变电站防雷案例分析报告

当地面含水蒸汽的空气受到炙热的地面烘烤受热而上升，或者温暖的潮湿空气与冷空气相遇而被垫高都会产生向上的气流。这些含水蒸汽的气流上升时，温度逐渐下降形成雨滴、冰雹，水成物在地球静电场的作用下被极化，负电荷在上，正电荷在下，它们在重力作用下落下的速度比云滴和冰晶要大。因此，极化水成物在下落过程中要与云粒子发生碰撞，碰撞的结果使其中一部分云粒子被水成物所捕获，增大了水成物的体积，另一部分未被捕获的被反弹回去，而反弹回去的云粒子带走水成物前端部分的正电荷，使水成物带上负电荷。由于水成物下降的速度快，而云粒子下降的速度慢，因此带正、负两种电荷的微粒逐渐分离，如果遇到上升气流，云粒子不断上升，分离的作用更加明显。最后形成带正电的云粒子在云的上部，而带负电的水成物在云的下部，或者带负电的水成物以雨或雹的形式下降到地面。带电云层一经形成，就形成雷云空间电场，空间电场的方向和地面与电离层之间的电场方向是一致的，都是上正下负，因而加强了大气的电场强度，使大气中水成物的极化更厉害，在上升气流存在情况下加剧重力分离作用，使雷云发展得更快。
3.闪电的电荷量
闪电电荷是指一次闪电中正电荷与负电荷中和的数量。这个数量直接反映一次闪电放出的能量，也就是一次闪电的破坏力。闪电电荷的多少是由雷云带电情况决定的，所以它又与地理条件和气象情况有关，也存在很大的随机性。大量观测数据表明，一次闪电放电电荷可从零点几库仑到1000多库仑。然而在一次雷击中，在同一地区它们的数量分布符合概率的正态分布。第一次负闪击的放电量在10多库仑者居多。
当变电站遭受雷击时，雷电流经由避雷针、避雷器或避雷线的接地引下线流入地网。由于地网接地体阻抗，特别是感抗的作用，使得在雷电流下的地网电位分布变得极不均匀。同时由于地网接地体上的电流随时间的变化率(di/dt)很大，使得地网附近的二次回路上产生较高的感应电势。计算机和其它的二次设备对这种幅值高、变化快、持续时间短的暂态干扰极为敏感，常常会因为处在这种干扰之下而影响正常工作，甚至还会造成设备的损坏和其它事故的发生。
接地根据工作内容划分为以下几种：
1．工பைடு நூலகம்接地
工作接地是为系统正常工作而设置的接地。如为了降低电力设备的绝缘水平，在及以上电力系统中采用中性点接地的运行方式，在两线一地的双极高压直流输电中也需将其中性点接地。除主设备的接地外，在微电子电路中，根据电路性质不同，还有各种不同的工作接地比如直流地、交流地、数字地、模拟地、信号地、功率地、电源地等。
感应雷的频谱很宽，从能量积累大多分布来看，大多集中在低频段。如10/700μs冲击波，总能量95%以上分布在3 kHz频率以下；而1.2/50μs冲击波，大约总能量90%以上分布在18 kHz频率以下。可见这类波形对工作在低频和直流状态的电子设备危害极大。当集成电路任一个端口的能量达到10~6J左右时，芯片会遭到永久性破坏。
电力系统中的二次系统是由各种二次设备和电缆组成的，几乎所有的电气量都是通过电缆引入二次设备的。这些电缆处于一次设备的高压电磁场中，工作条件极其复杂，同时还经受着系统故障时各种暂态环境和各种气候条件的考验。而作为二次系统的大脑，各种保护装置和信息处理系统，都是由计算机、通信设备等敏感的电子原器件构成，对各种诸如雷电过电压、电力系统操作过电压、静电放电、电磁辐射等干扰非常敏感。
2.雷电流的特性
雷电破坏作用与峰值电流及其波形有最密切的关系。雷击的发生、雷电流大小与许多因素有关，其中主要的有地理位置、地质条件、季节和气象，其中气象情况有很大的随机性，因此研究雷电流大多数采取大量观测记录，用统计的方法寻找出它的概率分布。根据资料表明，各次雷击闪电电流大小和波形差别很大，尤其是不同种类放电差别更大。由典型的雷云电荷分布可知，雷雨云下部带负电，而上部带正电。根据云层带电极性来定义雷电流的极性时，云层带正电荷对地放电称为正闪电，而云层带负电荷对地放电称为负闪电。正闪电时正电荷由云到地，为正值；负闪电时负电荷由云到地，故为负值。云层对地是否发生闪电，取决于云体的电荷量及对地高度或者说云地间的电场强度。云地间放电形成的先导是从云层内的电荷中心伸向地面，这叫做向下先导。其最大电场强度出现在云体的下边缘或地面上高耸的物体顶端。雷电先导也可能是从接地体向云层推进的向上先导。因此，可以把闪电分成四类，只沿着先导方向发生电荷中和的闪电叫无回击闪电。当发生先导放电之后还出现逆先导方向放电的现象，称为有回击闪电。一次雷击大多数分成3~4次放电，一般是第一次放电的电流最大，正闪电的电流比负闪电的电流大。
关键词：电力系统；变电站；防雷；接地
一
课题的背景
雷击对变电站的一次和二次设备均会产生较大的影响。对一次侧的主要影响表现在：引起线路过电压从而造成线路对地或相间闪络、损坏变压器及开关设备等。当变电站一次回路受到强电干扰或二次回路本身受到电磁干扰时，可通过传导、感应和辐射等途径引入到电子元件上，当干扰水平超过装置逻辑元件或逻辑回路允许的干扰水平时，将引起逻辑回路的不正常工作，而使整个装置误动或拒动；如果引入的干扰水平过高，甚至会造成半导体元件的损坏。
