关于变电站防雷接地系统的探究

房芳

摘 要：雷雨季节发生雷害直接影响变电所安全的时有发生，牵引变电所的防雷引起了相关部门的极大重视，在变电站防雷接地系统的研究中要综合雷电防护方法是在全面考虑雷电损坏信号设备的各种可能途径的基础上进行。

关键词：变电站，防雷，接地

1概述

雷电是一种大气里的放电现象，它产生在积雨里. 积雨的云在形成的过程中， 部分云团带有正电荷， 部分云团带有负电荷， 因此，当电荷总量积聚到了一定的程度时， 在不同的电荷云团之间， 或者云团和大地之间的电压数值非常大，足够击穿空气。当云团开始游离放电的时候， 我们称这个过程为先导放电。云团对地的先导放电现象是云团向地面的跳跃式逐渐发展的过程， 当先导放电现象到达地面的时候（地面的建筑物和架空输电线路等） ， 就会产生从地面向云团的主要放电阶段.在主要放电阶段中， 由于不同种电荷进行剧烈中和， 往往此时会出现非常大的雷电流（一般为在几百千安到几千千安之间） ， 并且随后会产生强烈的闪电及巨大的响声， 从而形成了雷电.雷电的防护措施包括以下三个部分： 直击雷的防护、侧击雷的防和感应雷的防护。防雷工程的一个十分方面是接地和引入下地下线路的基本布线工程， 整个防雷工程的效果和防雷器件是否有效都取决这一点， 所以，我们应当认真的研究变电站中电力设备和电子设备的接地效果，它是保障电力设备的安全、操作人员的安全以及设备正常工作运行的必要部分. 可以这样说，只要是和电网相连的仪器和设备都必须接地;只要有电力需要的地方，就会是接地工程需要配置的地方。

变电站接地技术是用来防止电力设备和电子设备遭到雷击从而采取的基础性的保护措施，它的目的是把由雷电产生的巨大的雷击电流引到大地中，进而起到保护变电站的作用。同时，变电站接地技术也是保护我们人身安全一种十分有效手段，如果由于某种原因而引起了相线与设备外壳相碰触的时候，电力设备的外壳将会有非常危险的电压产生，此时，故障产成的电流将会流经接地保护装置到达大地，进而起到了保护的作用。因为变电站具有的特殊环境，比如强大的电磁场、巨大的雷电等其他许多因素影响，使得变电站特别容易受到各式各样的干扰，因此，为了提高变电站运行时的安全及工作时的可靠性，我们应该根据现实存在的不同的干扰源，来采取相应的防雷和抗干扰的措施。

2变电站接地设计的必要性

接地是避雷技术最重要的环节，不管是直击雷，感应雷或其它形式的雷，都将通过接地装置导入大地。因此，没有合理而良好的接地装置，就不能有效地防雷。从避雷的角度讲，把接闪器与大地做良好的电气连接的装置称为接地装置。接地装置的作用是把雷電对接闪器闪击的电荷尽快地泄放到大地，使其与大地的异种电荷中和。

变电站的接地网上连接着全站的高低压电气设备的接地线、低压用电系统接地、电缆屏蔽接地、通信、计算机监控系统设备接地，以及变电站维护检修时的一些临时接地。如果接地电阻较大，在发生电力系统接地故障或其他大电流入地时，可能造成地电位异常升高;如果接地网的网格设计不合理，则可能造成接地系统电位分布不均，局部电位超过规定的安全值，这会给出运行人员的安全带来威胁，还可能因反击对低压或二次设备以及电缆绝缘造成损坏，使高压窜入控制保护系统、变电站监控和保护设备会发生误动、拒动，酿成事故，甚至是扩大事故，由此带来巨大的经济损失和社会影响。

3常见的几种雷击原因

3.1电源线引入雷电

雷电引起的瞬时高电压，若不加以遏制，直接由电源线引入信息系统及二次设备，将影响其电源模块正常工作，使各功能模块的工作电压升高，严重时甚至损坏模块，烧坏元器件（IC）。

3.2通信线及网线引入雷电

由雷电引起通信线两端设备之间电位差直接作用于相对脆弱的串行通信口，损坏RTU、综自及与其通信设备的串行口，严重时损坏整个功能板及MIS系统。

3.3二次电缆引入雷电

直接与一次设备相连的二次连接电缆感生的感应过电压作用于RTU及综自的各隔离板，击穿隔离板输入隔离器件，造成板件损坏。

3.4接地不规范

由于接地不规范，不同接地点之间雷电时易形成较高的电位差，产生的电磁干扰影响二次设备运行，损坏二次设备模板;同时，雷电引起地电位升高，亦通过设备接地线引入二次设备，过电压同样损坏二次设备模板。布线、走线不规范。由于通讯网络线布线杂乱，电源线与信号线交织，产生了线间电容和感应电压干扰。雷电和开关操作瞬间电压过大就对设备的安全运行带来严重的安全隐患，易损坏通讯接口。

