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变电站装配式钢结构建筑的防雷接地系统探讨

发表时间：2020/8/4 来源：《电力设备》2020年第8期作者：李青

[导读] 摘要：变电站是电力系统的重要枢纽,如果变电站发生雷击事故,有可能使变电站的重要设备遭到严重损坏,变电站陷入瘫痪状态,造成大面积的停电,严重影响正常的工农业生产和人民生活,常常给人们的生命财产造成巨大损失,这就要求变电站必须具有十分可靠的防雷接地系统，以保证变电站的安全可靠运行。

        （临汾临能电力工程勘察设计有限公司山西临汾 041000）
        摘要：变电站是电力系统的重要枢纽,如果变电站发生雷击事故,有可能使变电站的重要设备遭到严重损坏,变电站陷入瘫痪状态,造成大面积的停电,严重影响正常的工农业生产和人民生活,常常给人们的生命财产造成巨大损失,这就要求变电站必须具有十分可靠的防雷接地系统，以保证变电站的安全可靠运行。
        关键词：变电站；防雷接地系统；设计
        引言
        变电站是电力系统在输配电过程中不可缺少的重要组成部分。在雷雨季节，一旦变电站受到恶劣天气影响，遭遇到雷击，常常会在其所服务的供电范围造成停电事故，而大面积的停电事故，给工农业生产和人们的生活带来很大的影响。这就要求变电站的防雷措施必须非常可靠。随着输配电科学技术的快速发展，目前我国各电压等级变电站的一次防雷措施已相当完善，由于二次系统结构复杂，防雷击的措施还很薄弱，易发生雷击事故，极大地威胁着综合自动化变电站运行安全。为了减弱雷电过电压对二次设备的危害，目前，可通过可靠的接地措施来有效解决。
        1 变电站防雷接地设计的必要性
        防雷接地系统是变电站在避免雷电灾害过程当中非常重要的一个技术和环节，不管是击雷感应，还是其他形式的雷电灾害，都可以直接通过这一装置导入大地，所以想要对雷电灾害进行有效的防止，就一定需要一个良好的接地装置，从避免雷电灾害的角度上来说，防雷接地系统与大地做良好的电气连接的装置，称之为接地装置，这种接地装置的作用就是在一定程度上能够把雷电的电荷尽最快的速度导入到大地之上，使他与大地的电荷中和，只有这样才能够在一定程度上避免雷电灾害的发生。在变电站的防雷接地网上连接着整个变电站的高低压设备，低压用电系统接地，通信计算机监控系统设备接地以及变电站维护维修时的一些临时接地，如果在接地电阻较大的情况下，就有可能会导致电位非正常的升高，接地网的网格设计在一定程度上是非常不合理的，他在一定程度上能够造成接地系统电位分布不均的现象出现，这在一定程度上会给相关的出行人员带来很大的安全隐患问题，而且还有可能会导致这些电缆绝缘造成进一步的损坏。这种损坏不仅仅是经济上的损失，更多的有可能会造成人员的伤亡，所以保护变电站的电力系统是非常重要的。如果高压闯入了控制保护的系统当中，有可能会导致一些保护设备发生误动和拒动造成。造成比较大的事故发生，带来的一定会有巨大的经济损失和社会的影响甚至有可能会发生生命安全事件。
        2 变电站防雷接地设计相关内容
        2.1设置接地网间距
        在过去的变电站接地设计中，接地网均压导体都是根据5m、7m、10m等间距开展布置，由于受到端部效应与邻近效应的影响，边角网孔电势比中心网孔电势高，而且随着地网面积与网孔数的增多，其差值也不断增加。在不等距布置的情况下，中部导体泄漏的电流密度会不断增大，可以使得中部导体得以更充分的利用。
        2.2 布置地网中垂直接地极
        由于受到水平接地极屏蔽的影响，使得垂直接地极对地网接地电阻所产生的改善效果较弱，垂直接地极仅仅对一些设备具有增强散流效果的作用。因此，除了避雷器、构架避雷针、变压器中性点、除消弧线圈中性点等需要设置垂直接地极以外，还可以在其他的具有一次设备的位置装设。除此之外，还可以在地网边沿一圈中装设多一些垂直接地极，这样能够使得散流的效果有效增强，增设垂直接地极相当于扩大了地网的面积，能够使得接地电阻得以有效减小。
        2.3 接地极的热稳定性校验
        通常而言，热稳定校验主要根据流经接地线的短路电流的稳定值来开展，相比于地网主干线截面，该设备的接地引下线截面的面积应更大，这样能够使得主干线中的短路电流朝两侧进行分流。但是由于地下主干线容易腐蚀而且购置的钢材规格不宜太多，使得地下主干线通常和接地引下线采用同样规格的钢材。

