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[摘 要]变电站的防雷与接地保护对于保障变电站的安全、稳定、可靠运行以及人身安全都具有十分重要的作用。因此，在实际应用中，必须合理选择与运用防雷与接地技术，只有这样才能為变电站的安全运行提供可靠的保障。本文首先分析了雷电对变电站的入侵途径，然后以此为基础探讨了具体的变电站防雷与接地保护技术应用措施。
[关键词]变电站；防雷；接地
中图分类号：TD231 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0218-01
1 引言
雷电是影响电力系统安全、稳定运行的重要因素，作为电力系统枢纽的变电站如果发生雷击事故，将会导致大面积停电，给社会生产和人民生活造成严重的影响。据统计，我国高压输电线路的总跳闸事故中有40%到70%是由雷击引起的，特别是在多雷、土壤电阻率高和地形复杂的地区[1]。所以，防雷和接地保护技术的运用对于保障变电站的安全、稳定、可靠运行以及人身安全都具有十分重要的作用。但是，变电站的防雷与接地保护是一项复杂的系统工程，在实际应用中需合理选择与应用防雷与接地技术，才能为变电站的安全运行提供可靠保障。因此，针对雷电对变电站的各种入侵途径，开展变电站防雷与接地保护技术应用研究，对于促进我国电力系统的安全、可靠、稳定运行具有重要的现实意义。
2 雷电对变电站的入侵途径
雷电损害通常有直击雷、感应雷和雷电反击三种。对于变电站来说，遭受雷击的途径通常有两种：一是雷电直击在变电站的设备上；二是变电站遭受架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路的侵入。在变电站的设计中都具有很好的防直击雷保护措施，使变电站的建筑和设备能够得到避雷装置的保护，故变电站受直击雷危害的可能性较小。因此，雷电入侵变电站的途径主要有以下三种。
2.1 雷电电磁感应
对于变电站来说，其建筑物内当作引下线用的钢筋、变电站布线层内进出高压场地的各种线路都是雷电电磁场的产生源。当直击雷电流通过引下线时，会在变电站室内引起电磁感应；当变电站附近有雷击时，变电站内的配电线路也会受其影响而产生电磁感应。这些感应雷电导致的过电压直接加在设备上，轻则导致设备加速老化，重则直接造成设备损坏。
2.2 地反击
当变电站或线路遭受雷击时，雷电流会通过防雷接地装置流入接地网。在强大的雷电流作用下，接地电阻偏大的接地网或均压效果不好的接地网都会导致接地网局部电位显著抬高[2]。此时，存在的电位差会使电流进行转移，若此电位差超过了设备的耐压值，就会导致地电位对设备反击而使设备受到损坏。
2.3 侵入波
在变电站的架空线路遭受直击雷后，雷电流会经由线路入侵到变电站，其主要包括以下三种途径：
（1）由电源线侵入
达到一定幅值的感应雷过电压会导致雷电波沿着电源线向变电站内传输，其在经过避雷器后虽会有所削弱，但幅值依然较高。若其超过变电站内二次设备电子元器件的最大耐压值，将会导致设备击穿，从而影响变电站正常运行。
（2）由信号线侵入
当雷电波通过天线或卫星等信号线时，虽然被转化后的电流或电压信号会被防雷装置所削弱，但若其依然高于变电站内二次设备整定值，也会造成二次设备的损坏。而且信号线中的电流或电压在经过电磁或电容耦合后，还会产生较高的过电压，对电源线或通信线路的正常运行造成影响。
（3）由接地线侵入
当雷电流经由防雷引下线被导入到大地时，若进入地下的电荷无法与大地电荷完全中和，便会由接地线侵入变电站，若其施加在变电站内的二次设备上，将会对设备造成极大损害。
3 变电站的防雷与接地保护技术
根据雷电对变电站的入侵途径，其防雷措施大体分为两类：一是阻止雷电波的进入，二是雷电保护接地。因此，为了有效降低雷电对变电站的损害，必须采取合理、可行的防雷与接地保护技术。
3.1直击雷的防护措施
为了避免直击雷的损害，变电站都安装有避雷针或避雷线。变电站的直击雷保护避雷针可分为独立避雷针和构架避雷针两种。为了避免避雷针对被保护物体造成反击，应在避雷针与被保护物体之间保留一定距离的空气间隙，这样可使雷电过电压相对衰减，从而减轻对变电站设备的损害程度。对于独立避雷针，应安装在独立的接地装置上，其工频接地电阻在非高土壤电阻率地区不能大于10Ω，在必要时可将主接地装置与接地网直接相连，从而降低两者的接地电阻。
3.2 侵入波的防护措施
变电站限制侵入波的主要设备是避雷器。在进行避雷器安装时，一定要严格确定避雷器的型式、参数、台数和装设位置。
（1）进线段的防雷保护
