110kV变电站防雷装置保护措施研究

吴仕军 王蔚 罗应松 冉启林 赵波

摘要：危害电力系统的因素很多，其中雷电自然因素对变电站的安全运行的影响极大，一旦变电站遭雷击，轻则影响人们的正常工作和生活，引发大规模停电，重则会埋下诸多安全隐患，给人们的生命财产带来威胁。因而，如何有效防雷已成为业界和专家学者们重点研究的课题之一。本文将从雷电对110kV变电站造成的威胁入手，通过对威胁来源的分析，提出了110kV变电站防雷装置保护措施。

Abstract： There are many factors that endanger the power system. Among them， the natural factors of lightning have a great impact on the safe operation of the substation. Once the substation is struck by lightning， it will affect people's normal work and life， causing large-scale power outages and burying many safety hidden dangers， to pose a threat to people's lives and property. Therefore， how to effectively prevent lightning has become one of the topics of research in the industry and experts and scholars. This paper starts with the threat caused by lightning to the 110kV substation. Through the analysis of the source of the threat， the protection measures for the 110kV substation lightning protection device are proposed.

关键词：变电站;防雷装置;保护措施

Key words： substation;lightning protection device;protection measures

中图分类号：TM862                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）34-0083-02

0  引言

电力业作为我国现代化建设与发展中一项支柱型工业，随着社会经济水平的不断提高，各领域和人们的生活工作中对电力的需求量猛增，与此同时，给电力系统的运行质量、安全指数和运行效率都提出了更高的要求。纵观整个电力系统，110kV变电站在电力输送和分配中占比众多，其运行质量的重要性也越发凸显。如果发生雷击事故，就会给变电站的运行带来威胁，因而，在110kV变电站建设中就要做好防雷保护工作，以保证110kV变电站的安全运行，为后期维护提供便利。基于此，本文将对110kV变电站防雷装置保护措施展开如下研究。

1  雷电对110kV变电站造成的威胁

1.1 直接损坏  当变电站设备被雷击中后，会生产强大的电流和电压，流经线路继而产生大量的热量，并生成巨大的冲击力，给变电站的电气设备造成严重损坏，如雷电流所流经的设备超出了其自身的承受值，则会出现击穿或绝缘闪络问题，这对于一个110kV的变电站来说，其后果将十分严重。

特别是近年来，随着微机保护系统、运动装置系统、图像监控装置系统和计算机系统等的普遍应用，在变电站设计中更应将雷击事故这种自然因素考虑进去，对其可能带来的威胁进行仔细研究，精密设计。否则极端天气时所产生的雷击波将会给变电站的弱电装置带来毁灭性的破坏，会严重影响相关设备的工作效率，必须引起高度重视。

1.2 间接损坏  除了前述可能引发的直接损坏外，110kV变电站在面对雷击事故时，还可能会引发间接事故，最为常见的就是热效应影响和机械变形受损[1]。这主要是因为雷击过程中所产生的放电现象和电磁感应脉冲的破坏力太大所致，也即我们所说的感应雷现象。当雷电释放高压途径金属线或电缆进入到变电站的电气设施中时，就会造成电磁干扰，严重影响电力系统的正常运行。

有研究稱，雷电到达到变电站的防雷设施时，其主要危害主要表现在两个方面：第一，雷电的高压电流，要抵达地面，必须经过变电站的内部接地线，此过程中会形成较为强烈的冲击电位，当接地线受此侵扰时，则会在某个位置进行反击，甚至会在局部放电，这会使电气设备的绝缘性能大幅降低。第二，在雷电下泄的过程中，会在地面附近的空中和金属内形成一个强大的电磁感应场，继而造成变电站内部分设施的电压不稳，相应的受影响设施则会出现运行不正常现象，影响过大时就会停电，影响变电站输送电的服务质量。

