楊曉艷 

摘  要：大氣過(guò)電壓和雷電過(guò)電壓是由電力系統(tǒng)內(nèi)的電氣設(shè)備直接遭受雷擊或雷電感應(yīng)而引起的，也稱(chēng)外部過(guò)電壓。由雷電造成的外部過(guò)電壓將會(huì)嚴(yán)重危害變電站內(nèi)電氣設(shè)備，建筑物也將受到嚴(yán)重?fù)p壞，所以，為保護(hù)國(guó)家和人民的經(jīng)濟(jì)利益，對(duì)變電站采取有效的防雷措施是非常必要的。
關(guān)鍵詞：電氣設(shè)備 雷電來(lái)源 裝設(shè)原則  防雷措施
為保護(hù)變電站電氣設(shè)備的安全，采取有效的防雷措施是非常必要的，同時(shí)，對(duì)防雷設(shè)備的不斷改善也是防雷害的重要手段。不完善的防雷措施，將會(huì)在雷電環(huán)境下導(dǎo)致雷擊事故，致使變電站發(fā)生事故，造成大面積停電，給人民生產(chǎn)生活帶來(lái)諸多不便，所以，對(duì)變電站防雷保護(hù)措施的安全可靠性提出了更高的要求。
一、變電站遭受雷擊來(lái)源
帶電荷的雷云接觸摩擦往往產(chǎn)生雷電現(xiàn)象。雷云底部通常帶有負(fù)電荷，頂部帶有正電荷，因不同雷云通常帶有大量不同電荷，所以，雷云之間、雷云與大地之間就形成了強(qiáng)大的電磁場(chǎng)。若電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)空氣擊穿強(qiáng)度時(shí)候，空氣開(kāi)始形成游離狀態(tài)并放電，產(chǎn)生閃電和雷鳴。雷電放電現(xiàn)象多發(fā)生在雷云之間，雷云電位估計(jì)量在100MV以上，放電電流往往可達(dá)幾十千安甚至上百千安，高溫可達(dá)兩萬(wàn)攝氏度以上。雷擊變電站主要通過(guò)以下兩種方式：一是變電站電氣設(shè)備直接遭受雷擊；二是雷電感應(yīng)過(guò)電壓和直擊雷過(guò)電壓形成的雷電波通過(guò)架空線(xiàn)路侵入變電站，對(duì)變電站電氣設(shè)備構(gòu)成危害。
二、雷電過(guò)電壓造成危害
雷電過(guò)電壓的危害通常可分為直擊雷過(guò)電壓和感應(yīng)雷過(guò)電壓兩種。其中，直擊雷過(guò)電壓，即為雷電直接對(duì)電氣設(shè)備放電導(dǎo)致的過(guò)電壓。直擊雷過(guò)電壓通常可達(dá)上千千伏，因此，過(guò)電壓直擊于輸電線(xiàn)路或變電設(shè)備上都會(huì)產(chǎn)生閃絡(luò)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)甚至爆炸。但在高壓配電線(xiàn)路中，因廠(chǎng)房和高建筑物對(duì)雷電有屏蔽作用，所以雷電直擊的幾率比較小。感應(yīng)過(guò)電壓的幅值常在500kV以下，所以靜電感應(yīng)在35kV或運(yùn)行電壓更高的輸電線(xiàn)路中不易產(chǎn)生閃絡(luò)。但此感應(yīng)電壓在線(xiàn)路中流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大電流，發(fā)出大量的熱量并熔化導(dǎo)體，同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生較大機(jī)械效應(yīng)，使線(xiàn)路倒桿或桿塔受到損壞。若此感應(yīng)電壓沖擊波通過(guò)輸電線(xiàn)路侵入變電站內(nèi)的變壓器繞組，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的絕緣破壞。
三、防雷擊措施
變電站站內(nèi)雷擊對(duì)象主要分為三大類(lèi)：(1)變電站內(nèi)電工裝置，其中主要包括配電裝置、組合導(dǎo)線(xiàn)及母線(xiàn)橋等裝置；(2)變電站內(nèi)需專(zhuān)門(mén)防護(hù)的高大建筑物及構(gòu)筑物；(3)不需專(zhuān)門(mén)防護(hù)的建筑物及構(gòu)筑物。
