浅谈110kV变电站的防雷接地技术措施

摘要：变电站是电力系统中变换、集中及分配电能的场站，用于联接发电厂与电力用户，承担着电压变换及电能分配的重要任务。雷击对110kV变电站造成的灾害最为严重，变电站一旦发生雷击事故，将会导致大面积的停电，会严重的影响社会生产和人们生活，因此对变电站采取的防雷措施，一定要具有较强的可靠性。本文主要介绍了雷电对110kV变电站的危害，同时提出了110kV变电站的防雷保护措施。

关键词：110kV变电站；防雷措施；接地技术

随着国民经济的快速发展以及科学技术水平的不断提高，110kV变电站作为电力系统重要组成部分，承担着电力输送及分配的重要任务，而雷击事故严重威胁到变电站的安全运行，所以必须在110kV变电站采取有效的防雷防护措施，这对于110kV变电站运行的安全稳定性有着重要意义。

一、雷电对110kV变电站威胁及破坏

对于110kV变电站来说，来自雷电灾害的威胁有两方面，分别为直击雷和感应雷。其中直击雷是对变电站乃至整个电力系统危害最大的雷击方式，是带电云层放电时直接击中110kV变电站的电力设备而进行放电的一种灾害形式。由于带电云层直击放电时间短、电荷量大，所以产生的瞬间放电具有超高电压和超强电流，而这些高电压强电流的冲击远远超过了110kV变电站电力装置的承受范围，从而对电力设备造成大规模破坏，而直击雷放电时一般伴随着热效应和机械效应的产生，导致物体遭受严重的撕裂、扭曲以及爆炸等灾害发生，对电力系统造成二次破坏。对于感应雷，顾名思义可以是由于电磁场感应而引发的雷电灾害，感应雷属于直击雷的附带灾害，当有直击雷对变电站的电力系统或者附近建筑等发生发电时，强电流通过金属管道或者电缆线会与110kV变电站的控制室中的电力设备和电气设备造成严重的电磁干扰，进而影响整个电力系统的正常运行。一般的，常见的感应雷会在雷击发生泄流入地之后，接地电网上会有一定的反击现象，进行局部放电，造成电气设备的绝缘性能降低，或者雷电流经过防雷接地引下线时周围的电磁场对变电站的设备产生暂态电压，影响变电站设备的正常运行。

二、110kV变电站的防雷保护措施

（一）在电源入口处安装浪涌保护装置

雷电波具有峰值高、能量大的特点，应在电源入口处安装相应的浪涌保护装置。当电源入口遭到雷击时，雷电波经过浪涌保护器后，仍然会存留一些能量较高的信号，会对电源系统造成一定的损害。因此，当安装了浪涌保护装置后，还应安装低通滤波器对雷电波进行过滤，然后再安装压敏电阻。压敏电阻具有良好的非线性，能够将电压控制在安全范围内。上述设备可有效地吸收雷电波的能量，避免雷电波对电源造成损害。

（二）安装防雷装置并定期维护

可通过引导设备或雷击电流拦截装置将雷电流引入大地，以起到保护变电站系统和变电设备的作用。110kV变电站中安装防雷装置是在放电未影响变电站设备或带电云层未放电时，及时地通过接地装置将雷击电流引到地面，防止雷击电流对变电站系统和电力设备造成影响。防雷装置包括避雷器、接闪线和接闪针等，可根据变电站的实际需求选择相应的防雷装置，例如，在大型变电站中，可在变电系统架构上安装接闪线或者接闪针；在规模较小的变电站中，可采用独立接闪针进行防雷保护；在特殊情况下，接闪线和接闪针可综合安装使用。接闪线和接闪针应严格按照相关要求进行安装，以保证接地装置、电流引流线等的安装质量。

（三）变电站的接地保护

防雷接地保护的工作原理是通过降低雷电流通过接地保护装置时的对地电位，以防止雷电流对变电站设备造成损害。因此，接地的质量对接地保护的保护作用具有很大影响。变电站的独立接闪针应安装单独的接地保护装置，变电站建筑物中接闪网的引下线应与建筑物的环状基础、通长主筋进行焊接，然后与室外的人工接地体进行连接，与工作接地共同接地，形成相应的等电位效应。此外，为了保证接地防雷装置的安全性和可靠性，引下线应≥2根，对于土壤电阻较高的地区，应采用多根引下线，以此降低雷击的接地电阻。在安装引下线时，应保证电气接触良好，机械连接牢固，保证引下线能够充分地发挥作用，防止变电站受到雷击的损害。

