论文部分内容阅读
摘要：变电站的安全运行易受到自然灾害特别是雷击的影响，因此防雷是变电站的一项重要任务。文章首先分析雷电对变电站的危害，提出变电站防雷的原则，进而具体阐述户外常规变电站防雷系统设计及在具体例子中的应用。
关键词：变电站；防雷接地装置；危害；原则；系统
中图分类号：TM862文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）24－0041－02
雷击是常见的自然灾害之一，雷击所产生的影响会使变电站的电气设备绝缘性降低，设备不能正常运行，严重影响着变电站运行的安全可靠性。因此，对于变电站来说，防雷是一项重大的任务。
1雷电对变电站的危害
由于天气的变化在很大程度上影响着电网的安全运行，因此电气设备的绝缘保护是供电系统在额定电压之下正常运行的重要保证。
雷击是常见的自然灾害之一，由于雷击所产生的电压会使供配电系统中某些部分的电压超过正常数值，因此电网系统防止雷电危害显得尤为重要。通常情况下变电所雷击有两种：一是直击雷；二是感应雷。两者的特点具体如下：
直击雷：雷云直接击中电力装置时，形成强大的雷电流，雷电流在电力装置上产生较高的电压，雷电流通过物体时，将产生有破坏作用的热效应和机械效应。
感应雷：雷击防雷系统时所产生的雷电放电及电磁脉冲，以及雷电过压通过金属管道、电缆会对变电站控制室内各种弱电设备产生严重的电磁干扰，从而影响整个系统的正常运行。
大量的研究表明，当变电站防雷系统落雷时，将产生两方面的危害：第一，由于雷电流泄入大地是通过变电站内接地网（主要靠集中接地装置），因此会在地网上产生一定的冲击电位。这可能导致一些部位产生反击现象，甚至局部放电，从而导致电气设备绝缘性降低；第二，由于雷击产生的电流在经避雷接地引下线入地时，将在周围空间产生强大的暂态电磁场，从而在变电站的通讯设备、测量保护设备、电缆电线设备等部件上产生暂态电压，导致这些设备不能正常运行。
2变电站防雷的原则
针对雷击的形成特点，目前在进行防雷设计时，最基本的办法是从外部保护、内部保护及过电压保护3个方面进行防护。
2.1外部防雷
即避雷针或避雷带、避雷网引下线和接地系统构成外部防雷系统，将绝大部分雷电流直接引入地下泄散，从而保护建筑物，避免因雷击而导致火灾事故及危及人身安全的其他事故发生。
2.2内部防雷
遭受直击雷的金属体（包括接闪器、接地引下线和接地体），在接闪瞬间与大地间存在着很高的电压，这电压对与大地连接的其他金属物品发生的放电就叫反击。因此，内部防雷就是阻塞沿电源线或数据、信号线引入的过电压波。这就需要做好等电位连接，通过过电压保护器对电源线、信号线、金属管道等进行等电位连接，预防雷击事故发生。
2.3接地装置
接地是避雷技术的重要环节，不管是直击雷还是感应雷防护，都要通过接地装置导入大地，接地装置的作用是把雷电流对接闪器闪击的电荷泄入大地，使其与大地的异种电荷相中和。因此，有良好的接地是防雷的最重要的环节之一。
总之，在防雷实践中以上三道防线，缺一不可。实践中需要从防直击雷、防感应雷电波侵入、防雷电电磁感应等方面进行系统分析，在设计防雷时要从单纯的避雷针引雷入地的无源保护，转变为有源和无源防护结合的三维防护。
3常规变电站防雷系统设计
直击雷、侧击雷、感应雷防护3部分（主要是从其对雷电不同危害形式的防护功能上来加以区分）组成了现代常规变电站综合防雷系统。从防雷工程应用的实践来看，为了实现对不同雷害的防护，防雷设施必须采取接闪、分流、屏蔽、均压、接地等技术措施，从而构成一套完善的防雷系统。当前的常规变电站防雷主要是采用接地体、引下线、避雷网格、避雷带、均压环、等电位、避雷器等技术手段，进行防雷设计和应用。一般来说，从变电站防雷设计到施工分为两个阶段。
第一设计施工阶段：为了使建筑物本身避免雷电损害，并降低弱雷击时对建筑物产生的电磁效应，需要将变电站建筑工程的土建部分和直（侧）击雷防护设施同步进行施工。同时，也为做好变电站内部设备的感应雷防护奠定了基础。
