变电站防雷与接地装置初探

摘 要： 变电站是电网运行的中枢纽带，在电力传输的过程中起着关键作用，如果发生雷击，将造成变电站设备的损坏，将严重影响电力输送，给社会经济发展和人民生活带来重大损失和影响。

关键词： 电力设备；防雷；接地装置

1 雷电危害

雷电的危害主要来自三个方面：一是雷电通过线路侵入变电站，而产生过电压；二是雷电直接入侵变电站母线及其设备而产生过电压；三是雷电对地及地面上一些物体放电，线路或设备上产生的感应过电压。这三类过电压统称为大气过电压。

对直击雷的保护，一般采用避雷针和避雷线。运行经验表明，装设避雷针的变电站，绕击和反击事故率是非常低的。多雷区由于线路落雷频繁，所以沿线路入侵的雷电波是变电站遭受大气过电压的主要原因。

2 避雷针和避雷器

目前变电站防雷主要采用避雷针和避雷器防雷。

避雷针由针头、引流体和接地装置三部分组成。避雷器是一种能释放过电压能量、限制过电压幅值的保护设备，在释放过电压能量后，避雷器恢复到原状态。

避雷器的分类：① 保护间隙是最简单的避雷器，间隙的熄弧能力较差，往往不能自行熄灭。② 管型避雷器，是一种保护间隙，但它在放电后能自动灭弧。③ 阀型避雷器。为了进一步改善避雷器的放电特性和保护效果，将原来的单个放电间隙分成许多短的串联间隙，同时增加了非线性电阻阀片发展成阀型避雷器。ZnO避雷器具有一系列突出的优点，在电力系统广泛应用。

3 ZnO避雷器

ZnO避雷器的特点：

1）可以做成无间隙。在正常工作电压下，流过znO阀片的电流只有几十微安，不会烧坏阀片，所以无需串联间隙来隔离工作电压。

2）无续流。在正常工作电压下流过ZnO阀片的电流极小，相当于一绝缘体，所以不存在工频续流。ZnO避雷器因无续流只需吸收过电压的能量，动作负载轻，在大电流、长时间重复冲击后特性比较稳定。

3）保护性能优越。ZnO阀片具有优异的非线性伏安特性，有进一步降低残压的潜力，在过电压的全部过程中都流过电流，吸收过电压能量，抑制过电压的发展。由于没有间隙，故ZnO避雷器没有间隙的放电延时。

4）流通容量大。ZnO阀片单位面积流通容量要比sic阀片的大4-5倍，又无串联间隙烧伤的制约，因此可以用来限制操作过电压。由于无间隙且通流容量大，ZnO避雷器体积小、质量轻、结构简单、运行维护方便、使用寿命长。变电站设备防雷保护多选用ZnO避雷器。

4 变电站接地装置

变电站的接地装置关系到电气设备的安全可靠，影响电力系统的正常运行，正确运用接地装置，是保证电气安全的重要措施。

4.1 接地的种类及作用

将电气装置的接地端通过导体与敷设在大地中的金属导体相连接，并与大地做可靠的电气连接，称为电气装置的接地。

1）工作接地。为保证电气设备可靠地工作而设置的接地，称为工作接地。例如，在中性点直接接地系统中，变压器的中性点接地、电压互感器和小电抗的接地端接地。

2）保护接地。电气设备的金属外壳、配电装置的架构和线路杆塔等，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置的接地。

3）雷电保护接地。为雷电保护装置向大地泄放雷电流而设置的接地。

4）防静电保护接地为防止静电对易燃油、天然气贮藏和管道等的危险作用而设的接地。

4.2 接地装置

接地装置主要由接地体、接地线组成。

1）接地体。埋入地中并与大地直接接触的金属导体。在大地中的若干接地体由导体相互连接形成的整体称为接地网。

2）接地线。电气设备接地端与接地体相连接的金属部分。

4.3 接地体

接地体可分为自然接地体和人工接地体。自然接地体指利用大地中已有的金属构件、管道及建筑物钢筋混凝土而构成的接地体；人工接地体指专门为接地而人为装设的接地体。

接地体敷设时需注意的几个环节：① 处理接地体土壤，以降低冻结温度和土壤电阻率，可有效降低接触电压和跨步电压值。② 接地体应符合热稳定校验与均压要求。③ 接地体要考虑腐蚀的影响，要采取防腐处理。④ 为减少外界温度变化对散流电阻的影响，埋入地下的接地体上部要离开地面0.8m左右。⑤ 垂直接地体的间距应大于接地体长度的2倍，水平接地体的间距要大于5m。

接地电阻：接地装置的电阻包括接地体和接地线的电阻，因接地装置的电阻本身较小，一般可以忽略不计，因此接地电阻主要指流散电阻，其数值等于接地装置对地电压与接地电流之比。

当有冲击电流经接地体流入地中时，土壤即被电离，此时呈现的接地电阻称为冲击接地电阻。一般情况下，接地电阻比工频接地电阻小，这是因为雷电冲击电流通过接地装置时，由于电流密度很大，使土壤中的气隙产生局部火花放电，相当于增大了接地体的尺寸，从而降低了接地电阻。

4.4 接地线

接地线指电气设备接地端与接地体相连接的导体。明敷的接地线应标志清晰，涂15～100mm宽度相等的绿黄相间的条纹；暗敷接地线入口处应设接地标示。接地线应采取防止发生机械损伤和化学腐蚀的措施，如采用涂防锈漆或镀锌等防腐措施。另外，接地线截面应符合热稳定校验。

变电站电气装置中电气设备接地线敷设应符合下列要求：① 接地线应采用焊接连接。当采用搭接焊接时，其搭接长度应为扁钢宽度的2倍或圆钢直径的6倍。② 用钢管作接地线时，钢管连接处应保证可靠地电气连接。利用穿线的钢管作接地线时，引向电气设备的钢管与电气设备之间应有可靠的电气连接。③ 接地线与管道等伸长接地极的连接处宜焊接。连接点应选在近处，并且在管道可能因检修而断开时，接地装置的接地电阻也要符合规定要求。管道上表计和阀门等处均应设置跨接线。④ 接地线与接地极的连接宜用焊接；接地线与电气设备的连接可用螺栓连接或焊接，用螺栓连接时应设防松螺帽或防松垫片。⑤ 电气设备每个接地部分应以单独的接地线与接地母线相连接，严禁在一个接地线中串联几个需要接地的部分。

参考文献：

[1]侯晋花，做好防雷应对措施 有效降低雷击跳闸率[J].中小企业管理与科技，2011年09期.