炼油厂变电站综合防雷接地系统研究

2010-04-03赵阳

中国新技术新产品 2010年13期

赵阳

（镇海石化工程有限责任公司，浙江宁波315207）

炼油厂变电站的综合防雷接地系统对提高炼油企业生产效率、保证电力设备安全经济运行及人身财产安全等方面具有重要的实际意义[1]。传统的炼油厂变电站，由于当时的技术条件影响，整个防雷系统设置不完善，且随着电气设备绝缘老化、工况特性变差、以及不同时期购买的设备间不能很好匹配等多种原因，导致变电站防雷水平降低，在雷击变电站时将出现电气设备损害、甚至发生变电站火灾等事故。变电站内继电保护水平的提高，也就意味着变电站内部弱电系统更加复杂，传统的防雷水平不能满足现役弱电设备的防雷、抗干扰要求，导致弱电设备不能安全可靠的运行，且外部干扰严重影响炼油设备的供应电压，导致炼油效率降低、油品质量差等影响企业高效稳定的生产[2]。

由于弱电设备内部还有的电力电子器件及各类集成芯片，且绝缘强度、耐压水平都很低，如果综合防雷接地系统设置不完善，遭受雷击时会给弱电设备带来巨大的破坏效应；此外，炼油厂变电站通常布置在地域广、地形空旷等区域，非常容易遭受雷电的光顾和干扰。以往在炼油厂变电站防雷接地系统设计和施工中弱电设备的综合防雷接地问题不是很重视，导致弱电系统中存在许多防雷薄弱环节，使得弱电设备经常发生雷击的事故，造成了炼油厂变电设备不能安全可靠的运行，甚至导致整个供配电系统的瘫痪，严重影响炼油设备的经济运行常。因此，对提高变电所综合防雷接地系统对提高炼油企业市场竞争力有巨大的实际意义。

1 雷电对变电设备的危害

雷电是一种危害性极大常发的自然现象之一，大气中的热空气与冷空气在不断摩擦过程中就会形成带有不同极性和容量电荷云团，当云团中的电荷数量达到一定值时，不同的电荷组成的带电云团，以及带电云团与地之间就会形成一个强大的感应电场，造成不同带电云团间以及云团对地发生强烈的放电效应，形成高电压和大电流的雷电，如果变电站被雷电击中，就会导致变配电设备的损害和烧毁，因此，雷电已经被国际电工委员会列为影响电气设备安全运行的最大公害之一，必须采取严格的防治补偿措施[3]。

变电站雷击事故主要导致弱电设备受损，巨大的电位差将造成电气设备出现烧毁、绝缘过热失效等现象；强大的干扰会影响电气弱电设备的安全可靠运行。

2 防雷保护措施

变电站综合防雷措施大致可以分为直击雷防护和感应雷（雷电入侵波）防护两大类，且主要防雷措施的设计机理是根据雷击类型、雷电频率、电流强度以及被保护设施的防雷等级、运行特性等因素设计合理的雷电综合保护补偿措施。

2.1 直击雷防护

对于变电站直击雷防护设计中，通过采用避雷针、避雷带以及避雷线等相互配合，作为雷电接闪器，然后通过接地引下线把雷电流接将强大的雷电流安全泄入大地中。对于直击雷最好的防护措施就是通过拦截物体改变雷电的入侵路径，按照预选设计的通道，将雷电引入大地。利用避雷针、避雷作为雷电接闪器将雷电引入大地中。在炼油领域，小变电所通常采用独立避雷针作为雷电防护措施；而对于大变电所而言需要在变电所系统架构上架设避雷针或避雷线结合系统，将雷电流引入大地中。

2.2 感应雷防护

在变电所防雷接地系统设计中，感应雷是不仅是一个重点，而且是一个难点。感应雷由于其进行变电站内部的途径较多，而且特性参数复杂多变，可以通过架空线缆、通信载波回路等路径侵入变电站中控设备房内。

2.2.1 避雷器

变电所通过在主接线中架设避雷器可以将通过架空线缆侵入变电所的雷电波进行有效的抑制，保证雷电波的强度地域电气设备的系统绝缘强度允许值范围以内。金属氧化物避雷器是我国最为常用的一种避雷器，在变配电系统中发挥优良的作用。

2.2.2 弱电系统电源防护

变电站中有较多的二次继电保护设备，弱电设备在正常工作中所需的动力电源，是通过电源逆变系统将厂用电源转换为二次继电保护设备所需的直流电源，为了防止感应雷通过所用电电缆进入二次设备内部，对电力电子器件及集成芯片进行冲击，通常在设计中会在逆变器前端加装隔离变压器，并在其进出电源两端分别加装电涌保护器（简称：SPD）。二次设备中的电子元件整体耐压水平通常在额定电压的两倍左右，雷击瞬时电压降直接击穿这些设备当发生雷击瞬时电压时，若安装了电涌保护器后，就会将雷击感应电压有效控制在700V以下，将雷击浪涌电压限制到二次设备元件安全运行的电压范围以内。

3 接地系统

在变电站综合防雷系统中，无论是直击雷还是感应雷防护设计中，都需要有一个良好的雷电流泄入大地的接地系统[4]。

3.1 保护接地

当变电站建筑物被雷电击中后，被击中的建筑物内部电气设备就可能受到雷电直击瞬时过电压以及感应过电流的冲击而损害。为了保证雷电直接击中变电站建筑物后，雷电能量能够按照预设的路径安全可靠的泄入大地中，就需要将变电站建筑物、中控室内的电气设备、进出口电源、载波通信等系统进行有效防雷金属网连接，变电站综控室典型的防雷接地布线图如图1所示。

3.2 工作接地

变电所内部用电是通过外部变压器提供的，由于配电变压器占地面积大，通常安装在室外，与供配电电网直接连接。当架空线路发生雷击时，雷电流就可以沿着架空线缆以感应电流方式流入变电站内部，为了保证变电站中变压器及配电设备的整体安全，变电所采用变压器中性点直接接地的运行方式，同时可以通过变压器中性点向变电所提供可靠工作零线，向变电所内部其他电气设备提供交流220V的相电压，同时当线路发生雷击事故时，可以通过变压器保护系统跳闸保护，保障变电所内电气设备的整体安全。

3.3 等电位接地

变电站二次系统的工作电源通常采用直流逆变系统，将所用电转换为弱电系统直流电源。当所用电电源发生波动现象时，直流逆变系统就会给二次设备带来巨大的干扰，严重时会使继电保护装置误动或拒动，严重影响系统的整体供电效应。弱电系统的等电位接地可以保证所有电子器件及芯片工作在同电位的直流系统中，有效抑制所用电的波动对弱电系统的干扰[5]。

4 抗干扰屏蔽技术

变电站内部通常采用微机作为继电保护的核心，微机设备由于集成程度的不断提高，设备间以及外部干扰的防护越来越重要。通常采用屏蔽电缆作为各类信号的传输媒介，同时微机通信系统采用一个同一接地系统，保证了数据信号在传输过程中具有统一的电位参照点，防止信号在数字转换、传输过程中出现畸变现象，有效地衰减了元件间带来相互电磁干扰，增强了系统数据处理速率和准确性。在变电站内部通常采用联合接地系统，作为微机继电保护设备高效工作的中心保障措施。为了各类数据信号的统一，在微机控制屏、监控主机、信号反馈屏及控制室等设施的所有独立接地系统相互结合形成一个联合接地系统，并采用不少于两处的金属4×40mm扁钢带作为重复接地体。