由于设计、制造、安装调试及运行人员对新上设备的性能还未完全掌握，操作也不够熟练等原因，因此新投产的设备发生事故的概率比较大；而由于长期运行、绝缘老化、材料劣化、机械振动造成紧固部件的松动等原因，使已经进入寿命期限后期的老旧设备，进入事故多发期。在这两段寿命期内，应注重投入人力、物力进行检修。同时有必要增加对设备的在线监测，使运行人员能及时了解处于故障多发期的设备工况。而对于处于运行稳定的使用寿命期的设备，应着重分析过负荷运行和短路电流冲击等特殊情况，设备其它异常运行的相关数据和设备的操作次数，以及电网事故对设备可能造成的不良影响。通过全面系统的科学分析，判断设备哪些部位或部件易受到损坏，确定是否需要检修，并制定出检修计划时间和重点检修部位。
变电站防雷案例分析报告
摘
变电站是电力系统的枢纽，由雷击造成的事故会引发大面积停电。雷电是带电荷的雷云引起的放电现象，是过电压的一个重要产生原因。因此，在变电站设计和运行中必须保证其雷电防护措施的可靠性。
本文首先分析了变电站防雷接地技术的背景和意义，阐述了变电站防雷的内容并进行综合性分析。其次，研究了变电站二次设备、弱电系统和运行中的防雷接地技术，概况了每种防雷技术的特点。文章最后总结了变电站防雷与接地技术方法。
雷电的主要特征分析
1.雷电活动及雷电活动日
雷电活动从季节来讲以夏季最活跃，冬季最少，从地区分布来讲是赤道附近最活跃，随纬度升高而减少，极地最少。评价某一地区雷电活动的强弱，通常用两种方法。其中一种是习惯使用的“雷电日”，即以一年当中该地区有多少天发生耳朵能听到雷鸣来表示该地区的雷电活动强弱，雷电日的天数越多，表示该地区雷电活动越强，反之则越弱。我国平均雷电日的分布，大致可以划分为四个区域，西北地区一般15日以下；长江以北大部分地区平均雷电日在15~40日之间；长江以南地区平均雷电日达40日以上；北纬23度以南地区平均雷电日达80日。广东的雷州半岛地区及海南省是我国雷电活动最强烈的地区，年平均雷电日高达120~130日。总的来说，我国是雷电活动很强的国家。
一朵雷云是否会向大地发生闪击，由几个基本因素决定，其一是云层带电荷多少，其二是把云层与大地之间形成的电容模拟为平板电容时，它对大地的电容是多少。当然这个模拟电容两极之间的电压就是由电容和带电量决定的。当这个模拟电容内的电位梯度达到闪击值时就会发生闪击，当闪击一旦发生，云地之间即发生急剧的电荷中和。雷电之所以破坏性很强，主要是因为它把雷云蕴藏的能量在短短的几十微秒放出来，从瞬间功率来讲，它是巨大的。但据有关资料计算，每次闪击发生的能量只相当燃烧几千克石油所放出的能量而已。
二
雷电形成的过程分析
1.雷电概述
人们通过模拟地球原始大气在密室中进行放电的实验，结果由无机物合成了11种氨基酸。这些物质的出现，是生命起源的基础，因此，一些生命起源学说认为，是雷电孕育了地球上的生命。同理，地球上空有一层电离层，它是由正电的粒子组成，该电离层起着防止太阳和宇宙空间各种有杀害生命作用的射线进入地面，保护地球上的生命，如果没有这电离层，即使地球上本来已经有的生命，也会被来自太空的各种射线杀死。由于雷电不断补充电离层放电失去的电荷，保持电离层总电荷量大体平衡，使这层生命的保护屏障得以保存，使地球上的生命不致被宇宙射线灭绝。因此，可以说，是雷电促使地球成为文明的星球。
2．防雷接地
为了避免雷电的危害，避雷针、避雷线和避雷器等防雷设备都必须配以相应的接地装置以便将雷电流引入大地。
3．安全接地
为了保证人身的安全，将电气设备外壳设置的接地。任何接地极都存在着接地电阻，正因为如此，当有电流流过接地体时，在接地电阻上的压降将引起接地极电位的升高电流在地中扩散时，地面会出现电位梯度。
二次设备接地的必要性
我国电力事业发展迅速，电力系统容量越来越大。随着继电保护技术和计算机技术的高速发展，系统中微机型继电保护已应用的极为广泛。从系统保护、线路保护到设备的元件保护，都已从模拟型和晶体管型更新换代为微机保护。微电子技术已成为电力继电保护和监控系统中的最重要的技术。
计算机技术和网络技术在电力系统中的应用，大大提高了电力系统运行的安全性和可靠性，同时也提高了系统暂态稳定和动态稳定性。但是，由于变电站的二次电缆数目众多并且敷设得错综复杂，导致电力系统和设备一旦发生故障，其暂态过程和故障电气量的数值陡增，伴随着复杂的电磁振荡过程，微机系统由于自身工作电压低，在此环境中极易受到干扰。二次电缆和继电保护设备自身的接地和抗干扰性能变得极其重要。在实际生产中，不断有因二次系统接地方式不正确和干扰造成保护误动作或开关误跳，甚至造成保护及控制元件损坏的事故出现。
弱电系统中雷电干扰
1、直击雷
直击雷是指雷雨云对大地和建筑物放电的现象。它以强大的冲击电流、炽热的温度、猛烈的冲击波以及强烈的电磁辐射损坏放电通道，其最高电流达200~300kA，一般在20~40 kA，其时间甚短，一般仅为10~100μs。直接击在建筑物构架上，因电效应、热效应和雷电冲击波等作用而造成电力线路、电力系统弱电设备等损坏。