防雷接地技術在變電站中的應用

高 昂，江 鈞

國網鎮江供電公司，江蘇 鎮江 212000

0 引言

變電站是常見的電力輸送載體，當前，我國電力系統中常見的變電站類型十分容易遭受雷電襲擊[1]。雷電災害出現后釋放的巨大能量不僅會對變電站帶來嚴重的損害，誘發供電障礙，嚴重的情況下還會誘發火災，嚴重威脅人們的生命財產安全。為此，文章在闡述防雷接地技術應用原理的基礎上結合變電站的運行情況，就防雷接地技術在變電站中的應用進行深入的探討。

1 雷電入侵變電站的途徑

雷電是影響電力系統安全、穩定運行的重要因素。變電站是重要的電力系統運行樞紐，一旦遭受雷擊，將出現大面積的停電，最終對社會生產和居民生活帶來嚴重影響[2]。經過統計分析發現，在我國高壓輸電線路總跳閘事故中，有40%～70%是由雷擊引起的，特別在雷電多發、土壤電阻率高、地形復雜的地區，跳閘事故的嚴重程度和發生頻率更高。從實際情況來看，雷電入侵變電站的途徑主要包含以下三種。

1.1 雷電電磁感應

從變電站的實際情況來看，電站內部使用的鋼筋、布線層內進出高壓場地的各個線路都容易產生雷電。在直擊雷電電流通過引下線時，會在變電站室內出現電磁感應[3]。在變電站周圍出現雷擊時，變電站內部配電線路也會在遭受雷擊后出現電磁感應。電磁感應產生的過電壓會直接影響各個設備的運行，最終加速設備的老化，嚴重的情況下還會損壞設備。

1.2 地反擊

在變電站線路遭受雷擊時，雷電會經過防雷接地裝置進入接地網[4]。在強大雷電流的沖擊下，如果出現接地電阻偏大或者接網不均勻問題，會提升接地網的電壓。如果電位差超過設備最高耐壓數值，地電位對設備反擊后就會出現損壞。

1.3 侵入波

在變電站架空線路遭受雷擊后，雷電流會經過線路入侵變電站[5]。

1.3.1 由電源線入侵

在感應雷過電壓積累到一定程度后，雷電波會沿著電源線傳遞到變電站。電壓如果超過變電站內部二次設備電子元器件的最大耐壓值，就會擊穿設備，最終影響變電站的穩定運行。

1.3.2 經信號線入侵

在雷電波經過天線或者衛星信號線時，雖然被轉化后的電流、電壓信號會被削弱，但是仍然會高于變電站內部二次設備的整定數值，最終導致二次設備損壞。信號線中的電流、電壓耦合后會出現較高的過電壓，過電壓會對電源線和線路通信帶來不利影響。

1.3.3 經接地線入侵

在雷電流經過防雷引下線被導入大地時，如果進入地下的電荷無法和大地電荷融合在一起，就會經過接地線入侵變電站。這些電荷如果施加在變電站內部的二次設備上，就會對變電站的二次設備帶來嚴重的損害。

2 防雷接地技術的應用原理

防雷接地技術的主要應用原理是將建筑設備中感應到的雷電或者接收到的雷電借助接地系統傳輸至其他安全區域，從而保護建筑免遭雷電的侵害[6]。

電氣設備接地是防雷接地工作的重要內容，按照接地作用大體上分為三種類型：

（1）電壓保護接地（防雷接地），即通過電壓保護設備或者接地裝置中的金屬結構進行有效接地；

（2）工作接地，在工作接地操作時選擇大地作為基本導線，通過工作接地來確保建筑電氣設備和通信設備正常運行；

（3）保護接地，應用不帶電的金屬設備外殼完成接地[7]。

3 防雷接地技術在變電站中的作用

在變電站運行過程中，接地系統是否科學、合理直接關系到變電站設備及使用人員的安全[8]。在電力系統規模不斷擴大的今天，變電站接地系統也隨之發生了深刻的變化。變電站的防雷接地既復雜又不可或缺，其好壞直接影響電氣系統設備和人身安全[9]。在電力系統日益發展、電網規模逐漸擴大、接地短路電流增大、各式各樣的微機監控設備不斷普及和應用的背景下，人們對變電站運行過程中的防雷接地工作開始提出更高的要求[10]。從變電站工作的實際情況來看，防雷接地技術在變電站中的應用意義具體表現在以下方面。

