普通變電站防雷-接地電氣安全措施和應(yīng)用

1、普通變電站防雷接地電氣安全措施和應(yīng)用【摘要】：電氣化作為現(xiàn)代化的一個基本標(biāo)準(zhǔn)，電 氣安全既關(guān)系到國防、經(jīng)濟(jì)民生又關(guān)系到人的生命安全。防 雷、接地保護(hù)是關(guān)系電氣安全的兩個基本方面，不能一味墨 守成規(guī)要結(jié)合本地區(qū)實(shí)際情況，多手段相結(jié)合，采取最有效 最經(jīng)濟(jì)的措施。本文是從防雷、接地角度來闡說如何對普通 變配電所進(jìn)行安全防護(hù)。一定程度上用避雷網(wǎng)、避雷針來改 變“云一地”擊穿隨意，達(dá)到保護(hù)的目的。【關(guān)鍵詞】：雷電流、避雷原理和接地、浪涌保護(hù) 器、接觸電壓中圖分類號：s761文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a0、引言當(dāng)今社會是以信息技術(shù)和各基礎(chǔ)學(xué)科分支和融合，以自 動化、智能化多功能化為趨勢而一切均建立在安全可靠的電 力系統(tǒng)

2、前提下，美國東部2003年大停電、前不久的印度全 國大停電都給國家經(jīng)濟(jì)造成巨大的影響，足見可靠安全的電 力環(huán)境之重要。而電力系統(tǒng)防雷和接地保護(hù)是提高系統(tǒng)安全 性的主要措施。1、變電站安裝防雷接地保護(hù)中的重要性變配電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，一旦發(fā)生雷擊事 故，將造成大面積停電，會對電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行造成較大的危害, 影響著國民經(jīng)濟(jì)和人民生命的安全。在變電站的設(shè)計過程 中，保護(hù)變電站的設(shè)備安全，提高其供電可靠性，優(yōu)化防雷 接地設(shè)計方案，加強(qiáng)變電站的防雷接地安全措施，最大程度 的減少雷擊事故發(fā)生，有著極其重要的意義。1.1防雷接地保護(hù)的重要性雷電是自然界中最大的氣體放電現(xiàn)象，從電氣角度分 析：雷電放電

3、能引起電力系統(tǒng)中很高的雷電過電壓，巨 大的雷電電流能可能使被擊物炸毀、燃燒或?qū)w熔斷。遭受 雷擊的途徑：一是雷直擊于變電站的設(shè)備上；二是各類架空 線路的雷電感應(yīng)過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線 路侵入到變電站。防雷措施對策一般可分為：(1)阻止雷電波 的進(jìn)入；(2)利用保護(hù)裝置把雷電波導(dǎo)入到接地網(wǎng)中。變電站實(shí)現(xiàn)了綜合自動化是傳統(tǒng)變電站二次系統(tǒng)的重 大變革，其裝置形式、功能配置以及操作方法都發(fā)生了根本 性變化。利用微機(jī)和大規(guī)模集成電路裝置組成的自動化系 統(tǒng)，可用于控制、監(jiān)測、保護(hù)、通信等等。但是，由于這類 裝置使用了超大規(guī)模集成電路，運(yùn)行電壓只有數(shù)伏、信號電 流僅為微安級的微機(jī)裝置，相比于傳

4、統(tǒng)的電磁式的各類保護(hù) 裝置，設(shè)備的耐熱性能要差，對尖峰脈沖的耐受能力比較脆 弱，特別是雷擊過電壓的暫態(tài)沖擊會通過變電站的電源線引 入，從而引起瞬態(tài)過電壓，如果不經(jīng)處理，就會引起二次設(shè) 備的損壞。防雷保護(hù)要根據(jù)現(xiàn)場常見的雷擊形式、頻率、強(qiáng)度以及 被保護(hù)設(shè)施的重要性、特點(diǎn)等，選擇安裝適宜的保護(hù)裝置。 變電所地域相對集中一旦因雷電過電壓發(fā)生擊穿后果十分 嚴(yán)重。接地是避雷技術(shù)很重要的環(huán)節(jié)，變電站接地系統(tǒng)的合理 與否，直接關(guān)系到人身和設(shè)備安全，不管是直擊雷、感應(yīng)雷 或其它形式的雷，采用了何種類型的防雷設(shè)備，都要求接地 能將雷電流盡快導(dǎo)入大地。因此沒有合理而良好的接地裝 置，就不能有效地防雷。隨著電力系統(tǒng)

