內(nèi)蒙古新聞出版廣電局610臺 劉大慶

雷電對變電站設(shè)備的危害及防治經(jīng)驗(yàn)

內(nèi)蒙古新聞出版廣電局610臺 劉大慶

在當(dāng)今的信息時(shí)代，各類先進(jìn)的電子設(shè)備，由于大量和廣泛的應(yīng)用，其遭受雷擊危害幾率大大增加，尤其是變電站內(nèi)有眾多電子設(shè)備，易在雷電作用下出現(xiàn)問題。本文就雷電理論上對變電站可能造成的危害進(jìn)行分析，結(jié)合變電站現(xiàn)狀及雷電損害電子設(shè)備的途徑，從雷電入侵變電站的幾個(gè)方面展開分析，找到雷電損害變電站設(shè)備的原因，從而針對性解決雷電對變電站電子設(shè)備的危害。

防雷；變電站；接地；電子設(shè)備

雷電對變電站電子設(shè)備的危害主要通過雷電感應(yīng)、地電位反擊、雷電二次傷害等。當(dāng)前變電站在設(shè)置二次回路及二次回路中的而設(shè)備和智能化電力系統(tǒng)并未受到足夠重視，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因主要是傳統(tǒng)思想根深蒂固，導(dǎo)致現(xiàn)在一些二次回路在設(shè)置過程中并未注重二次回路的改善。傳統(tǒng)電網(wǎng)保護(hù)采用的是電磁式保護(hù)裝置，對雷電等不良因素的干擾具有較強(qiáng)的抵抗能力。對著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)不但發(fā)展，當(dāng)前變電站設(shè)備保護(hù)已經(jīng)由傳統(tǒng)保護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)槲C(jī)保護(hù)，變電站設(shè)備保護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)由電磁保護(hù)裝置轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄鼙Ｗo(hù)裝置，這些智能保護(hù)設(shè)備更易受到雷電的影響。

1　雷電入侵的主要途徑

雷電對變電站系統(tǒng)影響較為嚴(yán)重，其影響主要由電磁脈沖通過電阻耦合、電感耦合、電場耦合等方式進(jìn)入變電站電力系統(tǒng)。變電站實(shí)際運(yùn)行過程中主要通過電線及電磁感應(yīng)場等進(jìn)入電子設(shè)備系統(tǒng)，再加上變電站接地系統(tǒng)存在問題導(dǎo)致設(shè)備儀器絕緣性降低，從而導(dǎo)致電位差形成較為嚴(yán)重的后果。

從現(xiàn)狀來看，雷電對變電站電子設(shè)備的破壞形式主要有以下幾種方式：

1.1雷電直接擊中變電站電子設(shè)備

傳統(tǒng)變電站電子設(shè)備系統(tǒng)包括極端保護(hù)系統(tǒng)和各運(yùn)動(dòng)設(shè)備，這些系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)均將雷電作為其正常運(yùn)行，因此在設(shè)計(jì)時(shí)考慮過避雷措施，因此遭受雷擊的可能性較小。隨著智能系統(tǒng)在變電站中的應(yīng)用不斷深入，這些系統(tǒng)在傳統(tǒng)設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行改造和引進(jìn)，因此在設(shè)計(jì)和施工中難以考慮防雷措施，導(dǎo)致這些設(shè)備易被雷電直接集中，不僅導(dǎo)致被擊中設(shè)備被損壞，還易導(dǎo)致與其項(xiàng)鏈的其他設(shè)備。

1.2通過電源侵害電子設(shè)備

變電站電源線是連接變電站多有設(shè)備的中轉(zhuǎn)部分，雷電若擊中電源線便會(huì)通過與電源相連部分侵入到二次回路中，此過程產(chǎn)生的瞬時(shí)高壓會(huì)直接影響到二次設(shè)備。例如以最大電流陡度為100KA/ us計(jì)算，設(shè)單根引下線上長度為10m，電感電壓降值會(huì)達(dá)到1MV以上。變電站實(shí)際運(yùn)行過程中會(huì)存在電損，因此該電壓會(huì)較理論值更低，但也足以導(dǎo)致變電站絕大多數(shù)設(shè)備被破壞。由此可見防止雷電經(jīng)過電源線傷害二次回路連接設(shè)備是變電站防雷工作重點(diǎn)任務(wù)之一。從傳統(tǒng)設(shè)計(jì)角度來說，變電站設(shè)備已經(jīng)杜絕二次回路傷害可能性，但由于后期需要會(huì)對原有設(shè)備進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和電路改造，電源線超出其原有設(shè)計(jì)范圍。另外一些人為違規(guī)造成的影響會(huì)造成雷電入侵變電站電源線，從而破壞變電站二次回路設(shè)備。基于此必須重視對該系統(tǒng)防雷電的保護(hù)，若因?yàn)樾枰仨殞㈦娫淳€引出，則需考慮采用防雷設(shè)備保護(hù)電源系統(tǒng)。

