摘 要：本文從農(nóng)村變電站發(fā)生的一些雷擊事故談起，對(duì)當(dāng)前農(nóng)村小型化變電站防雷設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)分析，文章著重從防雷設(shè)計(jì)中存在的重直擊雷輕感應(yīng)雷、重高壓設(shè)備輕弱電系統(tǒng)、重防雷輕接地、忽略變電站進(jìn)線段導(dǎo)線防雷、忽視雷電波侵入破壞開(kāi)關(guān)設(shè)備等幾種情況所造成的事故進(jìn)行了闡述分析，并提出了完善措施。
關(guān)鍵詞：事故；變電站；防雷；設(shè)計(jì)
引言
由于農(nóng)村變電站大多建于曠野開(kāi)闊的偏僻地區(qū)，附近高層建筑較少，是雷電的多發(fā)區(qū)，加之農(nóng)村變電站一般是110kV以下的小型變電站，對(duì)變電站設(shè)計(jì)重視不夠，考慮問(wèn)題不盡全面，造成農(nóng)村變電站成為易受雷擊的“重災(zāi)區(qū)”。近年來(lái)在農(nóng)村變電站中多次發(fā)生因雷電而造成設(shè)備燒壞、爆炸甚至引起“火燒連營(yíng)”的事故，因此很有必要對(duì)農(nóng)村變電站防雷設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，通過(guò)研究找出其中的不足并制定切實(shí)可行的措施。
1 誤區(qū)一：重直擊雷輕感應(yīng)雷
1.1 事故過(guò)程
2004年
8月6日，某
35kV變電站在雷電活動(dòng)時(shí)造成該站綜合自動(dòng)化插件損壞，并使35kV開(kāi)關(guān)誤動(dòng)。1.2 原因分析
很多人以為只要安裝足夠數(shù)量的避雷針，變電站的防雷就萬(wàn)事大吉了。其實(shí)雷擊分直擊雷和感應(yīng)雷兩種形式，安裝避雷針也僅能防止直擊雷危害設(shè)備，對(duì)感應(yīng)雷卻無(wú)能為力，而室內(nèi)的通訊、自動(dòng)化控制系統(tǒng)的損壞大都是由于感應(yīng)雷造成的。當(dāng)雷電活動(dòng)時(shí)其周圍的磁場(chǎng)會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的變化，雷電所形成的強(qiáng)電場(chǎng)會(huì)以靜電感應(yīng)的方式在附近導(dǎo)電體上感應(yīng)出很高的感應(yīng)電壓，而計(jì)算機(jī)等電子器件又是對(duì)干擾非常敏感的元件，因此極易造成微機(jī)保護(hù)和綜合
自動(dòng)化系統(tǒng)模塊損環(huán)，或者導(dǎo)致微機(jī)保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)。
1.3 防范措施
1.3.1降低感應(yīng)電壓
由于雷電感應(yīng)電壓的高低與被感應(yīng)導(dǎo)體的長(zhǎng)度、截面、位置等有關(guān)，因此電氣設(shè)備二次裝置連線應(yīng)盡可能的短，而且也可以采用有屏蔽的導(dǎo)線來(lái)降低感應(yīng)電壓。
1.3.2采用絕緣隔離
一些保護(hù)裝置模塊的外殼或固定支架可以采用絕緣材料，信號(hào)的傳輸可采用光纜、光電耦合器，對(duì)RS-232、485以及CAN等數(shù)據(jù)通訊接口加裝光電隔離器等措施都可以大大削弱雷電感應(yīng)電壓。
1.3.2加裝浪涌抑制器
在保護(hù)、通訊、自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中考慮使用瞬變電壓抑制二極管（TVS）、氣體放電管（GDT）、壓敏電阻（MOV）、齊納二極管（ZENA）等浪涌抑制器，都能對(duì)電路中出現(xiàn)的瞬間浪涌電壓脈沖起到分流和箝位的作用，可以有效地防止過(guò)電壓對(duì)設(shè)備的損害。
2 誤區(qū)二：重高壓設(shè)備輕弱電系統(tǒng)
2.1 事故過(guò)程
2002年
7月20日，某
110kV變電站遭受雷擊，高壓設(shè)備安然無(wú)恙，該站保護(hù)裝置電源模塊損壞。2.2 原因分析
雷電活動(dòng)時(shí)