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        2.4 设计接地引下线
        依照有关规定中的要求，在变压器中性点中应该有两根接地引下线，其与不同干线中的主地网进行连接，接地引下线应该与热稳定校核要求相符。对重要的设备及设备构架而言，应该有两根和主接地网不同地点连接的接地引下线，而且应该保证两根接地引下线都与热稳定校核相关要求相符。除此之外，接地引下线的设计还应该为定期的检查与测试提供便利。
        3 钢结构优势简述
        针对国家电网公司在输电点工程项目全寿命周期文件的要求，将全寿命周期管理理念及方法进行了全面优化与创新，对新的技术与材料，包括工艺等进行了充分地利用，降低了湿作业，有效保护生态环境，降低了污染。其中，在装配式钢结构变电站中，钢结构本身呈现出以下特点与优势：第一，钢结构的强度比较高，且自重较轻，属于柔性结构，具有理想的抗震性能；第二，钢结构施工的速度较快，其建设工期不长，能够在冬期开展施工；第三，在生产工业化与定型化方面十分便捷。
        4 防雷接地常见问题
        建筑电气防雷接地主要是通过接地系统将电气系统和接闪器直接接受或者间接感应的雷电引入大地中。当前很多建筑项目的电气防雷接地设置存在如下问题：①没有合理选择当地的年平均雷暴日计算建筑物的年预计雷击数，错误判断建筑物的防雷等级；有些建筑物计算值没有达到二类防雷，但属于人员密集场所，仍需按二类防雷设计，如中小学建筑、幼儿园等；②错误选择电源接地系统TN-S或TN-C-S及浪涌保护器SPD的等级。③防雷接地系统没有和建筑屋顶的突出金属物可靠连接；④防雷接地系统引出线的防腐处理不到位，接地体掩埋深度较浅，如需热镀锌；⑤均压环、避雷带和引下线的搭接长度较短，焊接处理不合理；引下线的间距没有按周长计算；⑥避雷带外接线没有提前进行预留，甚至发生变形，各个位置的引下点设置距离过大。⑦变配电所、配电间、水泵房、发电机房、风机房、消防控制室等需预留等电位接地端子箱等。
        5 工程实例分析
        在“陂西110kV变电站工程”主厂房设计方面，提出了两种不同的设计方案：第一，钢筋混凝土的框架结构；第二，装配式钢结构。经过预算对比，因为装配式钢结构的结构更为简单，而且施工的速度比较快，在施工中的费用不多，具有一定的经济性，所以，最终选择使用钢结构方案[3]。站在受力特征角度进行分析，因为钢结构变电站是框架结构，而传统框架结构主要是利用混凝土浇筑，或者是使用不同类型的砌块进行砌筑。但是，钢结构受力的部位主要是利用螺栓将钢柱、钢檩条和钢梁进行连接。在螺栓连接之下，使得所有构件的受力实现协同，分配合理。站在连接角度分析，钢结构变电站构件都属于柔性连接，而且各连接点与构件，包括变形能力都受到全面地考虑，通过多点连接的方式，保证在特殊情况下的倒塌覆盖率降低，具有一定的抗震作用。另外，在布置钢结构的时候，一定要考虑到其体系特征及荷载分布的情况。同时，应保证柱间抗侧支撑分布是均匀的。
        结语
        绿色装配式钢结构建筑体系具有较广的适用范围及较高的应用价值。可持续发展是当今最为重视的问题，所以，施工企业要加大科研投入，促进自身技术水平的提高，在建筑结构中应用绿色装配式钢结构，减少施工材料的浪费，提高保证施工质量，满足人们对建筑的需求。
        参考文献
        [1]谢彬,李凡.基于CDEGS软件的变电站装配式钢结构建筑防雷接地优化[J].湖南电力,2019,39(02):76-78.
        [2]胡武鹏.钢结构建筑雷击分析与防护[J].河南科技,2017(07):141-142.
        [3]孙石磊.基于轻型钢结构建筑的防雷及接地[J].中国新技术新产品,2016(11):178-179.
        [4]全蜀.超高层建筑利用钢结构防雷雷电效应研究[J].建筑电气,2015,34(01):55-57.