建设综合勘察研究设计院有限公司 苏 静

变电所的一次系统能通过各种防雷措施躲过雷击，但系统内的二次系统则对雷击抵抗能力较小：一方面由于现代电子设备内部结构高度集成化，耐压水平很低，造成其对雷电过电压的承受能力不如以前；另一方面由于通信设备增加使得信号线路更多，雷电波入侵更加简单，以致雷电事故时常发生，影响信息系统正常运行，轻则导致设备失灵或损坏，重则造成系统崩溃、电气设备毁坏，造成庞大的经济损失。因此不能轻视变电所防雷，必须保证安装信得过的防雷措施。

1 雷击的形式及危害

雷击的形式根据成因和特点的不同主要可分为雷电感应过电压、地电位反击、雷电波入侵等形式[1-3]。

感应雷过电压：雷云放电虽没有直接击落在电气设备上，但也可能产生过电压。因为在雷云放电之初，雷云强大的静电场会使得设备被感应出大量异性电荷，被相对集中在近端；当主放电发生后云中电荷迅速释放掉，于是设备上集中的感应电荷也要迅速入地释放，会形成冲击电流，该电流会在设备阻抗上形成压降，这个压降就是感应雷过电压[4]。感应雷过电压主要产生在架空输电线路上。对于架空线路，没有避雷线保护时，当雷击点距离导线水平距离S 大于65米时导线上感应过电压的值可按公式估算U=25×I×h/S。感应雷过电压是变电所低压部分和弱电系统、信息系统的主要威胁，变电所遭受的感应雷电压主要有两个来源：一种是感应形式，因为变电所附近出现雷电现象，各装置及设备中产生的感应雷电压属于雷电导致的电磁感应；另一种是入侵波在变压器高低压绕组发生的电磁感应（变比）或电容耦合，在变压器各侧可能形成的过电压。一般所说感应雷过电压指的第一种情况，这种雷电压对变电所的低压设备绝缘危害较大，尤其是对保护、通讯、测量、控制等弱电系统的威胁更加严重，对该类设备感应雷防护是最重要的环节。

入侵波：由于变电所通常会有多条出线，因此各线路万一遭受雷过电压后，线路雷过电压或雷电流一定会沿着线路进入变电所，对建筑内的设备安全构成隐患，把这种雷害统称入侵波[5]，其对变电所内设备的威胁与变电所的运行方式、设备状态、系统参数、入侵波的来源、入侵波的幅值和陡度等多种因素有关系。如：当雷电压沿线进入变电所时，若断路器处于开断状态，因为波的折反射将在断路器断口上形成约2倍值的雷过电压；变压器中性点不接地时，中性点绝缘承受的过电压大约是绕组首端入射电压值的2倍；因避雷器动作造成的截波过电压等。一般入侵波沿线进入前，受各种因素影响进入变电所的波峰和陡度会被削弱，其直接危害会低于直击雷危害，但由于线路遇雷几率远高于变电所遭雷直击，因此入侵波防护更是变电所防雷的重要环节。

雷电对二次设备的危害机理分析：雷电电涌是近年来人们极其重视的一种二次设备的雷电危害形式，它的防护方式也在不断完善。从原理上划分，雷电电涌对变电所二次系统的干扰方式主要有阻性耦合、容性耦合、感性耦合。经过分析研究，对于阻性耦合，接地电阻越大干扰越严重；对于容性耦合，由于电势差的原因，导致设备绝缘系统中存在较大的容性电流，对设备的正常运行带来巨大的干扰；对于感性耦合，雷电流的频率越高、两回路间互感越大感应过电压就越大，感性耦合对设备的危害就越严重[3]。

