海钰

身份证号：410702197304231529

某变电所的防雷接地设计

海钰

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变电所是电力系统的中心环节，一旦发生雷击事故，将造成大面积的停电，而且电气设备的内绝缘会受到损坏，绝大多数不能自行恢复。因此，要采取有效的防雷措施，保证电气设备的安全运行。

防雷；避雷器；接地装置

变电所的雷害来自两个方面，一是雷直击变电所，二是雷击输电线路后产生的雷电波沿线路向变电所侵入。对直击雷的保护，一般采用避雷针和避雷线，使所有设备都处于避雷针（线）的保护范围之内。此外还应采取措施，防止雷击时避雷针不发生反击。

对侵入波防护的主要措施是变电所内装设阀型避雷器，以限制侵入变电所的雷电波的幅值，防止设备上的过电压不超过击耐压值，同时在距变电所适当距离内装设可靠的进线保护。

避雷针的作用是将雷电流吸引到其本身并安全地将雷电流引入大地，从而保护设备。避雷针必须高于被保护物体，可根据不同情况或装设在配电构架上，或独立装设。避雷线主要用于保护线路，一般不用于保护变电所。

避雷器是专门用以限制过电压的一种电气设备。它实质是一个放电器，与被保护的电气设备并联。当作用电压超过一定幅值时，避雷器先放电，限制了过电压，保护了其他电气设备。

1　避雷器的选择

1.1避雷器的配置原则

配电装置的每组母线上，应装设避雷器。

旁路母线上是否应装设避雷器，应在旁路母线投入运行时，避雷器到被保护设备的电气距离是否满足而定。

220kV以下变压器和并联电抗器必须装设避雷器，并尽可能靠近设备。

220kV及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。

三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。

例如求函数y=（sinx+2）/（cosx-2）的值域。很多学生拿到题目的第一反应是将函数变形化解为sin（x+θ）的形式，然后再根据三角函数的有界性进行计算。但教师在习题计算过程中可以引导学生运用数形结合的思想，绘制单位圆，在单位圆上找出定点（2，-2），将三角函数问题转化成动点（cosx，sinx）在限定条件下的斜率问题。

1.2避雷器选择技术条件

1）型式

选择避雷器型式时，应考虑被保护电器的绝缘水平和使用特点，可按表1选择。

表1　避雷器型号选择表

表中，F——阀型避雷器；S——配电所用；Z——发电厂、变电所用；C——磁吹；D——旋转电机用；J——中性点直接接地。

2）额定电压

避雷器的额定电压应与系统额定电压一致。

2　进线段保护

为使避雷器可靠地保护变压器，还必须设法限制侵入波陡度和流过避雷器的冲击电流幅值。因为避雷器的残压与雷电流的大小有关，过大的雷电流致使额定电压过高，而阀片通流能力有限，雷电流若超过阀片的通断能力，避雷器就会坏。因此，还必须增加辅助保护措施配合避雷器共同保护变压器，这一辅助措施就是进线段［1］。

3　接地装置的设计

接地就是指将地面上的金属物体或电气回路中的某一节点通过导体与大地相连，使该物体或节点与大地保持等电位，埋入地中的金属接地体称为接地装置。

由于变电站各级电压母线接地故障电流越来越大，在接地设计中要满足电力行业标准DL/T 621-1997《交流电气装置的接地》中R≤2000/I是非常困难的。现行标准与原接地规程有一个很明显的区别是对接地电阻值不再规定要达到0.5Ω，而是允许放宽到5Ω。但这不是说一般情况下，接地电阻都可以采用5Ω，接地电阻放宽是有附加条件的，即防止转移电位引起的危害，应采取各种隔离措施；考虑短路电流非周期分量的影响，当接地网电位升高时，3～10kV避雷器不应动作或动作后不应损坏；应采取均压措施，并验算接触电位差和跨步电位差是否满足要求，施工后还应进行测量和绘制电位分布曲线。

在接地故障电流较大的情况下，为了满足以上几点要求，还得把接地电阻值尽量减小。接地电阻的合格值既不是0.5Ω，也不是5Ω，而应根据工程的具体条件，在满足附加条件要求的情况下，不超过5Ω都是合格的。

3.2接地网型式选择及优劣

220kV及以下变电站地网网格布置采用长孔网或方孔网，接地带布置按经验设计，水平接地带间距通常为5～8m。除了在避雷针（线）和避雷器需加强分流处装设垂直接地极外，在地网周边和水平接地带交叉点设置2.5～3m的垂直接地极，进所大门口设帽檐式均压带。接地网结构是水平地网与垂直接地极相结合的复合式地网。

长孔与方孔地网网格布置尺寸按经验确定，没有辅助的计算程序和对计算结果进行分析，设计简单而粗略。因为接地网边缘部分的导体散流大约是中心部分的3～4倍，因此，地网边缘部分的电场强度比中心部分高，电位梯度较大，整个地网的电位分布不均匀。在220kV及以下的变电工程中采用长孔网或方孔网，因为入地故障电流相对较小，地网面积不大，采用长空网或方孔网的缺点不太突出。在500kV变电站采用长空网或方孔网，上述缺点的表现会十分明显，建议500kV变电站不采用长孔或方孔地网［2］。

3.3降低接地网电阻的措施

3.3.1利用地质钻孔埋设长接地极

根据接地理论分析，接地网边缘设置长接地极能加强边缘接地体的散流效果，可以起到降低接地电阻和稳定地网电位的作用。如果用打深井来装设长接地极，则施工费很高。如果利用地质勘察钻孔埋设长接地极，施工费将大大节省。

3.3.2使用降阻剂

在高土壤电阻率区的接地网施工中使用降阻剂，无论是变电还是发电工程例子都很多。20世纪的70～80年代，使用较多的是膨润土降阻剂和碳基类降阻剂。据了解，多个使用降阻剂的工程，接地完工后测量接地电阻情况都不错，但由于缺乏长期的跟踪监测，对降阻剂性能的长效性和对接地极材料的腐蚀性的信息返馈少。确实也有质量差的降阻剂，降阻效果不能持久，对接地网造成腐蚀，引起各地对降阻剂使用意见分歧。

3.3.3利用地下水引外接地

当变电站附近有低土壤电阻率区（水塘、水田、水洼地等，可以敷设辅助接地网与所内主接地网连接，这种方式叫引外接地。这也是降低接地电阻的有效措施。

3.3.4扩大接地网面积

在均匀分布的土壤电阻率条件下，接地电阻与接地网面积的平方成反比，接地网面积增大，则接地电阻减小，因此，利用扩大接地网面积来降低接地电阻是可能预见的有效降阻措施。

［1］曹绳敏编.电力系统课程设计及毕业设计参考资料［M］.北京：中国电力出版社，1995，5.

［2］文远芳编.高电压技术［M］.武汉：华中科技大学出版社，2001，1.