雷電侵入波對(duì)變電站安全運(yùn)行的影響及防護(hù)技術(shù)研究

陳星宇 黃利天

（國(guó)網(wǎng)義烏市供電公司，浙江 金華322000）

0 引言

近年來(lái)，因雷電波侵入造成的變電站電力設(shè)施、電氣設(shè)備損壞的事件時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重威脅了變電站的安全運(yùn)行。變電站作為供電系統(tǒng)的一個(gè)重要樞紐，一旦發(fā)生雷害事故，就會(huì)給社會(huì)生產(chǎn)和人們生活造成很大的不便，因此必須將其作為防雷保護(hù)重點(diǎn)。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，變電站中應(yīng)用了大量的電子設(shè)備，這在一定程度上增加了變電站遭受雷害事故的幾率，因此必須足夠重視變電站防雷技術(shù)。

1 雷電侵入波的概念

雷電以直擊、靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)等方式通過(guò)高壓輸電線路、配電線路、電纜線、通信線路、金屬設(shè)備等途徑侵入到變電站中，對(duì)變電站的安全運(yùn)行造成威脅。由于管線一般都比較長(zhǎng)，且上面分布的電感和電容削減了雷電的傳播速度，因此以波傳輸?shù)睦碚搧?lái)對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行定義，稱作雷電波。

2 雷電侵入波對(duì)變電站安全運(yùn)行的影響分析

雷電波一旦侵入，若侵入點(diǎn)較遠(yuǎn)，侵入電壓不高，可能會(huì)造成電子設(shè)備損壞，引起大面積停電事故；若侵入點(diǎn)較近，雷電波沿著輸電線路傳遞到變電站，而在站內(nèi)設(shè)備上產(chǎn)生雷擊過(guò)電壓，就會(huì)引起絕緣損壞，造成短路，極容易導(dǎo)致設(shè)備損壞和起火，使整個(gè)變電站發(fā)生漏電甚至火災(zāi)，嚴(yán)重性可想而知。另外，雷電侵入波在傳輸過(guò)程中會(huì)通過(guò)很多不同參數(shù)的線路端點(diǎn)，這些點(diǎn)的波阻抗都不同，雷電波會(huì)發(fā)生反射和折射，使電壓有所升高，加大對(duì)設(shè)備的危害。要研究雷電侵入波的防護(hù)技術(shù)，必須掌握雷電波的侵入途徑和影響因素。

雷電對(duì)變電站的危害可通過(guò)雷電直擊、雷電繞擊、雷電反擊和感應(yīng)過(guò)電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。雖然雷電直接擊中關(guān)鍵設(shè)備對(duì)變電站造成的危害最為直接和嚴(yán)重，但變電站關(guān)鍵設(shè)備一般都設(shè)置有避雷針，直接造成傷害的可能性較小，且不是本文探討的內(nèi)容，不再贅述。值得注意的是，雷電通過(guò)直擊或繞擊擊中的是金屬導(dǎo)線，這時(shí)，金屬導(dǎo)線可獲得達(dá)200～300kA的超大電流，這種電流通過(guò)極高的速度以雷電波的形式向著線路延伸方向移動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)變電站設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重危害，這就是雷電波產(chǎn)生和侵入的方式之一。例如下雨前的干燥土壤，電阻率相對(duì)較高，而地下所埋電纜的電阻率是非常低的，這塊土壤就非常容易受到雷電直擊或繞擊，產(chǎn)生的雷電波再沿導(dǎo)線入侵變電站，就會(huì)造成事故。

另外就是雷電反擊產(chǎn)生的雷電波，這種雷電波不是直接產(chǎn)生，而是當(dāng)雷電擊中了地表的一些突出物時(shí)，這個(gè)區(qū)域地網(wǎng)電位急劇上升，而假設(shè)附近有電纜線，因其延伸較遠(yuǎn)所以電位較低，因此這個(gè)區(qū)域與電纜線就會(huì)產(chǎn)生非常大的電位差。當(dāng)這個(gè)電位差足夠大時(shí)，就能擊穿土壤和電纜絕緣層，引起的雷電波超過(guò)容許值時(shí)，就很容易導(dǎo)致與輸電線路相連的電氣設(shè)備受損。

還有就是感應(yīng)雷。感應(yīng)雷的破壞原理是電能通過(guò)電磁感應(yīng)或靜電感應(yīng)方式輻射，使電子設(shè)備產(chǎn)生了感應(yīng)過(guò)電壓放電，造成電子設(shè)備大面積受損。靜電感應(yīng)如雷云與導(dǎo)體之間普遍存在著異號(hào)電位，導(dǎo)體存在與雷云相反的等量電荷，這部分電荷是相當(dāng)大的。而當(dāng)雷擊發(fā)生后（假設(shè)雷擊點(diǎn)為地表），這個(gè)雷擊點(diǎn)相對(duì)其他的位置為空穴電位，周圍的電荷則集體向該點(diǎn)涌過(guò)來(lái)，就會(huì)造成設(shè)備起火，絕緣層燒損，且極易導(dǎo)致電子設(shè)備失效。

3 雷電侵入波的防護(hù)技術(shù)