2 防雷措施

接闪器。作用是把雷电引向自身，承受直击雷放电。除利用混凝土构件内钢筋外，接闪器应镀锌，焊接处应涂防腐漆[6]。在我国通常使用避雷针作为接闪器，经过几十年的发展，不同场合的避雷针外形也不相同，从实用角度来讲选择直击避雷针就可满足要求。LS 单针避雷针（不锈钢避雷针）采用316或304L 不锈钢材质，抗高温及抗氧化性强，保用期超过10年，使用VSSIO 最新标准化工艺加工，从力学结构设计、尺寸精度、焊接、抛光、数控钻孔等各个环节都体现了国内顶级工业水平，品质、工艺远超同行业。在所有的避雷针中，单针避雷针的可供选择的型号高度都特别多，有符合防雷要求的6m 的避雷针，所以我们选择了一款单针避雷针，这样经济实用也对防雷保护行之有效，因此选择了LS6000型号的单针避雷针。

引下线。是指连接接闪器与接地装置的金属导体。引下线的用途是将接闪器的雷电流安全的导入大地[7]。设计的变电所是框架结构的建筑，而避雷针正好设计在建筑物边缘，一种方法可沿变电所外墙铺设引下线，并直接沿墙向下接地；另一种方法是直接利用变电所内的钢筋作为引下线。两边有两根避雷针，可用两根引下线，既提高了整个变电所防雷的可靠性，且使用两根引下线后可利用其分流作用将每根引下线的电压降大大降低，减少了变电所侧击的风险。

屏蔽接地。主要作用是把电气干扰转入大地，能降低外来电磁干扰的负面作用，减少带来的阻碍，避免其他设备遭到影响。其主要形式有建筑屏蔽接地、弱电设备的相关接地、低压电缆屏蔽层接地。

避雷器的选型。由于氧化锌避雷器优点多，是目前世界上用得最广泛的避雷器，所以选择郑州益之润防雷工程有限公司的一款氧化锌避雷器，属于3～220kV 无间隙金属氧化锌避雷器，型号是Y5WZ-17/45。

防闪络。与绝缘体击穿对应，一般称在绝缘体表面出现的放电、电弧等现象称作闪络。当雷击发生时，存在空气中或金属、绝缘层等表面的气体、液体等沿着绝缘表层发生破坏性放电，而放电时的电压即闪络电压。当闪络发生时电极间的电压会很快降低，甚至无限接近于零。出现闪络的整个表面所产生的火花电弧等能导致绝缘层表皮焦炭化。变电所内闪络的发生将给安全供电和生产带来极大的危害，一般可采取定时对绝缘体表面进行污秽清除、在绝缘体表面的涂料选用绝缘属性材料、时常对设备进行巡视等措施来防止绝缘设备发生闪络。

3 仿真分析

雷击杆塔仿真研究。对于雷击杆塔时，通过对变电站变压器的过电压在无避雷器仿真和雷击杆塔加避雷器进行仿真，对比雷击杆塔无避雷器v/t 图（图1）和雷击杆塔加避雷器v/t 图（图2）可知，通过添加避雷器将能有效抑制各个设备上过电压的最大幅值，可有效保证站内设备的安全运行。

图1 雷击杆塔无避雷器v/t 图

图2 雷击杆塔加避雷器v/t 图

图3 雷击母线无避雷器仿真结果

图4 雷击母线加避雷器仿真结果

雷击母线仿真研究：对于雷击母线时，通过对变电站变压器的过电压在无避雷器仿真和雷击杆塔加避雷器比较，雷击杆塔无避雷器v/t 图（图3）和雷击杆塔加避雷器v/t 图（图4）可知，加避雷器后各个设备的最大过电压都有明显下降，从而说明避雷器在雷电流过电压入侵变电站时起到十分重要作用，保护变电站内变压器不受损害，提高了电力系统的安全性和可靠。对于雷击杆塔母线时通过对变电站各个设备的过电压仿真波形图1～4（图中蓝线是电压互感器，红线是变压器，绿线是电抗器）比较分析而知，变电站内各电器设备过电压比原来雷击点的过电压高很多，从而说明应尽量避免雷击近区杆塔而引起反击和雷击母线。