摘 要：作為現(xiàn)代電力系統(tǒng)的主要組成部分，變電站是多條線路、電力系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)和樞紐，一旦變電站遭到雷擊，則可能會導(dǎo)致大面積的嚴(yán)重停電現(xiàn)象，甚至?xí)�對整個電網(wǎng)形產(chǎn)生致命性的危害。對于變電站接地系統(tǒng)而言，其設(shè)計的合理與否關(guān)系著人們的生命和財產(chǎn)安全，尤其是近年來國內(nèi)電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)模在不斷的擴(kuò)大，變電站防雷接地系統(tǒng)設(shè)計變得更為復(fù)雜。本文將以某變電站雷擊事件為例，對變電站防雷接地設(shè)計方法、原則等進(jìn)行分析，以供參考。

　　關(guān)鍵詞：電力工程論文,變電站,雷擊事故,防雷接地設(shè)計,研究

　　對于變電站來說，而且基于其自身特點的考慮，接地設(shè)計過程中主要包括工作、保護(hù)以及雷電保護(hù)等幾種接地類型。其中，工作接地就是電力系統(tǒng)中的相關(guān)電氣設(shè)備運行過程中，所需要的接地防護(hù)設(shè)計;對于保護(hù)接地設(shè)計而言，其主要是電氣設(shè)備金屬外殼、線路桿塔以及配電裝置構(gòu)架等，因絕緣損壞一般會帶電，所以為有效防范危及人身財產(chǎn)安全而進(jìn)行接地設(shè)計;對于雷電保護(hù)接地設(shè)計過程中，其主要是為雷電保護(hù)設(shè)備向大地有效泄放過電流、電壓而設(shè)計的接地。實踐中可以看到，變電站接地網(wǎng)安全與否，除對接地阻抗提出了較高的要求外，同時還對地網(wǎng)自身的結(jié)構(gòu)、應(yīng)用壽命以及接觸電位差和跨步電位差等提出了新的要求。變電站防雷接地設(shè)計，關(guān)系著整個電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行，同時也關(guān)系著人們的生產(chǎn)生活，因此加強(qiáng)對該問題的研究，具有非常重大的現(xiàn)實意義。

　　1變電站雷擊事件

　　近年來，隨著變電站及電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，國內(nèi)變電站數(shù)量不斷增多，實踐中會看到一些變電站遭雷擊事件。比如，2011年8月18日5時30分，110kV四川某變電站35kV線路因受雷擊線路造成保護(hù)裝置動作跳閘，同時跳閘的還有502、530開關(guān)，#547間隔內(nèi)出現(xiàn)燒損現(xiàn)象。檢查#547開關(guān)柜后發(fā)現(xiàn)，斷路器燒毀嚴(yán)重，三相斷路器支柱絕緣子、絕緣拉桿均被燒黑，滅弧室上端接線處已被弧光燒融。 一次雷電襲擊事故中， 35kV的變電站避雷針遭直擊，該變電站中的全部變配電站綜合自動化，保護(hù)微機(jī)保護(hù)設(shè)備裝置電源板等，全部被雷電擊壞;此時，整個變電站系統(tǒng)處于無保護(hù)狀態(tài)。

　　事后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該變電站內(nèi)的探照燈除少量安了附近的建筑結(jié)構(gòu)上，其余多數(shù)均安在了設(shè)有避雷針的鐵塔結(jié)構(gòu)之上。避雷針鐵塔上安裝的戶外照明探照燈電源，很容易導(dǎo)致戶內(nèi)交流電源屏。當(dāng)避雷針遭雷電直擊時，強(qiáng)大的雷電流會通過探照燈電源以及電纜，進(jìn)而形成較強(qiáng)的電磁感應(yīng)過電壓;這些電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電壓經(jīng)過探照燈電源電纜等，直接進(jìn)入到戶內(nèi)的交流電源屏，同時變電站綜合 自動化裝置電源隨之引入到交流電源屏，進(jìn)而導(dǎo)致變電站綜合自動化裝置電源置電源板完全受損。該起事故，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時也影響用戶的生產(chǎn)生活。諸如此類的雷電事屢見不鮮，同時也為我們敲響了警鐘，要求在變電站防雷接地設(shè)計上多下功夫。

　　2變電站雷擊原因分析

　　基于以上分析，筆者認(rèn)為各類型的防雷裝置均需可靠的接地措施才能充分發(fā)揮自身的作用和價值，因此接地設(shè)備自身的不可靠性，可能成為雷擊事故產(chǎn)生的最主要原因之一。同時，影響變電站接地網(wǎng)、裝置的因素也表現(xiàn)出多樣化的特點，具體可從以下幾個方面認(rèn)知。

