变电站雷电防护与雷击事故分析

变电站雷电防护与雷击事故分析

刘炼锋 1 赵雅静 2

1 湖北省雷泰科技有限公司 湖北省咸宁市 437100

2中国气象局气象干部培训学院湖北分院 湖北武汉430074

摘要：雷电事故时一种不可抗拒的自然事故，虽然我们在日常生活中没有能力不让它发生，但是却能够在最大限度上减少它对我们的伤害。通过安装架空地线、安装电涌保护器、安装避雷针和安装独立接闪杆等方式才能够更好地保护我们的生命财产和安全。但是，因为雷击事故一旦发生就会造成非常大的危害，所以一定要从设计和施工两个方面全方位做好雷电防护，并更好地重视日常的维护，做到早发现和早处理，只有这样才能够从最大限度上减少事故的发生。

关键词：变电站、雷电防护、雷击事故

1引起变电站雷电事故的主要原因

1.1忽视电源端口和防雷问题

自动化系统本身的结构和设计决定了本身的结构只能够在特定的范围内进行工作。当雷电的电流超出计算机所能够承受的水平时，那么计算机势必会在运行的过程中出现乱码和芯片被损坏的问题，最终会导致数据接收中产生失败，甚至也会导致在数据接收的过程中发生文档丢失和故障硬件等问题。但在此过程中，一方面避雷针的存在会使得大部分的电流都在短时间内流入地面，由此避免引起建筑物中的火灾事故；另外一方面，UPS可以有效地处理电压严重升高或者下降的问题。虽然这两种方法都能够在一定程度上起到防雷的作用，但是因为UPS的内部也存在着诸多微型处理器，因此很大可能会被电流摧毁[2]。另外，整个过程中尤其需要考虑到端口防雷的问题，目的就是要让存在于外部的各色电缆更好地引入设备中，进而能够把电流阻挡在端口的外部。

1.2未安装避雷针

上蔡县发生的雷电事故就是因为没有在变电站上方安装避雷针引起的。经过防护电路的运作之后，后续的电压将被压制到可以承受的范围中去。外部的线缆被引入了过多的电流，但绝大部分接收的电流都已经被直接引入大地，只有少量的电流会流入后级电路中去，从而真正起到保护设备的作用。但是这两个作用要想更好地被实现，都必须要在通信设备中安装防雷器。而上蔡县就忘记在变电站的顶部安装避雷装置了，进而引发雷击事故。

1.3接地设备运作不规范

整体接地设备的运作路径和顺序主要为接地线-接地排-接地汇总线-接地引入线-接地体的流程。这样一个连接的过程实际上就更好地实现了与大地的连接。自动化设备在与工地和建筑物进行接地的过程中，通常都采用一组接地体的联合接地方式。这种接地方式可以避免在遭遇到雷击时，不同的接地体之间会因此发生电位反击，导致设备的接口在短时间内被引入大量的电流，从而让设备在最大限度上被损坏。但是广西变电站自动化设备的信号电缆并没有按照实际操作的规程来进行防雷措施的保护。甚至在机房内部也没有按照相关的流程和规定来铺设环形的接地线，只是采用远动装置和电源设备进行浮空接地，并没有真正实现与大楼地网的连接。

2变电站雷电防护措施

安装架空地线、避雷器和避雷针是变电站防护雷击的三种主要办法。在架空输电线的上部架设架空地线，并做好接地，是有效防止架空输电线遭受雷击的手段之一。35kV以上的架空输电线都必须架设的架空地线，防止雷击事件发生。避雷器可以吸收雷击后产生的静电感应过电压和电磁感应过电压，安装在变电站的进出线和各段子母线上，可以减少雷击后二次事故的发生。避雷针是有效防护直接雷击的手段，在户外变电站上均应安装避雷针预防直接雷击。在安装之前，必须调研变电站的占地面积、地形地貌以及周围建筑物的高度和分布情况，在此基础上，通过雷电防护设计来计算避雷针的安装数量和位置。户外变电站的避雷针一般都安装在专用铁塔上，避雷针针长为1～2m，采用圆钢时直径应大于20mm。现在市场上出现了许多非常规避雷针，目前还没有通过实践证明其效果和经济性优于常规避雷针，我国及IEC国际防雷标准都没有推荐使用。这一点在雷电防护设计中认真考虑，在变电站雷电防护中更应该引起注意。