5、規(guī)模的不斷擴(kuò)大，接 地系統(tǒng)的設(shè)計越來越復(fù)雜。變電站接地網(wǎng)除了要求對地阻抗 小，還對接地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、使用壽命等提出了較高的要求。變 電站對于直擊雷的保護(hù)一般采取裝設(shè)避雷針或采用沿變電 站進(jìn)線段一定距離內(nèi)架設(shè)避雷線，吸引雷電擊向自身，減低 雷擊點(diǎn)的過電壓。1.2防雷接地保護(hù)的研究現(xiàn)狀雷電是大自然最宏偉的氣體放電破壞性強(qiáng)，自古引人關(guān) 注對雷電本質(zhì)有所了解卻還是近代美國富蘭克林和俄國的 羅蒙諾索夫在這方面有突出貢獻(xiàn)。我國自2000年以來在這 方面有長足發(fā)展但與國外相比還有不小差距，相應(yīng)的規(guī)范和 標(biāo)準(zhǔn)正逐步與國際接軌，主要體現(xiàn)在我國完成繪制各地區(qū)雷 暴日數(shù)分布圖，確定標(biāo)準(zhǔn)地面落雷密度參數(shù)。雷電放電影響現(xiàn)代

6、航空、電力、通訊、建筑等領(lǐng)域，對 雷電的研究從簡單認(rèn)識到深入研究，從定性到定量分析，不 僅清楚雷云形成，了解雷電放電過程、放電理論，進(jìn)而對雷 電各參數(shù)進(jìn)行較準(zhǔn)確的測定量化放電理論。變電站對于直擊雷的保護(hù)一般采取裝設(shè)避雷針或采用 沿變電站進(jìn)線段一定距離內(nèi)架設(shè)避雷線；對感應(yīng)過電壓大大 增加雷擊概率，這使得依附于一次設(shè)備且目前正在大量更新 的保護(hù)、監(jiān)控、通信等二次設(shè)備遭受雷擊的概率大大增加。在電力系統(tǒng)中接地按用途分工作接地、保護(hù)接地、防雷 接地和防靜電接地，接地裝置由接地線和接地極構(gòu)成當(dāng)接地 不規(guī)范時，雷電電磁脈沖容易引起接地點(diǎn)之間電位差，產(chǎn)生 的電磁場干擾二次設(shè)備的運(yùn)行，嚴(yán)重時會損壞設(shè)備內(nèi)部的電

7、子回路。接地電阻不合格，雷電引起的地電位升高，也會通 過設(shè)備的接地線引入二次設(shè)備中，損壞設(shè)備的插件。所以， 各接地網(wǎng)間必須通過合理布置接地線，等電位連接、屏蔽及 裝置本身的電磁兼容防護(hù)來解決設(shè)備的安全問題。2變電站高壓電力裝置防雷技術(shù)建筑物的防雷是建筑安全與電氣及設(shè)備安全一重要內(nèi) 容，要因地制宜地采取防雷措施，目的是要防止或減少雷擊 建筑物所發(fā)生的人身傷亡和財產(chǎn)損失，保證建筑內(nèi)各種設(shè)備 與電力線路的安全。既要做到安全可靠、技術(shù)先進(jìn)又要經(jīng)濟(jì) 合理。防雷按防護(hù)等級分共三類，高層建筑、重要公共場所 和重要建筑重要的公共實(shí)施樞紐電力站、通信等是i類，一 般多層建筑為ii類，其余是iii類。普通變電站一

8、般設(shè)ii類防 雷建筑，本文以第二類防雷建筑要求，進(jìn)行防雷設(shè)計。2.1雷電參數(shù)特性雷電是一種自然現(xiàn)象，它釋放出巨大能量，強(qiáng)大的 電流高達(dá)數(shù)十、數(shù)百甚至數(shù)千安培有極強(qiáng)大的破壞能力。從 電力工程角度看有兩方面：在電力系統(tǒng)引起很高的過電壓， 雷電放電產(chǎn)生巨大的雷電電流。雷電放電過程就本質(zhì)而言是一長氣隙擊穿過程：空氣中 出現(xiàn)雷云后隨氣流移動，下部大多是負(fù)電荷，雷云中的負(fù)電 荷在大地感應(yīng)出大量的正電荷，這樣在雷云與大地間形成強(qiáng) 電場電位差高達(dá)數(shù)兆甚至數(shù)十兆。一旦地面?zhèn)€別地方出現(xiàn)能 使空氣發(fā)生電子崩和電暈的場強(qiáng)2530kv/cm,就產(chǎn)生雷電。 雷電發(fā)生的隨機(jī)性很大，各個參數(shù)需要通過大量實(shí)測，數(shù)據(jù) 統(tǒng)計后才能

