防雷接地技术在变电站中的应用

高 昂，江 钧

国网镇江供电公司，江苏 镇江 212000

0 引言

变电站是常见的电力输送载体，当前，我国电力系统中常见的变电站类型十分容易遭受雷电袭击[1]。雷电灾害出现后释放的巨大能量不仅会对变电站带来严重的损害，诱发供电障碍，严重的情况下还会诱发火灾，严重威胁人们的生命财产安全。为此，文章在阐述防雷接地技术应用原理的基础上结合变电站的运行情况，就防雷接地技术在变电站中的应用进行深入的探讨。

1 雷电入侵变电站的途径

雷电是影响电力系统安全、稳定运行的重要因素。变电站是重要的电力系统运行枢纽，一旦遭受雷击，将出现大面积的停电，最终对社会生产和居民生活带来严重影响[2]。经过统计分析发现，在我国高压输电线路总跳闸事故中，有40%～70%是由雷击引起的，特别在雷电多发、土壤电阻率高、地形复杂的地区，跳闸事故的严重程度和发生频率更高。从实际情况来看，雷电入侵变电站的途径主要包含以下三种。

1.1 雷电电磁感应

从变电站的实际情况来看，电站内部使用的钢筋、布线层内进出高压场地的各个线路都容易产生雷电。在直击雷电电流通过引下线时，会在变电站室内出现电磁感应[3]。在变电站周围出现雷击时，变电站内部配电线路也会在遭受雷击后出现电磁感应。电磁感应产生的过电压会直接影响各个设备的运行，最终加速设备的老化，严重的情况下还会损坏设备。

1.2 地反击

在变电站线路遭受雷击时，雷电会经过防雷接地装置进入接地网[4]。在强大雷电流的冲击下，如果出现接地电阻偏大或者接网不均匀问题，会提升接地网的电压。如果电位差超过设备最高耐压数值，地电位对设备反击后就会出现损坏。

1.3 侵入波

在变电站架空线路遭受雷击后，雷电流会经过线路入侵变电站[5]。

1.3.1 由电源线入侵

在感应雷过电压积累到一定程度后，雷电波会沿着电源线传递到变电站。电压如果超过变电站内部二次设备电子元器件的最大耐压值，就会击穿设备，最终影响变电站的稳定运行。

1.3.2 经信号线入侵

在雷电波经过天线或者卫星信号线时，虽然被转化后的电流、电压信号会被削弱，但是仍然会高于变电站内部二次设备的整定数值，最终导致二次设备损坏。信号线中的电流、电压耦合后会出现较高的过电压，过电压会对电源线和线路通信带来不利影响。

1.3.3 经接地线入侵

在雷电流经过防雷引下线被导入大地时，如果进入地下的电荷无法和大地电荷融合在一起，就会经过接地线入侵变电站。这些电荷如果施加在变电站内部的二次设备上，就会对变电站的二次设备带来严重的损害。

2 防雷接地技术的应用原理

防雷接地技术的主要应用原理是将建筑设备中感应到的雷电或者接收到的雷电借助接地系统传输至其他安全区域，从而保护建筑免遭雷电的侵害[6]。

电气设备接地是防雷接地工作的重要内容，按照接地作用大体上分为三种类型：

（1）电压保护接地（防雷接地），即通过电压保护设备或者接地装置中的金属结构进行有效接地；

（2）工作接地，在工作接地操作时选择大地作为基本导线，通过工作接地来确保建筑电气设备和通信设备正常运行；

（3）保护接地，应用不带电的金属设备外壳完成接地[7]。

3 防雷接地技术在变电站中的作用

在变电站运行过程中，接地系统是否科学、合理直接关系到变电站设备及使用人员的安全[8]。在电力系统规模不断扩大的今天，变电站接地系统也随之发生了深刻的变化。变电站的防雷接地既复杂又不可或缺，其好坏直接影响电气系统设备和人身安全[9]。在电力系统日益发展、电网规模逐渐扩大、接地短路电流增大、各式各样的微机监控设备不断普及和应用的背景下，人们对变电站运行过程中的防雷接地工作开始提出更高的要求[10]。从变电站工作的实际情况来看，防雷接地技术在变电站中的应用意义具体表现在以下方面。

3.1 接闪

接闪是让一定范围内出现的闪电按照人们事先设计的防雷系统的规定通道，通过良好的接地有效地泄放雷电能量，降低引下线上的电压，将雷电能量泄放到大地，减少对被保护物体产生的破坏作用。接闪装置包括避雷针、避雷带、避雷线和避雷网。

3.2 均压

接闪装置在接闪雷电时，引下线立即产生高电位，会对防雷系统周围的导体产生旁侧闪络，并使其电位升高，进而对人员和设备构成危害。为了减少这种闪络危险，最简单的办法是采用均压环，将处于地电位的导体等连接起来，一直连到室内的金属设施、电气装置和电子设备。如果防雷系统的导体特别是接闪装置的距离达不到安全要求时，应该用较粗的导线将其与防雷系统进行等电位连接，这样在闪电电流通过时，室内的所有设施立即形成等电位，保证导电部件之间不产生有害的电位差。

3.3 屏蔽

电力系统的安全运行有两方面的要求，一是要保证设备及人身的安全，二是要保证电力系统的正常运行，这些都与接地装置的设计分不开。变电站防雷接地工作的顺利开展能够为电力系统的稳定运行提供充分支持。其中，在变电站设置避雷装置能够实现对变电站的防雷保护，达到屏蔽雷电的目的。屏蔽是利用金属网、箔、壳或管子等导体把需要保护的对象包围起来，使雷电电磁脉冲波入侵的通道全部截断。所有的屏蔽套、壳等均需要接地。屏蔽是防止雷电电磁脉冲辐射影响电子设备的最有效方法。