, 雷電波沿10kV線路侵入到10kV母線，再經(jīng)過(guò)10kV所用變的電磁耦合，闖入到低壓出線。由于雷電波的電壓、能量極高，雖然經(jīng)過(guò)10kV線路避雷器、母線避雷器和所用變避雷器3級(jí)削峰和所用變低壓出線的平波作用，電壓幅值大為降低，但雷電波仍以高幅值、尖脈沖的形式，瞬間加到低壓電源系統(tǒng)，由于大多數(shù)農(nóng)村變電站在低壓電源系統(tǒng)沒(méi)有過(guò)電壓保護(hù)措施,雷電過(guò)電壓得不到有效限制，就會(huì)在低壓電源系統(tǒng)中的絕緣薄弱處造成擊穿。2.3 防范措施
可以在低壓電源系統(tǒng)中采用電源防雷器，當(dāng)雷電入侵時(shí)，電源防雷器能在極短的時(shí)間將雷電產(chǎn)生的大量脈沖能量釋放到安全地線上，從而達(dá)到保護(hù)電路上設(shè)備的目的。正常情況下，防雷器處于高阻狀態(tài)，當(dāng)
電源由于雷擊或開(kāi)關(guān)操作出現(xiàn)瞬時(shí)脈沖電壓時(shí)，防雷器立即在納秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，將該脈沖電壓短路到大地進(jìn)行泄放。
3 誤區(qū)三：重防雷輕接地
3.1 事故過(guò)程
1998年 7月11日，某35kV變電站#1避雷針遭雷擊后，其附近電纜溝內(nèi)的二次電纜著火，導(dǎo)致保護(hù)裝置完全失靈，造成災(zāi)難性的事故。
3.2 原因分析
我們通常所說(shuō)的避雷針并不能起到躲避雷擊的作用，相反稱之為引雷針或接閃器似乎更為恰當(dāng)，它只是把周圍強(qiáng)大的雷電能量泄放到大地，起到引雷入地的作用，從而避免周圍被保護(hù)設(shè)備受到危害。當(dāng)避雷針遭雷擊后，強(qiáng)大的雷電流沿避雷針和接地引下線進(jìn)入變電站的接地網(wǎng)，再經(jīng)接地網(wǎng)流入大地時(shí)，造成接地網(wǎng)的局部電位迅速升高，如果該接地網(wǎng)的接地電阻太大，局部電位升高超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，就會(huì)對(duì)附近電纜溝內(nèi)的電纜產(chǎn)生反擊或旁側(cè)閃擊，引起電纜著火，造成災(zāi)難性的事故。
3.3 防范措施
3.3.1提高對(duì)變電站接地裝置重要性的認(rèn)識(shí)，嚴(yán)格按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行防雷接地的設(shè)計(jì)，定期對(duì)變電站進(jìn)行接地電阻測(cè)量，當(dāng)接地電阻達(dá)不到規(guī)定要求時(shí)，要及時(shí)采取有效的措施加以改進(jìn)。
3.3.2我們目前農(nóng)村變電站中長(zhǎng)期使用的金屬接地體因具有易腐蝕、壽命短、不穩(wěn)定、效果差、高阻抗等缺陷，近年來(lái)已受到很大的挑戰(zhàn)，因此推薦使用新型“高效長(zhǎng)壽接地極”，它是由金屬極芯和穩(wěn)定性較好的非金屬導(dǎo)電材料組成，克服了傳統(tǒng)金屬接地體的弊端。
3.3.3在設(shè)計(jì)接地網(wǎng)時(shí)應(yīng)盡量采用方孔地網(wǎng)，以改善地面電位分布，合格分布網(wǎng)格大小，防止局部電位升高。同時(shí)在電纜溝內(nèi)要設(shè)置接地帶、在電纜溝附近要設(shè)置與電纜溝平行的水平均壓帶以改善電纜溝的電位均勻。
4 誤區(qū)四：忽略變電站進(jìn)線終端塔至架構(gòu)間導(dǎo)線的防雷
4.1 事故過(guò)程
2001年8月2日，某山區(qū)35kV變電站遭雷擊，導(dǎo)致35kV母線避雷器爆炸，進(jìn)線也有多處放電痕跡。
4.2 原因分析
該站設(shè)避雷針3基，站內(nèi)設(shè)備全部在保護(hù)范圍之內(nèi)，35kV進(jìn)線段2公里內(nèi)加裝了避雷線，也完全符合設(shè)計(jì)要求。經(jīng)認(rèn)真檢查發(fā)現(xiàn)，由于變電站進(jìn)線架構(gòu)至終端塔之間為變電部分和線路部分的分界點(diǎn)，因雙方設(shè)計(jì)疏忽，導(dǎo)致終端桿至站內(nèi)進(jìn)線架構(gòu)間線路不在變電站避雷針的保護(hù)范圍之內(nèi)。雷擊進(jìn)線后直接侵入變電站，由于雷擊點(diǎn)就在變電站附近，雷電未得到任何衰減直接進(jìn)入35kV母線，致使35kV母線避雷器損壞爆炸。
