变电站的防雷与接地

摘要:本文简述了雷电形成的基本原理,提出了变电站在防雷接地方面应采取的措施,并对接地方法进行了分析, 提出了一些做法, 以保证变电站的安全可靠运行。

Abstract: This paper describes the basic principle of lightning formation, puts forward the measures in substation about lightning protection and grounding should be taken, and the ground method is analyzed, and puts forward some measures to ensure the safe and reliable operation of the substation.

关键词:变电站;雷电;防雷;接地。

Key words: substation;lightning;lightning protection;grounding

中图分类号:TM63 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)13-0119-01

0引言

变电站是电力系统的重要枢纽,如果变电站发生雷击事故,有可能使变电站的重要设备遭到严重损坏,变电站陷入瘫痪状态,造成大面积的停电,严重影响正常的工农业生产和人民生活,常常给人们的生命财产造成巨大损失,这就要求变电站必须具有十分可靠的防雷措施,以保证变电站的安全可靠运行。

1雷电形成的基本原理

雷电是带电荷的雷云引起的放电现象。雷云中电荷的分布是不均匀的,而是形成许多堆积中心,因而不论是在云中或是在云对地之间,电场强度是不一致的,当云中某一电荷密集中心处的电场强度达到25-30kV/cm时,就会由云向地开始先导放电,进入了主放电阶段,出现了强烈的电荷中和过程,并随着雷鸣和闪电。主放电结束后,云中的剩余电荷沿着主放电通道开始流向大地,称为余光阶段,由于云中可能同时存在几个电荷中心,因此雷电往往是多重性的。

2变电站的防雷保护

变电站遭受的雷害事故主要来自:一是雷直击于变电站的电气设备上;二是输电线路在雷电时产生感应雷过电压或遭雷击时产生直击雷过电压形成的雷电波沿着线路侵入变电站。对直击雷的防护一般采用避雷针或避雷线,对雷电侵入波防护的主要措施是采用避雷器限制过电压幅值,同时辅之以相应措施,以限制流过避雷器的雷电流和降低侵入波的陡度。

2.1 变电站的直击雷防护对于全户内站,直击雷防护采取在变电站主控楼顶设置环型避雷带。对于其它类型的变电站,目前较多的采用避雷针来进行保护。独立避雷针与配电装置带电部分、变电站电气设备接地部分、构架接地部分之间的空中距离不宜小于5m,独立避雷针的接地装置与主接地网的地中距离不宜小于3m。对于35kV及以下变电站,因其配电装置的绝缘较弱,应装设独立避雷针;110kV及以上变电站,在土壤电阻率ρ≤1000Ω・m时,可将避雷针装于配电装置的构架上,但是由于主变压器的绝缘较弱,为了保证主变压器的安全,不允许在主变压器的门型构架上装设避雷针。对于避雷针的保护范围,在此列出单支避雷针的保护范围如下:

r=(1.5h-2hx)p

式中,r 为保护半径,h为避雷针的高度;hx为被保护物高度; p为影响系数。

2.2 变电站的雷电侵入波防护变电站限制雷电侵入波的主要措施是装设避雷器,目前多采用氧化锌避雷器取代阀型避雷器将避雷器并联装设在被保护设备的附近,当电压超过一定值时,避雷器动作先导通放电,从而限制了被保护设备的过电压值,达到保护高压电气设备的目的。另一保护措施是与避雷器相配合的进线保护段。

2.2.1 架空进线保护为保证线路的安全运行,110kV及以上的架空线路上一般都全线架设避雷线,而35kV架空线路一般不全线架设避雷线,应在变电站1～2km的进线段架设避雷线,避雷线的保护角不宜超过20°,最大不能超过30°。

2.2.2 电缆进线保护变电站的35kV及以上电缆进线段,在电缆与架空线的连接处应装设一组避雷器,其接地端与电缆的金属外皮连接。为保护电气设备,在变电站的线路进出口处装设一组避雷器。

2.2.3 变压器及配电装置的防护变压器的基本保护措施是在接近变压器处安装避雷器,变电站的每一组主母线和分段母线上都应装设避雷器,用来保护变压器和配电装置,避雷器的安装位置应尽可能处于被保护设备的中间位置,此外,对于35～60kV中性点不接地或经大电感接地电网中的变压器,其中性点是全绝缘的,一般不需保护。对于110kV及以上中性点有效接地系统,为适应各种运行方式,其中一部分变压器有可能不接地运行,如果变压器中性点的绝缘水平属于分级绝缘,即变压器中性点绝缘不是按线电压的绝缘进行设计,则需选用与中性点绝缘等级相同的避雷器对变压器中性点进行保护。

2.2.4 二次防雷 为减少雷电对变电站建筑物内二次系统(自动化、计算机、通信、保护等弱电设备)的危害,需对变电站建筑物内二次设备进行全面完善的保护。

3变电站的接地

除独立避雷针外,变电站其它的接地如工作接地、保护接地、避雷器接地共用一个主接地网。主接地网的接地电阻一般情况下应符合式:R≤2000/I。其中:R为考虑季节变化的最大接地电阻,Ω;I为计算用的流经接地装置的入地短路电流,A。当变电站的最大入地电流较大,要求接地装置的接地电阻难以达到计算值时,接地装置在满足跨步电势和接触电势不超过允许值的要求及满足二次系统对接地电阻值要求的情况下,110kV变电站接地电阻值可按不大于1欧姆设计,在接地网接地电阻达到要求后,只要同时在变电站内的道路及操作地面处作高阻处理:即敷设沥青底、碎石垫层200mm、硬化混凝土地面,在10kV开关柜操作面铺设绝缘胶垫,并在变电站四周与人行道相邻处及综合配电楼各层楼板设置与主网相连接的均压带后,可以满足接触电势和跨步电压的要求,达到运行要求。目前变电站的接地网普遍采用常规水平接地与垂直接地结合的复合地网,接地网位于变电站内。变电站站址处的土壤电阻率偏高时,常规水平接地与垂直接地结合的复合地网的接地电阻可能达不到要求,这时可以考虑采用电解接地极或填埋降阻剂进行降阻。采用降阻剂的做法是,在全站水平接地网均填埋降阻剂,同时在站内适当位置加打10～30米的深井接地极,内填降阻剂,深井数量视实际情况而定,其优点是接地网一旦施工完成,其性能稳定可靠,且运行经验丰富,目前普遍采用。当变电站站址处的土壤电阻率很高时,采用钢材布置的复合地网的接地电阻并结合降阻措施后仍然达不到要求时,可考虑采用铜导体接地,只是造价较高。

4结语

防雷和接地都是一项非常重要的工程,在工程设计中,需根据各地的实际情况,综合考虑防雷与接地,做好防雷保护措施,防止变电站发生雷害事故,以保证变电站的安全可靠运行。

参考文献:

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