变电站的雷电防护

龙源期刊网变电站的雷电防护作者：卢彦彰胡健斌来源：《科技创新与应用》2013年第02期摘要：变电站（所）是电力系统的枢纽，一旦雷击损坏，影响严重，因此要求有可靠的防雷措施。变电站雷害来源有二：一是雷直击变电站；二是沿线路传来过电压波。关键词：变电站；雷电；防护1变电站的防雷保护1.1防直击雷保护变电所的屋外配电装置应装设防直击雷保护装置，引下线处应设集中接地装置并和接地网连接。变电所室外配电装置（包括母线廊道）应装设独立避雷针，独立避雷针不宜设于配电装置构或房顶。独立避雷针宜设独立的接地装置，其冲击接地电阻不宜大于是10Ω。当有困难时，该接地装置可与主接地网相连。但其地下连接点至35KV及以下设备与主接地网的地下连接点，沿接地体的地中长度不应小于是15m。独立避雷针（线）与被保护物之间应有一定距离，以免雷击针（线）时造成反击。在一般情况下独立避雷针的接地装置与变、配电所接地网间的地中距离不应小于3m。独立避雷针与配电装置带电部分、变、配电所电力设备以及构架接地部分间的空气中距离不应小于5m。独立针应距道路3m以上，否则应铺碎石或沥青路面（厚5～8cm），以保人身不受跨步电压的危害。严禁将架空照明线、电话线、广播线、天线等装在避雷针上或其下的架构上。装有避雷针的照明灯塔上的照明电源线，必须采用埋地敷设的带金属外皮的电缆或金属管配线，其埋地长度应大于10m，再与配电装置的接地网及低压配电装置相连接。配电所应采取防直击雷措施，并应符合下列要求：a.在建筑物易受雷击部位（如屋角、女儿墙、屋脊、屋檐和檐角等）装设避雷带或避雷针。当采用避雷带时，屋面上任何一点距避雷带不应大于10m。当有三条及以上平行避雷带龙源期刊网时，每隔30--40m应将平行的避雷带连接起来。当采用多支避雷针时，两针间距离D不宜大于30m。b.接地装置的冲击接地电阻不宜大于10Ω，并应和电气设备接地装置及埋地金属管道相连。c.防雷装置的引下线不宜少于两根，其间隔不宜大于18m。1.2防雷电波侵入因为雷击线路的机会远比雷直击发、变电站为多，所以沿线路侵入发、变电站的雷电过电压行波是很常见的。以因为线路绝缘水平要比变压器（或其他设备）的冲击试验电压高得多，所以发、变电站对进行波的保护十分重要。发、变电站所有的电气设备绝缘应当受到阀式避雷器的可靠保护，不需要用降低重要性差的设备（如刀闸）绝缘水平的办法来保护重要性大的设备（如变压器），也不需要用降低全部线路绝缘的办法来保护发、变电站。变、配电所的每段母线上和10（6）KV的每路架空进、出线上，都应装设避雷器。应按如下规定装设：a.母线上的避雷器与主变压器的电气距离应符合表1-1的规定，大于规定值时，应在主变压器附近增设一组避雷器。b.10（6）KV变、配电所，有电缆段的架空进线，阀型避雷器应装在电缆头附近，其接地端应和电缆金属外皮相连。如各架空进线均有电缆段，避雷器与主变压器的最大电气距离不受限制。c.架空进线采用双回路杆塔，有同时遭至雷击的可能，确定避雷器与主变压器的最大电气距离时，应按一路考虑，且在雷季中宜避免将其中一路断开。1.3进线保护对于全线无避雷线的35KV变电所，当雷击于附近的架空线时，冲击波的陡度必然会超过变电所电气设备绝缘所能允许的程度，流过避雷器的电流也会超过5KA，当然这是不能允许的。所以35KV及以上变电所应在进线段1～2Km内装设避雷线。在土壤电阻率不大于500Ω.m的地区，允许将避雷线引到门型架构上，但应装设集中接地装置。在土壤电阻大于500Ω.m的地区，避雷线应架设到线路终端杆为止。从线路终端杆到配电装置的一段线路的保护，可采用独立避雷针，也可在线路终端上装设避雷针。有了进线保护之后，就不会从进线段以外线路上来波使变电站发生雷害了，但是，当雷击进线段发生绕击或反击时，变电站仍可能发生事故。雷直击于有避雷线的线路可分为三种情况：雷击杆塔顶部；雷击避雷线中央部分和雷绕过避雷线击于导线。