第二设计施工阶段：有了第一阶段对变电站本身的防雷设计和施工，接下来就需对变电站内部的电气设备进行防雷设计，如开关柜、电容器等，也就是建筑物防雷设施的感应雷防护部分，这是变电站防雷设计和施工的第二阶段，它需要与变电站工程设备的安装同步进行。针对这一特点，在安装保护、通信设备等抗干扰（或过电压）能力比较低的电子设备前，需要对设备安装所在建筑物的直击雷防护设施的情况进行详细的了解。具体来说，应包括接闪器、网格、防雷接地体的形式及工频电阻值、动力进线形式、高低压避雷器安装、等电位连接、引下线分布等方面。此外，对于较高层建筑还需要对均压环和玻璃幕墙接地的形式及过渡电阻值等基本设计参数有详细的了解，从而正确地设计机房的位置、缆线的分布、接地系统的形式和限压分流等技术方案。只有做到具体情况具体分析，才能有效地发挥防雷设施的作用，避免设计施工的盲目性。
4户外常规变电站防雷接地实例
现以110 kV户外常规变电站防雷接地设计为例进行详细说明。
4.1变电站概况
变电站为一幢两层配电装置楼，框架结构，110 kV全部设备为户外布置，10 kV主要电气装置为户内布置。3台主变呈一字排列，互相之间用防火墙隔开，与主变相连的建筑物是两层建筑。一层主要为10 kV电气设备，二层主要为控制及保护装置，还有通信室、电池室等。
4.2变电站接地部分
该变电站地址情况较好，土壤电阻率低，室外接地体采用复合接地网添加降阻剂降低接地电阻即可。室内接地体为建筑物基础梁上的上下两层主筋，通常焊接形成闭合的基础接地网，接地体纵横交接处应可靠焊接，其经过桩柱基础时与其两条主筋焊接。室内周围各预埋一圈环行接地扁钢，环行接地扁钢与主地网连接，接地母线离地面高度300 mm，采用暗敷方式。室内所有金属构件与此环行扁钢连接。所有电缆吊架用镀锌扁钢可靠连接，并与电缆沟的接地扁钢连接。
4.3变电站防雷部分
引下线：混凝土构造柱内二主筋通常焊接为防雷引下线（根据规程要求引下线应沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不应大于25 m），其下端与地网焊接，上端伸出天面与屋面避雷带焊接，要求各引下线在经过每层纵横量及楼板时与梁或板内主筋焊接。避雷带：屋面避雷带采用φ16镀锌圆钢，沿屋脊、屋檐、墙上方敷设并焊接成闭合通路，并在屋顶组成20 cm×20 cm或24 cm×16 cm的网格，作为屋面避雷带。为防止雷电波侵入，凡进入建筑物的各种金属管道及电缆的金属外皮等均应在进出处与接地装置焊接，为防止过电压侵入低压线路，在进线总配电箱处设有SPD保护。
本工程总体原则是利用建筑物钢筋混凝土中的结构钢筋作为防雷网，将电气部分接地和防雷接地连成一起，即采用共同接地方式。这样就使建筑物内的钢筋间构成一个法拉第笼，在此笼内的电气设备和导体都与笼连接，就不会受到反击。
5结束语
综上所述，变电站应当综合考虑防雷工程的特点，结合整个变电站的周边环境（如地理位置、土质条件等），以及产品设备的运行条件要求，采取相应的防雷保护方法和策略。本着因地制宜、不同情况区别对待的原则，对不同区域的设备系统进行等电位连接和安装电源防雷装置及涌浪电压保护装置，从而实现不同层次的系统设备最大限度地达到统一的防雷目的。
参考文献
1 胡绳刚.变电站防雷浅析［J］.农村电工，2010（10）
Substation Lightning Protection Measures
Xu Jiehua
Abstract: The safe operation of the substation vulnerable to natural disasters, particularly the impact of lightning, so lightning is an important task for the substation. The article first analyzes the dangers of lightning to the substation, proposed substation lightning protection principles, and then specifically addressed conventional outdoor substation lightning protection system design and in the specific example of the application.