2  雷电事故引发110kV变电站安全隐患的原因分析

2.1 雷电直击产生的电压和电流冲击  在恶劣天气条件下，如变电站的电气设施遭受雷击，会在瞬间生成巨大的冲击电压，电压在途经变电站的电气设施时，会造成相应设备的损坏，轻则发生短路，重则会引发电气设施爆炸，甚至还会引起火灾事故的发生等，其可能造成的后果之严重不堪设想。此外，在变电站的电气设备被雷击时，所产生的强电流还可能会融化电气设备线路，继而造成电路瘫痪，如情况严重，则会出现大范围停电问题，甚至有电力设备的断裂或变形、爆炸情况的发生。

在变电站的电气设施遭受雷击的过程中，所产生的冲击效应会造成金属的弯曲或开裂，会有引发人员受伤或财产受损的潜在隐患。此外，此过程中产生的电流感应和静电反应也必须引起高度重视，如不及时采取有效措施加以处理，极易引发火灾事故。

2.2 雷电直击产生的高热、短路  当雷电击中建筑物时，建筑内的线路会产生短路，同时这股强电流还会释放出高温介质，这部分生成的热量也极易引发物品的自燃，甚至会给整座变电站带来安全隐患。此外，电流在接地网中还会因雷击而产生反击现象，会造成电力设备表层的绝缘体的破坏，极易诱发火灾、爆炸事故的发生，将会给变电站系统的正常运行带来不利影响[2]。

3  提升110kV变电站防雷装置保护措施

当前，较为常用的防雷措施主要包括两种方法：一是避免雷电波进入到变电站设备中去;二是利用保护装置把雷电波引入到接地网中。大致有如下几个措施：

3.1 电源入口处安装保护装置  雷电波能量大、峰值高、破坏力强[3]。因此，在电源入口位置安装浪涌保护装置，能有效降低雷击给110kV变电站造成的威胁。其原理为：在电源位置遭雷击时，雷电波会先抵达浪涌保护器，在工作中我们可以发现，只安装浪涌保护器往往还不够，周围余留的信号仍会影响电力系统的稳定性，所以，最好应同步安装低通滤波器，将雷电波做过滤处理，并通过安装非线性良好的压敏电阻的方式，来确保110kV变电站的电源电压处于安全可控的范围内，保证电力输送安全。大量实践应用成果表明，浪涌保护装置、低通滤波器和压敏电阻等配套装置的同步安装，在吸收雷电波能量方面具有显著优势，以消除雷电电波对电源的不利影响。

3.2 安装避雷装置  浪涌保护装置能将侵入到變电站的雷电波降到电气装置绝缘强度的允许值内，以此来消除雷击给变电站带来的威胁。当前，在对雷击的有效拦截措施中，只能通过路径的引导进行化解消除。因此，当前比较常见的避雷装置闪接器主要包括避雷针和避雷线两种。在110kV变电站的防雷装置中，较为常用的还是避雷针，其目的在于做好户外设备的防雷工作。按照现行有关规定和建设单位的成本核算角度而言，变电站建设中避雷针通常都安装在110kV变电站的铁杆、照明塔或屋顶等部位之上。其中，装载有避雷针的铁杆支柱的接地装置必须性能良好，其电阻应≤4欧姆[4]。而连接变电站和终端杆之间的一档线，为保证其性能的正常发挥，通常会通过在其中设置避雷线或在终端杆装设避雷针的方式来实现。若安装的是避雷针时，避雷针接地装置的电阻则应≤1欧，并确保避雷设施接地回路和变电站接地回路是分开的，这样才能确保其配网线路的耐雷性。

为确保所安装避雷装置的有效性，还应做好后期的定期检查工作，以确保接地网的接地阻值符合防雷阻值要求，同时还要定期检查杆塔基础是否牢固，确保遇到台风等极端天气时不会倒杆，这样保证防雷装置性能的有效发挥。