龙源期刊网直击雷要比感应雷（后者一般不超过300～400KV）过电压厉害得多，因此线路防雷主要是防直击雷。线路防雷可以有四道防线：第一道防线是保护导线不受或少受雷直击。为此可采用避雷线。第二道防线是雷击塔顶或避雷线时不使或少使绝缘发生闪络，为此，需改善杆塔的接地电阻。第三道防线是当绝缘发生冲击闪络时，尽量减小由冲击闪络转变为稳定电力电弧的概率，从而减小雷害跳闸次数，为此应减小绝缘上的工频电场强度，或电网中性点采用不直接接地的方式。第四道防线是即使跳闸也不中断电力的供应。为此，可采用自动重合闸装置，或用双回路以及环网供电。架设避雷线是高压线最基本的防雷措施。其主要作用为防止雷直击导线；对塔顶雷击起分流作用，从而减低塔顶电位；对导线有耦合作用，从而降低绝缘子串上的电压；对导线有屏蔽作用，从而降低导线上的感应过电压。降低杆塔的接地电阻通常是提高线路耐雷性能最经济的方法。增加绝缘子串的片数，可使耐雷水平增大一些，但这样做不仅增大了绝缘费用，而且增大了杆塔尺寸。因此一般不采用这种方法来改善防雷。线路用单避雷线，保护角在25°范围内。各级电压线路均应尽量装设自动重合闸装置。1.4变压器保护变电所的电气设备中最重要、价值最昂贵、绝缘最薄弱的就是变压器，因此，避雷器的选择，必须使其伏秒特性的上限低于变压器的伏秒特性的下限，并且避雷器的残压必须小于变压器绝缘耐压所能允许的程度。但是它们的数值都必须小于冲击波的幅值，以保证侵入波能够受到避雷器放电的限制。高压侧通常安装三只阀型避雷器（FS-3～10），低压侧通常安装三只氧化锌避雷器（mY-470）。高压侧的三个避雷器应尽量靠近变压器，其接地端直接与变压器的金属外壳相连，以减小雷电电流在引线寄生电感上产生的压降。当雷电过电压波沿高压线路传播到变压器时，高压侧避雷器动作，由于它们的接地端与变压器金属外壳及低压侧中性点都连在一起后接地，作用在变压器高压侧主绝缘上的电压只是避雷器的残压，而不含接地电阻及接地引下线寄生电感上的压降。通常，仅在高压侧装三只避雷器尚不能完全保护变压器。为了抑制由正、反变换过程产生的暂态过电压，需要在低压侧也装三个低压氧化锌避雷器（压敏电阻），避雷器的接地应就近接在变压器的金属外壳上。这三个避雷器能够限制低压侧出现的暂态过电压，从而也能够有效地抑制正、反变换过程在高压侧产生的暂态过电压。龙源期刊网避雷器的配置避雷器的作用是限制由线路侵入的雷电波对变电所内的电气设备造成的过电压。它一般装设在各段母线与架空线的进出口处。为了使避雷器达到预期的保护效果，必须满足下列基本要求：1.5.1由于电气设备的冲击绝缘强度都是由伏秒特性曲线表示的，所以避雷器与被保护电气设备的伏秒特性之间应有合理的配合。1.5.2避雷器的绝缘强度要有自恢复能力。避雷器在冲击电压的作用下放电，造成接地短路，此时过电压消失，但工频电压相继作用在避雷器上，开始流过工频短路接地电流。所以避雷器应具有自行切除工频续流、恢复绝缘强度的能力，使供电系统继续正常工作。目前常用的避雷器有管式避雷器、阀式避雷器和氧化锌避雷器。选用避雷器时，应使避雷器的额定电压与安装该避雷器的电力系统的电压等级相同；并且应使避雷器的灭弧电压大于其安装处工作母线上可能出现的最高工频电压。所谓避雷器的灭弧电压，指的是保证避雷器能够在工频续流第一次经过零值时灭弧的条件下允许加在避雷器上的最高工频电压；若避雷器动作时系统处于正常运行状态，则避雷器将在正常相电压下灭弧；若避雷器动作时系统内同时有不对称短路，则加在健全相避雷器上的恢复电压将有可能高于相电压，此时避雷器就必须在高于相电压的情况下灭弧。根据分析，在中性点直接接地的电网中，不对称短路时健全相上的电压可达系统最大工作线电压的80%，而中性点不接地（包括经消弧线圈接地）的电网中，不对称短路时健全相上的电压可达系统最大工作线电压的100%～110%。