3.1 接閃

接閃是讓一定范圍內出現的閃電按照人們事先設計的防雷系統的規定通道，通過良好的接地有效地泄放雷電能量，降低引下線上的電壓，將雷電能量泄放到大地，減少對被保護物體產生的破壞作用。接閃裝置包括避雷針、避雷帶、避雷線和避雷網。

3.2 均壓

接閃裝置在接閃雷電時，引下線立即產生高電位，會對防雷系統周圍的導體產生旁側閃絡，并使其電位升高，進而對人員和設備構成危害。為了減少這種閃絡危險，最簡單的辦法是采用均壓環，將處于地電位的導體等連接起來，一直連到室內的金屬設施、電氣裝置和電子設備。如果防雷系統的導體特別是接閃裝置的距離達不到安全要求時，應該用較粗的導線將其與防雷系統進行等電位連接，這樣在閃電電流通過時，室內的所有設施立即形成等電位，保證導電部件之間不產生有害的電位差。

3.3 屏蔽

電力系統的安全運行有兩方面的要求，一是要保證設備及人身的安全，二是要保證電力系統的正常運行，這些都與接地裝置的設計分不開。變電站防雷接地工作的順利開展能夠為電力系統的穩定運行提供充分支持。其中，在變電站設置避雷裝置能夠實現對變電站的防雷保護，達到屏蔽雷電的目的。屏蔽是利用金屬網、箔、殼或管子等導體把需要保護的對象包圍起來，使雷電電磁脈沖波入侵的通道全部截斷。所有的屏蔽套、殼等均需要接地。屏蔽是防止雷電電磁脈沖輻射影響電子設備的最有效方法。

4 防雷接地技術在變電站中的應用方法

4.1 科學安裝防雷接地裝置

在變電站中，常規意義上的接地體、接地線等分為自然和人工兩個類型。在接地方式中，人工接地方式是最常見的防雷接地方式，操作人員應緊密結合人工接地的技術應用標準，排除各類外界因素干擾，使接地電阻達到規定數值。與此同時，人工接地方式還可以分為水平接地和垂直接地兩個類型，至于具體選擇何種接地方式，需要考慮土壤的性質和接地裝置的接觸狀態。其中，如果采用垂直接地，接地裝置之間需要設置至少5 m的間隔距離，頂部埋藏深度需要控制在0.5～0.8 m。接地體在同向道路及出入口位置上要做好必要的銜接處理。接地體和同一個方向上的道路出入口需要保持3 m左右的距離，如果間隔距離低于3 m，接地體的頂部高度需要在1 m以上，寬度需要在2 m以下。如果接地裝置設置在土壤內部，對待接地裝置的連接部位需要實施必要的焊接處理，目的是強化各個電氣接地裝置的關聯。

4.1.1 接地線

在具體應用中，一般接地會選擇使用接地線。接地線主要是指接地體的外引線，在實施連接操作時，可以設計對應的主接地線、等電位連接板和分接地線。防雷裝置的接地線主要是指防雷接閃裝置的引下線，材質可以是圓鋼或者扁鋼，在確定接地線的材質之后需要對其實施必要的焊接以及防靜電、防雷保護處理。