4.3 防范措施
4.3.1設(shè)置專用避雷針與變電站避雷針聯(lián)合對(duì)進(jìn)線段進(jìn)行保護(hù)；
4.3.2采用避雷線保護(hù)，將避雷線一端接在終端桿上，另一端接在進(jìn)線架構(gòu)或附近獨(dú)立的桿柱上做成一端絕緣的避雷線，對(duì)終端桿至進(jìn)線架構(gòu)導(dǎo)線進(jìn)行防雷保護(hù)。
5 誤區(qū)五：忽視雷電波入侵對(duì)開(kāi)關(guān)設(shè)備的破壞
5.1 事故過(guò)程
2005年7月12日雷雨過(guò)后，35kV某變電站312進(jìn)線SF6開(kāi)關(guān)絕緣表面電弧燒損嚴(yán)重，經(jīng)仔細(xì)查看，發(fā)現(xiàn)SF6開(kāi)關(guān)外絕緣三相斷口間及A、C相對(duì)地都有短路現(xiàn)象，進(jìn)線也有多處放電痕跡。該站35kV雙回進(jìn)線，當(dāng)時(shí)變電站由311進(jìn)線供電，312進(jìn)線處于熱備用狀態(tài)。
5.2 原因分析
考慮到雷電波沿導(dǎo)線入侵變電站，所以變電站設(shè)計(jì)時(shí)一般都在斷路器或隔離開(kāi)關(guān)后面、主變附近的母線上裝設(shè)避雷器，來(lái)限制雷電過(guò)電壓。但當(dāng)開(kāi)關(guān)處于備用狀態(tài)或者因故障處于短時(shí)分閘狀態(tài)時(shí)，進(jìn)線斷路器等設(shè)備就脫離了母線避雷器的保護(hù)，這時(shí)強(qiáng)大的雷電波沿線路到達(dá)開(kāi)關(guān)后，雷電的泄放通路中出現(xiàn)斷口，根據(jù)波的折射理論且因阻抗不配，波的振蕩會(huì)形成很高幅值的過(guò)電壓，從而對(duì)斷口處開(kāi)關(guān)等設(shè)備的絕緣構(gòu)成重大危害。
5.3 防范措施
為了避免以上事故的發(fā)生，我們除了在變電站內(nèi)設(shè)計(jì)避雷針，在母線上裝設(shè)避雷器外，還要考慮在進(jìn)線斷路器的線路側(cè)增設(shè)避雷設(shè)備，來(lái)限制從線路上侵入雷電波過(guò)電壓的幅值。可選擇在變電站內(nèi)進(jìn)線架構(gòu)上或出線的第一桿塔上裝設(shè)無(wú)間隙避雷器，同時(shí)為了防止相間過(guò)電壓，可采用三相組合式避雷器。
6 結(jié)束語(yǔ)
變電站的防雷設(shè)計(jì)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)的概念和范疇，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，忽視任何一個(gè)細(xì)小的環(huán)節(jié)，都會(huì)為以后變電站的安全運(yùn)行造成隱患。因此,變電站的防雷應(yīng)從工程設(shè)計(jì)階段就認(rèn)真加以考慮，走出防雷設(shè)計(jì)的誤區(qū)，根據(jù)各地的實(shí)際情況，采取切實(shí)可行的防雷方案。
參考文獻(xiàn)：
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[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，GB 50057-94建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范，中國(guó)計(jì)劃出版社，1994
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[4]張緯䥽等，過(guò)電壓保護(hù)及絕緣配合，清華大學(xué)出版社2002年第一版，257-282
作者簡(jiǎn)介：張建利（1976-），男，助理工程師，從事電力生產(chǎn)技術(shù)管理工作。
