浅析变电站防雷接地技术

浅析变电站防雷接地技术

吴伟

天津市防雷技术中心第二分中心 300000

摘要：本论文所要研究的变电站防雷接地技术既是针对我国现有情况，也是针对我国未来的发展，对变电站的维护具有重要意义。

关键词：变电站；防雷保护；接地

变电站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。为保证电力系统的安全运行，电力系统应根据被保护物的重要性和危险程度的不同，对于直接雷、雷电感应、雷电侵入波应采取相应的防雷保护措施。因此要求变电站的防雷保护措施必须十分可靠。

1、变电站的防雷保护

1.1变电站的直击雷保护

直击雷是带电云层（雷云）与建筑物、其它物体、大地或防雷装置之间发生的迅猛放电现象，并由此伴随而产生的电效应、热效应或机械力等一系列的破坏作用。指带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象，主要危害建筑物、建筑物内电子设备和人。直击雷的电压峰值通常可达几万伏甚至几百万伏，电流峰值可达几十KA乃至几百KA，其之所以破坏性很强，主要原因是雷云所蕴藏的能量在极短的时间（其持续时间通常只有几us到几百us）就释放出来，从瞬间功率来讲，是巨大的。

1.2变电站的侵入波保护

变电站对侵入波的防护的主要措施是在其进出线上装设阀型避雷器，避雷器装设在被保护物的引入端，其上端接在线路上，下端接地，一般安装在变电站母线上。阀型避雷器的基本元件为火花间隙和非线性电阻。目前，SFZ系列阀型避雷器，主要用来保护中等及大容量变电站的电气设备。

1.3变电站的进线段保护

要限制流经避雷器的雷电电流幅值和雷电波的波度，就必须对变电站进线实施保护。当线路上出现过电压时，将有行波导线向变电站运动，起幅值为线路绝缘50%冲击闪络电压，线路的冲击耐压比变电站设备的冲击耐压要高很多。因此，在接近变电站的进出线上加装避雷线是防雷的主要措施。如不架设避雷线，当遭受雷击时，势必会对线路造成破坏。变电站进线保护是在靠近变电站出线架1～2km线路上所采取的可靠的防雷保护措施，变电站进线保护具体措施视变电站的线路情况而定。

1.4变压器保护

变压器的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人的雷电波损坏绝缘。装设避雷器时，要尽量接近变压器，并尽量减少连线的长度，以便减少雷电电流在连接线上的压降^[7]。同时，避雷器的连线应与变压器的金属外壳及低压侧中性点连接在一起，这样就有效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连线接到变电装置的总接地网上。避雷器的安装应尽可能处于保护设备的中间位置.

2、变电站的防雷接地

2.1接地概述

工作接地：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。

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。

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。

2.2接地电阻

接地电阻就是电流由接地装置流入大地再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻，它包括接地线和接地体本身的电阻、接地体与大地的电阻之间的接触电阻以及两接地体之间大地的电阻或接地体到无限大远处的大地电阻。

2.3变电站接地装置

接地体：接地体可分为自然接地体和人工接地体，设计中通常采用人工接地体，以便达到所规定的接地电阻，并避免外界其他因素的影响。垂直接地体之间的距离为3m左右，顶部埋深0.5-0.8m。接地体与道路或通道出入口的距离不小于3m，当小于3m时，接地体的顶部处应埋深lm以上，或采用沥青砂石铺路面。

接地线：即接地体的外引线，连接被保护或屏蔽设施的连线，可设主接地线、等电位连接板和分接地线。防雷接地装置的接地线即防雷接闪装置的引下线，可采用圆钢或扁钢，两端按规定的搭接长度焊接达到电连接。防静电保护和防干扰屏蔽装置的主接地线一般采用多股铜芯电缆，分接地线采用多股铜芯软线。

3、变电站防雷接地设计实例

3.1变电站的规模

该变电站为浙西农村35 kV变电站防雷保护与接地装置设计^[10]，多年来的实践证明折线法计算能满足电力行业的要求， 而且与滚球法相比具有一定的优越性。

3.2变电站位置的自然条件

土壤电阻率不大于500Ω·m的地区，允许将线路的避雷线引到站内出线门型架构上，并应装设集中接地装置， 避雷线与集中接地装置的连接点应便于分开。在土壤电阻率大于500Ω·m的地区，避雷线应架设到线路终端杆塔为止，从终端塔到配电装置的进线段可采用独立的避雷针或在终端塔上装设避雷针进行保护。

3.3避雷针的设置及防雷保护校验

避雷针的作用就是利用尖端放电原理， 将雷吸引到避雷针上来并安全导入地中， 避免电气设备或建筑物遭到直击雷的破坏。在电力系统设计中，避雷针保护范围的计算法常采用电力行业标准的折线法计算，但也存在采用滚球法计算。装设2 个等高避雷针，根据变电站防雷保护规程要求，保护物高度应为7.3 m，这里独立避雷针高度选为28m。

3.4接地装置的设置

接地装置由水平接地体和垂直接地体组成，接地体的截面应经热稳定校验， 计及材料的腐蚀程度，并考虑一定裕度后确定。一般35kV变电站水平接地体选用40mm×5 mm扁钢， 垂直接地体选用L50mm×5mm角钢，具体的设计原则可归纳总结如下:(1)避雷针接地装置与道路或出入口等的距离不应小于3m，否则应采取措施，铺设砾石或砾青地面；(2)独立避雷针的接地装置与主接地网的距离不应小于 3m。接地电阻值不应大于10Ω，当实际接地电阻大于上述值时，可采取加钻深孔或将接地带引至围墙外敷设一小接地网；(3)主接地网的接地电阻值应不大于4Ω，当实际接地电阻值大于上述值时，采取加钻深孔或将接地带引至围墙外敷设一小接地网；(4)接地装置埋深度为0.6m 为宜，接地网的外缘须闭合，外缘各角应做成圆弧型，圆弧半径应大于5m，回田土取土壤电阻率低的田园土，预留好引线，以备设备接地，扁钢搭接长度大于宽度的2倍；(5)电缆沟支架与水平接地体连通；(6)各种电气设备外壳、构架支架均须可靠接地；(7)接地网应与土建基础钢筋连接。

4、结论

本文主要从三个方面介绍了变电站防雷保护的相关知识，包括变电站防雷保护，变电站防雷接地和变电站防雷保护的实例分析。本文也有不足之处。本文只是简单介绍了35kv的变电站防雷设计问题，而其他电压等级没有做具体介绍，而众所周知，不同电压等级的防雷保护措施是有差别的。

参考文献

[1] 崔鼎新，瞿雪弟.“导线-大地”回路中线电流产生的磁场计算方法.见：电力系统电磁境与电磁兼容学术研讨会论文集. 广州，2002：27-29

[2] 张焰，崔鼎新.高压输电线路故障情况下暂态电场强度的计算方法.见：北京第五届全国电磁兼容学术会议论文集，1999：404-410

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