变电所的防雷保护

摘要
变电所是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所,是联系发电厂与电力用户的纽带,担负着电压变换和电能分配的重要任务。

如果变电所发生雷击事故,会给国家和人民造成巨大的损失。

所以变电所的防雷是不可忽视的问题。

随着电力系统的快速发展,使得电能这一清洁能源在人民生产、生活中得到了普遍使用。

但当高压输电网在为人们提供动力和照明时,不能忽视自然界产生的雷电对高压输变电设备产生的大量危害。

因此,必须加强变电所雷电防护问题的认识与研究。

关键词:变电所;防雷保护;雷击原因;防雷原则;具体措施
目录
摘要 (2)
1，变电所遭受雷击的主要原因 (4)
1.1微机设备屡遭雷害的原因 (4)
1.2远动载波系统受雷害特别严重原因 (4)
2、变电所防雷的原则 (4)
2.1、外部防雷和内部防雷 (5)
2.2、防雷等电位连接 (5)
3、变电所防雷的具体措施 (5)
3.1、变电所装设避雷针对直击雷进行防护 (5)
3.2、变电所的进线防 (6)
3.3、变电站对侵入波的防护 (6)
3.4、变压器的防护 (6)
3.5、变电所的防雷接地 (7)
3.6、变电所防雷感应 (7)
4教训与收获 (7)
5结束语 (7)
6参考文献 (8)
1变电所遭受雷击的主要原因
雷电放电是带电荷的雷云引起的放电现象，在某种大气和大地条件下，潮湿的热气流进入大气层冷凝而形成雷云，大气层中雷云底部大多数带负电，它在地面上感应出大量的正电荷，这样就形成了强大的电场，当空间电场强度超过大气游离放电的临界电场强度时，就会发生雷云之间或是雷云对地的放电，从而形成雷电。

按其发展方向可分为下行雷和上行雷。

下行雷是在雷云产生并向大地发展的，上行雷是接地物体顶部激发起，并向雷云方向发起的。

供电系统在正常运行时,电气设备的绝缘处于电网的额定电压作用之下,但是由于雷击的原因,供配电系统中部分电压会大大超过正常状态下的数值.雷电波通常是通过变电所临近的10kV线路侵入10kV母线，再经过10kV所用变压器高、低压绕组间的静电和电磁耦合，闯入低压出线。

途中经过了10kV线路阀式避雷器、母线阀式避雷器和所用变阀式避雷器3级削峰，再经过所用变低压出线的平波作用，电压幅值大为下降。

但由于雷电波的电压、能量极高，且阀式避雷器等设备技术上的局限性，虽然绝大部分的雷电能量都能在到达设备之前得以消除，但雷电波仍可能以幅值相对很高，但作用时间很短的低能量尖峰脉冲的形式，通过所用变压器的低压出线，加到变电所内所有的220V交流回路中。

还有一种情况，那就是感应雷电波通过调度远动系统的RTU设备和信号采集的二次电缆来入侵，以很高的电压直接加到远动系统的信号和传送端上，造成了接收和发送端模块烧坏。

1.1微机设备屡遭雷害的原因
变电所的保护和合闸电源直流系统的整流充电系统设计容量都比较大，电压耐受能力也比较好。

而且由于大容量电池组吸收尖峰脉冲的作用，和整流回路的平波作用，加到保护装置上的脉冲电压大大降低。

再加上常规的电磁式保护装置的元器件多为单元件的电阻、电容和电感线圈等，耐热容量大，对尖锋脉冲的耐受能力也比较强，所以能安全度过低能量、高电压的冲击瞬时过程。

但对于使用超大规模集成电路，运行电压只有数伏，信号电流仅为μA级的微机装置来说，就不一定能经受得住。

这就是造成微机装置损坏而常规保护装置却能安全运行的关键原因。

1.2远动载波系统受雷害特别严重的原因
电源方面：调度的远动载波系统多由独立的小容量UPS供电，而这些UPS最多的是使用压敏电阻保护。

在防雷和限幅能力都比较有限，保护UPS本身尚且不够，更不用说保护后接的电子设备了。

实际运用中也屡屡发生UPS雷击烧毁现象，所以单从提高UPS质量方面入手难以从根本上解决问题。

其次是信号端方面：该所有两路RTU出线比较长，且没采用屏蔽电缆，又地处雷电多发区，厂所端也没装设任何防雷设备，变电所和沿线附件落雷都很容易在电缆中感应出很高的雷电压并通过电缆直接加到设备上，造成设备的击穿损坏。

