摘要: 變電所是電力系統(tǒng)中對(duì)電能的電壓和電流進(jìn)行變換、集中和分配的場(chǎng)所,是聯(lián)系發(fā)電廠(chǎng)與電力用戶(hù)的紐帶,擔(dān)負(fù)著電壓變換和電能分配的重要任務(wù)。如果變電所發(fā)生雷擊事故,會(huì)給國(guó)家和人民造成巨大的損失。所以變電所的防雷是不可忽視的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞: 變電所;防雷保護(hù);雷擊原因;防雷原則;具體措施

隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展,使得電能這一清潔能源在人民生產(chǎn)、生活中得到了普遍使用。但當(dāng)高壓輸電網(wǎng)在為人們提供動(dòng)力和照明時(shí),不能忽視自然界產(chǎn)生的雷電對(duì)高壓輸變電設(shè)備產(chǎn)生的大量危害。因此,必須加強(qiáng)變電所雷電防護(hù)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)與研究。

一、變電所遭受雷擊的主要原因

供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí),電氣設(shè)備的絕緣處于電網(wǎng)的額定電壓作用之下,但是由于雷擊的原因,供配電系統(tǒng)中某些部分的電壓會(huì)大大超過(guò)正常狀態(tài)下的數(shù)值,通常情況下變電所雷擊有兩種情況:一是雷直擊于變電所的設(shè)備上;二是架空線(xiàn)路的雷電感應(yīng)過(guò)電壓和直擊雷過(guò)電壓形成的雷電波沿線(xiàn)路侵入變電所。其具體表現(xiàn)形式如下:

1、直擊雷過(guò)電壓。雷云直接擊中電力裝置時(shí),形成強(qiáng)大的雷電流,雷電流在電力裝置上產(chǎn)生較高的電壓,雷電流通過(guò)物體時(shí),將產(chǎn)生有破壞作用的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)。

2、感應(yīng)過(guò)電壓。當(dāng)雷云在架空導(dǎo)線(xiàn)上方,由于靜電感應(yīng),在架空導(dǎo)線(xiàn)上積聚了大量的異性束縛電荷,在雷云對(duì)大地放電時(shí),線(xiàn)路上的電荷被釋放,形成的自由電荷流向線(xiàn)路的兩端,產(chǎn)生很高的過(guò)電壓,此過(guò)電壓會(huì)對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)造成危害。

因此,架空線(xiàn)路的雷電感應(yīng)過(guò)電壓和直擊雷過(guò)電壓形成的雷電波沿線(xiàn)路侵入變電所,是導(dǎo)致變電所雷害的主要原因,若不采取防護(hù)措施,勢(shì)必造成變電所電氣設(shè)備絕緣損壞,引發(fā)事故。

二、變電所防雷的原則

針對(duì)變電所的特點(diǎn),其總的防雷原則是將絕大部分雷電流直接接閃引入地下泄散(外部保護(hù));阻塞沿電源線(xiàn)或數(shù)據(jù)、信號(hào)線(xiàn)引入的過(guò)電壓波(內(nèi)部保護(hù)及過(guò)電壓保護(hù));限制被保護(hù)設(shè)備上浪涌過(guò)壓幅值(過(guò)電壓保護(hù))。這三道防線(xiàn),相互配合,各行其責(zé),缺一不可。應(yīng)從單純一維防護(hù)(避雷針引雷入地———無(wú)源保護(hù))轉(zhuǎn)為三維防護(hù)(有源和無(wú)源防護(hù)),包括:防直擊雷,防感應(yīng)雷電波侵入,防雷電電磁感應(yīng)等多方面系統(tǒng)加以分析。

1、外部防雷和內(nèi)部防雷

避雷針或避雷帶、避雷網(wǎng)引下線(xiàn)和接地系統(tǒng)構(gòu)成外部防雷系統(tǒng),主要是為了保護(hù)建筑物免受雷擊引起火災(zāi)事故及人身安全事故;而內(nèi)部防雷系統(tǒng)則是防止雷電和其它形式的過(guò)電壓侵入設(shè)備中造成損壞,這是外部防雷系統(tǒng)無(wú)法保證的。為了實(shí)現(xiàn)內(nèi)部防雷,需要對(duì)進(jìn)出保護(hù)區(qū)的電纜,金屬管道等都要連接防雷、及過(guò)壓保護(hù)器,并實(shí)行等電位連接。

