电压等级在110kV～750kV之间的交流电压，其输电网络常设于旷野之中，地理环境多变，极易遭受雷击。直流输电线路是我国电力系统最主要的组成部分之一，若遭受雷击，可形成较大的短路直流，造成电流故障，严重时甚至会损坏输电线的绝缘体，造成电力泄漏。

2.1 架设底线

作为送电线路的首道防线，架空地线是电力系统防雷最基本的措施之一。当雷电直击塔顶时，地线可对雷电流起到分流作用，将大部分雷电流传导到大地中，从而保护输电线路。另外，地线还对导线有耦合和屏蔽的作用，可降低导线的本塔绝缘电压和感应过电压。

2.2 减小地线对导线的保护角

设Pα为雷电绕击率，h为杆塔的高度，α为地线对导线的保护角。在平原地带，绕击率Pα的计算公式为在山区地带，绕击率的计算公式则变为

由以上两个公式可得，绕击率可随着保护角的减小而降低。所以，在架设输电线路时，特别是在山区，应尽量减小保护角。

2.3 降低杆塔的接地电阻

设接地电阻为Rch，则杆塔的耐雷水平公式为：

由公式可得，降低接地电阻可使线路的耐雷水平得到提升。就目前而言，降低接地电阻是最经济也最有效的防雷措施。

2.4 安装避雷器

当输电线路遭到雷击时，避雷器可起到对雷电流的分流作用，降低杆顶的电位。由于线路绝缘子与避雷器为并联关系，所以，当发生雷击时，避雷线与导线中均有电流通过，两者可发生电磁感应，产生耦合，致使避雷器上的残压小于绝缘子串的50%放电电压，导线和塔顶的电位差小于绝缘子串的闪络电压，从而避免绝缘子闪络。

2.5 加强线路绝缘

加强线路绝缘可采用的方式主要包括增大避雷线与跨越档导线之间的距离和增加绝缘子片数两种方法。由于导线的两个回路上绝缘子片数不平衡，导线遭遇雷击时，片数较少的线路先出现闪络现象，增加了其余回路的耦合作用。

3 变电所防雷设计

作为电力用户和发电厂之间的联系纽带，变电所的主要作用是对电压和电流进行集中、变换和分配，在电力系统中具有不可替代的作用。所以，变电所的防雷是电力系统防雷设计中必不可少的一部分。

变电所遭遇雷击通常具有以下两种情况在：一种是雷电直接击打在变电所的设备上。当变电所的设备直接遭遇雷击时，将在设备上产生强大的雷电压和雷电流，致使设备损坏。另一种是架空线路的雷电感应过电压形成的雷电流沿着输电线路流经变电所，产生强大的电压，从而损坏变电所设备。

由于变电所遭遇雷击是一随机事件，没有规律可循，所以，对变电所进行防雷保护应因地制宜，根据不同的情况合理设计，既要保证变电所的安全又要尽可能的节约经济投入。通常情况下，对变电所进行防雷保护系统可分为三个不同的子系统，设计时，要保证三个系统之间密切联系，互相影响，避免各部分之间孤立的现象存在。

4 发电厂的防雷保护

4.1 安装避雷针

目前，我国准许安装的避雷针分为两种：一种是构架式避雷针，另一种是独立式避雷针。由于发电厂的发电电压范围和所处的地理条件各不相同，其准许安装的避雷针也不相同。若发电厂的电力在60kV左右，并且其所在地的土壤电阻率ρ小于500Ω·m时或者发电厂电力大于110kV，并且其所在地的土壤电阻率ρ小于等于1000Ω·m，应采用构架避雷针。当发电厂的电力小于35kV时或者发电厂电力在在60kV左右，并且其所在地的土壤电阻率ρ大于500Ω·m时，应采用独立避雷针。另外，在架设独立避雷针时，应注意在被保护物体和避雷针之间留有一定的地中距离和空气间隙。

4.2 铺设良好的接地网

所谓接地网，就是用导线将多个接地体相互连接起来，组成一个防雷的网络。其主要的作用就是平均雷电压，将雷电直击产生的电压平均分配到所有的接地体中，对发电设备和人员的安全起到了重大作用。

5 防雷保护的发展方向

5.1 加强构建雷电探测系统

作为探测雷电的主要发展任务之一，加强开发和应用雷电定位技术是我国未来防雷保护最主要的发展方向。在全国各地区分布的雷电监测站和完善的雷电定位系统对我国的电力系统防雷保护具有重大意义。

为加强电力系统的防雷保护，尽最大的努力提高雷电预报的服务水平和雷电监测的准确性是我们的又一必然选择。它有助于提高我国的灾难警报水平和雷电预警能力，进一步促使雷电预警服务向内容化和标准化迈进，为各行各业的生产活动和和人民的日常生活提供便利和保障。

5.2 加强管理，保证认证

众所周知，环境监测不仅是环境管理的重要依据，还是环境执法的必要手段。加强管理，保证认证不仅要求我们要加强内部管理，还要求我们加强对环境监测的全过程的监督和管理。在环境检测的各个过程中，如样品采集、样品保存、样品化验、实验分析等环节，均有相关的人员进行严格地管理和监督，保证检测的准确性和有效性。

作为一种破坏力极强的自然现象，雷电可瞬时产生数百万伏的高压，其电流也可达到数十万安培，对我国的电力系统具有极大的威胁和破坏。目前，我国电力系统的防雷保护主要是安装避雷针、架设避雷线、自动重合闸装置等多道防护相结合的模式，但仍不能杜绝雷电对电力系统的影响。进一步发展屏蔽隔离、抑制分流、雷电监测定位等技术，提出新的防雷理论，研制新的防雷器件仍然对我国电力系统的防雷保护具有不可磨灭的意义。

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