因此,架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电所,是导致变电所雷害的主要原因,若不采取防护措施,势必造成变电所电气设备绝缘损坏,引发事故。

2变电所防雷的原则
变电所所有被保护的设备（如电气、冷却塔、水电厂的水工建筑、易燃易爆等装置）都应处于避雷针的保护范围内，以免遭受雷击。

当雷击独立避雷针时，避雷针对地面的电位会很高，有可能对被保护电气设备造成反击现象，所以，避雷针与电气设备间应保持足够的安全距离，针对变电所的特点,其总的防雷原则是将绝大部分雷电流直接接闪引入地下泄散(外部保护);阻塞沿电源线或数据、信号线引入的过电压波(内部保护及过电压保护);限制被保护设备上浪涌过压幅值(过电压保护)。

这三道防线,相互配合,各行其责,是缺一不可的。

我们应从单纯一维防护(避雷针引雷入地———无源保护)转为三维防护(分为有源和无源防护),它包括:防直击雷,防感应雷电波侵入,防雷电电磁感应等系统加以分析。

如图1所示的变压器防雷保护接线
图1变压器防雷保护接线
2.1外部防雷和内部防雷
避雷针或避雷网引下线和接地系统构成外部防雷系统,是为保护建筑物免受雷击引起火灾事故及人身安全;内部防雷系统则是防止雷电和其它的过电压侵入设备中造成损坏,而产生不必要的损失，这是外部防雷系统无法保证的。

为实现内部防雷,要对进出保护区的电缆,金属管道都要连接防雷、过压保护器,并实行等电位连接。

2.2防雷等电位连接
为了彻底消除雷电所引起的毁坏性的电位差,保护电器设备，我们就特别需要实行等电位的连接,电源线、信号线和金属管道等都需要通过过电压保护器进行等电位地接,而且在各个内层保护区接口处同样要依此进行局部等电位连接,各个局部等电位连接棒需要互相连接,并最后与主等电位连接棒相连
3变电所防雷的具体措施
变电所的雷击是下行雷,主要雷直击在变电所的设备,或者是架空线路感应雷过电压和直雷过电压形成雷电波沿线路侵入变电所。

避免直击雷和雷电波对变电所进线及变压器产生破坏就为变电所防护的重要关键。

3.1变电所装设避雷针对直击雷进行防护
架设避雷针是一般变电所防直击雷的常用保护措施,避雷针是防护电气设备、建筑物不受直接雷击的雷电接收器,其作用是把雷电吸引到避雷针身上并安全地将雷电流引入大地中,从而起到保护设备效果。

变电所装设避雷针时应使所有设备都处于避雷针保护范围之内,此外,还应采取措施,防止雷击避雷针时的反击事故。

对于35 kV变电所,保护室外设备及架构安全,必须装有独立的避雷针。

独立避雷针及其接地装置与被保护建筑物及电缆等金属物之间的距离不应小于五米, 主接地网与独立避雷针的地下距离不能小于三米,独立避雷针的独立接地装置的引下线接地电阻不可大于10Ω,并需满足不发生反击事故的要求;对于110kV及以上的变电所,装设避雷针是直击雷防护的主要措施。

