变电站的防雷电保护设计

浅谈变电站的防雷电保护设计
摘要：变电站是电力系统重要组成部分，是对电能的电压和电流进行变换、集中以及分配的场所, 担负着电压变换和电能分配的重要任务。

一旦变电站遭受雷击，将会造成城市大面积停电，会给国家和人民造成巨大的损失。

因此，对变电站必须进行安全可靠的防雷保护设计。

关键字：变电站；防雷保护；设计
abstract: the substation is an important part of power system, the power voltage and current transform, concentration and distribution of the place, is shouldering the important task of voltage and power distribution. if the substation lightning, will result in large area city blackouts, caused a great loss to the country and the people. therefore, the lightning protection design of safety and reliability for substation must.
key words: substation lightning protection; design;
中图分类号：tu856 文献标识码：a文章编号：
引言：
变电站内有各种高、低压变、配电设备，而这些设备是直接与供电系统的线路相连的。

直击雷是对变电站造成危害的最主要元素这一，同时，线路上发生雷电过电压的机会较多，因此，入侵波通常也是对变电站造成危害的最主要元素之一。

因此，对变电站的防雷
设计，我们主要从防直击雷以及防入侵波两个方面进行防护设计。

一般防护装置的保护范围
防雷保护装置包括避雷针、避雷线以及避雷器等，它们的合理设置与组合，可使输电线路、变电站的电气设备与建筑物免遭直接积累与入侵波的伤害。

1.1避雷针的防护范围
避雷针的主要作用是保护电器设备、线路以及建筑物等免遭直击雷的伤害，避雷针的功能实质上是起引雷作用，他可以对雷电场所产生一个附加电场，使雷电场畸变，从而将雷云放电的通路，由原来的可能想被保护的方向吸引到避雷针的本身，然后经过与避雷针相连的引下线以及接地装置将雷电泄放到大地中去，使得保护物免遭雷击。

避雷针的保护范围以它能够防护的空间来表示。

由公式：
当hx≥h/2时，rx=(h-hx)*kh=ha*kh
当hx＜h/2时，rx=(1.5h-2hx)*kh
其中：hx表示：被保护物的高度，m；rx表示hx水平面的保护半径；ha表示避雷针的有效地高度，m；kh表示高度影响系数，当h≤30m时，kh=1，当120m≥h≥30m时，kh=5.5/h（1/2）
1.2避雷线对的保护范围
避雷线一般用截面小于25平方毫米的镀锌钢绞线，架设在架空线路的上边，以保护架空线路以及其他物体免遭直接雷击避雷线的基本功能类似于避雷针。

单根避雷线的保护范围是从避雷线的顶点
向下做与其垂直的成25度的斜线，构成保护空间的上部，从距离避雷线底部两侧个h处向避雷线0.7h高度处做连接线与上述的25度斜线相交，交点以下的内部构成保护范围的下部。

1.3避雷器
避雷器是防护雷电入侵波对电气设备产生危害的保护装置。

当在架空的线路上发生感应雷击后，雷击波沿导线路向两个方向传播，如果雷击波的对地电压超过了电气设备的绝缘耐压值，其绝缘必将会被击穿而导致电气设备立即烧毁，避雷器就是专设的放电电压低于所有被保护设备正常耐压值的保护设备。

由于它具有良好的接地，故雷电波到来时，避雷器首先被击穿并对地放电，从而使得其他的电气设备免遭损坏，当过电压消失后，避雷器又能自动的恢复到原始的状态。

现在常用的避雷器主要有：火花间隙、管型避雷器、阀型避雷器以及氧化锌避雷器，尤其是氧化锌避雷器的应用越来越普遍。

1.4避雷针的安装要求
安装避雷针时需注意：当采用镀锌钢管作针尖时，管壁厚度不宜小于3mm，针尖刷锡长度不小于70mm；独立避雷针一般采用直径为19mm镀锌圆钢，屋面上的避雷针宜采用直径25mm镀锌钢管；对焊接要求，应采用搭接焊，其搭接长度必须符合如下规定，扁钢为其宽度的2倍(至少3个棱边焊接)，圆钢为其直径的6倍。

