变电站防雷接地技术

文/王志平

变电站防雷接地技术

文/王志平

随着我国经济社会的迅速发展，社会用电量不断增加，电力系统的规模也不断扩张。变电站作为电力系统的重要组成部分，担负着电能传输与电压等级变换等重要任务，对电力系统的稳定可靠运行有着重要的意义。我国作为一个雷电频发的国家，变电站面临着雷电入侵的威胁，因此做好变电站的防雷保护工作十分必要。本文主要阐述了变电站的雷电入侵方式，并对变电站的防雷接地技术进行了深入的研究与分析。

变电站 防雷接地 雷电入侵

1 引言

改革开放以来，随着我国经济社会的迅速发展，社会用电量不断增长，电能质量要求也不断提高，对电力系统的稳定性与可靠性提出了更高的要求。变电站作为电力系统中电压等级变换、电能集中分配的场所，对电力系统的稳定运行有着重要的意义，一旦发生故障将对电力系统的正常运行造成极大的影响。我国疆域辽阔，部分地区雷电多发，成为变电站的重要安全隐患，一旦变电站发生雷电入侵，不仅将造成变电站内电气设备的损毁，还可能给区域供电带来隐患，造成较大的经济损失，因此做好电力系统中变电站的防雷保护工作十分必要。本文主要针对变电站的防雷接地技术进行了简要的分析与阐述。

2 变电站雷电入侵的方式

2.1 接地线入侵

一般来说，变电站为了保护站内电气设备的工作安全，设置有避雷针等专用避雷装置。当雷电强度较高时，在避雷针的引导下，雷电会将电流沿避雷针流向大地，并在变电站周围进行释放，由于大地本身存在电阻值，会在变电站附近形成较大的雷过电压，有时甚至可达数十千伏，从而对变电站内大量二次设备造成严重的损坏。

2.2 信号线入侵

变电站作为一个信息化、自动化程度较高的控制调度中心，内部布置有大量二次系统通信线路。当雷电入侵通信线路后，会在电气设备二次系统接口处产生高达数千伏的过电压，进而对通信接口、调制解调器、光电隔离器及其他通信装置造成损坏。

2.3 电源线入侵

架空线路作为变电站的电源输入，由于架设高度较高，容易受到感应雷甚至直击雷的雷击。一旦受到雷击后，线路中将形成较高的过电压，经过变压器耦合后进入低压侧，进而入侵变电站的各类控制装置，威胁整个变电站的稳定与安全。

3 变电站的防雷接地技术

3.1 防雷接地装置

防雷接地装置是解决变电站雷电入侵的有效措施，通过接地装置的科学设计与合理布设，能够将雷电入侵产生的过电流引导至大地，从而避免过电压对电气设备造成的损坏。

3.1.1 防雷接地装置的组成

一般来说，防雷接地装置主要由接地体与接地线两大部分组成。

（1）接地体。接地体根据属性不同可以分为自然接地体与人工接地体两类。自然接地体是指利用大地中已经存在的管道、钢筋等金属部件直接作为接地体；人工接地体是指为了接地需求而人为装设的接地体。在进行接地体的敷设时，需要注意以下几个方面：一是做好接地体周围土壤的处理，降低土壤的冻结温度，减小土壤的点阻力，进而有效降低接触电压及跨步电压值；二是接地体的选择要满足热稳定性要求，避免过电流引起的热效应造成接地体的损坏；三是做好接地体的防腐蚀措施，避免接地体在土壤中受到周围环境的腐蚀；四是保证接地体上部距离地面0.8米以上，以减小外部环境变化对接地体散流电阻的影响；五是接地体之间保持一定的距离，对于垂直接地体，其间距应大于长度的两倍，而对于水平接地体，其间距应不小于5米。接地体其他指标如表1所示。

（2）接地线。接地线是指电气设备与接地体间连接的导线，是引导过电流从电气设备流入大地的导电路径。一般来说根据敷设方式不同，接地线可以分为明敷与暗敷两种。对于明敷的接地线，应当做好线路的标记工作，而对于暗敷的接地线，应在入口处设置接地标识。为了避免接地线收到腐蚀或破坏，一般多采用镀锌、涂漆等方式，降低接地线发生机械损坏或化学腐蚀的可能性。在进行接地线敷设时，需要注意以下几个方面：一是接电线的连接应采用焊接方式，且当采用搭接焊接时，搭接长度应为扁钢的2倍、圆钢的6倍；二是接地线与管道等进行连接时宜采用焊接方式，且连接点应选择近处，并在管道阀门处设置跨接线；三是接电线与电气设备间的连接可采用螺栓或焊接方式，而与接地极间的连接宜采用焊接方式。

