110kV〜220kV变电站防雷接地技术

110kV〜 220kV变电站防雷接地技术

吴承俊

桂林丰源电力勘察设计有限责任公司 广西 桂林 541001

摘要：110kV〜220kV变电站是我国输配电网络中主要的高压变电站类型，直接承担着我国大部分的高压输配电任务，变电站的安全运行关系着电网的安全稳定运行。而雷电灾害是影响变电站运行的主要外部因素，一旦发生雷电故障，将导致严重的后果。因此，本文主要分析110kV〜220kV变电站防雷接地技术的应用。

关键词：变电站；防雷接地技术；应用

1.110kV〜220kV变电站出现雷击现象的主要因素

由于110kV〜220kV变电站具有相对特殊的功能和特性，其一般位于相对空旷的区域，户外电气设备基本为金属设备，因此发生雷击的可能性非常高，一旦变电站发生雷击，可能导致严重事故，如停电将对社会的生产生活造成较大影响，也可能导致设备损坏造成严重的经济损失。为了保护电气设备不受雷电的影响，有必要对变电站的防雷接地技术进行深入研究，一般来说，在变电站正常运行期间，电网电气设备以额定电压运行，但是在雷雨天气中，雷击导致输配电系统中的某些线路出现过电压，进而影响到变电站，根据不同的雷击方式，变电站的雷击过电压主要有以下几种[4]。

1.1雷直击设备过电压

雷电直接击中电气设备后，会在电气设备中产生大的雷电流和超高压，同时还会释放出大量的热量，出现的热量将直接影响电气设备的正常运行，容易造成电气设备损坏，影响变电站的正常运行。

1.2雷直击线路及感应雷过电压

当雷场移至架空线上时，在静电感应的影响下，会导致架空线上更多的异常束缚电积累，雷云一旦释放地面，将在架空输电线路上造成极高的感应过电压，此外，雷直击中输电线路时，在线路上形成雷电波，雷电波沿着输电线路侵入变电站，从而导致变电站电气设备过电压，这些过电压的出现会对变电站造成严重损害。

2.110kV~220kV变电站防雷接地设计的基本原则

随着电力系统的规模日益增加，110kV〜220kV变电站的短路电流普遍较大，如果出现接地故障，一般入地电流较大，按照接地电阻R≤2000/I的要求，在当前的应用技术中，由于各变电站土壤电阻率的不同，当土壤电阻率较高时，一般的常规接地网接地电阻难以达到计算要求值。

如站区道路采用沥青混凝土地面，设备巡视通道及操作地面采用沥青垫层地面等高阻地面时，经计算接触电势和跨步电势满足安全运行要求时，一般情况下接地电阻要求按降低至1Ω进行设计，并有效地采取针对性的隔离措施，以确保110kV〜220kV变电站能够更稳定、更安全地运行。因此，在设计110kV〜220kV变电站的接地网时，应充分遵循以下原则：首先，接地网应在房屋的地基中使用金属物体如钢接地体、铜接地体等；其次，必须确保接地网成为闭环结构，此外，接地网应通过点对点的方法牢靠连接[5]。同时在施工过程中，还必须充分考虑在测量和绘制过程中生成的电位分布曲线，严格执行设计意图。

3.110kV~220kV变电站应用的防雷措施

3.1雷电侵入波防护

变电站限制雷电侵入波的主要措施是装设避雷器，目前大多采用氧化锌避雷器取代了阀型避雷器，由于氧化锌避雷器具有无间隙、无续流、通流容量大、体积小、重量轻、结构简单、运行维护方便且使用寿命长、造价低等优点。将避雷器并联装设在被保护设备的附近，当过电压超过一定值时，避雷器动作先导通放电，从而限制了被保护设备的过电压值，达到保护高压电气设备的目的。除装设避雷器外，另一保护措施是与避雷器相配合的进线保护段。

3.2变电站的直击雷防护

110kV〜220kV变电站遭受雷击时，基本上可以依靠雷电保护系统中的避雷装置直接拦截将雷电流引入到接地网中，从而散入大地，确保设备安全。对于全户内站，直击雷防护采取在变电站主控楼顶设置环型避雷带，环型避雷带应接地，同时将各楼层结构钢筋网连接成一体，并与接地网焊接接地，这样变电站所有设备及建筑均在保护范围内。对于户外变电站，目前较多的采用避雷针来进行保护。避雷针是防护电气设备、建筑物不受直接雷击的雷电接收器，它将雷吸引到自己的身上，并安全导入大地，从而保护了其附近的电气设备、建筑物。

在工程设计中，为防止反击，避免雷电释放时雷电回击，避雷针与相应的电气设备、建筑需保证足够的距离，同时必须将避雷针的接地线和引下线的进入点与设备的接地点保持足够的距离，如独立避雷针与配电装置带电部分、变电站电气设备接地部分、构架接地部分之间的空中距离不宜小于5 m, 独立避雷针的接地装置与主接地网的地中距离不宜小于3 m。此外，避雷针需安装集中式接地设备，必须确保独立接地装置的接地电阻不大于10Ω。