1.3感應(yīng)雷侵害電子設(shè)備

雷電出現(xiàn)時(shí)會(huì)將電流通過大地進(jìn)行釋放，在此過程中會(huì)形成一個(gè)快速變化的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)磁場，該磁場會(huì)造成其鄰近部分的電源線及弱電電纜等相對切割磁力線，從而產(chǎn)生感應(yīng)高壓，并會(huì)產(chǎn)生電流陡度為90KA/us，當(dāng)其環(huán)路為10M時(shí)，瞬間可以產(chǎn)生高達(dá)千伏的感應(yīng)電壓。瞬時(shí)高壓會(huì)隨著線路進(jìn)行傳輸，并擊毀與線路相連的變電站設(shè)備。當(dāng)前變電站二次回路電纜大多采用電纜溝內(nèi)鋪設(shè)方式，一些電纜直接沿建筑物表面進(jìn)行歐舍，因此極易造成過壓導(dǎo)致設(shè)備受損。

1.4高壓反擊雷對電子設(shè)備的侵害

為保護(hù)變電站設(shè)備，很多變電站均埋設(shè)避雷針，其作用是通過避雷針尖端引雷并將其通入大地，從而避免雷電擊中變電站設(shè)備。由于地面存在阻力，因此地面電荷并不能在瞬間將雷電電荷完全中和，此時(shí)必然引起局部地區(qū)電位上升，從而導(dǎo)致電勢差。電勢差可能會(huì)造成二次高壓反擊，當(dāng)產(chǎn)生二次高壓出與變電站設(shè)備間距離小于安全距離時(shí)便會(huì)受到影響。其次避雷針通過金屬導(dǎo)體與地面相連，由于導(dǎo)體與土壤電阻率存在差異，也會(huì)導(dǎo)致二次高壓反擊的出現(xiàn)，并破壞變電站設(shè)備。尤其是出現(xiàn)劣質(zhì)材料導(dǎo)致電阻不和標(biāo)準(zhǔn)或避雷針在埋設(shè)過程中由于操作不當(dāng)導(dǎo)致其作用降低，會(huì)產(chǎn)生買充電壓，該脈沖電壓會(huì)造成變電站設(shè)備被破壞，該種破壞一般是地方性的，例如傳感器模塊、測量模塊、絕緣模塊等。當(dāng)電纜的絕緣性降低時(shí)便會(huì)導(dǎo)致各種雷電傷害加劇。由于雷電對目標(biāo)是否擊中存在一定偶然性，因此其對破壞性可能影響到任意模塊，或者對系統(tǒng)中連接任意模塊的電纜線造成破壞。

2　變電站電子設(shè)備防雷的具體經(jīng)驗(yàn)

結(jié)合國內(nèi)外變電站在防雷上的經(jīng)驗(yàn)，要做好變電站防雷工作的關(guān)鍵就是需貫徹防雷工作的幾個(gè)原則，就是采用分流、均壓、接地、屏蔽、保護(hù)幾個(gè)技術(shù)。

分流就是通過并聯(lián)電路干路電流等于支路電流之和，因此在避雷過程中可通過增加接地引線的數(shù)目，這樣每根電線分到的電流就會(huì)減少，其感應(yīng)范圍也較??；

均壓是指將變電站中所有被保護(hù)設(shè)備構(gòu)成等電位，以此杜絕因?yàn)殡娢徊顚?dǎo)致的電子設(shè)備損傷；

接地時(shí)當(dāng)前變電站設(shè)備常用方法之一，也是一項(xiàng)重要的防雷手段，通過接地可保證二次高壓反擊雷造成的變電站設(shè)備損壞；