3.5侵入雷干扰

从电压互感器和电流互感器传来的干扰电压都低于国家规定的二次设备抗干扰标准GB/T14598的相关指标，这证明二次设备还是能够经受住操作过电压干扰的，但是高频通道却是一个薄弱环节，当前许多变电站采用载波通道来传送远动数据，在遭受雷击时RTU的通讯端口就会出现损坏，通常都是通讯板上的滤波电容或者接口芯片损坏，原因是RTU上都是弱电设备，最高电压为24V，按照电子元件最高3倍额定电压的耐压标准，RTU通讯接口最高只能承受72V的雷电波。后来采取在RTU信号端口前加信号避雷器的措施，该类故障大为减小。

4变电站防雷及抗干扰措施

变电站防雷的措施总体可以为两种：第一种是避免雷电电流进入电网系统，第二种则是利用二次保护装置把雷电流引入接地网络。在实际不同的电网中，我们应该根据现场采集的雷电的形式、雷电的频率、电流强度和需要保护的设施重要性，来采取符合需要的保护措施。

4.1正确屏蔽雷电流

对于微机保护的控制装置，电力系统的通信线路应该采用带有屏蔽层的多绞屏蔽电缆，并且应该尽可能把强电的导线单独安装，同时保证电缆的屏蔽层接地自始至终都只有一个点。这是因为在变电站中，电力装置里既有模拟的电路还有数字的电路，所以，数字设备和模拟设备必须应该分开，最后它们只能够具有一个连接点，假如两者不分开，将会互相地干扰，严重时甚至可能损坏设备。

4.2加装浪涌的二次保护器

变电站开关的操作、静电放电现象及闪电放电时产生的瞬时过电压可能会对电力设备造成毁灭性的伤害或者加快它的老化过程。

对于浪涌现象的保护方法主要是在变电站系统内加装浪涌的二次保护器。浪涌的二次保护器是采用同等电位的原理，及时把浪涌电流导入接地系统。当系统的过电压现象发生时，瞬时的高电压将会抑制电力二极管（Rm）作为反应速度最快的电力元件首先动作，同时开始泄放巨大的雷电电流，并且把输出的电压钳位控制在它的截止电压之上，从而十分有效地防止了巨大的过电压对于电力设备的损伤。当加在TVS里的放电的电流随着电压幅值的上升进而使得充气式的放电器（HFB）两端放电电压超过了它的点火电压UM时，GDT将会瞬时动作，并且也会开始泄放雷电电流。这时，GDT呈现低阻的状态，它的两端仅仅只有20～40V的电弧电压，所以可以避免因为过电压的持续时间长进而把TVS烧毁。

4.3变电站接闪器

在变电站发生雷击之后，防雷系统可以通过直接拦截的方法，引导雷电流进入接地网。接闪器有避雷针和避雷线两种。小型的变电所多数装备独立的避雷针，大型的变电所通常在变电所的架构上采取避雷针和避雷线，或者把两者相结合，并且大型变电所对于引流的线路和接地的装置都有十分严格的要求。

4.4变电站避雷器

避雷器能够把侵入变电所中的雷电流降低至电气装置的绝缘强度允许范围以内。我国的变电所避雷器主要采用的是金属氧化物的避雷路器（ROA），西方的国家除了使用ROA之外，还在所有的电气装置内安装空气的间隙，并作为ROA失效之后的备用设备。

4.5合理布置避雷装置的安装位置

目前，大多数的RTU子站（或者一体化的微机二次保护装置等），大部分安装在了高压室的配电开关柜上，电力的量测信息通过从高压配电室接到主控台的通信电缆来传输，以MS-525等接口的方式与RTU（或者通信管理机器等）进行数据传送。所以，通信电缆非常容易受到来自于开关的误操作、电力负荷的波动和强电的电缆所产生的巨大电磁场干扰，这些巨大的干扰轻则会增大电力量测信息的误码率，重则可能使得MS-525等数据接口发生损坏。此外，夏天时高压室里的温度比较高，RTU的子站（或者一体化的微机二次保护装置等）内部因为热量过高而产生的干扰噪声现象不容忽视。

5 结语

雷電所带来的危害越来越大，对雷电的防护已成为保证变电所的重要措施，雷害多发地段就是微电子设备和微电子设备集中的区段，随着科技的发展，电子设备越来越多地应用于各种系统，所以变电站防雷接地系统的探究就显得非常的重要。

参考文献

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[2]梁华.建筑弱电工程设计手册[Z].北京：中国建筑工业出版社，2017

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