（四）变压器的防雷保护

1.三绕组变压器的防雷保护。就双绕组变压器而言，当变压器高压侧有雷电波入侵时，通过绕组间的静电和电磁耦合，会使低压侧出现过电压，但实际上双绕组变压器在正常运行时，高压和低压侧断路器都是闭合的，两侧都有避雷器保护，所以一侧来波，传递到另一侧去的电压不会对绕组造成损害。三绕组变压器在正常运行时，可能出现只有高、中压绕组工作而低压绕组开路的情况。这时，当高压或中压侧有雷电波作用时，因处于开路状态的低压侧对地电容较小，低压绕组上的静电分量可达很高的数值以致危及低压绕组的绝缘。因此为了限制这种过电压，需在低压绕组出线端加装一组避雷器，但若变压器低压绕组接有25m以上金属外皮电缆时，因对地电容增大，足以限制静电感应过电压，故可不必再装避雷器。三绕组变压器的中压侧虽然也有开路的可能性，但其绝缘水平较高，所以除了高中压绕组的变化很大以外，一般都不必装设限制静电感应过电压的避雷器。

2.自耦变压器的防雷保护。为了减小系统的零序阻抗和改善电压波形，自耦变压器除了高、中压自耦绕组外，还有一个三角形接线的低压绕组。在这个低压绕组上应装设限制静电感应过电压的避雷器。此外，由于自耦变压器中的波过程有其自己的特点，因此其保护方式与其他变压器也有所不同。

3.配电变压器的防雷保护。配电变压器的高压侧装设氧化锌或阀式避雷器保护，避雷器应尽可能靠近变压器装设，其接地线应与变压器的金属外壳以及低压侧中性点连在一起共同接地，并应尽量减少接地线的长度，以减少其上的电压降。这样避雷线动作时，作用在变压器主绝缘上的电压主要是变压器的残压，不包括接地电阻的电压降，这种共同接地的缺点是避雷器动作时引起的地电位升高，可能危及低压用户安全，应加强低压用户的防雷措施。运行经验证明，如果只在高压测装设避雷器，还不能免除变压器遭受雷害事故，这是因为：一是雷直击于低压线或低压线遭受感应雷时，因低压侧无避雷器，使低压侧绝缘损坏。二是雷直击于低压线或低压线遭受感应雷时，通过电磁耦合，在高压侧绕组也出现了与变比成正比的电压，称为正变换过电压。由于高压侧绝缘的裕度比低压侧小，所以可能造成高压侧损坏。三是雷直击于高压线路或高压线遭受感应雷使避雷器动作，接地电阻上流过很大的冲击电流时产生的压降将同时作用在低压绕组上，通过电磁耦合，按变比关系在高压绕组上感应出过电压，称为反比换过电压。由于高压绕组出线端的电位受避雷器固定，在高压绕组上感应出的这种过电压将沿高压绕组分布，在中性点上达到最大值，可能击穿中性点附近的绝缘，也会危及绕组的纵绝缘。因此，还应在配电变压器低压侧加装避雷器。

三、结束语

雷击事故对变电站造成的破坏是不可想象的，所以变电站采取有效的防雷保护对电力措施，对于维持变电站整体电力系统的安全运行有着重要意义。110kV变电站在设计且安装防雷保护措施时，必须要综合考虑变電站的实际防雷需求，从而保障变电站运行的安全稳定性，从而为社会生产及日常生活提供优质的电力服务。

参考文献：

[1]方遒.110kV变电站的防雷保护措施探析[J].电子制作，2014，（1）.

[2]邓园铭.110kV变电站的防雷保护措施探析[J].科技与创新，2014，（7）.

作者简介：

侯建宇：男；蒙古族；工程师；大学；研究方向：发输电、供配电设计；供职单位：中油辽河工程有限公司。