2、防雷等電位連接

為了徹底消除雷電引起的毀壞性的電位差,就特別需要實(shí)行等電位連接,電源線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)、金屬管道等都要通過(guò)過(guò)電壓保護(hù)器進(jìn)行等電位連接,各個(gè)內(nèi)層保護(hù)區(qū)的界面處同樣要依此進(jìn)行局部等電位連接,各個(gè)局部等電位連接棒互相連接,并最后與主等電位連接棒相連。

三、變電所防雷的具體措施

變電所遭受的雷擊是下行雷,主要雷直擊在變電所的電氣設(shè)備上,或架空線(xiàn)路的感應(yīng)雷過(guò)電壓和直雷過(guò)電壓形成的雷電波沿線(xiàn)路侵入變電所。因此,避免直擊雷和雷電波對(duì)變電所進(jìn)線(xiàn)及變壓器產(chǎn)生破壞就成為變電所雷電防護(hù)的關(guān)鍵。

1、變電所裝設(shè)避雷針對(duì)直擊雷進(jìn)行防護(hù)

架設(shè)避雷針是變電所防直擊雷的常用措施,避雷針是防護(hù)電氣設(shè)備、建筑物不受直接雷擊的雷電接收器,其作用是把雷電吸引到避雷針身上并安全地將雷電流引入大地中,從而起到保護(hù)設(shè)備效果。變電所裝設(shè)避雷針時(shí)應(yīng)使所有設(shè)備都處于避雷針保護(hù)范圍之內(nèi),此外,還應(yīng)采取措施,防止雷擊避雷針時(shí)的反擊事故。對(duì)于35kV變電所,保護(hù)室外設(shè)備及架構(gòu)安全,必須裝有獨(dú)立的避雷針。獨(dú)立避雷針及其接地裝置與被保護(hù)建筑物及電纜等金屬物之間的距離不應(yīng)小于五米,主接地網(wǎng)與獨(dú)立避雷針的地下距離不能小于三米,獨(dú)立避雷針的獨(dú)立接地裝置的引下線(xiàn)接地電阻不可大于10Ω,并需滿(mǎn)足不發(fā)生反擊事故的要求;對(duì)于110kV及以上的變電所,裝設(shè)避雷針是直擊雷防護(hù)的主要措施。由于此類(lèi)電壓等級(jí)配電裝置的絕緣水平較高,可將避雷針直接裝設(shè)在配電裝置的架構(gòu)上,同時(shí)避雷針與主接地網(wǎng)的地下連接點(diǎn),沿接地體的長(zhǎng)度應(yīng)大于十五米。因此,雷擊避雷針?biāo)a(chǎn)生的高電位不會(huì)造成電氣設(shè)備的反擊事故。

2、變電所的進(jìn)線(xiàn)防護(hù)

要限制流經(jīng)避雷器的雷電電流幅值和雷電波的陂度就必須對(duì)變電所進(jìn)線(xiàn)實(shí)施保護(hù)。當(dāng)線(xiàn)路上出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí),將有行波導(dǎo)線(xiàn)向變電所運(yùn)動(dòng),起幅值為線(xiàn)路絕緣的50%沖擊閃絡(luò)電壓,線(xiàn)路的沖擊耐壓比變電所設(shè)備的沖擊耐壓要高很多。因此,在接近變電所的進(jìn)線(xiàn)上加裝避雷線(xiàn)是防雷的主要措施。如不架設(shè)避雷線(xiàn),當(dāng)遭受雷擊時(shí),勢(shì)必會(huì)對(duì)線(xiàn)路造成破壞。

3、變電站對(duì)侵入波的防護(hù)

變電站對(duì)侵入波的防護(hù)的主要措施是在其進(jìn)線(xiàn)上裝設(shè)閥型避雷器。閥型避雷器的基本元件為火花間隙和非線(xiàn)性電阻。目前,SFZ系列閥型避雷器,主要有用來(lái)保護(hù)中等及大容量變電所的電氣設(shè)備。FS系列閥型避雷器,主要用來(lái)保護(hù)小容量的配電裝置。

4、變壓器的防護(hù)

