海上变电站的保护方法

海上变电站的保护方法
一、雷电过电压保护
１、变电站雷电过电压分类
（1）直击雷
雷直接击在变电站的电气设备上，产生极高的过电压；
（2）感应雷
雷击在附近物体或地面上，空间磁场变化，在附近导体上产生过电压；
（3）侵入雷电波
输电线路遭到雷击，雷电波随输电线侵入变电站，产生过电压。

２、雷电保护设备
（1）避雷针
用来保护建筑物不受雷击。

在建筑物顶端安装一个金属棒，与埋在地下的一块金属板相连，利用金属棒的尖端放电，使云层所带的电和地上的电中和，从而消除雷电的影响。

（2）避雷线
一般为铁质导线，连接避雷网，用于架空线、线杆与发射架等。

（3）避雷器
能释放雷电过电压能量，保护电工设备免受瞬时过电压危害，又能截断续流，不致引起系统接地短路。

有雷击时，避雷器立即动作，流过电荷，限制过电压幅值，保护设备绝缘；电压值正常后，避雷器又迅速恢复原状，以保证系统正常供电。

３、雷击过电压
考虑变电站实际建筑尺寸与避雷设备的最终高度，采用避雷线保护方案，以防止直击雷，并采用避雷器，防止侵入雷电波。

由于感应雷仅对３５ｋＶ以下系统有影响，所以避雷针与避雷线设置时远离３５ｋＶ系统，并通过将户外电气设备外壳接地，防止受到感应雷的影响。

４、避雷线选型
参考国外相关海上变电站建设经验，为减少基座的承受力，一般采取降低海上变电站的基座高度措施。

其中，海上变电站的高度为１０～２０ｍ、长度为２０～３０ｍ、宽度为７～２０ｍ，据此，假定所建设的海上变电站长宽高分别为３０ｍ、２０ｍ和２０ｍ。

避雷针高度一般高于避雷线，且海上变电站建筑结构为长方形平台，使用避雷线保护较为合适，而使用避雷针会导致避雷针高度过高，在开阔的海面上更易引起雷击，所以，在变电站顶部设置避雷线保护装置。

在装设避雷线的同时，还装设集中接地装置，且避雷接地线远离其他设备，以保护电气设备。

５、避雷器选型
避雷器可分为碳化硅阀式避雷器与金属氧化物避雷器，目前主要使用金属氧化物避雷器，尤其是氧化锌避雷器，并广泛应用于各种电气设备中。

由于海上属于雷电多发地区，且雷电极易击中海上变电站，因此，必须对可能受到雷电波侵入的设备加装避雷器。

对于母线配电系统，应在每段母线上加装避雷器；为保护主变中性点绝缘，应在主
变中性点装设一组避雷器，并在变压器进线与出线各加装一组避雷器；在每回出线靠近隔离开关或断路器的地方加装一组避雷器；ＧＩＳ设备应在设备入口处的空气套管上加装避雷器。

如果上述不同设备均处于同一避雷器保护范围内，则可以适当去除多余的避雷器。

二、接地保护
１、接地类型
（1）直接接地
即中性点与地电位直接相连，由于出现单相故障时可能引起很大的短路电流，故直接接地一般应用于高压系统中。

例如，我国一般在１１０ｋＶ以上系统采用中性点直接接地方式。

（2）非直接接地
即中性点与地电位之间通过某电气设备（如电阻、消弧线圈、接地变压器等）进行连接或者不接地，由于出现故障时非故障相电压会大幅升高，所以非直接接地一般用于中低压系统。

２、接地方式及要求
接地方式分为工作接地、保护接地、防雷接地与防静电接地四种具体要求如下：
（1）工作接地
有效接地系统中，需要接地的变压器中性点、接地变压器中性点、电压互感器、电流互感器、接地开关等按照系统要求接地；中性点有效接地系统中，应装设能自动切除故障的保护装置；中性点不接地系统中，中性点电阻、消弧线圈、与电压互感器一次侧须直接接地。

