变电站防雷保护分析

汪彩霞，阚裕淳，许明川，胡玉柱

（1.阿坝师范学院电子信息与知道自动化学院，四川 阿坝 623001；2.云南龙源风力发电有限公司，云南 曲靖 655600）

我国地理条件复杂，地势多样，西高东低，呈阶梯状分布且气候多样，雷区分布纵横交错，呈现沿海多雷，荒漠少雷的趋势；故变电站设置的位置对整个电网运行的安全至关重要，变电站的安全稳定运行又极大程度影响着电力系统的稳定输出，更会影响着人民的生活质量；为了保证良好的供电质量，必须将变电站的安全运行放在首要位置，防止各种隐患的发生，而变电站安全运行的头等大事之一就是变电站的防雷保护，因此对变电站防雷保护进行分析很有意义。

1 变电站防雷接地的重要性

雷电的产生不是人为可以控制，变电站在运行时很容易受到雷电的袭击，一旦变电站被雷击中，造成断电等损害，会造成非常大的经济损失。设备的损坏不值一提，更为严重的是很有可能会导致电力系统的局部瘫痪，甚至威胁到附近施工人员及变电站工作人员的人身安全。同时雷击事故的发生不仅会造成严重的经济损失，还可能会导致有害气体的泄露进而环境带来一些不好的影响。变电站是整个变电系统中最重要的一环，可以调节所连接的电力网络，使不同电力网络的相关参数做出对应的修正。所以变电站的正常运行对电网的稳定输出有重大作用，如果变电站遭受雷击，导致故障，将会诱发一系列安全事故，所以无论是从供电安全还是从社会安全角度来说，变电站的防雷保护务必是全面而有效的。因此较好的防雷设计对变电站非常必要，防雷设计中最关键的环节是接地系统的设计，不管是哪种形式的雷击故障，都可以通过接地装置将其产生的带有危害的电流引入大地，从而实现对变电站建筑及其设备的保护。

2 变电站防雷装置及其原理

变电站的雷击事故会带来严重的影响，给变压器、断路器、控制屏、保护柜等重要设备造成损坏。通常造成雷击事故的方式有直击雷和雷击在输电线路后侵入变电所的雷电波。对于前者的保护一般是用避雷针或者避雷线等防雷装置，便能有效地防止雷电对变电站的攻击，根据我国的经验和调查统计显示，凡是符合避雷针或避雷线设计标准的变电站都得到了很好的保护；对于后者的保护主要的是采用在进口处安装避雷器或者将变电站的金属埋地等措施，但需要注意的是，在装设避雷器时需要合理确定其避雷器所在的位置，需要使用的数量，采用的型式以及设置的参数等。

避雷针是生活中最为常见的避雷装置，可有效保护建筑物免受直击雷的攻击。其原理是当雷云放电时，临近地面会使大地电场突然被改变，在雷电天气时，建筑物上空会出现的带电云层，这时避雷针和建筑顶部会感应出大量的电荷，最终导致中间的空气被击穿形成通路。由于避雷针与埋于地下的泄流网相接，当空气被击穿后形成通路将电荷导入大地，保证设备的安全。避雷线是上端连接避雷针，下端与埋地的避雷网相连，为保护设备或者建筑免受雷击而安装的引雷入地的导线。其原理与避雷针一致，它们都属于接闪器，经过拦挡导引的方式扭转雷击前进路径，使之沿预定途径接入大地，从而保护建筑物和电气设备等免受雷击。

避雷带是由避雷线改装而来的，在建筑雷电保护中，用扁平的金属带代替钢线闪接的方法。避雷器能大大减少雷电波的侵入幅值，使其低于变电站电气设施绝缘的允许最大值。主要用于限制沿线路侵入的雷电电压或由操作引起的内部过电压。在系统正常工作下，呈高阻态，在过电压大电流作用下呈低阻态，从而保证了避雷器两端的残压值。

浪涌抑制器可以防止瞬时电压过大，防止瞬时电压对电子设备造成损坏。具有保护流量大、剩余电压低、响应时间快的优点，采用最新的灭弧技术，完全避免火灾；采用温控保护电路，其中内设置热保护，带电源状态指示，指示浪涌保护器的工作状态，结构严谨，工作稳定可靠。