防止雷擊的主要保護(hù)設(shè)備有避雷線(xiàn)、避雷針及避雷器。對(duì)于直擊雷的危害，變電站通常采取裝設(shè)避雷針?lè)绞剑�在變電站一定距離內(nèi)，有時(shí)采用架設(shè)避雷線(xiàn)的方式解決。雷電感應(yīng)產(chǎn)生過(guò)電壓和直擊雷產(chǎn)生過(guò)電壓形成的雷電波通過(guò)傳輸線(xiàn)路進(jìn)入變電站內(nèi)電氣設(shè)備，致使變電站重要設(shè)備遭受雷害，為避免雷害造成電氣設(shè)備的絕緣損壞引發(fā)嚴(yán)重事故，及時(shí)采取有效防護(hù)措施是非常必要的。為限制入侵雷電波的幅值，在變電站內(nèi)裝設(shè)避雷器是十分有效的防護(hù)措施。同時(shí)為限制流經(jīng)避雷器的電流過(guò)大常常在變電站進(jìn)線(xiàn)路段安裝避雷線(xiàn)作為保護(hù)。
避雷技術(shù)、短路保護(hù)也是變電站最重要的保護(hù)手段，接地裝置能有效地將直擊雷、感應(yīng)雷、及高低壓短路形成的電位差導(dǎo)入大地，有效防止各種事故的發(fā)生。
避雷針的裝設(shè)原則
為防止設(shè)備遭受雷擊，所有需被保護(hù)的設(shè)備一定要處于避雷針能保護(hù)范圍之內(nèi)。在雷擊避雷針?biāo)查g，避雷針與地面間電位差極高，如若被保護(hù)設(shè)備與避雷針間絕緣距離不夠，將會(huì)導(dǎo)致避雷針與被保護(hù)裝置之間發(fā)生放電，雷電波的高電位加至被保護(hù)設(shè)備上，造成嚴(yán)重事故。這種放電現(xiàn)象稱(chēng)為反擊。能避免反擊發(fā)生的最小距離即為避雷針安全距離，避雷針在裝設(shè)過(guò)程中定要大于安全距離。對(duì)于35 kV以下的變電站，絕緣水平往往較低，所以需要安裝獨(dú)立的避雷針，同時(shí)避雷針的裝設(shè)也定要滿(mǎn)足不發(fā)生反擊的安裝原則。對(duì)電壓等級(jí)較高的變電站，因其絕緣水平較高，可將避雷針直接裝在配電裝置構(gòu)架上。在避雷針配電裝置構(gòu)架上，還應(yīng)安裝輔助接地裝置，使其與變電站接地網(wǎng)中的連接點(diǎn)至主變壓器的接地裝置與變電站接地網(wǎng)連接點(diǎn)的電器距離大于15米。使其能夠在雷擊避雷針時(shí)，產(chǎn)生的高電位在向地傳輸過(guò)程中逐漸衰減，迫使雷電波侵入到接地點(diǎn)時(shí)不會(huì)造成反擊事故。因變壓器是變電站中重要的電氣設(shè)備，且其絕緣性能較弱，因此不應(yīng)該在變壓器門(mén)型構(gòu)架上裝設(shè)避雷針。
通常情況下，變電站出線(xiàn)的第一桿塔至變電站配電裝置的距離較遠(yuǎn)，該情況下，若將變電站桿塔上避雷線(xiàn)引至變電站構(gòu)架上，不僅能夠有效保護(hù)該段線(xiàn)路，同時(shí)比避雷針的保護(hù)更加經(jīng)濟(jì)適用。相比避雷針的保護(hù)能力來(lái)說(shuō)，避雷線(xiàn)兩端具有分流作用，在遭受雷擊時(shí)候，避雷線(xiàn)會(huì)比避雷針引起的電位升高小一些。所以，對(duì)于高電壓配電裝置，可將線(xiàn)路引至變電站出線(xiàn)門(mén)型構(gòu)架上，從土壤電阻率方面考慮，對(duì)電阻率大于1000歐姆*米的地區(qū)，應(yīng)集中裝設(shè)接地裝置。對(duì)35至60kV配電裝置且土壤電阻率小于500歐姆*米的地區(qū)，可在集中裝設(shè)接地裝置的同時(shí)，將避雷線(xiàn)引至出線(xiàn)門(mén)型構(gòu)架上。對(duì)于電阻率大于500歐姆*米的地區(qū)，避雷線(xiàn)終點(diǎn)將定于線(xiàn)路終端桿塔上面，同時(shí)采用避雷針對(duì)進(jìn)變電站的線(xiàn)路進(jìn)行保護(hù)。
（二）變電站內(nèi)接地網(wǎng)鋪設(shè)原則
為起到雷電流泄流、故障電流泄流及工作接地的作用，通常采用接地網(wǎng)的方式達(dá)到以上工作要求。
1.雷電流泄流。
雷電流能量頻譜明顯比工頻電流高出許多，在雷電流泄流瞬間，電位差高低取決于電流變化率產(chǎn)生感抗的大小。雷電流的時(shí)間尺度為微秒，相對(duì)來(lái)說(shuō)電阻電壓降是非常小的。因雷電流放電頻率是工頻電流的上千倍，所以感抗在此顯得尤為重要。