3．1 戶外防雷措施要到位且具有針對(duì)性

避雷針或避雷線是很好的防直擊雷的避雷設(shè)備，但避雷針不能盲目架設(shè)，假設(shè)避雷針距離變電站過(guò)近，就很容易造成雷電反擊，也會(huì)引發(fā)事故。同時(shí)，不同的變電站應(yīng)有針對(duì)性地設(shè)置不同特性的避雷線，一則減少投資，二則達(dá)到更好的防雷效果。如35kV變電站只需在進(jìn)出線段架設(shè)1～2km的避雷線，而750kV超高壓線路絕緣水平較高，避雷線發(fā)生反擊的可能性較低，但因線路桿塔較高，易發(fā)生繞擊，還是會(huì)形成侵入波，必須另增加防雷設(shè)備，確保雷電侵入時(shí)過(guò)電壓不超過(guò)絕緣水平，高壓輸電變電站需采用架構(gòu)避雷針，并裝設(shè)集中接地裝置。除此之外，當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件也應(yīng)納入考慮范圍。對(duì)于受雷擊較少的地域或雷云形成機(jī)會(huì)不大的地域，應(yīng)結(jié)合地域特性設(shè)置不同的避雷方法。假定一個(gè)地區(qū)本身受雷擊概率很小，但因增加避雷針后，受雷擊概率大大增加了，這樣不但增加了投資成本，且對(duì)預(yù)防雷擊反倒產(chǎn)生了副作用，這就需要結(jié)合具體情況另作考慮，或酌情采用其他方式避雷，或設(shè)置多條引下線分流來(lái)緩解雷擊帶來(lái)的損害。

避雷器是防止感應(yīng)雷和輸電線路雷電侵入波的有效設(shè)備?，F(xiàn)代的避雷器已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，如金屬氧化物避雷器便是性能較好的品種。變電站周圍的各種輸電線路中，以35kV以下的輸電線路最容易發(fā)生雷電侵入，因此對(duì)變電站外圍輸電線路增加保護(hù)設(shè)施變得非常重要，避雷器就能夠起到這種作用，其可結(jié)合架空避雷線使用，避雷線兩端配管型避雷器。而對(duì)于低壓如10kV輸電線路，則應(yīng)于每條進(jìn)線采用一組閥型或氧化鋅型避雷器來(lái)防護(hù)。

3．2 變電站內(nèi)要有防雷措施

高壓室、主控室、通訊室等是組成一個(gè)變電站的主要職能室，當(dāng)然這些建筑是處于戶外防護(hù)措施保護(hù)范圍內(nèi)的，設(shè)計(jì)施工時(shí)就應(yīng)考慮它的女兒墻、防雷網(wǎng)、鋼筋布置等特殊性，形成如法拉第籠等類型的屏蔽系統(tǒng)。另外，這些建筑物內(nèi)的照明、設(shè)備用電、通訊用電電纜一般是通過(guò)地下電纜溝或豎井引入的，而整個(gè)建筑包括門窗、幕墻、燈線、管道等都應(yīng)是接地良好的，接入的電纜兩端一般也要進(jìn)行屏蔽接地處理，將地網(wǎng)與站內(nèi)的主接地網(wǎng)相連，以避免各地網(wǎng)在內(nèi)外過(guò)電壓時(shí)產(chǎn)生的電位差造成對(duì)耐受水平低的電子設(shè)備的反擊。

3．3 加強(qiáng)進(jìn)出所有管線的管理

以導(dǎo)體為材質(zhì)的水管、氣管、油管、電源線、通訊線等管線是引發(fā)雷電波入侵的主要途徑，因此所有管類應(yīng)直埋進(jìn)站，增加與地網(wǎng)的連接點(diǎn)。通訊線路應(yīng)穿管直埋入站，同時(shí)經(jīng)避雷器后才能引入機(jī)房。直接與配電屏相連的控制電纜必須采用屏蔽電纜，且其金屬保護(hù)層和備用芯都要接地。配電屏、端子箱、匯控柜等都不應(yīng)安裝在避雷器或避雷針的主要散流接地區(qū)域附近。

3．4 特殊設(shè)備特殊處理

對(duì)于微電子設(shè)備，它的工作電壓低、擊穿功率小，因此需要進(jìn)行特殊處理。首先在采購(gòu)該套設(shè)備之前，應(yīng)和供應(yīng)商仔細(xì)商榷設(shè)備使用地點(diǎn)和要求等。其次，通過(guò)增加屏蔽層數(shù)，利用建筑物的鋼筋屏蔽籠和配電屏金屬外殼及設(shè)備自帶金屬外殼多重屏蔽增加效果。另外，采取三級(jí)過(guò)壓保護(hù)，這三級(jí)指的是供配電系統(tǒng)內(nèi)低壓出口一級(jí)保護(hù)、配電柜分路出口二級(jí)保護(hù)、設(shè)備UPS電源出口三級(jí)保護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

雷電侵入波不僅會(huì)對(duì)設(shè)備造成巨大傷害，也會(huì)大大影響到整個(gè)區(qū)域的供電效果和人們的工作、生活。變電系統(tǒng)的復(fù)雜性決定了雷電侵入波產(chǎn)生和影響的多樣性，僅憑只言片語(yǔ)是無(wú)法全面解決這方面問(wèn)題的，我們?nèi)孕璨粩嘌芯坷纂娗秩氩ǖ奶匦裕浞终莆崭鱾€(gè)變電站的具體情況，才能制定出更為合理的防護(hù)措施。

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［2］張小青．建筑物內(nèi)電子設(shè)備的防雷保護(hù)［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2000

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