3.3 变压器低压侧的防雷措施  在变电站的电流输送中，变压器的重要性不可小视，其运行质量与变电站的综合供电服务水平和社会评价息息相关。所以，在变电站的防雷保护过程中，变压器必须作为防护重点。一般情况下，110kV的变电站我们会选择在变压器的中性点位置安设避雷器，此外还会在变压器上安装分级绝缘综合防雷装置。在设计安装中，应注意：相线首段部位的绝缘性应比变压器中性点的绝缘性要好。此外，变压器中性点应设计成和金属氧化物相结合的防雷装置，两者之间有无间隙均可，这样一来，能有效提升110kV的变电站变压器的防雷性能。

当前，我国较为常用的主要是金属氧化物避雷器，而在西方发达国家，除了要求使用金属氧化物避雷器外，对电气设施安装中的空气间隙也有严格要求，这种设计施工方法，对提升变压器的防雷效果更佳。

3.4 接地保护装置措施  要确保泄雷电流安全通过，应在安装接地装置，以降低危险电位突然升高带来的危害。该套装置的应用，适用于所有电压等级的输、配电网和变电站，作为一种保护电气设备和人身安全的重要防雷方法，在110 kV的变电站中也同样适用。但在防雷接地装置的具体涉及和安装中，应注意以下几点：第一，要采用独立的避雷针。即和主接地网没有任何关联的单独的接地网避雷针，电阻≤10欧姆[5]。第二，避雷器的装设。无论是任何电压等级的避雷器，在接地过程中都应和主接地网保持联通。第三，为提升接地防雷装置的安全性，避雷网的引下线要和建筑物的环状基础、通长主筋焊接在一起，并将其和室外的人工接地体连接起来，最好不应少于2根。当变电站所在处的位置处的土壤电阻较高时，应根据区位情况适当多引下线，以减少雷击的接地电阻。此外，在引下线的过程中，还要确保引下线与电气接触性能优良，机械连接稳固性强，唯有同时满足这些设计施工要求，才能有效减少雷击给110 kV的变电站带来的可能危害。

3.5 其他防雷保护措施  除了前述的几种重要防雷装置外，其他防雷措施还有：第一，进线防雷保护措施。主要是用于减少阀型避雷器的负荷，起到配合保护作用。其保护作用主要体现在：有效降低了避雷器的冲击电流，当雷电经变电站的电压波进入进线段时，经冲击电晕防护作用，有效削弱电压波，起到保护变电站的作用。由此可见，在变电站进线0.5-1.5千米部位装设避雷线，对有效降低110 kV变电站的雷电损害具有良好的效果。第二，侵入波的防雷保护措施。指的是在进线处安装阀型避雷保护装置，即在引入端安防雷保护装置，确保下端接地，上端与变电站母线相连。此类避雷保护装置主要构造有非线性电阻和火花间隙等部件。目前市面上比较常见且应用比较广泛的阀型避雷保护装置主要有：SFZ系列、FS系列等。具体的型号选择还应根据不同变电站的实际需求来定。

4  结束语

综上所述，在社会经济飞速发展的今天，电能这种动力资源的需求量猛增，对电能质量要求也在同步提高，只有不断科学设计、合理使用和优化分配，才能提升电力系统运行的安全性和高效性。本文即在当前110 kV的变电站遭雷击产生的危害及其成因的基础上，结合工作实际情况提出了几点解决110 kV的变电站防雷装置保护的具体措施。希望能为保证110 kV的变电站的系统运行安全和做好防雷工作提供有益的借鉴和思考，如有不妥之处，还望同行们不吝赐教。

参考文献：

[1]邓园铭.110 kV变电站的防雷保护措施探析[J]科技与创新，2014（17）：35，37.

[2]李诚.110kV变电所雷电防护措施及研究[D].北京电力大学，2014（6）：35.

[3]方遒.110kV变电站的防雷保护措施探析[J].电子制作，2014（1）：164-165.

[4]祁永业.110kV变电站的防雷保护措施探析[J].华东科技：学术版，2013（9）：263.

[5]张小兵.浅析110kV变电站的防雷措施[J].中国科技纵横，2013（20）：125.