變電所是電力系統(tǒng)中對電能的電壓和電流進行變換、集中和分配的場所,是聯(lián)系發(fā)電廠與電力用戶的紐帶,擔負著電壓變換和電能分配的重要任務。如果變電所發(fā)生雷擊事故,會給國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題。

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、生活中得到了普遍使用。但當高壓輸電網在為人們提供動力和照明時,不能忽視自然界產生的雷電對高壓輸變電設備產生的大量危害。因此,必須加強變電所雷電防護問題的認識與研究。

一、變電所遭受雷擊的主要原因

供電系統(tǒng)在正常運行時,電氣設備的絕緣處于電網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大大超過正常狀態(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備上;二是架空線路的雷電感應過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線路侵入變電所。其具體表現(xiàn)形式如下:

1、直擊雷過電壓。雷云直接擊中電力裝置時,形成強大的雷電流,雷電流在電力裝置上產生較高的電壓,雷電流通過物體時,將產生有破壞作用的熱效應和機械效應。

2、感應過電壓。當雷云在架空導線上方,由于靜電感應,在架空導線上積聚了大量的異性束縛電荷,在雷云對大地放電時,線路上的電荷被釋放,形成的自由電荷流向線路的兩端,產生很高的過電壓,此過電壓會對電力網絡造成危害。

因此,架空線路的雷電感應過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線路侵入變電所,是導致變電所雷害的主要原因,若不采取防護措施,勢必造成變電所電氣設備絕緣損壞,引發(fā)事故。

二、變電所防雷的原則

針對變電所的特點,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);阻塞沿電源線或數(shù)據(jù)、信號線引入的過電壓波(內部保護及過電壓保護);限制被保護設備上浪涌過壓幅值(過電壓保護)。這三道防線,相互配合,各行其責,缺一不可。應從單純一維防護(避雷針引雷入地———無源保護)轉摘自:工變電器為三維防護(有源和無源防護),包括:防直擊雷,防感應雷電波侵入,防雷電電磁感應等多方面系統(tǒng)加以分析。

1、外部防雷和內部防雷

避雷針或避雷帶、避雷網引下線和接地系統(tǒng)構成外部防雷系統(tǒng),主要是為了保護建筑物免受雷擊引起火災事故及人身安全事故;而內部防雷系統(tǒng)則是防止雷電和其它形式的過電壓侵入設備中造成損壞,這是外部防雷系統(tǒng)無法保證的。為了實現(xiàn)內部防雷,需要對進出保護區(qū)的電纜,金屬管道等都要連接防雷、及過壓保護器,并實行等電位連接。

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,就特別需要實行等電位連接,電源線、信號線、金屬管道等都要通過過電壓保護器進行等電位連接,各個內層保護區(qū)的界面處同樣要依此進行局部等電位連接,各個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備上,或架空線路的感應雷過電壓和直雷過電壓形成的雷電波沿線路侵入變電所。因此,避免直擊雷和雷電波對變電所進線及變壓器產生破壞就成為變電所雷電防護的關鍵。

1、變電所裝設避雷針對直擊雷進行防護

架設避雷針是變電所防直擊雷的常用措施,避雷針是防護電氣設備、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,從而起到保護設備效果。變電所裝設避雷針時應使所有設備都處于避雷針保護范圍之內,此外,還應采取措施,防止雷擊避雷針時的反擊事故。對于35 kV變電所,保護室外設備及架構安全,必須裝有獨立的避雷針。獨立避雷針及其接地裝置與被保護建筑物及電纜等金屬物之間的距離不應小于五米, 主接地網與獨立避雷針的地下距離不能小于三米,獨立避雷針的獨立接地裝置的引下線接地電阻不可大于10Ω,并需滿足不發(fā)生反擊事故的要求;對于110kV及以上的變電所,裝設避雷針是直擊雷防護的主要措施。由于此類電壓等級配電裝置的絕緣水平較高,可將避雷針直接裝設在配電裝置的架構上,同時避雷針與主接地網的地下連接點,沿接地體的長度應大于十五米。因此,雷擊避雷針所產生的高電位不會造成電氣設備的反擊事故。

2、變電所的進線防護

要限制流經避雷器的雷電電流幅值和雷電波的陂度就必須對變電所進線實施保護。當線路上出現(xiàn)過電壓時,將有行波導線向變電所運動,起幅值為線路絕緣的50%沖擊閃絡電壓,線路的沖擊耐壓比變電所設備的沖擊耐壓要高很多。因此,在接近變電所的進線上加裝避雷線是防雷的主要措施。如不架設避雷線,當遭受雷擊時,勢必會對線路造成破壞。

3、變電站對侵入波的防護摘自:工變電器

變電站對侵入波的防護的主要措施是在其進線上裝設閥型避雷器。閥型避雷器的基本元件為火花間隙和非線性電阻。目前, SFZ系列閥型避雷器,主要有用來保護中等及大容量變電所的電氣設備。FS系列閥型避雷器,主要用來保護小容量的配電裝置。

4、變壓器的防護

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

裝設避雷器時,要盡量接近變壓器,并盡量減少連線的長度,以便減少雷電電流在連接線上的壓降。同時,避雷器的連線應與變壓器的金屬外殼及低壓側中性點連接在一起,這樣就有效減少了雷電對變壓器破壞的機會。

變電站的每一組主母線和分段母線上都應裝設閥式避雷器,用來保護變壓器和電氣設備。各組避雷器應用最短的連線接到變電裝置的總接地網上。避雷器的安裝應盡可能處于保護設備的中間位置。

5、變電所的防雷接地

變電所防雷保護滿足要求以后,還要根據(jù)安全和工作接地的要求敷設一個統(tǒng)一的接地網,然后避雷針和避雷器下面增加接地體以滿足防雷的要求,或者在防雷裝置下敷設單獨的接地體。

小變電所用獨立避雷針,大變電大多在獨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。避雷針接地引下線埋在地中部分與配電裝置構架的接地導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,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,主接地網接地裝置電阻不大于4Ω,主接地網埋于凍土層1m以下。人工接地網的外緣應閉合,外緣各角應做成圓弧形。

大變電所安裝在架構上的避雷針,與主接地網應在其附近裝設集中接地裝置。避雷針與主接地網的地下連接點至變壓器的接地線主接地網的地下連接點,沿接地體的長度不得小于15m,同時變壓器門形架構上不得裝避雷針。

6、變電所防雷感應

隨著電力技術的發(fā)展,變電所均有完善的直擊雷防護系統(tǒng),戶外設備直接遭受雷擊損壞的可能很小。但雷擊防護系統(tǒng)時所產生的雷擊放電及電磁脈沖,以及雷電過電壓通過金屬管道電纜對變電所控制等各種弱電設備產生嚴重的電磁干擾,這就可能影響到變電設備的正常運行。

采取防雷感應保護的措施主要有:多分支接地引線,減少引線雷電流;改善匯流系統(tǒng)的結構,減少引下線對弱電設備的感應;除了在電源入口裝設處壓敏電阻等限制過壓裝置外,還可在信號線接入處使用光耦元件;所有進出控制室的電纜均采用屏蔽電纜,屏蔽層共用一個接地極;在控制室和通信室鋪設等電位,所有電氣設備的外殼均與等電位匯流牌連接。

結語:變電所是電力系統(tǒng)防雷的重要保護設施,如果發(fā)生雷擊事故,將造成大面積的停電,嚴重影響社會生產和人民生活。因此要求變電所的防雷措施必須十分可靠。