4 防雷接地技术在变电站中的应用方法

4.1 科学安装防雷接地装置

在变电站中，常规意义上的接地体、接地线等分为自然和人工两个类型。在接地方式中，人工接地方式是最常见的防雷接地方式，操作人员应紧密结合人工接地的技术应用标准，排除各类外界因素干扰，使接地电阻达到规定数值。与此同时，人工接地方式还可以分为水平接地和垂直接地两个类型，至于具体选择何种接地方式，需要考虑土壤的性质和接地装置的接触状态。其中，如果采用垂直接地，接地装置之间需要设置至少5 m的间隔距离，顶部埋藏深度需要控制在0.5～0.8 m。接地体在同向道路及出入口位置上要做好必要的衔接处理。接地体和同一个方向上的道路出入口需要保持3 m左右的距离，如果间隔距离低于3 m，接地体的顶部高度需要在1 m以上，宽度需要在2 m以下。如果接地装置设置在土壤内部，对待接地装置的连接部位需要实施必要的焊接处理，目的是强化各个电气接地装置的关联。

4.1.1 接地线

在具体应用中，一般接地会选择使用接地线。接地线主要是指接地体的外引线，在实施连接操作时，可以设计对应的主接地线、等电位连接板和分接地线。防雷装置的接地线主要是指防雷接闪装置的引下线，材质可以是圆钢或者扁钢，在确定接地线的材质之后需要对其实施必要的焊接以及防静电、防雷保护处理。

4.1.2 接地网

接地网是变电站防雷工作的关键，在具体操作时可以通过一定装置的配合将雷电击打产生的危害程度降到最低。为了使变电站达到理想的防雷效果，相关人员需要严格按照规范标准设置接地网。从实际应用角度来看，接地网是连接接闪器、地面电气的重要装置。变电站接地网的作用体现在将电荷导入大地，并和异种电荷产生中和反应，如果接地系统的网格设计得不够合理，就会出现电缆绝缘和电气设备损坏问题，严重的情况下还会威胁变电站工作人员的生命财产安全，最终对变电站的运行发展带来不利影响。为了让变电站不遭受雷电破坏，在设计接地网时，接地网要尽可能地使用房屋地基的金属物；接地网必须呈现闭合、环形的状态；在具体设计时，接地网一般使用接一点的方式。

4.2 积极使用预防电棒和负角保护针

为了提升变电站防雷接地成效，需要在防雷接地操作中积极使用预防电棒和负角保护针。在防雷接地管理中，设计人员应在达到防雷接地标准后，采用合理管控措施缩短导线和接地线之间的间隔距离，缩短二者之间的间距，适当缩减塔杆的分流间距，在确保系统平稳运行的基础上合理安设预防电棒和负角保护针，降低防雷接地临界电流发生的频率。

4.3 科学设置接闪装置

接闪装置的应用范围较广。一般情况下，操作人员会将避雷针应用到建筑物的顶部，将避雷网设置在女儿墙上。

4.3.1 避雷网

在避雷网施工时，施工人员要严格遵循相关规定，将避雷网铺设到屋脊或者屋角上容易遭受雷击的位置。在敷设避雷网时，要严格控制避雷网的面积，避雷网的敷设形状一般设定为正方形。

4.3.2 避雷针

在使用避雷针时，需要设置配套的接地装置，在接地装置的作用下实现建筑内外部的顺利连接，最终形成等电位。为了规避雷电反击，接地点需要和避雷针的引线入地点保持一定的距离，对于有金属结构的部分，要采取措施强化金属结构和地面的结合。如果建筑屋顶是混凝土结构，需要进行混凝土的焊接操作，通过混凝土焊接形成网接地，在保证建筑屋顶结构不导电的情况下，确保防雷措施积极有效。

4.4 合理设置引下线

在设置接闪装置的基础上，为了提升装置的安全系数和可靠系数，需要结合实际情况设置引下线的数量，并以强度作为重要参考依据，通过适当增加引下线来降低冲击接地电阻。引下线在建筑电气工程中用来连接接闪带和接地装置，合理设置引下线能够提高防雷反击的效率。

为了保证引下线可承受过大电流输入，施工人员需要提前分析地下线的强度和抗腐蚀强度，同时，在施工设计图纸中需要标明防雷引下点的位置，并在后续的施工中严格按照标点开展施工，对地下结构的钢筋进行科学绑扎。在连接用户和接地级时，需要做好各个弱电箱的跨接工作，避免设备暴露在外。

4.5 采用等电位连接方式

在变电站的防雷接地施工中，施工人员可以通过等电位的连接来达到保护接地的目的。在整个变电站出现运行事故时，可以通过等电位连接措施避免接电部位和电压的接触，使得电气设备形成一种保护机制，在最大程度上避免电气设备出现故障。另外，针对电位差的问题，变电站工作人员可以通过建筑等电位连接消除电位差，确保电器设备安全。

5 结束语

综上所述，科学合理的防雷接地设计是确保变电站稳定运行的关键因素。相关人员需要结合变电站的实际情况和防雷接地要求，采取积极的措施改进防雷接地设计方案，并在防雷接地工作开展的过程中采取正确的方法施工，从而更好地发挥变电站防雷接地技术的重要作用。同时，将防雷接地技术应用在变电站中时，需要考虑变电站的地理位置、周围环境、土质条件、设备使用性能等对变电站防雷接地设计的影响，并采取对应的措施，由此保证电网的安全可靠，确保电力资源对各个领域的持续性供应，全面保障我国变电站的运行安全。