4.1.2 接地網

接地網是變電站防雷工作的關鍵，在具體操作時可以通過一定裝置的配合將雷電擊打產生的危害程度降到最低。為了使變電站達到理想的防雷效果，相關人員需要嚴格按照規范標準設置接地網。從實際應用角度來看，接地網是連接接閃器、地面電氣的重要裝置。變電站接地網的作用體現在將電荷導入大地，并和異種電荷產生中和反應，如果接地系統的網格設計得不夠合理，就會出現電纜絕緣和電氣設備損壞問題，嚴重的情況下還會威脅變電站工作人員的生命財產安全，最終對變電站的運行發展帶來不利影響。為了讓變電站不遭受雷電破壞，在設計接地網時，接地網要盡可能地使用房屋地基的金屬物；接地網必須呈現閉合、環形的狀態；在具體設計時，接地網一般使用接一點的方式。

4.2 積極使用預防電棒和負角保護針

為了提升變電站防雷接地成效，需要在防雷接地操作中積極使用預防電棒和負角保護針。在防雷接地管理中，設計人員應在達到防雷接地標準后，采用合理管控措施縮短導線和接地線之間的間隔距離，縮短二者之間的間距，適當縮減塔桿的分流間距，在確保系統平穩運行的基礎上合理安設預防電棒和負角保護針，降低防雷接地臨界電流發生的頻率。

4.3 科學設置接閃裝置

接閃裝置的應用范圍較廣。一般情況下，操作人員會將避雷針應用到建筑物的頂部，將避雷網設置在女兒墻上。

4.3.1 避雷網

在避雷網施工時，施工人員要嚴格遵循相關規定，將避雷網鋪設到屋脊或者屋角上容易遭受雷擊的位置。在敷設避雷網時，要嚴格控制避雷網的面積，避雷網的敷設形狀一般設定為正方形。

4.3.2 避雷針

在使用避雷針時，需要設置配套的接地裝置，在接地裝置的作用下實現建筑內外部的順利連接，最終形成等電位。為了規避雷電反擊，接地點需要和避雷針的引線入地點保持一定的距離，對于有金屬結構的部分，要采取措施強化金屬結構和地面的結合。如果建筑屋頂是混凝土結構，需要進行混凝土的焊接操作，通過混凝土焊接形成網接地，在保證建筑屋頂結構不導電的情況下，確保防雷措施積極有效。

4.4 合理設置引下線

在設置接閃裝置的基礎上，為了提升裝置的安全系數和可靠系數，需要結合實際情況設置引下線的數量，并以強度作為重要參考依據，通過適當增加引下線來降低沖擊接地電阻。引下線在建筑電氣工程中用來連接接閃帶和接地裝置，合理設置引下線能夠提高防雷反擊的效率。

為了保證引下線可承受過大電流輸入，施工人員需要提前分析地下線的強度和抗腐蝕強度，同時，在施工設計圖紙中需要標明防雷引下點的位置，并在后續的施工中嚴格按照標點開展施工，對地下結構的鋼筋進行科學綁扎。在連接用戶和接地級時，需要做好各個弱電箱的跨接工作，避免設備暴露在外。

4.5 采用等電位連接方式

在變電站的防雷接地施工中，施工人員可以通過等電位的連接來達到保護接地的目的。在整個變電站出現運行事故時，可以通過等電位連接措施避免接電部位和電壓的接觸，使得電氣設備形成一種保護機制，在最大程度上避免電氣設備出現故障。另外，針對電位差的問題，變電站工作人員可以通過建筑等電位連接消除電位差，確保電器設備安全。

5 結束語

綜上所述，科學合理的防雷接地設計是確保變電站穩定運行的關鍵因素。相關人員需要結合變電站的實際情況和防雷接地要求，采取積極的措施改進防雷接地設計方案，并在防雷接地工作開展的過程中采取正確的方法施工，從而更好地發揮變電站防雷接地技術的重要作用。同時，將防雷接地技術應用在變電站中時，需要考慮變電站的地理位置、周圍環境、土質條件、設備使用性能等對變電站防雷接地設計的影響，并采取對應的措施，由此保證電網的安全可靠，確保電力資源對各個領域的持續性供應，全面保障我國變電站的運行安全。