避雷针不仅是最有效的防雷击手段，也是最广为人知的防雷手段。早在1752年，富兰克林就通过风筝实验提出避雷针的预想。在此之后，经过长期的实践考验，避雷针得到了很好的应用。避雷针的原理很简单，即有带电云块出现在避雷针上空时，地面上因大气中出现带电云块而感应到的电荷积累到避雷针上，由此形成尖端放电。此时，避雷针是保护范围的最高点，其他物体受避雷针保护则不会受到直接电击。只要设计合理，静电感应过电压和电磁感应过电就会在安全范围以内。由此可以看出，避雷针实际上是通过自身尖端放电引发直接雷击，牺牲自己来达到保护周边物体的目的。所以就不难理解为什么有人要把避雷针更名为引雷针了。但是避雷针的名字已经成为既定事实，并且已成为习惯，改变也有一定问题，只要知道避雷针通过把直接雷击引向自己来保护其保护范围内的物体避免遭受直接雷击就可以了。

3变电站雷电防护接地

雷电防护接地是指为防止雷击事故，通过一定的技术手段，将直接雷击后产生的数十至数百kA的电流通过引下线接入大地。只有能够在发生直接雷击后，防止产生的静电感应过电压与电磁感应过电压引起危害，才能算是合格的接地。目前国际上通用的接地电阻值设计规范规定为不大于10Ω。接地电阻值越小，直接雷击诱发的静电感应过电压和电磁感应过电压危害越小。比如，雷电电流幅值和接地电阻值分别为60Ω和30Ω时，对地面的电压可达1800kV；当接地电阻值变为10Ω时，对地面的电压则只有600kV。前者产生的跨步电压比后者多了三分之二。由此可见，接地措施的重要性。为了防止雷击的威化扩大，必须做好接地措施并改善不合理的设计，所以变电站的雷电防护接地设计一定要和相关设计规范的要求保持一致。

根据相关机构的统计数据表明，为有效防护变电站雷击发生，可以采取两种有效的方式，一是等电位连接，二是联合接地。等电位联结是指将变电站内的所有非带电的金属导电物体全部连接起来后引向接地体。联合接地则是指变配电站统一采用一个接地体，接地电阻值按照不同接地系统的最小要求进行设计。依照国际惯例，变电站接地电阻值电气设计规范规定为4Ω，这样可以有效减少雷击伤害。

目前，变电站统一采用一个接地体，雷电防护接地不再单独设计接地体，看起来好象很可怕，实际上是有一定科学道理的。假如雷电电流幅值为50千安，采用联合接地后，接地电阻值为4Ω，对地面的电压为200kV。此时通过等电位联结，变电站内的所有非带电的金属导电物体对地电位全部同时升高200kV，各种电源的中性点也接在同一个接地体上，对地电位也同时升高200kV。彼此之间仍然保持原来的电位差。没有产生新的电位差，就不会产生静电感应过电压与电磁感应过电压。

结束语：众所周知，雷击事故是一种不可抗拒的自然灾害，我们没有能力让它不发生，但是我们可以减少它对我们的伤害。通过安装架空地线、避雷器和避雷针等有效防雷击设备，可以在很大程度上预防和减少雷击事件的发生，保护生命和财产安全。但是因为雷击事故一旦发生就会造成极大的危害，所以首先要从设计和施工安装上做好雷电防护，并且要认真的进行日常维护。做到早发现早处理，预防为主。尽量减少事故发生。

参考文献：

[1]郭道通,刘明菊,蒲秀英,等.浅析视频监控系统的雷电防护措施[J].科技创新导报，2014（3）：59-62

[2]胡允勤,戴灿星,余彦龙.白酒生产企业金属灌区雷电防护探讨[J].产业与科技论坛，2014（3）：28-32

[3]邹贵彬,高厚磊,王明军,等.一种雷电波侵入变电站的扰动识别方法[J].电网技术，2013（4）：89-93