Key words: substation; lightning protection and grounding equipment; hazards; principles; system
关键词：变电站；防雷接地装置；危害；原则；系统
中图分类号：TM862文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）24－0041－02
雷击是常见的自然灾害之一，雷击所产生的影响会使变电站的电气设备绝缘性降低，设备不能正常运行，严重影响着变电站运行的安全可靠性。因此，对于变电站来说，防雷是一项重大的任务。
1雷电对变电站的危害
由于天气的变化在很大程度上影响着电网的安全运行，因此电气设备的绝缘保护是供电系统在额定电压之下正常运行的重要保证。
雷击是常见的自然灾害之一，由于雷击所产生的电压会使供配电系统中某些部分的电压超过正常数值，因此电网系统防止雷电危害显得尤为重要。通常情况下变电所雷击有两种：一是直击雷；二是感应雷。两者的特点具体如下：
直击雷：雷云直接击中电力装置时，形成强大的雷电流，雷电流在电力装置上产生较高的电压，雷电流通过物体时，将产生有破坏作用的热效应和机械效应。
感应雷：雷击防雷系统时所产生的雷电放电及电磁脉冲，以及雷电过压通过金属管道、电缆会对变电站控制室内各种弱电设备产生严重的电磁干扰，从而影响整个系统的正常运行。
大量的研究表明，当变电站防雷系统落雷时，将产生两方面的危害：第一，由于雷电流泄入大地是通过变电站内接地网（主要靠集中接地装置），因此会在地网上产生一定的冲击电位。这可能导致一些部位产生反击现象，甚至局部放电，从而导致电气设备绝缘性降低；第二，由于雷击产生的电流在经避雷接地引下线入地时，将在周围空间产生强大的暂态电磁场，从而在变电站的通讯设备、测量保护设备、电缆电线设备等部件上产生暂态电压，导致这些设备不能正常运行。
2变电站防雷的原则
针对雷击的形成特点，目前在进行防雷设计时，最基本的办法是从外部保护、内部保护及过电压保护3个方面进行防护。
2.1外部防雷
即避雷针或避雷带、避雷网引下线和接地系统构成外部防雷系统，将绝大部分雷电流直接引入地下泄散，从而保护建筑物，避免因雷击而导致火灾事故及危及人身安全的其他事故发生。
2.2内部防雷
遭受直击雷的金属体（包括接闪器、接地引下线和接地体），在接闪瞬间与大地间存在着很高的电压，这电压对与大地连接的其他金属物品发生的放电就叫反击。因此，内部防雷就是阻塞沿电源线或数据、信号线引入的过电压波。这就需要做好等电位连接，通过过电压保护器对电源线、信号线、金属管道等进行等电位连接，预防雷击事故发生。
2.3接地装置
接地是避雷技术的重要环节，不管是直击雷还是感应雷防护，都要通过接地装置导入大地，接地装置的作用是把雷电流对接闪器闪击的电荷泄入大地，使其与大地的异种电荷相中和。因此，有良好的接地是防雷的最重要的环节之一。
总之，在防雷实践中以上三道防线，缺一不可。实践中需要从防直击雷、防感应雷电波侵入、防雷电电磁感应等方面进行系统分析，在设计防雷时要从单纯的避雷针引雷入地的无源保护，转变为有源和无源防护结合的三维防护。
3常规变电站防雷系统设计
直击雷、侧击雷、感应雷防护3部分（主要是从其对雷电不同危害形式的防护功能上来加以区分）组成了现代常规变电站综合防雷系统。从防雷工程应用的实践来看，为了实现对不同雷害的防护，防雷设施必须采取接闪、分流、屏蔽、均压、接地等技术措施，从而构成一套完善的防雷系统。当前的常规变电站防雷主要是采用接地体、引下线、避雷网格、避雷带、均压环、等电位、避雷器等技术手段，进行防雷设计和应用。一般来说，从变电站防雷设计到施工分为两个阶段。
第一设计施工阶段：为了使建筑物本身避免雷电损害，并降低弱雷击时对建筑物产生的电磁效应，需要将变电站建筑工程的土建部分和直（侧）击雷防护设施同步进行施工。同时，也为做好变电站内部设备的感应雷防护奠定了基础。