9、確定，防雷保護(hù)設(shè)計的依據(jù)來源于這些實(shí)測數(shù) 據(jù)。2. 1. 1雷電流幅值及分布概率雷電流幅值是指物體遭到直接雷擊時，經(jīng)過接地電阻， 被擊物體中雷電流的最大值。它是表示雷電強(qiáng)度的指標(biāo)，也 是產(chǎn)生雷電過電壓的根源，是最重要的雷電參數(shù)。雷電流幅值(i)：雷電流指雷擊于低接地電阻(w)的 物體時流過雷擊點(diǎn)的電流。它近似等于電流入射波的兩倍， 雷電流幅值超過i的概率按經(jīng)驗(yàn)公式：一般地區(qū)：（2、1 ）少雷地區(qū)：（2、2 ）i雷電流幅值（ka）p幅值大于i的雷電流出現(xiàn)的概 率2. 1.2雷電流波形和極性雷電流波形都是非周期性沖擊波，計算時按不同要求采 用不同的波形，經(jīng)簡化和典型化有雙指數(shù)波、斜角波、斜角 平頂

10、波和半余弦波，圖形如下。圖21雷電波形圖雷電流對電氣設(shè)備絕緣的危險程度同雷電流波頭（波前 時間）陡度的大小有關(guān)。雷電流的幅值和波前時間決定了它 的陡度，雷電流的陡度是指其波前隨時間上升的變化率。根 據(jù)實(shí)測統(tǒng)計，對于中等強(qiáng)度以上的雷電流，其波頭（波前時 間t。）大多為1 一 5拼s,平均為2. 6盡s。雷電流的波前 時間、波長、陡度實(shí)測表明：。我國在防雷設(shè)計中取：波前的平均陡度：（2、3 ）雷電流是單極性的脈沖波，75%90%的雷電流是負(fù) 極性的。雷暴日是一年中發(fā)生的能聽到的雷聲的天數(shù)，一天聽到一次計一個雷暴日我國大部分地區(qū)一個雷暴日可折合三個 雷暴小時。它與所處的緯度、當(dāng)?shù)貧庀髼l件、地點(diǎn)的地貌

11、有 關(guān)，長江流域和華北部分地區(qū)雷暴日td二40左右，西北地區(qū)td二15左右。從設(shè)計規(guī)范和手冊能查到具體內(nèi)容，表征不同地區(qū)的雷電活動頻繁程度。地區(qū)雷暴日等級可根據(jù)年平均雷 暴日數(shù)來劃分。一般可劃分為少雷區(qū)、多雷區(qū)、高雷區(qū)、強(qiáng) 雷區(qū)。少雷區(qū)是指年平均雷暴日在20天及以下的地區(qū)；多雷 區(qū)是指年平均雷暴日大于20天但不超過40天的地區(qū)；高雷 區(qū)是年平均雷暴日大于40天，不超過60天的地區(qū)；強(qiáng)雷區(qū) 是年平均雷暴日超過60天以上的地區(qū)。雷暴日(td)： 年 中發(fā)生雷電的天數(shù)，雷暴小時(th)： 一年中發(fā)生雷電的小時 數(shù)。2. 1.4落雷密度地面落雷密度是表征雷云對地放電的頻繁程度。線路受雷密度是以線路受雷

12、寬度為避雷線(有避雷線的線路)或?qū)Ь€(無避雷線的線路)的平均懸掛高度的4倍進(jìn)行計算。地面落雷密度()：每平方公里地面在一個雷暴日中受到的平均雷擊次數(shù)。雷道波阻抗()2. 2變電站防雷技術(shù)措施變電站防雷一般按ii級防雷設(shè)防，主要防直擊雷、雷電波感應(yīng)過電壓兩方面,當(dāng)雷電直擊在物體上，產(chǎn)生電磁效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械力 對物體造成危害的現(xiàn)象，稱為直擊雷。直擊雷產(chǎn)生的過電壓幅值可高達(dá)數(shù)十萬伏，有的達(dá)到數(shù)百萬伏，這是任何電壓等 級的電力設(shè)備絕緣都不能耐受的。所以需要安裝直擊雷防護(hù) 裝置，而防護(hù)直擊雷最常用的措施是裝設(shè)避雷針或避雷線。 防雷電感應(yīng)侵入最常見的是用避雷器。防雷措施均需良好的 接地配合。2. 2.