（2）保护接地
电气设备各金属部件除有另外规定外都应接地或接保护线。

（3）防雷接地
避雷设施均应设置集中接地装置，避雷装置下引线的接地装置应设置集中接地体，防雷接地装置不应设在人经常通行的地方。

（4）防静电接地
易燃易爆物体的金属外壳与金属支架需要接地。

3、接地保护措施
设计的海上变电站主变压器采用３５／１１０ｋＶ变压器，接地方式选用中性点有效接地方式，变压器中性点经隔离开关接地，运行时，可以根据实际情况开合隔离开关。

所用封闭式母线外壳、变压器外壳、ＳＦ６全封闭式组合电器（ＧＩＳ）外壳、铠装海底电缆外皮及其他电气设备外壳均直接接地，避雷线引下线接于集中接地体。

由于海面上没有可以直接利用接地的自然接地体，只能利用海底岩层与人工接地体，需要设置较可靠的海底水平接地体并辅助以垂直接地体，并将防腐等级设为最高级，采用抗腐蚀性能较好的镀铜扁钢，并采取相应的防腐措施，如涂防腐油漆等，置于海上变电站基座以下且固定牢靠，避雷线引下线的集中接地体与其他电气设备的接地体需保持一定距离，以防止雷击对其他设备的影响。

三、其他保护
海上变电站的应用环境恶劣，盐雾情况严重、污染等级高。

防潮、防盐雾是海上变电站建设过程中无法回避的问题，如何在高盐雾环境
中确保电气设备绝缘性与可靠性是保证海上变电站正常运行的关键。

例如，许多海上工程，包括海上大桥、海上风电机组都曾因为海上恶劣的环境而导致故障频发，所以，需要严格进行防潮处理。

另外，由于没有地基，海上变电站需要自行建设可靠的地基，这就涉及地基建设大小与成本的问题，所有的电气设备都需要考虑占地问题，通常会尽可能减小占地空间，再加上防潮采用的密闭空间，使得散热又成为了海上变电站的另一个亟待解决的问题。

１、防潮与防盐雾
由于容易受海上恶劣的环境与海浪的影响，海上变电站往往建设在室内。

为防止高湿度、高盐雾对海上变电站内电气设备运行产生影响，最常用的办法就是使各个电气设备在封闭环境中运行，便可以有效解决盐雾对铁质设备的腐蚀问题。

同时，各部分电气设备都设置于封闭的钢结构中，可以有效确保绝缘性，通过对裸露在外的钢结构涂上防腐蚀涂料并增加腐蚀厚度，可以进一步提高其防腐性能，借鉴海上大桥的成功防腐经验，可采用牺牲阳极的阴极保护方法，在钢结构外增加一些活泼性更强的金属（锌），受盐雾影响时，阳极先腐蚀，使阴极耐腐蚀能力增强。

此外，还在海上变电站内采用除湿装置，以降低变电站内的湿度与盐雾。

维护时，应定期涂防腐涂料，并检查阳极腐蚀情况，以保证防潮与防盐雾效果。

２、通风散热
变电站通风一般可以分为自然通风与机械通风两种，一般采用自然通风，利用百叶式大门进风，敞开式屋顶排风。

但是，由于海上变
电站运行环境较为特殊，不能完全采用陆上变电站的通风方法，需要在一般通风方法的基础上进行改进。

首先，电气设备为了防腐与防盐雾而封闭在钢结构中，极大地影响了其通风散热的效果。

但是，如果采用模块化设备拼接技术，即使得易受腐蚀的部分封闭在钢结构中，用于通风散热的模块封闭在另一个钢结构中，并安装在通风条件良好的位置，辅助一些其他的机械通风手段，大幅提高散热通风能力，模块之间则通过油气套管连接。

这种方法既不影响运行性能，又兼顾了通风散热与防盐雾要求，同时，相应的技术与模块化设备已在类似的特殊环境中得以成功应用。

因此，该方法是海上变电站通风散热的首选方法。

另外，海上变电站大部分空间仍采用自然通风方法，在变电站外部加装防止海浪与减少盐雾的百叶窗结构，并在进、出风处加装除湿装置，以防止盐雾在通风过程中对电气设备的腐蚀，并在局部重要的地方采用机械通风方法，在重要的封闭钢结构中也采用机械通风，以确保通风散热的效果。