当采用圆钢与扁钢连接时，其长度为圆钢直径的6倍。

对直击雷的防护
2.1直击雷保护措施的选用
变电站对直击雷的防雷措施有：
1、防止反击：避雷针是否向被保护物体产生放电“反击”取决于避雷针与被保护物最近点a的空间距离la,以及a点得最高电位ua，当ua小于气隙距离la的击穿电压时，“反击”便不会发生。

2、主控室或者网络控制楼以及屋内配电装置对直击雷的保护措施：若结构为非导电的屋顶时，宜采用避雷带保护，且避雷带的网络为每隔8～10m设置引下线接地；若屋顶为钢筋混凝土结构，必须将其钢筋焊接成网接地，利用钢筋网同样起到了避雷网的作用，节省了造价；若有金属屋顶或者屋顶有金属结构时，必须将金属部分接地，也就是我们通常所说的等电位连接。

而架构避雷针是变电站防直击雷的常用措施，将变电站的进线杆塔以及室内的电器设备全部至于避雷针的保护范围之内，避雷针要与保护物之间保持一定的距离，以防止“反击”现象的发生。

一般规定避雷针接地体与被保护体之间不发生“反击”的距离lg不应小于3m。

变电站装设置避雷针时，应使得所有被保护设备处于避雷针保护范围之内。

对于35kv变电站，为足够保证保护室外设备以及架构的安全，必须设置有独立的避雷针。

独立避雷针和其接地装置与被保护建筑物以及电缆等金属物之间的距离不得小于5米，主接地网和独立避雷针的地下距离不得小于三米，独立避雷针接地装置的引下线接地电阻不得大于10ω，且必需满足不发生“反击”事故；对
于110kv以上的变电站，架构避雷针应和接地网连接，并加设铺助的接地装置，同时避雷针和主接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15米。

对入侵波的防护
变电站对入侵波的防护主要是以设置阀型避雷器为主，但是为了保证避雷器的工作条件必须对入侵波的陡度以及幅值加以限制。

3.1对变电站进线段的防护设计
由于冲击波沿着导线流动时都会产生损耗，因此，可以在变电站的进线段杆塔上设置一段（1—2m）长的避雷线，使得感应过电压产生在1—2km以外，这时，侵入的冲击波沿着导线走过这一段路程后，波幅值以及坡陡度将会下降，使得雷电流限制在5kv，这对变电站的保护是十分有效的。

对特殊的35—110kv的线路进线的防雷接线应在变电站进线段设置1—2km长的避雷线，并在两端分别设置引下线接地；对3—10kv 的配电装置防止入侵波的保护，是在每段线路以及每组母线上安装阀型避雷器，阀型避雷器与变压器的最大电气距离如下表所示：6—10kv变压器与阀型避雷器之间的最大距离[1]
对于做出线的架空线路，避雷器应设置在电缆头附近，其接地应与电缆的外皮相连。

当出线接有电抗器时，应在电抗器与电缆之间设置一组阀型避雷器，用以防止电抗器处的反射过电压对电缆绝缘的危害。

3.2变电站内电气设备的保护
变电站内最重要的是主变压器，它的价格高且绝缘水平较低，为了保证变压器所遭受的过电压幅值，阀型避雷器应尽量安装在电气距离靠近主变压器的地方，为了避免绝缘被击穿而使得变压器损坏，避雷器与变压器之间应有一定的距离，如下表所示：
阀型避雷器与变电站电气设备之间的最大安装距离[1]
3.3直配电机的防护
直接与架空线路相连接的旋转电机，应该根据电容量、雷电活动的强弱以及运行的可靠性要求，采取相应的防雷措施。

电机的主绝缘保护是在电机的出口处设置一组磁吹避雷器，并在避雷器上设置一组电容器以防止入侵波的陡度，对进线采取的措施，限制在雷电流不超过3ka，在为直接接地的电机中性点设置阀型避雷器，其额定电压不应低于电机最高运行的相电压。

结语：
变电站是电力系统防雷的重要保护对象,若发生雷击事故,势必造成大面积的停电,进而严重影响社会生产以及人民生活。

因此要求变电所的防雷措施必须十分可靠。

参考文献：
[1]王福忠.现代供电技术.中国电力出版社.2008.1.
[2] 中华人民共和国国家标准.gb 50057-94建筑物防雷设计规范，中国计划出版社，1994
[3] 江日洪等.发、变电站防雷保护与应用实例，中国电力出版社，2004.
[4]苏邦礼.雷电与避雷工程.中山大学出版社.1996.11.。