第二设计施工阶段：有了第一阶段对变电站本身的防雷设计和施工，接下来就需对变电站内部的电气设备进行防雷设计，如开关柜、电容器等，也就是建筑物防雷设施的感应雷防护部分，这是变电站防雷设计和施工的第二阶段，它需要与变电站工程设备的安装同步进行。针对这一特点，在安装保护、通信设备等抗干扰（或过电压）能力比较低的电子设备前，需要对设备安装所在建筑物的直击雷防护设施的情况进行详细的了解。具体来说，应包括接闪器、网格、防雷接地体的形式及工频电阻值、动力进线形式、高低压避雷器安装、等电位连接、引下线分布等方面。此外，对于较高层建筑还需要对均压环和玻璃幕墙接地的形式及过渡电阻值等基本设计参数有详细的了解，从而正确地设计机房的位置、缆线的分布、接地系统的形式和限压分流等技术方案。只有做到具体情况具体分析，才能有效地发挥防雷设施的作用，避免设计施工的盲目性。
4户外常规变电站防雷接地实例
现以110 kV户外常规变电站防雷接地设计为例进行详细说明。
4.1变电站概况
变电站为一幢两层配电装置楼，框架结构，110 kV全部设备为户外布置，10 kV主要电气装置为户内布置。3台主变呈一字排列，互相之间用防火墙隔开，与主变相连的建筑物是两层建筑。一层主要为10 kV电气设备，二层主要为控制及保护装置，还有通信室、电池室等。
4.2变电站接地部分
该变电站地址情况较好，土壤电阻率低，室外接地体采用复合接地网添加降阻剂降低接地电阻即可。室内接地体为建筑物基础梁上的上下两层主筋，通常焊接形成闭合的基础接地网，接地体纵横交接处应可靠焊接，其经过桩柱基础时与其两条主筋焊接。室内周围各预埋一圈环行接地扁钢，环行接地扁钢与主地网连接，接地母线离地面高度300 mm，采用暗敷方式。室内所有金属构件与此环行扁钢连接。所有电缆吊架用镀锌扁钢可靠连接，并与电缆沟的接地扁钢连接。
4.3变电站防雷部分
引下线：混凝土构造柱内二主筋通常焊接为防雷引下线（根据规程要求引下线应沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不应大于25 m），其下端与地网焊接，上端伸出天面与屋面避雷带焊接，要求各引下线在经过每层纵横量及楼板时与梁或板内主筋焊接。避雷带：屋面避雷带采用φ16镀锌圆钢，沿屋脊、屋檐、墙上方敷设并焊接成闭合通路，并在屋顶组成20 cm×20 cm或24 cm×16 cm的网格，作为屋面避雷带。为防止雷电波侵入，凡进入建筑物的各种金属管道及电缆的金属外皮等均应在进出处与接地装置焊接，为防止过电压侵入低压线路，在进线总配电箱处设有SPD保护。
本工程总体原则是利用建筑物钢筋混凝土中的结构钢筋作为防雷网，将电气部分接地和防雷接地连成一起，即采用共同接地方式。这样就使建筑物内的钢筋间构成一个法拉第笼，在此笼内的电气设备和导体都与笼连接，就不会受到反击。
5结束语
综上所述，变电站应当综合考虑防雷工程的特点，结合整个变电站的周边环境（如地理位置、土质条件等），以及产品设备的运行条件要求，采取相应的防雷保护方法和策略。本着因地制宜、不同情况区别对待的原则，对不同区域的设备系统进行等电位连接和安装电源防雷装置及涌浪电压保护装置，从而实现不同层次的系统设备最大限度地达到统一的防雷目的。
参考文献
1 胡绳刚.变电站防雷浅析［J］.农村电工，2010（10）
Substation Lightning Protection Measures
Xu Jiehua
Abstract: The safe operation of the substation vulnerable to natural disasters, particularly the impact of lightning, so lightning is an important task for the substation. The article first analyzes the dangers of lightning to the substation, proposed substation lightning protection principles, and then specifically addressed conventional outdoor substation lightning protection system design and in the specific example of the application.
Key words: substation; lightning protection and grounding equipment; hazards; principles; system