屏蔽是防止雷電發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的雷電脈沖對設(shè)備造成的損傷；

保護(hù)的作用就是防止過壓和過流等對變電站電子設(shè)備造成的影響，也是當(dāng)前變電站設(shè)備最重要的保護(hù)措施之一。變電站防雷與建筑物防雷有一定差別。通過對變電站防雷系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前變電站在防雷過程中較易忽略的就是屏蔽保護(hù)，尤其在變電站二次回路防雷中極易忽略此項(xiàng)工作。基于此需結(jié)合前文介紹的幾種形式，對變電站設(shè)備進(jìn)行充分保護(hù)。

2.1杜絕雷電從電源侵入

當(dāng)前變電站在引入新設(shè)備或?qū)υ邢到y(tǒng)進(jìn)行改造過程中，需將電源線引到其他地方，此時(shí)極易忽略對電源線雷電的防護(hù)。電源線缺乏保護(hù)便為雷電入侵變電站電子設(shè)備提供新的可能。基于此在變電站改造或引進(jìn)新設(shè)備進(jìn)行電路二次連接時(shí)必須對電源及電源線進(jìn)行保護(hù)，防止雷電產(chǎn)生的電流脈沖通過電源引出線侵入電源系統(tǒng)導(dǎo)致設(shè)備被損傷。

2.2做好屏蔽，削弱感應(yīng)雷的影響

變電站內(nèi)電纜錯(cuò)綜復(fù)雜，在電纜鋪設(shè)過程中應(yīng)該保證電纜溝內(nèi)電纜合理鋪設(shè)，且不同系統(tǒng)在電纜溝內(nèi)需要分開鋪設(shè)，如有條件需將不同電纜通過屏蔽分開，或者讓電纜通過金屬管。當(dāng)雷電入侵到變電站系統(tǒng)中便不會(huì)對其他系統(tǒng)造成干擾。當(dāng)前變電站的微機(jī)系統(tǒng)及運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸及采集電纜均需對其進(jìn)行屏蔽處理，且需保證電纜屏蔽層接地。

2.3做好接地，杜絕二次反擊雷的影響

接地的主要作用就是講雷電產(chǎn)生的電荷導(dǎo)入大地，從而將雷電造成的不良影響降到最低。接地時(shí)最為有效的防雷措施之一，尤其對雷電二次反擊對變電站電子設(shè)備造成的影響有明顯作用。變電站設(shè)備在進(jìn)行接地網(wǎng)建設(shè)時(shí)需確保其接地電阻滿足實(shí)際需求，并且需對變電站接地電阻進(jìn)行有效檢測，保證變電站設(shè)備安全運(yùn)行。

2.4合理配置避雷針、避雷器，嚴(yán)防直接雷的危害

避雷針是變電站最常用的防雷設(shè)施，通過避雷正可保護(hù)變電站電子設(shè)備不被雷電正面集中。變電站高壓線避雷正可保護(hù)高壓電線受到雷電入侵時(shí)損傷到變電站內(nèi)部電子設(shè)備。當(dāng)前變電站內(nèi)部在改造過程中需新增智能化系統(tǒng)，該系統(tǒng)的防雷建設(shè)往往被忽略。因此變電站應(yīng)該講設(shè)備安裝位置及電纜鋪設(shè)置于防雷系統(tǒng)保護(hù)范圍內(nèi)，確保變電站電子系統(tǒng)不受到雷電的影響。變電站系統(tǒng)弱電電纜應(yīng)該采用相應(yīng)電涌保護(hù)器對其進(jìn)行保護(hù)，以此降低二次雷電反擊對設(shè)備造成的侵害。

3　結(jié)束語

變電站電力系統(tǒng)防雷工作是一項(xiàng)復(fù)雜工程，為保證變電站設(shè)備的有效運(yùn)行，必須做好變電站防雷工作。變電站防雷工作需要工設(shè)計(jì)階段就開始將其作為一項(xiàng)基本理念，注重防雷細(xì)節(jié)工作。變電站運(yùn)行過程中定期對防雷系統(tǒng)進(jìn)行功能檢測，為電子設(shè)備的有效運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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劉大慶（1967—），山西大同人，大學(xué)本科，內(nèi)蒙古新聞出版廣電局610臺高級工程師，研究方向：中波廣播發(fā)射。