13、1直擊雷的防護(hù)措滋首先要根據(jù)電站的建筑防雷設(shè)計規(guī)范等級進(jìn)行防護(hù)設(shè) 計，一般電站為2級。從建筑防雷和避雷針防雷兩方面采取 技術(shù)措施：變配電站按建筑防雷設(shè)計規(guī)范設(shè)防建筑主體基礎(chǔ) 施工時利用地圈梁兩根大于4>20焊接閉合環(huán)路并與盡可能 與樁鋼筋電氣連通，如是獨(dú)立承臺基礎(chǔ)用4x4鍍鋅扁鐵貫 通一圈作防雷接地；用柱鋼筋2根直徑大于或等于16的鋼 筋作引上線，至少有4個引上點(diǎn)，在屋面用10mm的鍍鋅圓 鋼焊制避雷網(wǎng)。變配電站室外在變壓器等處裝設(shè)獨(dú)立避雷針或構(gòu)架避 雷針防護(hù)。根據(jù)公式sl20. 2ri+0. lhs220. 3ri計算保護(hù)獨(dú) 立避雷針空氣間隙和地中距離范圍一般si不小于5m,s2不 小

14、于3m o根據(jù)下面公式可計算確定避雷針需設(shè)高度和相應(yīng)的保護(hù)范圍被保護(hù)物高度水平面上，其保護(hù)半徑為:2 (2. 4)3. 2屏蔽和等電位連接3. 2. 1屏蔽屏蔽是隔離電磁場干擾的措施。既可以防止外來電磁場 的干擾，也可以防止本身電磁場輻射對外界的干擾。屏蔽通 常利用銅或鋁等低電阻材料或磁性材料，將需要隔離的部分 全部包裹起來，并需要有良好的接地，從而可以防止某個指 定的空間內(nèi)，外部靜電感應(yīng)或電磁感應(yīng)的影響。3. 2. 2防雷等電位連接避雷器的接閃裝置在遭受雷擊時，引下線立即升至高電 位，會對防雷裝置附近的、還處于地電位的導(dǎo)體產(chǎn)生旁路閃 絡(luò)，并使其電位升高，對人員和設(shè)備安全構(gòu)成危害。為了減 少這

15、種閃絡(luò)危險，一是設(shè)均壓環(huán)在一定的高度(或樓層)將引 下線電氣貫通降低高頻雷電流電壓差，普通電站不需要。二 是在主控室和開關(guān)室設(shè)總等電位端子排將不同接地干線和 fbe干線匯總mbe接地網(wǎng)貫通，在屛柜內(nèi)將不同用途的接地 匯總到分等電位端子排。采用這種布置方式主要是避免接地 線間產(chǎn)生電位差，對工作接地或信號接地產(chǎn)生干擾和損壞。3.3.3變電站屏蔽和等電位措施變電站高低壓室變壓器產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁波，而控制室的 信號線、儀表等對磁敏感所以設(shè)計中采取一定的屏蔽手段來 保護(hù)：1控制室盡量選在建筑的中心部位減小雷電波的干擾 并且要與高低壓室隔離一定距離；2控制室用地板用防靜電 地板內(nèi)敷金屬龍骨架貫通分等電位端子

16、箱；3進(jìn)出房間的金 屬導(dǎo)體，電纜屏蔽層和橋架均要等電位連接；4所有屏柜均 用金屬柜體。變電站控制室各樓層及機(jī)房最好選擇在建筑物 底層的中心位置，設(shè)備遠(yuǎn)離外墻的結(jié)構(gòu)柱，并盡量設(shè)置在雷 電防護(hù)區(qū)的高級別區(qū)域內(nèi)。金屬導(dǎo)體、電纜屏蔽層及金屬線 槽(架)等進(jìn)入機(jī)房時，要做好等電位連接。變電站控制室各 樓層及機(jī)房應(yīng)設(shè)等電位連接網(wǎng)絡(luò)。如果設(shè)備對屏蔽要求較高時，設(shè)備所在地房間可以采用 六面電磁屏蔽，也可采用金屬屏蔽機(jī)柜。房間內(nèi)抗靜電地板 的金屬龍骨架，至少在整個龍骨架的一個對角線兩端用不小 于4mm,的銅線與環(huán)形接地母線良好連接。其他各面的屏蔽 材料各塊間電氣連接后，每面至少有一處與地網(wǎng)良好連接。4總結(jié)總之，在綜合自動化變電站的設(shè)計過程中，為保護(hù)變電 站的設(shè)備安全，提高其供電可靠性，優(yōu)化防雷接地設(shè)計方