　　首先，變電站防雷接地設(shè)計方面，嚴(yán)重忽視了變電站地網(wǎng)電位的均衡性考慮。在變電站接地系統(tǒng)設(shè)計過程中，重點需要考慮的是如何才能有效的將接地電阻降下來，最大限度的減輕或避免接地電壓、以及跨步電壓等對人身造成的傷害。從實踐來看，由于變電站地網(wǎng)電流密度存在著分布不均、變電站所在地點電阻率不等以及設(shè)備地線過長等問題，因此在地網(wǎng)中還存在著一些局部電位差問題。通過均衡實驗發(fā)現(xiàn)，變電站接地故障位置的電位通常比地網(wǎng)邊緣電位要高一些。近年來，隨著電網(wǎng)系統(tǒng)的容量不斷增大，變電站故障電流也隨之增大，這將導(dǎo)致故障位置、主地網(wǎng)電位差增高，嚴(yán)重時可能會達(dá)到數(shù)千伏。該種現(xiàn)象的存在，可能會對直流系統(tǒng)、二次回路等產(chǎn)生非常嚴(yán)重的危害。

　　其次，變電站接地裝置施工建設(shè)過程中，可能會出現(xiàn)機(jī)械性的損傷問題，或者因電氣設(shè)備出現(xiàn)斷開現(xiàn)象而導(dǎo)致設(shè)備難以正常運行，加之防腐措施不到位，或者因沒有采取及時有效的防腐措施而導(dǎo)致主網(wǎng)受到嚴(yán)重的腐蝕，最終導(dǎo)致其分割和斷裂。同時，變電站施工過程中，可能存在著施工質(zhì)量不合格問題，比如接地裝置敷設(shè)過程中的回填、埋設(shè)作業(yè)不到位，垂直接地體間距太小以及搭接面積明顯不足等問題，都可能導(dǎo)致變電站遭遇雷擊事故。

　　最后，變電站防雷接地體連接存在著問題，實行串接、或者經(jīng)設(shè)備進(jìn)行過渡連接，或者存在著的故障電流難以正常通過等問題。對于獨立的避雷針而言，由于設(shè)計集中接地設(shè)備、主網(wǎng)以及獨立避雷針網(wǎng)之間的安全距離明顯不足，而可能會導(dǎo)致雷擊事故。此外，中性點位置的引下線出現(xiàn)了不可靠接地問題，比如很多的110kV變電站中性點位置接地引下線均接在了一個點上，或者彼此距離太近。此時，如果連接線位置發(fā)生了雷擊故障問題，則變電站設(shè)備將會出現(xiàn)失地運行現(xiàn)象。

　　3變電站防雷接地設(shè)計原則和接地方法

　　基于以上對當(dāng)前變電站防雷接地設(shè)計中存在著的主要問題及其成因分析，筆者認(rèn)為實踐中若想有效避免或減少雷擊事件對變電站及電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，應(yīng)當(dāng)堅持合理的接地設(shè)計原則和正確的接地方式和方法。

　　3.1變電站風(fēng)雷接地設(shè)計原則

　　變電站風(fēng)雷接地設(shè)計過程中，應(yīng)當(dāng)盡可能的考慮到防止轉(zhuǎn)移電位引發(fā)的危害問題，應(yīng)當(dāng)及時采取有效的隔離防范措施;同時，還要充分考慮短路現(xiàn)象發(fā)生時的非周期性影響等問題。接地網(wǎng)電位出現(xiàn)明顯升高時，要確保避雷器不能產(chǎn)生動作，而是應(yīng)當(dāng)采取有效的均壓措施和方法，對接觸電位差、以及跨步電位差要求進(jìn)行計算，待施工完成后應(yīng)當(dāng)對其進(jìn)行準(zhǔn)確的測量、并在此基礎(chǔ)上繪制出準(zhǔn)確的電位分布曲線圖。變電站防雷接地網(wǎng)設(shè)計過程中，應(yīng)當(dāng)盡可能的采用建筑地基鋼筋、金屬接地物進(jìn)行統(tǒng)一連接地操作，并將其作為接地網(wǎng)。同時，應(yīng)當(dāng)盡可能的以自然接地物作為基礎(chǔ)，并且輔以人工接地體對其進(jìn)行補(bǔ)充，以彌補(bǔ)其不足之處，而且要確保外形的閉合、或者呈環(huán)形狀。在此過程中，還要采用有效的統(tǒng)一接地網(wǎng)模式，采用一點接地模式進(jìn)行接地設(shè)計。 　　3.2變電站防雷接地方法