进线段是指距离变电站1～2km的进线线路，由于临近变电站，所以极易受到侵入波侵扰。进线段的防雷保护最为重要的是限制雷电流幅值和侵入波陡度来降低线路残压。对于全线都没有加装避雷线的线路，还应在变电站的进线段架设避雷线，其保护角可设为20°左右。另外，进线段还可能受到线路的冲击电晕影响，所以应适当提升进线波阻抗来降低进线段内绕击和反击形成侵入波的概率，同时也利于雷电流的降低。
（2）母线段的防雷保护
变电站的母线段在运行过程中有巨大电能通过，若其发生短路将会承受较大电动力效应和发热，所以必须在母线段安装避雷器来避免其遭受雷击而短路，从而确保变电站的安全运行。在变电站的每组母线上应根据电压等级装设相应的金属氧化物避雷器或阀式避雷器，并且避雷器要以最短接地线与配电装置的主接地网相连[3]。另外，要注意避雷器与被保护设备之间距离必须满足最大距离要求，且保证保护范围完全覆盖被保护设备。
（3）变压器的防雷保护
变压器是变电站最为重要的设备之一，其防雷保护也是变电站防雷的关键。若变压器中性点为全绝缘，则无需采取防雷保护措施，但在变电站内只有一台变压器且进线只有一路的情况下，则需在中性点位置加装一组避雷器；若变压器中性点为分级绝缘，则必须加装与该点位绝缘等级相同的避雷装置。
3.3 接地保护措施
（1）保护接地
保护接地是变电站接地系统中最为常用的保护措施，其可分为两种情况：一是高压系统接地，即一组相连的设备利用一根引下线进行独立接地；另一种是低压系统接地。
（2）屏蔽接地
屏蔽接地的常见形式有建筑物屏蔽接地、低压电缆屏蔽层接地和弱电设备接地三种。通过屏蔽接地可显著降低来自外界的电磁干扰，并有效减少变电站内弱电设备带来的阻碍，从而保持设备本身的独立性。
（3）信号接地
在设备数据线与远距离设备通信过程中，会引起瞬时或高频电噪声，从而使信号的传输质量受到影响。所以，信号接地不可乱接，其关键是强弱电的混接处理，母线接地点要与强接地保持一定距离，且还要确保接地母线的长度合理。
4 结束语
总之，变电站的防雷与接地是一项较为复杂的系统工程。因此，在具体应用中必须结合实际情况，合理选择与应用防雷与接地保护措施，只有这样才能保证变电站的安全、稳定、可靠运行。
参考文献
[1] 阙照，任晓霞.110kV变电站防雷接地设计[J].电气制造，2013（05）.
[2] 董向征.35/10kV总降压变电站电气设计与防雷保护研究[J].价值工程，2013（12）.
[3] 黄书旭.变电站运行中的防雷措施研究[J].科技风，2013（12）.
[关键词]变电站；防雷；接地
中图分类号：TD231 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0218-01
1 引言
雷电是影响电力系统安全、稳定运行的重要因素，作为电力系统枢纽的变电站如果发生雷击事故，将会导致大面积停电，给社会生产和人民生活造成严重的影响。据统计，我国高压输电线路的总跳闸事故中有40%到70%是由雷击引起的，特别是在多雷、土壤电阻率高和地形复杂的地区[1]。所以，防雷和接地保护技术的运用对于保障变电站的安全、稳定、可靠运行以及人身安全都具有十分重要的作用。但是，变电站的防雷与接地保护是一项复杂的系统工程，在实际应用中需合理选择与应用防雷与接地技术，才能为变电站的安全运行提供可靠保障。因此，针对雷电对变电站的各种入侵途径，开展变电站防雷与接地保护技术应用研究，对于促进我国电力系统的安全、可靠、稳定运行具有重要的现实意义。
2 雷电对变电站的入侵途径
雷电损害通常有直击雷、感应雷和雷电反击三种。对于变电站来说，遭受雷击的途径通常有两种：一是雷电直击在变电站的设备上；二是变电站遭受架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路的侵入。在变电站的设计中都具有很好的防直击雷保护措施，使变电站的建筑和设备能够得到避雷装置的保护，故变电站受直击雷危害的可能性较小。因此，雷电入侵变电站的途径主要有以下三种。
2.1 雷电电磁感应
对于变电站来说，其建筑物内当作引下线用的钢筋、变电站布线层内进出高压场地的各种线路都是雷电电磁场的产生源。当直击雷电流通过引下线时，会在变电站室内引起电磁感应；当变电站附近有雷击时，变电站内的配电线路也会受其影响而产生电磁感应。这些感应雷电导致的过电压直接加在设备上，轻则导致设备加速老化，重则直接造成设备损坏。
2.2 地反击
