变电站雷电灾害风险评估实例

摘 要： 为了降低以及避免雷电灾害的发生，通过采用对变电站现场勘测、卫星定位和雷电监测系统数据的综合分析等方法，科学地计算出雷击风险值，从风险理论入手，建立一个较清晰的风险评估框架体系。采用典型评估实例，评估的方法及步骤，提出科学、合理、可行的安全防护措施，为项目规划、选址、设计提供可靠的技术依据，并评估该变电站现有的设施是否需要加装防雷设施，提出改造建议，总结评估结果，以最大限度减少雷电灾害的发生。

关键词： 雷暴； 雷电灾害； 雷电风险评估； 防雷措施

中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）10?0018?06

深圳供电局有限公司某110 kV变电站位于深圳宝安区，宝安区位于山地丘陵地带，属于雷害高发地区。该变电站占地3 572 m2，其中办公楼高16.2 m，中心机房位于该建筑物的三楼。有多条架空线路进出该变电站。

1 某变电站雷暴环境分析

1.1 地理位置参数

以下是用ETREX 系列GPS定位仪在该变电站采集的地理位置参数（误差范围：5～10 m）：中心位置，中心点坐标为（113.922 325，22.675 686）。

该变电站在深圳市内所处地理位置如图1所示。根据已采集的数据资料和现场实地考察可知，变电站地处深圳市中心偏西北部。

1.2 地闪密度

2 雷电风险估算

2.1 雷电风险量化计算方法

2.1.1 风险定义

风险是指在某一特定环境下，在某一特定时间段内，某种损失发生的可能性。雷电风险是指因雷电造成的年平均可能损失（人和物）与需保护对象（人和物）的总价值之比。对建构筑物中因雷电可能出现的各类损失，应计算其所对应的风险，以更好地指导雷电防护措施的选择。

2.2 有关的数据和特性

某110 kV变电站位于深圳市保安郊区，当地年均雷暴日大约90天，属于强雷暴区，本报告主要针对公众服务损失风险R2进行估算（本变电站为无人值守）。

2.2.1 项目特性[1]

2.2.2 主控楼特性

假定地表为混凝土。采用柱内主筋做引下线，引下线外覆混凝土做绝缘，主控楼一般为无人值守。该建筑物内设置了自动灭火装置以及自动报警装置。火灾危险性质假定为一般等级。相关参数值如表1所示。

表4 相关参数值

2.3 预计年危险事件次数

影响本项目的危险事件年平均次数NX取决于项目所处区域的雷暴活动及其物理特性。NX的计算方法是：将雷击大地密度Ng乘以项目的等效截收面积，再乘以项目物理特性所对应的修正因子。

2.3.1 雷击建筑物年预计危险次数ND的估算

当采用光纤作为主干通信线路时候，不考虑邻近雷击感应电压影响。

综合以上计算结果，该变电站主控楼年预计危险事件次数见表5。

从表5可以看出，年预计危险事件主要为雷电直接击中建筑物及其附近以及110 kV高压线附近。

表5 预计年危险事件次数

2.4 雷击导致各种损害的概率

2.4.1 雷击建筑物造成的损害概率

2.6 建议风险控制措施

由于静电感应或电磁感应的作用，长距离传输的电力线路上极易感应产生雷电过电压并以流动波的形式沿电力线路向各用电设备侵袭。雷电流可由电力线传到附近几百米到2 km的用电设备，危及设备的正常运作最终造成设备损坏。电力线路是雷电进入弱电设备的主要途径。变电站的配电线路必须采取安全、可靠的防雷保护措施：安装电源过电压保护器，重要的系统设备应采取多级SPD保护。建议在在400 V站用交流屏内安装第一级电源防雷保护，在站内各装置柜内（各类保护柜、测控柜、直流充电柜、直流配电柜、通信电源柜等）安装第二级电源防雷保护，在站内的后台机、网络设备、通信终端等重要设备的电源输入端安装第三级电源防雷保护[4?5]。

主变保护柜的低、中、高压侧保护电压进线上分别并联安装电源过电压保护器。同时在母线与过电压保护器之间分别串联安装小型断路器用于过电压保护器的后备保护。

机房的信号线缆内芯线相应端口，应安装适配的型号线路浪涌保护器。浪涌保护器的接地端及信号线路电缆内芯未使用的空线对应在控制端（或两侧设备端）做接地处理。光缆的金属加强芯、金属挡潮层及所有金属接头、光端设备金属外壳等都应做等电位连接和接地处理。通信信号电缆应屏蔽进入机房，并应在入户配线架处安装适配的信号SPD，电缆内的空线对应做保护接地。当采用光缆传输信号时，光缆所有金属接头、金属挡潮层、金属加强芯等，应在入户处直接接地。连接不同机房、不同间隔的通信信号线路由于线路长度较长，在电缆沟中布放情况复杂，容易引起二次干扰等现象，需要针对性防护[5?6]。

变电站一次系统与二次系统宜采用联合地网接地方式。若不采取联合地网方式则一次地网应与二次地网间隔15 m以上否则需要通过专用地极保护器连接两个地网。二次系统接地网应与高压开关柜绝缘，高压开关柜接地点与避雷器接地点距离应不小于15 m防止一次系统接地引起开关柜柜体电位升高对接地网的“反击”。

3 结 语

雷电灾害是影响变电站正常运行的关键因素之一，开展变电站雷电灾害风险评估是做好变电站防雷装置设计的重要依据之一。雷电风险评估是个综合、复杂的工程，以大量、繁杂的信息数据为基础，包括设计方提供的原始数据、建筑物的属性以及雷击风险评估方法所确定的有关参数，也包括相当数量的现场勘查数据。本文根据国家相关标准规定的方法，结合经验与实际情况，对于深圳某变电站进行风险评估，得出相关的结论，并提出了应加的防范措施，为变电站的防雷工程的设计与施工提出依据。

参考文献

[1] 中华人民工和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 21714.2?2008 雷电防护 第二部分：风险管理[S].北京：中国标准出版社，2008.

[2] 中国人民共和国住房和城乡建设部.GB50057?94 建筑物防雷设计规范[S].北京：中国计划出版社，2011.

[3] 中国人民共和国住房和城乡建设部.GB50343?2012 建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[4] 中华人民工和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 21714.1?2008 雷电防护 第一部分：总则[S].北京：中国标准出版社，2008.

[5] 中华人民工和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 21714.3?2008 雷电防护 第三部分：建筑物的物理损坏和生命危险[S].北京：中国标准出版社，2008.

[6] 中华人民工和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 21714.4?2008 雷电防护 第四部分：建筑物内电气和电子系统[S].北京：中国标准出版社，2008.

[7] 韩建海，黎梓华，张宇.桂林市雷电灾害风险评估主要参数的分析[J].气象研究与应用，2012，33（2）：123?124.