浅析变电站防雷接地技术的应用

吴敬柱

摘要：因为变电站的特殊功用以及特殊性质，其招致雷击的概率要比一般地方高出无数倍，一旦变电站遭受雷击，不但会给区域供电带来不便，严重时可能会带来严重的事故，危及到人民群众的生命和财产安全。为了保护电气设备不被雷击干扰或损坏，变电站的防电击要求非常高。文章对变电站的防雷接地技术进行了论述。

关键词：变电站；防雷接地技术；接地装置；电气设备；雷击 文献标识码：A

中图分类号：TM862 文章编号：1009-2374（2015）34-0035-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.018

由于变电站具有特殊功用以及特殊性质，其招致雷击的概率要比一般地方高出无数倍，一旦变电站遭受雷击，不但会给区域供电带来不便，造成一定的经济损失，糟糕时可能会带来严重的事故，危害人民群众的生命和财产安全。变电站的作用是改变电压的高低，是电力系统中不可或缺的重要组成部分，一旦遭遇雷击，不但会对电气设备造成严重干扰甚至损坏，进而导致大面积的停电。虽然相比过去，现在的变电站的防雷接地保护措施都比较完善，其内部的设备被雷击到的概率非常小，但是其概率还是存在的，为了进一步降低这一概率，笔者借本文对变电站的防雷接地技术进行了简要的论述。

1 变电站遭受雷击的原因

通常情况下，在电力系统正常运转时，变电站电气设备会处在电网额定电压的保护之下。但是在雷雨天气时由于雷击过电压现象的存在，供配电系统中某些部分线路电压要远远大于常值。根据不同的途径，变电站雷击情况可以分为以下三种情况：雷直击于变电站的设备上；架空线路的雷电感应过电压或直击雷过电压导致雷电波沿线路侵入变电站；通讯线路遭雷击侵入变电站电脑系统。下面简单分析其体现形式。

1.1 直雷击过电压

当雷电直接击中电力装置时，会在局部产生强大的雷电流和超高电压，并放出大量的热，这些热是导致电气设备破坏的直接因素。

1.2 感应过电压

当雷区行至架空导线上方时，在静电感应的作用下架空导线上会积聚大量的异线束缚电。当雷云对大地放电架空导线上方会形成很高的过电压。过电压的存在会危害电力网络。

1.3 雷电反击

当架空线路存在雷电感应过电压或者雷电直接击中产生的过电压是变电站遭受到的最为严重的雷害，在没有防护措施的条件下，该过程产生的大量热量迅速释放会导致电站设备的绝缘层损坏，并极有可能会引发事故。

2 雷电系统防护

一般情况下，某地区发生雷击事件的频次与该地区所处的地理位置有很大关系，比如沿海的地区雷击发生的频次要明显高于内陆地区，但是无论是沿海地区还是内陆地区，防雷击问题都应该被严肃对待。在雷击发生时，大气层内会有强烈的电流通过，该过程产生的热量和机械能如果直接作用到物体上，会造成相当严重的问题，而且还会发生后继的危害，危害人民群众生命和财产安全。根据雷电发生作用的过程不同，雷击危害又可以分为感应雷、直击雷和雷电反击经过三种形式。经过无数人的努力探索，防御雷电的措施已经由原来的直击雷防护发展到现在的效果更佳的系统防护。

内部防雷和外部防雷共同构成了现代的雷电防护系统。其中外部防雷的主要功能是将可能直接击中建筑物的雷电通过地下引线、避雷针或者避雷带等引入大地发泄以保护建筑物的安全。通过在建筑物顶部安装避雷针、引下线和壁垒带可以有效地将雷电的威力引至地下以减弱雷电的威力降低内部防护的压力。内部防护措施主要是考虑到保护建筑物内部的人员和设备安全而设置的。内部防护即在需要防护的设备前端合适位置安放防雷器，这样就可以将线路、设备和大地形成一个有条件的等电位体，以有效阻止雷电流，保障建筑物内部人员和设备的安全。内部和外部防护装置相互结合、相辅相成。外部防雷系统使建筑物本体免受雷击而发生火灾事故及人身安全事故；内部防雷系统消除了感应雷和其他形式的过电压侵入而损坏设备的隐患。