3 变电站的防雷接地措施

3.1 站内建筑防雷

变电站内的建筑是变电站防雷的重要一环，同时高度较高的建筑也是变电站内其他用电设备免受雷击的第一道防线，一定程度上讲变电站内建筑的防雷水平直接影响了变电站的安全性和可靠性。现代的变电站建筑全部采用钢筋混凝土结构，如果使建筑物内的钢结构之间具有良好的连接，同时在建筑物上部安装接闪器、避雷针和在地下铺设标准的接地网络，那么建筑物本身就会形成金属屏蔽罩的效果，形成“法拉第笼”式的避雷模式。这种模式的建筑物一来可以有效防止直接雷击对室内电气设备的危害，二来可以一定程度上减轻感应雷的影响。根据国内外的经验，上述模式的建筑物不仅具有很好的防雷击效果，而且还兼顾了良好的经济性。

3.2 室外设备防雷

变电站变压器一次侧主要雷害是雷电直接击中一次侧附近线路上，在线路中产生的雷电波，雷电波将沿线路侵入变电站进而危及变电站主变安全，如果主变没有良好的防雷措施，在变压器中感应出的巨大电压和雷电的巨大电流就可能引起主变绝缘损坏，更严重的可能导致变压器起火；这种侵入的雷电波也会危及二次侧的电气设备，使二次侧的设备承受很大的冲击过电压。一次侧防雷主要是防止雷电从电源入侵变电站。因此变电站进站线路必须铺架一定长度的避雷线，保证避雷线可靠接地。对于110kV及以上电压等级的变电站，其主变的中性点必须可靠接地。变电站变压器二次侧雷害同一次侧一样，雷害都主要来自侵入雷电波。在二次侧，电气设备种类复杂，所能承受的过电压等级不尽相同，有强电、弱电，有高压、低压，也有模拟电路、数字电路。二次侧的防雷主要是出线端架设避雷线和重要的电气设备安装避雷器，并保证所有设备可靠的防雷接地，由于雷电直接击中避雷装置仍可能产生一定等级的浪涌过电压过电流，大多数设备都应安装浪涌二次侧保护器，在第一时间将浪涌电流引入接地系统。

3.3 变压器防雷

变电站主变是变电站最核心的设备，对变压器的防雷保护主要是两个方面。一是直接雷击的防护，针对直接雷击通常采用架设避雷器，这是最直接也是效果最好的保护措施，避雷器可以有效的将雷闪引入接地系统，从而避免变压器遭受直接雷击；二是侵入雷电波的防护，在进户口处安装避雷器或者将变电站的金属护物埋地等，在装设避雷器时需要合理确定其避雷器所在的位置，需要使用的数量，采用的型式以及设置的参数等。值得注意的是单个避雷器的保护范围，要使变压器处于避雷器的有效保护范围内才能实现保护效果。避雷器与变压器的电气距离越近，变压器承受雷电侵入波的能力越强。

3.4 计算机和通讯等自动化设备的防雷技术

变电站内广泛布设有各种通信线缆，这些线缆多与控制系统相连，当雷击的能量通过接地系统释放时会产生极强的电磁场，没有防雷保护的通信线缆会感应出很高的感应电压，这些感应电压会直接危害到控制设备的安全和危及操作人员的生命安全。如果不对控制系统进行保护，当雷击发生时极有可能出现变电站瘫痪事故和人身事故。而针对感应雷的防护，通常是使用含有金属网屏蔽层的线缆作为变电站的通信线缆且屏蔽层要可靠接地。为了使防护效果达到最佳，往往会采用金属管道内铺设线缆的方式。

4 结语

综上所述，变电站的防雷接地保护综合性很强，涉及到方方面面，本文仅仅涉及了简单的分析。无论是从我国的地理环境还是变电站本身来说，变电站的防雷技术发展是相当重要的。对基本防雷装置的认识是分析变电站接地保护的基础，根据变电站不同的情况进行防雷分析是掌握问题的关键。在变电站防雷接地保护中，针对不同地域、不同雷击问题等，需要综合变电站及当地的实际情况，灵活地利用防雷装置设施，合理设计防雷系统，提高变电站运作的平稳性和高效性。