电能作为工业动力和低碳环保的能源,随着社会经济的发展、科技创新和人们的生活对其依赖性也越来越大,对电力系统运行的稳定性和可靠性也越来越高,也就是要求电能作为产品既要保质保量,又要连续不间断地供给。这就需要整个电力系统应尽量减少事故发生,而在整个电力系统中,变电场所是其主要的环节之一,一旦发生事故,电力系统便无正常运行可言。在电力系统事故中,雷击事故是自然灾害,破坏作用巨大,尤其在变电场所中发生的概率较大,因此,必须加强变电场所雷电防护问题的认识与研究。
作为电力系统中的设备,其绝缘都是按正常运行进行设计的,理应在额定电压下才能保证其正常工作,但是由于雷击的原因,供配电系统中某些部分的电压会大大超过正常状态下的数值,如不加以防护,会对相应的电气设备形成毁灭性的打击。通常情况下变电场所遭受雷击有两种形式:一是设备遭受直接的雷击;二是变电场所之外的架空线路,在遭受雷击后形成的雷电波沿线路侵入变电设备。即:直击雷过电压、感应过电压。
针对雷击破坏的形式和变电场所在电力系统中的重要作用,其总的防雷思路应该是多头联动,综合防范,摒弃传统的只从单纯的一维防护思维即避雷针引雷入地下手,应转为三维预防,即防直击雷、防感应雷电波、防雷电电磁感应等。这就要求一是将大部分雷电流引入地下,形成强有力的外部保护;二是采用内部保护阻止沿电源线或数据信号线引入的雷电波;三是采用过电压保护措施限制被保护设备上浪涌过压幅值。
为实现以上防雷思路,在使用的设备上目前采用的主要有:构建外部防雷系统,包括安装避雷针或避雷带、避雷网引下线和接地系统;构建内部保护和过电压保护,包括实施等电位连接,即将电源线、信号线、金属管道等都通过过电压保护器进行等电位连接,各个内层保护区的界面处同样要依此进行局部等电位连接,各个局部等电位连接棒互相连接,并最后与主等电位连接棒相连,以形成有效的闭环。
装设避雷针是变电场所防范直击雷的常用措施,它可以保护电气设备和建筑物免遭直接雷击,其核心原理是把雷电引到避雷针上并通过相应的避雷体将雷电流引入大地。
在设计上,要特别注意避雷针保护范围要能覆盖所有的变电场所设备。避雷针可独立架杆,也可以利用户外配电装置的构架装设。
架空避雷线的装设可以作为变电所进出线段的防雷保护,从而避免雷电冲击波沿高压线路侵入变电场所损坏变电设备。
变电场所的进出线段通过安装的架空避雷线在一定程度上避免了雷电冲击波对其设备的影响,但在其他未覆盖段的雷电波仍会沿线路传入变电场所内,其过电压对设备仍有一定危害,故在变压器母线上,还应装设一组阀型避雷器进行保护。阀型避雷器的主要部件为火花间隙及非线性电阻。对较大容量的变电设备,目前在工程上采用较多的SFZ系列阀型避雷器;对小容量的配电设备,则只需要选用FS系列阀型避雷器即可满足防雷要求。
在多雷区,变压器低压侧也应该安装避雷器,以避免雷电波沿低压线路侵入对电力变压器绝缘造成损坏。对低压侧中性点不接地的变压器系统,可在中性点装设阀式避雷器,也可装设保护间隙或者金属氧化物避雷器。需要注意的是,防雷系统使用的各种钢材都应该镀锌防锈,同时采取焊接进行可靠连接。装设避雷器时,要尽可能靠近变压器安装,还要尽量减少连线的长度,从而减少雷电电流在连接线上的压降,保证防雷效果。
变电场所按技术要求装设好防雷保护设施后,还要根据安全和可靠的原则装设一个统一的防雷接地网,然后通过接地体和避雷设备进行可靠的连接。
在具体的设计施工上,要注意避雷针接地引下线埋在地中部分,与配电装置构架的接地导体埋在地中部分在土壤中的距离应不小于3米,变电场所电气设备的接地部分若采用水平接地极为主的人工接地网,其水平接地极应采用扁钢,垂直接地极采用角钢,垂直接地极间距应在5m~6m之间,主接地网接地装置电阻应不大于4Ω,主接地网应埋于冻土层1m以下。
随着科技的进步,各种防雷措施和技术也越来越完善,变电场所完备的防雷系统,已经能够较好的避免各种状况下的直击雷的破坏,但防雷系统在进行雷电防护时所产生的雷击放电及电磁脉冲,并由此可能产生的雷击过电压,都会通过变电场所的各种金属物件和连接体对变电场所的各种二次弱电设备带来不可忽视的电磁冲击,从而对变电场所整体的安全可靠运行带来较大的影响,这就需要对雷电感应也采取强有力的防范措施,才能够说得上是完备的防雷系统。
防止雷电感应的具体做法根据工程现场状况有很多方式,如利用多分支接地引线,以分化引线雷电流,减少雷电感应的影响;改善汇流系统的结构,减少引下线对弱电设备的感应;出入控制室的电缆一律采用屏蔽电缆,在控制室和通信室架设等电位汇流牌,所有电气设备的外壳均与等电位汇流牌做可靠的金属连接,等等。通过这些措施,即可较为有效地防范雷电感应对变电场所设备的影响。
总而言之,变电场所的防雷是电力系统安全可靠运行的关键环节,必须引起高度重视,虽然目前的各种防雷技术理论和措施都较先进和完善,但还是有些技术细节未能尽善尽美,以至于在个别地方难免防不胜防,还需要不断加以研究和创新,以最大限度地减少自然灾害对电力系统运行的影响,确保国家经济建设健康稳步发展。
摘要：变电场所的防雷是电力系统安全可靠运行的关键环节,必须引起高度重视,虽然目前的各种防雷技术理论和措施都较为完善和可靠,但还是有些技术细节未能尽善尽美,以至于在个别地方难免防不胜防,还需要不断研究和创新。本文从变电场所遭受雷击的主要形式、变电场所防雷的基本思路、变电场所防雷保护的具体措施等方面对其防雷问题在理论和技术细节上进行了较为全面有新意的探析。
关键词：变电场所,防雷技术,研究
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