3.3二次系统防雷

变电站二次系统雷电防护区的划分应符合GB 50343-2012 建筑物电子信息系统防雷技术规范的要求，根据雷电防护区的划分原则，变电站二次系统的防雷工作应减少直击雷（试验波形10/350μs）和雷电电磁脉冲（试验波形8/20μs）对二次系统造成的危害。控制室内应使用限压型或组合型的具有能量自动配合功能的SPD，禁止在回路上加装退耦元件。变电站二次系统的雷电防护应遵循从加强设备自身抗雷电电磁干扰能力入手，以加装SPD 防雷器件为补充的原则。具体工程中，在时间同步系统主时钟的天线接口处应安装最大放电电流不小于15kA（8/20μs）的相应信号SPD。控制室远动屏至通信屏的语音线或RS232 等信号线，应在远动屏侧安装标称放电电流不小于2kA（8/20μs）的相应信号SPD。计算机监控系统与其他系统的通信线（如RS232、RS485 等）应在两端安装标称放电电流不小于2kA（8/20μs）的相应信号SPD。从高压场地到控制室的通信线路（如RS232、RS485、CAN 总线等）应在控制室相应屏柜处安装标称放电电流不小于5kA（8/20μs）的信号SPD。从场地引入的监控线（如视频及环境监控系统视频线等）应在监控屏内安装标称放电电流不小于5kA（8/20μs）相应的信号SPD。SPD 正常或故障时，应有能正确表示其状态的标志或指示灯，且宜具备远程集中监测或集中告警的接点。

4.110kV~220kV变电站接地方式的选择

4.1保护接地

当变电站受到雷击伤害时，为了避免造成更大的损失，有必要建立并应用防雷接地系统，一般来说，有信号防雷接地和电源防雷接地，两者之间的区别主要在于：首先，所需的防雷接地电阻之间存在很大差异。其次，在工程实践中，信号地主要依赖于信号独立地，因此，需要与电地分开建造，机箱的安全接地将系统中一些不带电的金属部件接地，形成了相对良好的导电连接，从而可以实现对电气设备的保护和变电站的人身安全，但是，由于110kV〜220kV变电站主要由大电流供电，因此机壳基本上没有电，一旦受雷击出现问题，电源供电火线以及外壳和金属导电部件一部分容易产生将短路，这时，金属零部件将成为带电体。如果未有效设置接地措施，则将在带电体和地面之间造成严重的电位差。人体若对带电体进行接触，则可能会穿过人体形成通路，并导致严重的事故。因此，金属外壳必须接地进行处理，以确保防雷效果。

4.2工作接地

工作接地的目的是为了确保110kV〜220kV变电站中电气设备的安全以及稳定运行，以确保系统的测控信息具有较高的准确度，工作接地的主要组成部分是：机器逻辑接地和信号环路接地，以及屏蔽接地，机器逻辑接地也称为主机电源接地，主要位于某些低压电源（例如220V）的电流输出接地处，信号环路接地意味着当多个变送器负极端子同时接地时，开关信号的负极端子接地，并且屏蔽接地也具有模拟信号屏蔽层的接地作用。

5.接地电阻的要求

为了确保变电站的安全运行，接地网的接地电阻必须小于规定值，110kV〜220kV变电站为中性点直接接地系统，在正常情况下变电站发生系统故障时，短路等故障电流将通过接地网引流入地，若接地电阻值偏大，将产生很大的电位差，甚至局部电位会超过安全值，对人身及设备造成严重危害，因此变电站的设计中对接地网的接地电阻值有着严格的要求。接地电阻值超过规定要求是常见问题，目前工程施工时也有较多的降阻措施[3]。不同降阻措施的选择应视实际情况具体分析，如深井法在较深层土壤电阻率低的情况下效果较好，若深层土壤电阻率过高时，则该方法意义不大。同时提高土壤电阻率的测量范围可使设计中接地电阻的计算更为精确。接地电阻应满足R≤2000/I，此时，可以通过技术和经济比较来确定接地电阻值，但一般不超过1Ω，并确保接触电势和跨步电势满足安全运行要求。

6.总结

综上所述，防雷接地是变电站建设中的一项重要工程，防雷接地技术有着较强的综合性和复杂性，在设计110kV〜220kV变电站的防雷接地设施时，要有效结合其所在地区的实际情况，并有针对性地采取降阻措施和相对合理的防雷接地技术，防止变电站发生雷害事故，确保变电站的安全稳定运行。

参考文献

[1]文远芳. 高电压技术[M ]. 武汉:华中科技大学出版社,2001.

[2]虞 昊. 现代防雷技术基础[M ]. 北京: 清华大学出版社,2006.

[3]黄慧军.变电站防雷接地技术的运用探讨[J].科技与创新,2019(04):159-160.

[4]吴敬柱.浅析变电站防雷接地技术的应用[J].中国高新技术企业,2018(34):35-36.

[5]天嗒.防雷接地技术在110kV~220kV变电站中的应用研究[J].中国新技术新产品,2019(03):178.