3.1.2 变电站防雷接地装置的设计

防雷接地装置的设置对变电站的安全稳定运行有着重要的意义，因此要严格按照设计规范完成变电站防雷接地装置的设计。一般来说，变电站的接地电阻应控制在5Ω以下，对于重要节点处的变电站，其接地电阻更要小于0.5Ω，除此之外，在进行变电站防雷接地装置设计时，还要注意以下几个方面：一是在条件允许时优先选用建筑物地基中的钢筋或自然接地的金属进行统一接地，形成统一的接地网络；二是在接地体选择时，以自然接地体为主，人工接地体为辅，尽量形成闭合的环状接地形式；三是在保证单点接地的基础上，实现统一的接地网。

3.2 变电站的防雷措施

变电站的雷击是变电站面临的主要雷电威胁，一般根据雷击形式不同，可以进一步分为直击雷与感应雷两类。直击雷是雷电直接作用于变电站的电气设备上，形成极强的过电压与过电流，能够对电气设备造成严重的损坏；而感应雷也称二次雷，是由于雷云电磁感应而在电气设备上产生的一种过电压，对电气设备也有着严重的破坏。根据雷击形式的不同，变电站的防雷措施也应当有针对性地入手。

3.2.1 避雷针

避雷针又称引雷针，主要通过尖端放电中和雷云中的电荷，从而保护电气设备避免遭受雷击，具体结构如图1所示。金属氧化物避雷针是当前应用最广泛的避雷针材质。避雷针的保护范围一般为伞状，其顶端电场强度最大，吸引雷电在此处进行放电，并将雷电流通过接地线及接地体释放至大地中。

避雷针需要根据变电站的规模合理进行选择，对于规模较小的变电站，可以直接采用独立式的避雷针，而对于大型变电站则需要统一架设避雷针与避雷线。为了确保变电站得到可靠的保护，需要对避雷针的数量及高度进行科学准确的计算，确保变电站全部电气设备均在避雷针的伞状保护范围内。具体的避雷针示意图如图1所示。

表1：接地体指标要求

图1：避雷针示意图

3.2.2 浪涌抑制器

浪涌抑制器也称防雷器，是一种有效抑制过电压的过压保护方式，其一般装设于电气设备处，能够有效提高电气设备的防护能力，避免其被过电压破坏。当电气回路中突然出现过电流或过电压时，浪涌保护器能够在极短的时间内对过电流过电压进行导通与分流，从而有效避免对电气设备的损坏。

根据工作原理不同，浪涌抑制器可以进一步细分为开关型、限压型以及分流型等几类。开关型浪涌抑制器在没有过电压时表现为高阻抗，而当雷击发生产生过电压时瞬时变为低阻抗状态；限压型浪涌抑制器同样在没有过电压时呈现高阻抗，当浪涌电压电流增大时，阻抗非线性减小；分流型浪涌抑制器与被保护电气设备并联连接，在正常工作时呈高阻抗断路状态，而当雷击产生过电压时呈低阻抗短路状态，从而迅速将过电流过电压释放。

3.2.3 直击雷的防护

直击雷是雷电直接作用于变电站电气设备上的一种雷击形式，能够在电气设备中形成极高的过电流与过电压，进而产生严重的热效应与机械效应，对电气设备的损害极高。针对直击雷的防护，需要注意以下几个方面：一是确保避雷针接地引线尽量远离变电站，避免雷电过电流泄地时造成反击；二是确保接地装置的集中装设，保证接地线路均可靠接入接地网络，且接地电阻不小于10Ω；对于变电站主控室等重要电气设备场所，需要在屋顶加装避雷带，并将屋顶技术部分进行可靠接地处理。

4 结束语

近年来，随着我国电力系统的不断发展，电网规模不断扩张，人们对电能质量的要求也不断提高，雷击事故作为影响电力系统正常稳定运行的重要影响因素，做好其防护工作十分必要。本文主要针对电力系统中变电站的防雷接地技术进行了简要的分析，并对变电站的防雷接地措施进行了简要的阐述，相信随着防雷技术的不断完善，变电站运行的安全性与可靠性必将得到进一步的提升。

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作者单位山东省水利厅胶东调水局招远管理站 山东省招远市 265400

王志平（1985-），男，山东省烟台市人。大学本科学历，工程师，就业于山东省水利厅胶东调水局招远管理站，主要从事水利工程管理工作。