变电站的防雷电保护设计探讨

变电站的防雷电保护设计探讨
发表时间：2020-05-21T16:21:43.673Z 来源：《电力设备》2020年第4期作者：胡红
[导读] 摘要：在电力系统运行过程中，雷电灾害会对变电站的运行安全性产生极大影响。

（新疆鹏兴源电力咨询有限责任公司新疆乌鲁木齐 830000）
摘要：在电力系统运行过程中，雷电灾害会对变电站的运行安全性产生极大影响。

雷电灾害本身是自然灾害中的一种，会严重威胁电力系统运行的稳定性，特别是在雷雨比较多发的地区，变电站很容易遭受雷击。

为了保证变电站的安全性以及电力系统运行的稳定性，必须重视对防雷保护进行充分设计，提高变电站防雷水平，才能保证变电站能够稳定安全供电。

关键词：变电站；防雷电保护；设计方法
一、变电站雷击伤害来源
导致变电站出现危害的主要原因包括以下方面：第一，雷雨天气时，雷电直接击在变电站的电力设施或者建筑物上，会导致变电站遭受危害。

第二，在雷雨天气，雷电会沿着电力线路侵入到变电站内部而对变电站产生雷击伤害。

在变电站防雷保护设计的过程中，防止直击雷对变电站造成雷害的主要措施是利用避雷针以及避雷线。

在设计时，在需要保护的变电站设备以及建筑物周围安置避雷针，要确保设备以及建筑物处于避雷针保护范围内。

通常情况下，根据相关的规范要求安装避雷针或者避雷线的变电站，发生雷击事故的概率比较低。

我国变电站因为雷击入侵而引起的故障率大约为0.5次/百站/年。

如果在变电站防雷保护设计过程中存在问题，会导致变电站遭受雷击伤害，严重影响电气设备的安全性以及稳定性。

对入侵雷电进行防护时，需要在变电站的内部设置避雷器，这样能够对入侵的雷电幅值进行有效限制，防止入侵到设备的电压超过其冲击耐压值。

此外，还可以在变电站附近1.5千米的距离设计防雷保护段。

这一段，这一段进线具有较强的防雷作用，能够减少变电站的雷电事故概率。

进线保护段防雷的主要原理是雷击落在进线段以外，进线段导线本身存在阻抗作用会对雷电产生一定弱化作用，然后经过避雷器的雷电流会受到极大限制，从而达到防雷效果[1]。

二、变电站防雷保护设计的必要性
在变电站中重视防雷设计及保护措施，能够保证电力系统的稳定安全运行。

在变电站进行防雷保护设计的必要性主要体现在以下方面：第一，雷电危害本身比较大，会对电力系统的整体运行产生极大威胁。

雷电包括直击雷以及感应雷两种。

如果雷电直接击中变电站的相关设备，会导致强大的电流和电压进入到电力设备中，在极短时间内会出现发热效应、机械效应等导致电力设备被破坏。

而雷电击中变电站的防雷系统时，防雷系统会出现电磁脉冲以及放电现象，这在这种情况下，电压会通过金属管道以及电缆影响设备的运行，也会导致设备绝缘性能降低。

因此，必须开展有效的防雷保护设计工作，提高变电站以及附属设备的防雷水平，才能够防止雷击对变电站的正常运行产生不利影响。

第二，在开展变电站防雷保护设计时，要认识到在变电站工程建设过程中，防雷保护设计是其中的重要环节，并且是不能缺少的关键环节。

如果没有对防雷保护措施进行科学设计或者防雷保护建设不合理，可能会导致整个变电站的安全受到极大影响，甚至会对整个电网的稳定运行产生影响。

因此，必须加强防雷保护设计工作的研究，同时要尽可能采取先进的防雷措施提高防变电站的防雷水平[2]。

三、变电站防雷电保护设计内容
（一）对避雷装置进行合理选择
在对变电站防雷保护进行设计时，避雷装置是其中的重要应用手段。

常用的避雷装置包括避雷针、避雷器以及避雷线等。

避雷装置的主要功能是防止雷击对变电站的安全运行产生威胁。

在实际设计过程中，必须从变电站的具体情况出发对变电站所在区域的雷电情况进行中收集和掌握，才能够保证防雷设计方案的科学性以及适用性。

在对避雷针进行选择时，需要对避雷针的保护范围进行准确计算，一般情况下，避雷针的保护设备高度都在避雷针高度的二倍以上，而对保护范围进行计算时，其公式为：避雷针保护范围=（被保护设备高度-避雷针高度）×高度影响系数（如果避雷针的高度在30米以下，高度影响系数为1，而避雷针高度大于30米时，高度影响系数为5.5。