由于此类电压等级配电装置的绝缘水平较高,可将避雷针直接装设在配电装置的架构上,于此同时避雷针与主接地网的地下连接点,沿接地体的长度应该大于十五米。

因此,雷击避雷针所产生的高电位不会造成对电气设备的反击事故。

3.2变电所的进线防护
要限制流经避雷器的雷电电流幅值和雷电波的陂度就必须对变电所进行进线的实施保护。

当导电线路上出现过电压的情况时,将有行波导线向变电所运动,起幅值为线路绝缘的50%，它会冲击闪络电压,线路的冲击耐压比变电所设备的冲击耐压要高出许多倍。

因此,我们要在接近变电所的进在线上加装避雷线是防雷保护的主要保护措施。

例如不架设避雷线等等,当遭受到雷击时,势必会对线路造成破坏。

3.3变电站对侵入波的防护
变电站对侵入波的防护的主要措施是在其进在线装设阀型避雷器。

阀型避雷器的基本组件为火花间隙和非线性电阻等。

目前, FZ系列阀型避雷器,主要有用来保护中等及大容量变电所的电气设备。

如图2所示
图2雷电波侵入变压器时变压器的电压实际波形
3.4变压器的防护
变压器基本保护措施是在接近变压器处安装避雷器,这样可以防止线路侵入的雷电波损坏绝缘。

装设避雷器时,我们要尽量接近变压器,并尽量减少联机长度,以便减少雷电电流在连接在线的压降。

同时避雷器联机应与变压器金属外壳及低压侧中性点连接在一起,这样就可以有效的减少了雷电对变压器破坏的机会。

变电站的每一组主母线和分段母线上都应装设阀式避雷器,用来保护变压器和电气设备。

各组避雷器应用最短的联机接到变电装置的总接地网上。

避雷器安装应尽可能处于保护设备的中间位置。

3.5变电所的防雷接地
变电所的防雷保护满足要求以后,还要根据安全和工作接地的要求敷设一个统一的接地网,然后避雷针和避雷器的下面增加接地体以满足防雷的要求,或者是在防雷装置下面敷设单独的接地体。

一般的小变电所用的独立避雷针,大的变电大多在独立避雷针与配电装置带电部分的空气中最短途径不得小于五米。

避雷针接地引下线埋在地中部分与配电装置构架的接地导体埋在地中部分在土壤中的距离必须大于三米,一般的变电所电气装置的接地装置采用水平接地极为主的人工接地网,水平接地极采用扁钢为50mm×5mm,垂直接地极采用角钢为50mm×5mm,垂直接地极间距5m～6m,主接地网接地装置电阻不大于4Ω,主接地网埋于冻土层1m以下。

人工接地网的外缘应闭合外缘各角应做成圆弧形。

大变电所安装在架构上的避雷针,与主接地网应在其附近装设集中接地装置。

避雷针与主接地网的地下连接点至变压器的接地线主接地网的地下连接点,沿接地体的长度不得小于15m,同时变压器门形架构上不得装避雷针。

3.6变电所防雷感应
随着电力发展,变电所均有完善直击雷防护系统,户外设备直接遭受雷击损坏的可能很小。

但雷击防护系统时所产生的雷击放电及电磁脉冲,以及雷电过电压通过金属管道电缆对变电所控制等各种弱电设备产生严重电磁干扰,就可能影响到变电设备的正常运行。

采取防雷感应保护的措施主要有:多分支接地引线,减少引线雷电流;改善汇流系统的结构和减少引下线对弱电设备的感应等;除了在电源入口装设处压敏电阻等限制过压装置外,还可以在信号线接入处使用光耦组件;所有进出控制室的电缆均采用屏蔽电缆,屏蔽层共享一个接地极;在控制室、通信室铺设等电位,所有电气设备外壳均与等电位汇流牌连接。

4教训与收获
雷害对采用微机系统的现代化变电所是一个极大威胁，变电所微机系统的防雷问题不可忽视。

雷电波主要是通过通讯、信号采样电缆和电源部分两条途径入侵。

特别是低压电源的防雷保护，尤其应该引起足够的重视。

(1)引到开关场的电缆使用屏蔽电缆，屏蔽层两端可靠接地。

(2)新建的微机系统要向厂家深入了解该系统防雷方面的设计，信号和数采部分一般都要求有光电隔离装置。

(3)必要时可在设备的界面处加装压敏电阻、TVS管或专用的防雷模块构成的单级或多级保护。

对于电源部分，难以用单一级的避雷装置一步到位地解决问题。

而应该采用多级防护的手段，逐步把雷电压降低到允许的范围之内。

对于微机化变电所，所用变低压侧装设金属氧化物避雷器是必不可少的。

在防雷设计方面，要用发展的眼光，从高标准的微机化所角度出发，遵循“整体防御、综合治理、多重保护”的方针，通盘考虑。

特别应该重视近设备端的保护，这在改造工程中往往也能起到立竿见影的效果。

防雷设施是属预防性的投资，在事故发生之前人们往往觉得可有可无，可少则少。

等到事故发生后才发现得不偿失、后悔莫及。

通过这次整改，我们深刻体会到以小投资保证大投资的安全才是明智之举，防雷设施省不得，这是我们
最大的收获。

5结束语
变电所是电力系统防雷的重要保护设施,如果发生雷击事故,将造成大面积的停电,严重影响社会生产和人民生活。

而发电厂一般是采用避雷针，避雷网等来保护电气设备等，来实现安全变电，进而送电，所以，变电所的防雷保护尤为重要，经过这次的结业论文我了解了变电所防雷保护的原理及基本措施等等，相信对我未来的就业也会非常有利。

6参考文献
【1】赵玉林《高压电技术》 2008年中国电力出版社
【2】冯雷、周佩白. 《高层建筑遭受雷击时感应电场的计算》 . 高电压技术. 2001.1。