变电站二次防雷接地的分析张肃廷

变电站二次防雷接地的分析张肃廷

张肃廷

（63712部队）

摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的电力工程的发展也突飞猛进。变电站是电力系统在输配电过程中不可缺少的重要组成部分。在雷雨季节，一旦变电站受到恶劣天气影响，遭遇到雷击，常常会在其所服务的供电范围造成停电甚至雷击事故，而大面积停电甚至雷击事故，给工农业生产和人们的生活带来很大的影响。这就要求变电站的防雷措施必须非常可靠。随着输配电科学技术的快速发展，目前我国各电压等级变电站的一次防雷措施已相当完善，由于二次系统结构复杂，防雷击的措施还很薄弱，易发生雷击事故，极大地威胁着综合自动化变电站运行安全。为了减弱雷电过电压对二次设备的危害，目前，可通过可靠的接地措施来有效解决。

关键词：变电站；二次防雷接地；分析

引言

雷电灾害在所有的自然灾害中的危害系数都相对较高，是国际上承认的十大最严重的灾害的一种。随着我国科学技术水平的不断进步和提高，人们对变电站设备所开展的自动化系统的改造逐渐深入。但是，在这种背景下，由于综合自动化变电站的数量不断增加，雷电灾害在发生的时候对变电站二次系统设备所产生的危害也渐渐显现出来。变电站在遭遇雷电灾害之后产生的系统设备的拒动、误动等情况对电网的安全运行造成了极为严重的危害，得到了越来越多的人的关注。

1变电站二次设备遭受雷击的原因

尽管高压避雷器会弱化雷击电压，但无法避免残余压力。雷电过电压主要借助380/220V交流电源线导入到线路，即通过站用变传到交流配电馈线。此外，接地网的接地电阻过大，可导致雷电过电压。防雷工作比较复杂，需要多方面共同合作。

2雷电入侵变电站二次设备的主要途径

2.1通过电源线路入侵

变电站使用交流电，变电站内的自带变压器负责提供交流电。变压器的一级侧直接连接高压输电线路，二级侧连接低压配电线路，安置于专用电缆沟或专用电缆井等。该线路对雷电敏感，可感受微小电压。变电站使用直流电完成保护、控制、通信及测量等工作。通信使用的电压强度较小，为48V；保护、控制及测量工作对电压强度要求较高，为220V。变电站内设置直流电源，线路基本从直流屏幕通过电缆沟或专用电缆井引入中央控制室。由直流电源线引起的雷电概率和雷电强度十分大。

2.2通过通信线路入侵

大量的通信线路组成了变电站的二次设备系统。这些线路在安装时存在交叉关系，从而和二次设备形成一个整体，自动化程度很高。发生雷击时，该通信线路极易引发二次设备系统的损坏。

2.3雷电电磁场

夏季多雨季节，雷击现象很多，且伴随强大的电磁场。资料记录：磁场强度达到0.07Gs的时，电气设备无法正常工作；磁场强度达到2.4Gs时，电气设备发生损坏。雷电产生磁场的主要表现为专用电缆沟和电缆井中各电路之间出现感应。

2.4地电位反击

为减少雷电的攻击，一般在变电站安装避雷针。发生雷击后，避雷针将雷电电流通过自身下引线引入大地，以实现避雷。大地存在电阻，当避雷针把电流引入大地后，短时间内无法立刻中和电荷，从而在雷击范围内出现局部电位变大现象，即电位差。这个新的电位差可造成二次损坏。

3变电站防雷接地系统设计的原则和防雷的措施

变电站的雷电灾害事故一般分三种，分别是直击雷、雷电感应和雷电波侵入。变电站的防雷接地网是主要是指变电站防为止雷击损害和静电危害，设置有效的防雷装置，并由垂直和水平接地体组成具有泄流和均压作用的网状接地装置。变电站的接地网设计需要注意的是接地网尽可能地选择一些自然金属接地物和建筑物地基中的钢筋统一连接，尽可能地以自然接地物作为基础，尽量选择一些闭合的环形作为外观，只有这样才能将变电站的防雷接地系统进行最大程度上的利用。电力变压器的高、低压侧各相线均应对地装设过电压保护器，其低压侧系统的接地型式应采用TN-S系统；变压器金属外壳、低压侧中性点以及与变压器相连的电力电缆金属护套均应就近接地。站内交、直流配电设备及电源自动切换装置等应满足相关标准、规范中关于耐雷冲击指示的规定，并应具有分级防雷保护装置，即在稳压设备输入端、自动稳压稳流的控制电路以及交流屏的输入、输出端等处应分级设置电涌保护器（SPD），在直流屏的输出端或通信设备的入口处负极对地亦应设置直流系统用电涌保护器。

4变电站二次防雷接地分析

4.1变电站二次回路接地

4.1.1单点接地方式

单点接地方式是把每台设备的子系统都连接在接地总线的同一点，即通过设备的接地线与接地母线相连。该接地方式可断开接地系统形成的干扰电流闭环，以防设备接地系统形成干扰电压导电耦合。同时，该方式可解决电气设备接地系统的最常见问题——低频电流的影响。该方式可详细分为串联模式和并联模式。

4.1.2悬浮接地方式

电力保护和信号采集传递的过程中，一般不采用悬浮接地方式。这是因为该方式的有效性存在限制，其有效性取决于电气设备和悬浮系统之间的隔离程度。此外，保护系统产生的静电因隔离而无法泄放，易出现火花放电现象或者遭受电击。

4.1.3多点接地方式

单点接地方式用于高频电气设备时，需增加接地线，导致阻抗随之增大。为减弱信号线之间的分布电容和杂散电容信号之间的耦合效应，需使用多点接地方式。此外，可增加接地线面积、减小接地线长度，以减小阻抗。对于高频电气设备，如果采用单点接地方式，增加了接地线的长度，从而相应增加了接地线的阻抗，各信号线之间的分布电容和杂散电容容易引起各信号间的耦合，降低系统工作的稳定性。为了降低接地线的阻抗，高频系电气设备的信号地线通常采取就近接地方式，即采用多点接地方式，并尽可能地降低接地长度，增大接地线面积，以减少接地阻抗。

4.2等电位连接可靠接地

等电位的主要原理是抑制过电压，具体措施是连接屏蔽线的外层、SPD接地端、金属外壳、站内机柜及安全保护接地等，再连接等电位网络，以保护二次设备。

4.3屏蔽电缆接地

一点接地和两点接地可将电缆屏蔽接地。对于由电感耦合引起的磁场干扰，少量接地无法实现屏蔽效果，因此选用两端接地的方法。该方法可在屏蔽中使外部干扰电流产生的磁场产生与外部干扰电流方向相反的电流，以降低和抵消干扰电流引起的屏蔽效应。电缆屏蔽层的接地有两点接地和一点接地2种方式。对由于感应耦合的磁场干扰现象，一点接地起不到到屏蔽的作用，只有采取两端都接地的方式，外部干扰电流产生的磁场才能在屏蔽层中感应产生一个与外部干扰电流方向相反的电流，起到抵消降低干扰电流的屏蔽作用。

结语

当前我国经济正迅猛发展，电力作为社会发展的“先行官”，其可靠性与稳定性具有决定作用，而变电二次设备一旦遭受雷击，容易遭到破坏，严重影响电网的正常运作，因而研究变电二次设备的防雷技术具有现实的意义。通过接地措施能有效地减弱雷电对变电站二次系统的危害，保证设备的可靠运行。

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