因此，对35KV及以上的避雷器，其灭弧电压规定为系统最大工作线电压的100%～110%，而110KV及以上中性点接地系统的避雷器，其灭弧电压规定为系统最大工作线电压的80%。避雷器的保护性能一般以保护比（=残压/灭弧电压）来说明，保护比越小，说明残压越低或灭弧电压越高，则避雷器的保护性能越好。2变电站接地网发、变电站需要有一个接地良好的地网，这无论从防雷的观点看，还是从工频对地短路电流不致使发、变电站人员及设备受危险的观点看，都是必须的。2.1对接地系统的总要求①在使用期限内，接地系统的性能和接地电阻应满足电气装置对工作接地、保护接地、防雷接地及防静电接地的要求。②接地设施应具有足够的机械强度或设置附加的机械保护，以能适应外界的影响。龙源期刊网③接地系统应有防腐蚀措施，以保证在使用期限内保持符合要求的接地电阻值。变、配电所的接地按用途可分为下列三种：a工作接地；b保护接地；c雷电保护接地。不同用途和不同电压的电力设备，除另有规定者外，应使用一个总的接地体，接地电阻应符合其中最小值的要求。2.2变、配电所的接地装置应符合下列要求：①变、配电所的接地装置，除利用自然接地体外，还应敷设以水平接地体为主的人工接地网。接地网的外缘宜闭合，且外缘各角做成圆弧形。②配电变压器的接地装置宜敷设成闭合环形，但自动闭塞电线路的信号变压器除外。③利用自然接地体和引外接地装置时，应用不少于两根导体在不同地点与接地网相连（但不包括单独设备）。④避雷针与主接地网的地下连接点至变压器接地线与主接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15m。⑤埋在土壤中的接地装置，其连接应采用焊接，并在焊接处作防腐处理。2.3接地体应满足下列要求①垂直接地体的长度宜为2.5m，垂直接地体间的距离及水平接地体间的距离宜为5m。②人工接地体在土壤中的埋设深度不应小于0.6m。接地体应远离由于砖窑、烟道等到高温影响使土壤电阻率升高的地方。③接地体装置要求作到规定的接地电阻值在技术经济上极不合理时，变、配电所可提高到5Ω，但接触电位差和跨步电位差不应大于下列数值：2.4引下线应符合下列规定：①引下线可采用圆钢或扁钢，优先采用圆钢。②引下线的敷设方式及截面要求为：a一般情况下宜沿建筑物外墙明敷，并经最短径路接地。当采用圆钢时，其直径不应小于8mm；龙源期刊网要求较高的场所可暗敷，当采用圆钢时，其直径不应小于10mm；当采用扁钢时，其截面不应小于80mm2。③采用多根引下线时，宜在各引下线上于距地面0.3m到1.8m之间装设断接卡。④当利用混乱凝土内钢筋、钢柱作为自然引下线并同时采用基础接地体时，可不设断接卡；但利用钢筋作引下线时应在室内的适当地点设若干连接板，该连接板可供测量、接人工接地体和作等电位连接用。当仅利用钢筋作引下线并采用埋于土壤中的人工接地体时，应在每根引下线于距地面不低于0.3m处设接地体连接板。采用埋于土壤中的人工接地体时应设断接卡，其上端应与连接板或钢柱焊接连接板处宜有明显标志。⑤在易受机械损坏和人易接触的地方，应采取暗敷或加装塑料管、橡胶管等保护设施。2.5接地网的布置要求：接地网的布置，应尽量使地面的电位分布均匀，以减小接触电压和跨步电压。人工接地网外缘应闭合，外缘各角应作成圆弧形。，35～110/6～10KV变电所的接地网内应敷设水平均压带。为保证人身安全，经常有人出入的走道处，应采用高绝缘路面（如沥青碎石路面），或加装帽檐式均压带。为了减小建筑物的接触电压，接地体与建筑物的基础间应保持不小于是1.5m的水平距离，一般取2～3m。为了降低跨步电压，防护直击雷电容接地装置距离建筑物出入口及人行道，不应小于3m，当小于3m时，应采取下列措施之一：（1）水平接地体局部埋深不小于1m；（2）水平接地体局部包以绝缘体，例如涂厚50～80mm的沥青层；（3）采用沥青碎石路面，或在接地装置上面敷设厚50～