變壓器的基本保護(hù)措施是在接近變壓器處安裝避雷器,這樣可以防止線(xiàn)路侵入的雷電波損壞絕緣。

裝設(shè)避雷器時(shí),要盡量接近變壓器,并盡量減少連線(xiàn)的長(zhǎng)度,以便減少雷電電流在連接線(xiàn)上的壓降。同時(shí),避雷器的連線(xiàn)應(yīng)與變壓器的金屬外殼及低壓側(cè)中性點(diǎn)連接在一起,這樣就有效減少了雷電對(duì)變壓器破壞的機(jī)會(huì)。

變電站的每一組主母線(xiàn)和分段母線(xiàn)上都應(yīng)裝設(shè)閥式避雷器,用來(lái)保護(hù)變壓器和電氣設(shè)備。各組避雷器應(yīng)用最短的連線(xiàn)接到變電裝置的總接地網(wǎng)上。避雷器的安裝應(yīng)盡可能處于保護(hù)設(shè)備的中間位置。

5、變電所的防雷接地

變電所防雷保護(hù)滿(mǎn)足要求以后,還要根據(jù)安全和工作接地的要求敷設(shè)一個(gè)統(tǒng)一的接地網(wǎng),然后避雷針和避雷器下面增加接地體以滿(mǎn)足防雷的要求,或者在防雷裝置下敷設(shè)單獨(dú)的接地體。

小變電所用獨(dú)立避雷針,大變電大多在獨(dú)立避雷針與配電裝置帶電部分的空氣中最短途徑不得小于五米。避雷針接地引下線(xiàn)埋在地中部分與配電裝置構(gòu)架的接地導(dǎo)體埋在地中部分在土壤中的距離必須大于三米,變電所電氣裝置的接地裝置采用水平接地極為主的人工接地網(wǎng),水平接地極采用扁鋼50mm×5mm,垂直接地極采用角鋼50mm×5mm,垂直接地極間距5m～6m,主接地網(wǎng)接地裝置電阻不大于4Ω,主接地網(wǎng)埋于凍土層1m以下。人工接地網(wǎng)的外緣應(yīng)閉合,外緣各角應(yīng)做成圓弧形。

大變電所安裝在架構(gòu)上的避雷針,與主接地網(wǎng)應(yīng)在其附近裝設(shè)集中接地裝置。避雷針與主接地網(wǎng)的地下連接點(diǎn)至變壓器的接地線(xiàn)主接地網(wǎng)的地下連接點(diǎn),沿接地體的長(zhǎng)度不得小于15m,同時(shí)變壓器門(mén)形架構(gòu)上不得裝避雷針。

6、變電所防雷感應(yīng)

隨著電力技術(shù)的發(fā)展,變電所均有完善的直擊雷防護(hù)系統(tǒng),戶(hù)外設(shè)備直接遭受雷擊損壞的可能很小。但雷擊防護(hù)系統(tǒng)時(shí)所產(chǎn)生的雷擊放電及電磁脈沖,以及雷電過(guò)電壓通過(guò)金屬管道電纜對(duì)變電所控制等各種弱電設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾,這就可能影響到變電設(shè)備的正常運(yùn)行。

采取防雷感應(yīng)保護(hù)的措施主要有:多分支接地引線(xiàn),減少引線(xiàn)雷電流;改善匯流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),減少引下線(xiàn)對(duì)弱電設(shè)備的感應(yīng);除了在電源入口裝設(shè)處壓敏電阻等限制過(guò)壓裝置外,還可在信號(hào)線(xiàn)接入處使用光耦元件;所有進(jìn)出控制室的電纜均采用屏蔽電纜,屏蔽層共用一個(gè)接地極;在控制室和通信室鋪設(shè)等電位,所有電氣設(shè)備的外殼均與等電位匯流牌連接。公務(wù)員之家

結(jié)語(yǔ):變電所是電力系統(tǒng)防雷的重要保護(hù)設(shè)施,如果發(fā)生雷擊事故,將造成大面積的停電,嚴(yán)重影響社會(huì)生產(chǎn)和人民生活。因此要求變電所的防雷措施必須十分可靠。

參考文獻(xiàn):

1、《建筑防雷與接地技術(shù)》張小青編著中國(guó)電力出版社2003.6

2、袁志鑫《變電所防雷接地》[J]科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)2008(2);

3、陳偉李小萍胡旭紅吳雪玲《變電所的防雷措施》[J]科技信息2008(3)。