3 接地装置

接地装置在变电站防护中起到同样重要的作用，只在接地装置存在且安装正确，才可以将雷电所产生的电流引入地下，真正达到防雷保护电气设备安全的目的。

3.1 变电站接地设计原则

电力系统规模的不断增大，变电站接地系统的要求也越来越复杂，因为无论什么形式的雷电破坏防护最终都要通过接地装置引入到地下，因此合理的接地装置非常重要，其直接关系到变电站的人员和设备安全。变电站多级母线的接地故障电流逐步增大，加之标准与实际值之间的差别越来越大，在设计时如何满足电阻的要求变得越来越棘手。现在的变电站接地电阻已经由原来的0.5Ω逐渐放宽到现在的5Ω。尽管如此，在接地电阻的使用时还是要遵循以下原则：（1）尽量使用建筑物地基上的钢筋或者自然接地的金属统一接地，连接成接地网络；（2）自然接地物为主、人工接地体为辅，外形尽可能采取闭合的环形；（3）单点接地，但要有统一的接地网。

3.2 变电站的防雷措施

雷击对变电站的危害有直接雷击和间接雷击两种情况，因此变电站对雷击的防护也应从这两个方面入手。要想避免雷击首先要避免雷电波的进入，再次还要利用保护装置（比如避雷器等）将雷电波引入接地网。通过拦截导引等措施可以改变雷击的途径。最常使用的接闪器有避雷线和避雷针。独立式避雷针适合规模较小的变电站使用，但是大型的变电站则需要在构架上安装避雷线、避雷针或者同时安装二者。安装时要严格按照相关规范接引流线和接地装置。变电站中主要的防雷措施包括以下三种：（1）安装避雷器。避雷器可以将入侵的雷电波降低至电气系统设备绝缘强度允许值以内。目前我国使用最广泛的避雷器为以采用金属氧化物为主要材料制成的避雷器；（2）浪涌抑制器。浪涌抑制器采用了过压保护，防雷端子等系列可以有效改善电气设备自身防护能力，保护电气设备及电子元器件不被击坏。其工作机理是：发生雷击的事故时，后台监控器可以显示电源防雷模块是否遭到损坏，浪涌抑制器一般安装在控制和通讯接口处；（3）接地线。接地线即接地体的外引线，根据其功能可以分为主接地线、分接地线和电位连扳等类型，主要起保护和屏蔽设施的作用。变电站中防雷接地装置之接地线就是防雷接闪装置的引下线。

3.3 直接雷击的防护措施

直接雷击是变电站中遭受最多的一种雷击方式，因此此种雷击方式也是对变电站危害最大的一种，应对直接雷击的措施有三条，如下：（1）防止反击。为了防止雷电泄地时反击，避雷针接地引线和引下线入地点都要尽可能远离设备接地点；（2）装设集中接地装置。上述所有接地线都要接通总线地网，并在连接下加装集中接地装置，其工频的接地电阻碍不得小于10Ω；（3）主控室和网络控制楼以及屋内配电装置防直击雷措施。对于金属屋顶或者非金属屋顶但是屋顶上有金属设备的建筑物如要把金属部分接地；钢筋混凝土式屋顶也要将钢筋焊接成网接地；非导电式的结构的屋顶，8～10米网络避雷带，设引下线接地。

4 结语

随着电力系统的不断发展，雷击事件发生的频率虽然越来越低，但是我们仍要清楚地知道，电力系统防雷电的形势依旧非常严峻。越来越复杂的供电网络对变电站的防雷电措施提出了越来越高的要求，相关人员应积极对待，否则一旦发生事故，就会造成难以预料的后果。

参考文献

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（责任编辑：周 琼）