变电站防雷接地技术 马春玲
发表时间：2018-09-18T18:58:15.447Z 来源：《基层建设》2018年第25期 作者： 马春玲
[导读] 摘要：本文就以福建省国投湄洲湾煤炭码头一期工程110KV变电站为研究对象，实现对此110KV变电站的接地保护设计。
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摘要：本文就以福建省国投湄洲湾煤炭码头一期工程110KV变电站为研究对象，实现对此110KV变电站的接地保护设计。以国家《防雷接地标准》为依据且结合变电站具体情况，对变电站的防雷接地进行保护设计具有一定代表性。
关键词：变电站；直击雷防护；雷电侵入波防护；接地保护
1 绪论
针对福建省国投湄洲湾煤炭码头一期工程110KV变电站进行防雷接地保护设计；根据变电站国家防雷接地标准结合110KV变电站电气接线图以及具体情况，学习利用各种防雷接地装置等，实现对变电站的直击雷防护、雷电侵入波防护以及变电站的接地保护设计。
2 变电站的防雷保护
2.3 变电站的直击雷保护
独立避雷针宜设独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区其工频接地电阻不宜超过10Ω。当有困难时该接地装置可与主接地网连接，使两者的接地电阻都得到降低。独立避雷针不应设在人经通行的地方，避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜小于3m否则应采取
均压措施或铺设砾石或沥青地面。
变电站装设避雷针时，应该使站内设备都处于避雷针保护范围之内。对于110KV及以上的变电站，由于此类电压等级配电装置的绝缘水平较高，可以将避雷针直接装设在配电装置的架构上，因此雷击避雷针所产生的高电位不会造成电气设备的反击事故。
2.4 变电站的侵入波保护
变电站中限制侵入波的主要设备是避雷器，它接在变电站的母线上，与被保护设备相并联，并使所有设备受到可靠保护。
2.4.1 雷电保护措施
变电站配电装置对侵入雷电波的过电压保护是采用氧化锌避雷器及与氧化锌避雷器相配合的进线保护段等保护措施。
2.4.2 变压器的防雷保护
变压器是变电站最重要的电器设备，但由于其绝缘较为薄弱，因而必须对变压器装设防雷保护。
2.5 变电站的进线段保护
要限制流经避雷器的雷电电流幅值和雷电波的波度，就必须对变电站进线实施保护。当线路上出现过电压时将有行波导线向变电站运动，起幅值为线路绝缘的50%冲击闪络电压，线路的冲击耐压比变电站设备的冲击耐压要高很多。因此在接近变电站的进出线上加装避雷
线是防雷的主要措施。侵入变电站的雷电过电压波主要来自进线段外，并经过1～2km线路的冲击电晕影响，不但削弱了侵入波的幅值和陡
度，而且因进线段波阻抗的作用，也限制了通过避雷器的雷电流，使其不超过规定值保证了避雷器的良好配合，这一措施就是变电站进线
段保护。
2.6 避雷针与避雷线的保护范围的计算
雷击只能通过拦截导引措施改变其入地路径。变电站装设避雷针时应该使站内设备都处于避雷针保护范围之内。对于110KV及以上的变电站，由于此类电压等级配电装置的绝缘水平较高，可以将避雷针直接装设在配电装置的架构上，因此雷击避雷针所产生的高电位不会
造成电气设备的反击事故。
2.6.1 110KV变电站年预计雷击次数N
由于110KV变电站，占地面积长100m，宽40m，变电站的最高点高度为20m，地年平均雷电日为80，故有：
即该变电站可能平均运行9年就要遭受一次雷击。
2.6.2 避雷针的保护范围
装设避雷针应该使变电站的所有设备和构筑物处于保护范围内。避雷针的设计一般有以下两种类型：单支避雷针和两针或多支避雷针的保护。
（1）设避雷针的高度为h（m），被保护物体的高度为hx（m），则避雷针的有效高度为ha=h-hx，在hx高度上避雷针保护范围的半径rx（m）由以下公式计算：
当hx≥h/2时：