）在对避雷针进行选择时，如果变电站的规模比较小，可以直接利用单独的避雷针进行防雷；如果变电站规模比较大，需要将避雷针设置在变电站系统的架构上，并且要保证避雷针施工的规范性以及标准性，才能提高避雷针的防雷效果。

在对避雷器进行选择时，要根据变电站的设备性能、运行状态和绝缘情况等确定最合适的避雷器。

如果配电系统中电压等级在10kv以上可以利用PS阀式避雷器，如果电压等级为110kv可以利用FZ阀式避雷器。

在对该类型被避雷器进行应用时，必须保证其与配电系统的额定电压相同。

除此之外，为了进一步提高避雷器的防雷效果，需要对变电站设备的绝缘性能进行准确了解，确保绝缘强度在相关规范要求内。

同时还要在400V以下的低压侧设置氧化锌避雷器，这种避雷器可以利用空气间隙提高防雷效果。

（二）变电站进线保护设计
在变电站防雷保护设计过程中，必须要重视对变电站进线保护措施的有效设计.为了减少避雷器在应用过程中的负荷,提高其防雷效果.在变电站防雷措施设计时，需要对进线保护措施进行充分应用.这主要是因为进线保护设计可以有效限制进入避雷器的冲击电流，并且能够降低雷电进线后的电压波，达到保护变电站的目的.一般情况下，将进线位置设置在距离变电站0.5~1.5千米左右的位置，能够降低雷电对变电站产生的伤害,提高变电站防雷水平。

（三）接地保护设计
为了进一步提高变电站的防雷保护水平，需要重视将防雷保护措施以及接地系统进行密切联系。

具体可以从以下方面出发开展有效的接地保护设计：第一，必须重视接地保护设计工作对提高变电站防雷效果的积极作用。

在设计过程中要根据防雷系统的具体情况，加强其与接地保护设计的配合性一般可以选择直接接地以及间接接地两种形式，这两种形式都能够在很大程度上降低雷击电压。

在接地保护设计过程中，要尽可能确保接地网以及建筑物加固基础相连接，利用建筑物内部的天然金属进行接地能够形成以自然接地物为主、人造接地体为辅的统一系统。

对提高防雷效果有重要帮助。

第二，在对接地材料进行选择的过程中，要在充分考虑变电站防雷需求的基础上对接地材料的电阻以及电流进行综合考虑，保证其能够满足标准要求。

还要尽可能延长接地材料的使用寿命。

因此，在选择接地材料时，要尽可能提高地面接地材料的稳定性，同时还要保证接地线的质量达标。

为了降低接地电阻，可以利用电离器与防腐处理措施进行结合的方法进行处理，或者直接利用石墨粉。

这两种方法都比较简单方便，应用效果也比较优良。

第三，在对接地网进行布置的过程中，必须对扁钢的尺寸进行准确确定。

在某变电站接地网部署过程中主要是利用水平网格进行布置。

而水平、垂直以及间距分别为16米、13米、5米，埋深度为0.8米。

在实际施工过程中，因为外缘封闭性较强，主要采用电弧外圆角进行安装，同时利用焊接接地方式对垂直接地体顶部进行处理。

间
距为接近接地极长度两倍以上。

在该变电站中还设计了集中接地措施，配合少量的接地电极能够缓解屏蔽情况。

为了提高最终的防雷效果，将深井接地电极运用在接地网的周围[3]。

雷击电流产生的雷击波会威胁电源装置的安全性，因此，在电源的入口处还设置了浪涌保护器，能够降低雷电波对电源装置产生的伤害。

在设计时，还可以利用LC低通滤波器进行滤高频分量，同时利用压敏电阻吸收雷电波，能够减少雷电对电源装置的不利影响，进一步提高变电站的防雷水平。

四、结语
总而言之，为了保证变电站防雷保护设计工作质量，需要对变电站的雷击伤害原因进行准确掌握，同时从变电站避雷装置的选择出发，对进线保护措施进行合理设计，并发挥接地保护的积极作用。

借此提升变电站防雷水平，防止变电站在雷击灾害中遭受损伤，保证电力系统运行安全与稳定。

参考文献
[1]王春杰, 祝令瑜, 汲胜昌,等. 高压输电线路和变电站雷电防护的现状与发展[J]. 电瓷避雷器, 2010(03):39-50.
[2]王刚. 变电站防雷接地保护的设计与研究[D]. 2016.
[3]李诚. 110kV变电所的雷电防护措施研究[D]. 华北电力大学, 2014.。