　　對于變電站而言，除設(shè)計獨立的避雷針以外，整個變電站及電網(wǎng)系統(tǒng)的接地，比如工作、保護(hù)以及避雷器等接地，實際上共用主接地網(wǎng)。實踐中，如果變電站極限入地電流非常大，則接地電阻很難滿足計算值，此時接地設(shè)備在跨步電勢、以及接觸電勢等不超過允許范圍要求時，變電站的實際接地電阻應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照設(shè)計要求布設(shè)。接地網(wǎng)接地電阻滿足要求以后，在變電站道路、地面位置進(jìn)行高阻處理，敷設(shè)適當(dāng)?shù)臑r青底、或者碎石墊層，對混凝土地面進(jìn)行硬化操作，可有效滿足接觸電勢、以及跨步電壓防雷之要求。

　　據(jù)調(diào)查顯示，當(dāng)前國內(nèi)變電站接地網(wǎng)采用的多是常規(guī)性的水平、垂直接地有機(jī)結(jié)合的復(fù)合型地網(wǎng)，而且接地網(wǎng)設(shè)在變電站之中。當(dāng)變電站所在區(qū)域的土壤電阻率偏高時，采用常規(guī)性的水平與垂直接地有機(jī)結(jié)合的方式，接地電阻有可能會難以滿足實際要求，此時應(yīng)充分考慮如果采用電解接地極以及填埋降阻劑等方式來實現(xiàn)降阻之目的。比如，采用降阻劑降租過程中，于水平接地網(wǎng)上有效的填埋適量的降阻劑，并在站內(nèi)加打適量的10～30m左右的深井接地極，在其內(nèi)部填上適量的降阻劑;在此過程中，深井的數(shù)量應(yīng)當(dāng)視實際情況具體確定，其主要優(yōu)點在于接地網(wǎng)施工完成后，應(yīng)用性能會非常的安全可靠。實踐中，變電站所處位置的土壤電阻率非常高時，如果利用鋼材布設(shè)復(fù)合地網(wǎng)的實際接地電阻仍不達(dá)標(biāo)，則建議采用銅導(dǎo)體進(jìn)行接地施工，雖然造價會高一些，但是在防雷害方面比較安全可靠。實踐中可以看到，為有效防范變電站遭受雷電的襲擊，目前常用的兩種方法是等電位連接和聯(lián)合接地。對于等電位聯(lián)結(jié)而言，其主要是指將變電站中的全部非帶電金屬導(dǎo)電物體連接在一起，將其有效的引向接地體;對于聯(lián)合接地而言，即變配電站統(tǒng)一采用了接地體，接地電阻值根據(jù)不同接地系統(tǒng)最小要求設(shè)計，以此來有效減少雷電的襲擊和傷害。當(dāng)變電站采用統(tǒng)一接地體以后，防雷接地不再單獨的對接地體進(jìn)行設(shè)計，表面來看好像非常的不安全，實際上是有科學(xué)根據(jù)的。比如，某次雷電發(fā)生時所產(chǎn)生的電流幅值是50kA，此時采用的是聯(lián)合接地，則阻值為4Ω，而且對地電壓應(yīng)當(dāng)在200kV作用。等電位聯(lián)結(jié)后， 變電站中的非帶電金屬導(dǎo)電物體對地電位同時升高200kV，各電源中性點會同時接在一個接地體之上，此時對地電位統(tǒng)一升高200kV。由此可見，彼此之間仍或保持原電位差不變，因沒有新電位差產(chǎn)生，所以也不會有靜電感應(yīng)過電壓、電磁感應(yīng)過電壓產(chǎn)生。

　　結(jié)語

　　變電站作為整個電網(wǎng)系統(tǒng)的樞紐，一旦遭到雷擊，則后果不堪設(shè)想。因此，實踐中應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)思想重視和防雷接地設(shè)計創(chuàng)新，只有這樣才能確保變電站運行的安全可靠性。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]李衛(wèi)紅.變電站防雷接地工程質(zhì)量控制[J].城市建設(shè)理論研究(電子版)，2011 (36) .

　　[2]董磊，丁諾.變電站雷電防護(hù)與雷擊事故分析[J].中小企業(yè)管理與科技，2012(10).

　　[3]曾艷.淺析變電站防雷接地的問題[J].中國科技縱橫，2011(10).