雷电是带电荷的雷云引起的放电现象, 雷电从形式上可以分为直击雷和感应雷。直击雷直击于变电站的设备上, 可以造成线路的开断、跳闸及其他设备故障。这些设备对雷电的耐受力很低, 一旦遭受雷电损坏, 后果将不堪设想。架空路线的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电站, 它是导致变电站雷害的主要原因, 对变电站的破坏主要有对变电站的调度、载波、通信、监控设备和基本设备的危害, 若不采取防护措施, 势必造成变电站电气设备绝缘损坏, 引发事故。
变电站有两种防雷系统, 分别是一次防雷系统和二次防雷系统。当变电站的一次系统落雷时, 有两方面的影响:一是雷电流通过变电站传入大地, 在地网上产生一定大小的冲击电位, 当产生电位差时, 会对某些设备造成损坏;二是雷电流传入大地时, 在其周围会产生强大的瞬态电磁场, 损坏主控室内的弱电设备。变电站的一次、二次系统是一个相辅相成的整体, 二次系统比一次系统的耐压水平低很多。由此可见, 变电站的防护应该采取全方位的防护。
针对变电站不同的特点, 变电站总的防雷原则为外部保护、内部保护和过电压保护。三道防线相辅相成, 各尽其职, 缺一不可。应从单纯的一维防护转为三维防护, 包括:防直击雷, 防感应雷电波入侵, 防雷电电磁感应等多方面系统加以分析。
现多数防雷器的工作方式采用开路与短路两种方式。短路方式指在防雷器在遇到瞬间高电压时对地短路, 将雷电流导入大地, 进而保护变电站内的电子设备。开路是指在同样情况下开路, 从而将设备隔离。
变电站安装避雷针的原则是所有被保护的设备均应处在避雷针保护范围之内, 以免受到雷击破坏。如果避雷针与被保护设备之间绝缘不够的话, 就有可能在避雷针遭受雷击之后, 使避雷针与被保护设备之间发生放电现象。这时, 避雷针将高电位加于被保护设备之上, 造成无法弥补的损失。被保护设备与避雷针之间无放电现象的距离称为最小距离。由于变电站的配电装置跟变电站的出线的第一杆塔之间的距离比较大, 如果条件允许可将避雷线引致变电站的构架上, 这样该段的导线保护比用避雷针要经济些。
传统的建筑防雷并未考虑电子设备的保护问题, 导致许多建筑存在防雷缺陷。电子设备的防雷措施主要是靠外壳和内部机构完成, 安全率低。
变电站的防雷保护是一个系统工程, 系统的雷电防护核心是泄放和均衡。泄放指的是将雷电及雷电电脉冲拥有的能量通过大地进行泄放。在符合分层消弱的原则下, 尽可能多、尽可能远的把这些多余的能量在引入通信系统前泄放掉。均衡是指系统所在的环境和系统本身所具有的金属导电体的电位瞬态现象时基本相等, 以此保持系统内部各部不产生至损电位差。变电站传统意义上的防雷措施对建筑物的防护是有效的, 但对电子设备的防护并不理想。为了适应变电站的智能化发展需要, 必须在原防雷的基础上进一步防范。通常采取的措施包括分区防护、多重屏蔽、浮点电位牵制、三级过压保护和均衡电位等。
侵入波的防护措施主要是安装避雷器, 目前采用比较多的是氧化锌避雷器。将避雷器并联安装在被保护设备的附近, 当电压超过一定值时, 避雷器先导通放电, 从而降低了被保护设备的过压值, 进而达到保护设备的目的。
安装避雷针是防护直击雷的主要措施。对于35kV的变电站, 必须有独立的避雷针, 还要满足不发生反击的要求。当变电站变电站的电压大于110kV时, 由于此类电压的等级较高, 因此绝缘水平也要较高, 可以直接将避雷针装在配电装置上, 这样雷击避雷针时不会造成电气设备的反击事故。另外, 独立避雷针与电子设备带电部分、接地部分以及构架接地部分的空间距离至少为5m。独立避雷针的接地装置与主接地网的地中距离至少为3m。避雷针的保护范围如下。
R= (1.5h-2hx) p (式中h为避雷针的高度;p为影响系数;hx为被保护设备的高度;R为保护半径) 。
35kV架空线路应该在距离变电站1km～2km的进线端架设避雷线, 并不需要全线架设。而电压在110kV以上的架空线路需要全线架设避雷线。避雷线的保护角必须控制在20°～30°范围之内。
电压在35kV以上时, 需要在进线段架空线的连接处与电缆之间装上一组避雷器, 电缆的金属外壳要与接地端相连。在变电站的线路进口处安装一组避雷器来保护电气设备。
靠近变压器安装避雷器是变压器的基本保护措施, 它可以防止雷达波损坏绝缘设备。避雷器要尽量接近变压器, 还要减少连接线的长度。变压器的金属外壳与避雷器相连。这样就减少了雷击波对变压器的破坏机会。
为防止二次设备免遭雷击电脉冲和其它电击方式的影响和干扰, 保证二次设备的正常运行, 可以采取以下几个措施: (1) 采用多分支接地引下线, 通过接地引下线大大减小雷电流的强度; (2) 改变泄放系统的结构, 改进弱电设备的同时更好地发挥原有的屏蔽网; (3) 改善屏蔽设备; (4) 所有进出控制室的电缆都要采用屏蔽电缆。
在变电站的雷击防护满足要求之后, 还要根据情况敷设一个统一的接地网。防雷和接地都是一项非常重要的工程, 在工程设计中, 需根据各地的实际情况, 综合考虑防雷与接地, 做好防雷保护措施, 防止变电站发生雷害事故, 以保证变电站的安全可靠运行。
电力系统的防雷保护是一项比较复杂的工作, 但对变电站的安全使用, 电气设备的正常运行有着至关重要的作用, 文章通过对雷电的危害性及雷击方式进行全面介绍, 同时提出对变电站的防雷保护采取有效的措施和对策, 为设备的安全稳定运行提供有力的保障。
摘要：阐述了变电站遭受雷击的原因和分类, 分析了变电站的防雷设施现状, 进而提出对变电站的防雷保护采取有效的措施和对策, 通过保护变电站来减少和避免雷电灾害, 保护电力系统的设备, 全方位的提高电力系统的安全水平, 更好的为人类生活服务。
关键词：变电站,雷电,防雷措施
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