楊曉艷 

摘  要：大氣過電壓和雷電過電壓是由電力系統內的電氣設備直接遭受雷擊或雷電感應而引起的，也稱外部過電壓。由雷電造成的外部過電壓將會嚴重危害變電站內電氣設備，建筑物也將受到嚴重損壞，所以，為保護國家和人民的經濟利益，對變電站采取有效的防雷措施是非常必要的。
關鍵詞：電氣設備 雷電來源 裝設原則  防雷措施
為保護變電站電氣設備的安全，采取有效的防雷措施是非常必要的，同時，對防雷設備的不斷改善也是防雷害的重要手段。不完善的防雷措施，將會在雷電環境下導致雷擊事故，致使變電站發生事故，造成大面積停電，給人民生產生活帶來諸多不便，所以，對變電站防雷保護措施的安全可靠性提出了更高的要求。
一、變電站遭受雷擊來源
帶電荷的雷云接觸摩擦往往產生雷電現象。雷云底部通常帶有負電荷，頂部帶有正電荷，因不同雷云通常帶有大量不同電荷，所以，雷云之間、雷云與大地之間就形成了強大的電磁場。若電場強度超過空氣擊穿強度時候，空氣開始形成游離狀態并放電，產生閃電和雷鳴。雷電放電現象多發生在雷云之間，雷云電位估計量在100MV以上，放電電流往往可達幾十千安甚至上百千安，高溫可達兩萬攝氏度以上。雷擊變電站主要通過以下兩種方式：一是變電站電氣設備直接遭受雷擊；二是雷電感應過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波通過架空線路侵入變電站，對變電站電氣設備構成危害。
二、雷電過電壓造成危害
雷電過電壓的危害通常可分為直擊雷過電壓和感應雷過電壓兩種。其中，直擊雷過電壓，即為雷電直接對電氣設備放電導致的過電壓。直擊雷過電壓通常可達上千千伏，因此，過電壓直擊于輸電線路或變電設備上都會產生閃絡，嚴重時還會導致火災甚至爆炸。但在高壓配電線路中，因廠房和高建筑物對雷電有屏蔽作用，所以雷電直擊的幾率比較小。感應過電壓的幅值常在500kV以下，所以靜電感應在35kV或運行電壓更高的輸電線路中不易產生閃絡。但此感應電壓在線路中流動時會產生強大電流，發出大量的熱量并熔化導體，同時，也會產生較大機械效應，使線路倒桿或桿塔受到損壞。若此感應電壓沖擊波通過輸電線路侵入變電站內的變壓器繞組，將會產生嚴重的絕緣破壞。
三、防雷擊措施
變電站站內雷擊對象主要分為三大類：(1)變電站內電工裝置，其中主要包括配電裝置、組合導線及母線橋等裝置；(2)變電站內需專門防護的高大建筑物及構筑物；(3)不需專門防護的建筑物及構筑物。
防止雷擊的主要保護設備有避雷線、避雷針及避雷器。對于直擊雷的危害，變電站通常采取裝設避雷針方式，在變電站一定距離內，有時采用架設避雷線的方式解決。雷電感應產生過電壓和直擊雷產生過電壓形成的雷電波通過傳輸線路進入變電站內電氣設備，致使變電站重要設備遭受雷害，為避免雷害造成電氣設備的絕緣損壞引發嚴重事故，及時采取有效防護措施是非常必要的。為限制入侵雷電波的幅值，在變電站內裝設避雷器是十分有效的防護措施。同時為限制流經避雷器的電流過大常常在變電站進線路段安裝避雷線作為保護。
避雷技術、短路保護也是變電站最重要的保護手段，接地裝置能有效地將直擊雷、感應雷、及高低壓短路形成的電位差導入大地，有效防止各種事故的發生。
避雷針的裝設原則
為防止設備遭受雷擊，所有需被保護的設備一定要處于避雷針能保護范圍之內。在雷擊避雷針瞬間，避雷針與地面間電位差極高，如若被保護設備與避雷針間絕緣距離不夠，將會導致避雷針與被保護裝置之間發生放電，雷電波的高電位加至被保護設備上，造成嚴重事故。這種放電現象稱為反擊。能避免反擊發生的最小距離即為避雷針安全距離，避雷針在裝設過程中定要大于安全距離。對于35 kV以下的變電站，絕緣水平往往較低，所以需要安裝獨立的避雷針，同時避雷針的裝設也定要滿足不發生反擊的安裝原則。對電壓等級較高的變電站，因其絕緣水平較高，可將避雷針直接裝在配電裝置構架上。在避雷針配電裝置構架上，還應安裝輔助接地裝置，使其與變電站接地網中的連接點至主變壓器的接地裝置與變電站接地網連接點的電器距離大于15米。使其能夠在雷擊避雷針時，產生的高電位在向地傳輸過程中逐漸衰減，迫使雷電波侵入到接地點時不會造成反擊事故。因變壓器是變電站中重要的電氣設備，且其絕緣性能較弱，因此不應該在變壓器門型構架上裝設避雷針。