2.故障電流的泄流。
故障電流以低頻段的工頻電流為主，時(shí)間尺度數(shù)量級(jí)為秒極，因其電感阻抗極小，則電阻阻抗成為考慮的主要因素。在電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合的規(guī)范要求中，有明確的技術(shù)規(guī)定。
3.工作接地。
地面作為設(shè)備工作的零電位參考點(diǎn)，能夠使電氣裝置或設(shè)備的非截流金屬部分保持零電位。為保持設(shè)備零電位不發(fā)生變化，常采用共用接地概念，即把所有的接地系統(tǒng)連接起來(lái)。
結(jié)合以上論述，接地網(wǎng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先應(yīng)確認(rèn)設(shè)計(jì)的主要目的，同時(shí)要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的基本要求。實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，對(duì)同時(shí)存在多個(gè)目的的接地網(wǎng)設(shè)計(jì)，要分析具體的情況再確定設(shè)計(jì)要點(diǎn)和基本原則。
4.接地和接地電阻。
1）接地意義。接地即把導(dǎo)體通過(guò)連接導(dǎo)線(xiàn)連接到大地，并與大地中的地網(wǎng)和接地極相連接。接地能夠使電氣設(shè)備的零電位固定在大地，安全的泄放故障電流和雷電流，能有效地防止地電位大幅度升高，保證人員和設(shè)備的安全，同時(shí)，對(duì)設(shè)備和系統(tǒng)穩(wěn)定性保護(hù)也具有十分重要的意義。
2）接地電阻。接地電阻是接地系統(tǒng)中最重要的組成部分。由三部分構(gòu)成：連接器與連接導(dǎo)體電阻；連接土壤與接地導(dǎo)體間電阻；接地導(dǎo)體周?chē)�散流電阻。其中，�?duì)接地影響最重要的則為土壤散流電阻，其影響因素最為復(fù)雜。影響因素主要包括土壤土質(zhì)含水量、接地體尺寸、形狀，接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)情況能夠決定是否可以以最低造價(jià)取得最小的接地電阻值，因此接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是地網(wǎng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
在進(jìn)行防雷接地的設(shè)計(jì)過(guò)程中，一定要按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行，對(duì)變電站接地電阻也要定期測(cè)量。對(duì)于達(dá)不到規(guī)定要求的接地電阻，務(wù)必要及時(shí)改進(jìn)，避免在工作過(guò)程中造成危害。在變電站中長(zhǎng)期使用的金屬接地導(dǎo)體，有壽命短、易腐蝕、高阻抗等缺陷，在新時(shí)期已受到很大挑戰(zhàn)，為避免傳統(tǒng)金屬接地導(dǎo)體的缺陷，現(xiàn)推薦一種采用金屬極芯和穩(wěn)定性良好的非金屬導(dǎo)體材料制成的“高效長(zhǎng)壽接地極”，有效克服了傳統(tǒng)金屬接地導(dǎo)體的諸多弊端。
作為電力系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，變電站一旦遭受雷擊事故，會(huì)導(dǎo)致大規(guī)模、大面積停電現(xiàn)象，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)和人民日常生活帶來(lái)諸多不便，嚴(yán)重影響社會(huì)秩序。所以，變電站的防雷保護(hù)措施是十分重要的，也是不可忽視的，設(shè)計(jì)單位和建設(shè)部門(mén)在變電站建設(shè)與維護(hù)工作中都必須嚴(yán)格對(duì)待，加以重視。
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