陳旭俊　賈紅芳　劉文燕

摘要：防雷措施是變電站電氣設計的重點內容，能有效保證變電站免受雷電過電壓危害，提高變電站的防雷能力?，F以110 kV變電站為例，分析了產生雷電過電壓的原因和危害，結合實際變電站雷擊事故案例，介紹了一些常見的防雷措施。

關鍵詞：變電站;防雷設計;保護措施

0 引言

變電站作為電力系統(tǒng)中變電、輸電的重要環(huán)節(jié)，一旦因雷擊造成變電站線路、電氣設備損壞，可能會發(fā)生變電站停運、起火和爆炸等事故，甚至導致電網癱瘓。因此，變電站防雷設計顯得尤為重要。

1 雷電的危害

以110 kV變電站為例，110 kV線路的50%沖擊閃絡電壓U50%為700 kV，變壓器全波絕緣電壓為450 kV，避雷器的最大沖擊電流為5 kA。一旦雷電波或雷電感應產生的電壓和電流超過以上數值，都會損壞電氣設備。特別是變電站內的弱電裝置，更容易遭受損壞。

2 直擊雷的保護措施

2.1? ? 避雷針保護裝置

通過多支避雷針的聯合保護，可以大幅度降低雷電直接擊中變電站的概率。單避雷針的保護范圍是有限的，避雷保護若沒有對站內建筑和設備實現全覆蓋，會造成巨大的安全隱患。對避雷針的裝設位置是有要求的，若前期設計不規(guī)范，后期需要花費更多的資源和財力。當避雷針布置符合規(guī)范要求，雷電一般不會擊中站內設備。

2.2? ? 雷擊避雷針時的擊穿距離

雷擊時會產生很大的電位差，能夠擊穿附近的絕緣介質。以雷擊獨立避雷針為例，如圖1所示。

擊穿絕緣介質的距離計算公式如式（1）、式（2）所示[1]。

式中，Sk為獨立避雷針與變電站設備、架構的空中距離（m）;Sd為獨立避雷針與變電站設備、架構接地點的地中距離（m）;Ri為沖擊接地電阻值（Ω）;h為避雷針校驗點高度（m）。

考慮一定裕度，取Ri=Ri.max=10 Ω，h=30 m可算出Sk=5 m，Sd=3 m。因此，Sk與Sd不能少于上述值。除此之外，絕緣較弱的配電裝置，如分級絕緣的中性點、35 kV及以下配電裝置設備應遠離避雷針及其接地點。

2.3? ? 案例分析

直接雷的保護范圍中容易被忽略的誤區(qū)[2-3]：一是終端桿塔到進線的防雷保護易被忽略，如圖2（a）所示進線段保護，沒有敷設避雷線處到母線的距離。若此處不受避雷針保護，應加裝避雷線;二是在避雷針保護范圍內，處于原本單針保護范圍外側是比較薄弱的部分，站內的重要設備應盡量避免安裝于此。

3 雷電波侵入保護

在防雷電波侵入的措施中，避雷器應與設備形成良好的電氣絕緣配合，且與被保護設備的電氣距離應符合要求。

3.1? ? 避雷器與被保護電氣設備的最大距離

以變壓器為例，考慮最嚴重的情況，即雷電繞擊避雷器的導線處，此時雷電波沿著線路侵入變電站，進入電力系統(tǒng)，如圖2（b）所示。

此時變壓器的對地電位為避雷器殘壓值與線路壓降之和。雷電流的波前時間為T=2.6 μs，波速v=300 m/μs，若l≤2.6×300=780 m，此時變壓器電位與距離l的關系如式（3）[4]所示。

式中，ln為進線數為n時避雷器到變壓器的最大允許距離（m）;Kn為進線數為n時的進線修正系數。計算結果顯示，不同進線段長度的修正系數差別不是很大。

3.3? ? 案例分析

事實證明，選擇氧化鋅避雷器更為可靠，特別是在多雷區(qū)等雷電頻繁的場合。變電站進線處應裝避雷器，否則當雷電擊中導線時，斷路器會跳閘，電流互感器會失去避雷器的保護[5-6]。此外，在進出線、變壓器、電壓互感器、中性點、母線處都應安裝避雷器。

4 感應過電壓保護

4.1? ? 線路感應過電壓

當雷電擊中桿塔，此時周圍線路的感應電壓如式（6）[4]所示。

式中，Ui為線路雷電感應過電壓幅值（kV）;k0為避雷線與線路的幾何耦合系數;hg為避雷線平均高度（m）;α為感應過電壓系數（kV/m），數值上等于雷電流的時間陡度平均值，即α=I/2.6。

設35 kV導線hc取值為8～10 m，若沒裝避雷線，k0=0，會產生308～385 kV的過電壓。此時35 kV導線有被擊穿風險，需要裝設避雷線，通過減少k0降低過電壓幅值。

4.2? ? 設備感應過電壓

對于站內設備的絕緣，特別是35 kV及以下的配電裝置、低壓設備和弱電裝置，除了增大與接閃器及其引下線的空氣和地中距離，還應做好接地網設計，建立等電位點，形成屏蔽網，避免出現感應過電壓[7]。

4.3? ? 案例分析

在某35 kV變電站中，因為沒做好等電位聯結和聯合接地，避雷針旁的探照燈發(fā)生電磁感應，沿著電纜進入電源板，造成重大損失。因此，電纜的金屬外皮或穿入的金屬管應接地，接地長度應大于10 m，以提高屏蔽作用[8]。

5 結語

雷電保護措施作為專家學者研究的重點，需要積累大量實踐經驗。本文以110 kV變電站為例，研究了常見的防雷措施，結合實際雷擊事故和理論分析，提出了在防雷設計中容易忽略的關鍵點，為變電站的防雷設計提供了參考。

[參考文獻]

[1] 交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合：DL/T 620—1997[S].

[2] 李謙，鐘定珠.秀麗變電站1號主變壓器雷害事故分析[J].廣東電力，2001，14（2）：48-50.

[3] 張建利，李兆遠.從雷擊事故看農村變電站防雷設計的誤區(qū)[C]//山東電機工程學會第四屆供電專業(yè)學術交流會論文集，2007：436-439.

[4] 趙智大.高電壓技術[M].北京：中國電力社出版，2013.

[5] 譚韜，肖榮貴，敬亮兵，等.湘西110 kV變電站雷擊現場事故研究[J].電瓷避雷器，2018（1）：20-24.

[6] 陶鳳源，張東，廖志華，等.貴州某110 kV變電站雷害事故分析與防雷改造[J].電氣時代，2013（1）：64-65.

[7] 李友根.變電站的防雷保護技術研究[J].通信電源技術，2018（12）：40-41.

[8] 李建斌.變電站預防雷電事故的措施[J].科技情報開發(fā)與經濟，2005，15（9）：276.

作者簡介：陳旭?。?997—），男，廣東汕頭人，從事變電站防雷設計研究工作。

通信作者：賈紅芳（1978—），女，山西人，講師，從事電力系統(tǒng)運行及微電網方面的研究工作。