通常情況下，變電站出線的第一桿塔至變電站配電裝置的距離較遠，該情況下，若將變電站桿塔上避雷線引至變電站構架上，不僅能夠有效保護該段線路，同時比避雷針的保護更加經濟適用。相比避雷針的保護能力來說，避雷線兩端具有分流作用，在遭受雷擊時候，避雷線會比避雷針引起的電位升高小一些。所以，對于高電壓配電裝置，可將線路引至變電站出線門型構架上，從土壤電阻率方面考慮，對電阻率大于1000歐姆*米的地區，應集中裝設接地裝置。對35至60kV配電裝置且土壤電阻率小于500歐姆*米的地區，可在集中裝設接地裝置的同時，將避雷線引至出線門型構架上。對于電阻率大于500歐姆*米的地區，避雷線終點將定于線路終端桿塔上面，同時采用避雷針對進變電站的線路進行保護。
（二）變電站內接地網鋪設原則
為起到雷電流泄流、故障電流泄流及工作接地的作用，通常采用接地網的方式達到以上工作要求。
1.雷電流泄流。
雷電流能量頻譜明顯比工頻電流高出許多，在雷電流泄流瞬間，電位差高低取決于電流變化率產生感抗的大小。雷電流的時間尺度為微秒，相對來說電阻電壓降是非常小的。因雷電流放電頻率是工頻電流的上千倍，所以感抗在此顯得尤為重要。
2.故障電流的泄流。
故障電流以低頻段的工頻電流為主，時間尺度數量級為秒極，因其電感阻抗極小，則電阻阻抗成為考慮的主要因素。在電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合的規范要求中，有明確的技術規定。
3.工作接地。
地面作為設備工作的零電位參考點，能夠使電氣裝置或設備的非截流金屬部分保持零電位。為保持設備零電位不發生變化，常采用共用接地概念，即把所有的接地系統連接起來。
結合以上論述，接地網設計過程中，首先應確認設計的主要目的，同時要滿足設計的基本要求。實際設計過程當中，對同時存在多個目的的接地網設計，要分析具體的情況再確定設計要點和基本原則。
4.接地和接地電阻。
1）接地意義。接地即把導體通過連接導線連接到大地，并與大地中的地網和接地極相連接。接地能夠使電氣設備的零電位固定在大地，安全的泄放故障電流和雷電流，能有效地防止地電位大幅度升高，保證人員和設備的安全，同時，對設備和系統穩定性保護也具有十分重要的意義。
2）接地電阻。接地電阻是接地系統中最重要的組成部分。由三部分構成：連接器與連接導體電阻；連接土壤與接地導體間電阻；接地導體周圍散流電阻。其中，對接地影響最重要的則為土壤散流電阻，其影響因素最為復雜。影響因素主要包括土壤土質含水量、接地體尺寸、形狀，接地系統的設計情況能夠決定是否可以以最低造價取得最小的接地電阻值，因此接地系統的設計是地網設計的關鍵。
在進行防雷接地的設計過程中，一定要按照相關標準嚴格執行，對變電站接地電阻也要定期測量。對于達不到規定要求的接地電阻，務必要及時改進，避免在工作過程中造成危害。在變電站中長期使用的金屬接地導體，有壽命短、易腐蝕、高阻抗等缺陷，在新時期已受到很大挑戰，為避免傳統金屬接地導體的缺陷，現推薦一種采用金屬極芯和穩定性良好的非金屬導體材料制成的“高效長壽接地極”，有效克服了傳統金屬接地導體的諸多弊端。
作為電力系統的中心環節，變電站一旦遭受雷擊事故，會導致大規模、大面積停電現象，對社會生產和人民日常生活帶來諸多不便，嚴重影響社會秩序。所以，變電站的防雷保護措施是十分重要的，也是不可忽視的，設計單位和建設部門在變電站建設與維護工作中都必須嚴格對待，加以重視。
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