rx=（h-hx）p=ha p （2.1）
当hx rx=（1.5h-2hx）p （2.2） 式中 p——高度校验系数； 当h≤30m时p=1；当30m 从避雷针顶尖向下作45°斜线，此斜线旋转而成的锥体，构成bx≥h/2时的保护范围。从地平面距离避雷针1.5h处向避雷针0.75h高处作连线，此连线旋转成的锥体，构成hx （2）工程上多采用两支以及多支避雷针以扩大保护范围。 ①等高避雷针的联合保护范围要比两针各自保护范围的和要大。避雷针的外侧保护范围同样可以由公式2.1和2.2确定，而击于两针之间单针保护范围边缘外侧的雷，可能被相邻避雷针吸引而击于其上，从而使两针间保护范围加大，保护最底点高度：H0=h-d/7p ②避雷针保护宽度xb。 两等高h避雷针间保护范围的一侧最小宽度bx与D/hap的关系确定。当bx＞rx时取bx=rx。求得bx后可绘出两针间的保护范围。两针间距离与针高之比D/h不宜大于5。 （3）防雷措施总体概括为2种： ①避免雷电波的进入； ②利用保护装置将雷电波引入接地网。 3 变电站的防雷接地 接地装置的设计对于电力系统的安全运行至关重要。变电站接地包含工作接地、保护接地、雷电保护接地。工作接地即为电力系统电气装置中为运行需要所设的接地；保护接地即为电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等，由于绝缘损坏有可能带电，为防止 其危及人身和设备的安全而设的接地；雷电保护接地即为为雷电保护装置向大地泄放雷电流而设的接地。变电站接地网安全除了对接地阻 抗有要求外还对地网的结构、使用寿命、跨步电位差、接触电位差、转移电位危害等提出了较高的要求。 3.1 接地概述 接地就是将电力或建筑电气装置、设施中某些导电部分经接地线接至接地极。接地根据工作内容划分为以下几种： （1）工作接地；（2）防雷接地；（3）安全接地 3.2 接地电阻 大地并非理想的导体它具有一定的电阻率。接地电阻就是电流由接地装置流入大地再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻，它包括接地线和接地体本身的电阻、接地体与大地的电阻之间的接触电阻以及两接地体之间大地的电阻或接地体到无限大远处的大地 电阻。 （1）《电力设备接地设计技术规程》中对接地电阻值有具体的规定，一般不大于0.5Ω。在高土壤电阻率地区当接地装置要求做到规定的接地电阻在技术经济上极不合理时，大接地短路电流系统接地电阻允许达到5Ω，但应采取措施如防止高电位外引采取的电位隔离措施， 验算接触电势，跨步电压等。根据规程规定主要是以发生接地故障时，接地电位的升高不超过2000V进行控制，其次以接地电阻不大于0.5Ω 和5Ω进行要求。 （2）接地短路电流分析当系统发生接地故障时，产生的接地短路电流经三种途径流入系统接地中性点。a.经架空地线至杆塔系统；b.经设备接地引下线，地网流入本站内变压器中性点；c.经地网入地后通过大地流回系统中性点。 3.2 变电所接地装置 接地装置是由埋入地中的接地体和连接接地体与电气设备金属外壳的导线所组成的装置。 接地设计首先根据项目要求确定接地设计原则：根据地网的类型、目的、接地要求进行设计。 如主要用于防雷接地的地网，其接地线长度应满足L<2ρ；主要用于短路电流泄流保护的地网可以不受上述限制，在高土壤电阻率地区甚至可以在2km范围内补充外引接地体；接地网布置类型多样：水平、垂直布置，长孔、方孔接地网其计算工频接地电阻的方法也不同。 3.3 变电站的接地原则 变电站接地网设计时应遵循以下原则： 1. 尽量采用建筑物地基的钢筋和自然金属接地物统一连接地来作为接地网； 2. 尽量以自然接地物为基础，辅以人工接地体补充，外形尽可能采用闭合环形； 3. 应采用统一接地网，用一点接地的方式接地。 参考文献： [1]万宏伟. 变电站的防雷措施[J]. 农村电工，2010 [2]陶克非. 变电站的防雷接地技术[J]. 电工技术．2004