当变电站或线路遭受雷击时，雷电流会通过防雷接地装置流入接地网。在强大的雷电流作用下，接地电阻偏大的接地网或均压效果不好的接地网都会导致接地网局部电位显著抬高[2]。此时，存在的电位差会使电流进行转移，若此电位差超过了设备的耐压值，就会导致地电位对设备反击而使设备受到损坏。
2.3 侵入波
在变电站的架空线路遭受直击雷后，雷电流会经由线路入侵到变电站，其主要包括以下三种途径：
（1）由电源线侵入
达到一定幅值的感应雷过电压会导致雷电波沿着电源线向变电站内传输，其在经过避雷器后虽会有所削弱，但幅值依然较高。若其超过变电站内二次设备电子元器件的最大耐压值，将会导致设备击穿，从而影响变电站正常运行。
（2）由信号线侵入
当雷电波通过天线或卫星等信号线时，虽然被转化后的电流或电压信号会被防雷装置所削弱，但若其依然高于变电站内二次设备整定值，也会造成二次设备的损坏。而且信号线中的电流或电压在经过电磁或电容耦合后，还会产生较高的过电压，对电源线或通信线路的正常运行造成影响。
（3）由接地线侵入
当雷电流经由防雷引下线被导入到大地时，若进入地下的电荷无法与大地电荷完全中和，便会由接地线侵入变电站，若其施加在变电站内的二次设备上，将会对设备造成极大损害。
3 变电站的防雷与接地保护技术
根据雷电对变电站的入侵途径，其防雷措施大体分为两类：一是阻止雷电波的进入，二是雷电保护接地。因此，为了有效降低雷电对变电站的损害，必须采取合理、可行的防雷与接地保护技术。
3.1直击雷的防护措施
为了避免直击雷的损害，变电站都安装有避雷针或避雷线。变电站的直击雷保护避雷针可分为独立避雷针和构架避雷针两种。为了避免避雷针对被保护物体造成反击，应在避雷针与被保护物体之间保留一定距离的空气间隙，这样可使雷电过电压相对衰减，从而减轻对变电站设备的损害程度。对于独立避雷针，应安装在独立的接地装置上，其工频接地电阻在非高土壤电阻率地区不能大于10Ω，在必要时可将主接地装置与接地网直接相连，从而降低两者的接地电阻。
3.2 侵入波的防护措施
变电站限制侵入波的主要设备是避雷器。在进行避雷器安装时，一定要严格确定避雷器的型式、参数、台数和装设位置。
（1）进线段的防雷保护
进线段是指距离变电站1～2km的进线线路，由于临近变电站，所以极易受到侵入波侵扰。进线段的防雷保护最为重要的是限制雷电流幅值和侵入波陡度来降低线路残压。对于全线都没有加装避雷线的线路，还应在变电站的进线段架设避雷线，其保护角可设为20°左右。另外，进线段还可能受到线路的冲击电晕影响，所以应适当提升进线波阻抗来降低进线段内绕击和反击形成侵入波的概率，同时也利于雷电流的降低。
（2）母线段的防雷保护
变电站的母线段在运行过程中有巨大电能通过，若其发生短路将会承受较大电动力效应和发热，所以必须在母线段安装避雷器来避免其遭受雷击而短路，从而确保变电站的安全运行。在变电站的每组母线上应根据电压等级装设相应的金属氧化物避雷器或阀式避雷器，并且避雷器要以最短接地线与配电装置的主接地网相连[3]。另外，要注意避雷器与被保护设备之间距离必须满足最大距离要求，且保证保护范围完全覆盖被保护设备。
（3）变压器的防雷保护
变压器是变电站最为重要的设备之一，其防雷保护也是变电站防雷的关键。若变压器中性点为全绝缘，则无需采取防雷保护措施，但在变电站内只有一台变压器且进线只有一路的情况下，则需在中性点位置加装一组避雷器；若变压器中性点为分级绝缘，则必须加装与该点位绝缘等级相同的避雷装置。
3.3 接地保护措施
（1）保护接地
保护接地是变电站接地系统中最为常用的保护措施，其可分为两种情况：一是高压系统接地，即一组相连的设备利用一根引下线进行独立接地；另一种是低压系统接地。
（2）屏蔽接地
屏蔽接地的常见形式有建筑物屏蔽接地、低压电缆屏蔽层接地和弱电设备接地三种。通过屏蔽接地可显著降低来自外界的电磁干扰，并有效减少变电站内弱电设备带来的阻碍，从而保持设备本身的独立性。
（3）信号接地
在设备数据线与远距离设备通信过程中，会引起瞬时或高频电噪声，从而使信号的传输质量受到影响。所以，信号接地不可乱接，其关键是强弱电的混接处理，母线接地点要与强接地保持一定距离，且还要确保接地母线的长度合理。
4 结束语
总之，变电站的防雷与接地是一项较为复杂的系统工程。因此，在具体应用中必须结合实际情况，合理选择与应用防雷与接地保护措施，只有这样才能保证变电站的安全、稳定、可靠运行。
参考文献
[1] 阙照，任晓霞.110kV变电站防雷接地设计[J].电气制造，2013（05）.
[2] 董向征.35/10kV总降压变电站电气设计与防雷保护研究[J].价值工程，2013（12）.
[3] 黄书旭.变电站运行中的防雷措施研究[J].科技风，2013（12）.