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浅析自动化电力系统中的防雷与接地技术

发表时间：2020/9/27 来源：《基层建设》2020年第17期作者：张静民周伟

[导读] 摘要：雷电是一种自然现象，随意性很大，电力系统受雷电的危害是有目共睹的。

        河南正大工程管理服务有限公司河南
        摘要：雷电是一种自然现象，随意性很大，电力系统受雷电的危害是有目共睹的。自动化电力设备的防雷措施是复杂且繁琐的工作，我们要结合已有经验和实际情况不断钻研防雷的具体措施，解决实践中遇到的各种问题。因此，为了避免直接和间接的重大经济损失，有必要对电力系统的防雷与接地技术进行探讨。本文从电力线路的防雷接地技术出发，分析了自动化电力设备具体的防雷措施及新技术，从而保证线路和设备免遭雷击。
        关键词：电力系统；自动化；防雷；接地技术；接地棒
        引言
        信息化浪潮席卷电力行业促使电力设备的自动化水平得到了飞快提升，计算机、微电子设备等越来越多地装配到电力运行系统中，虽然有效地提高了电力企业的工作条件和工作效率，但一旦出现恶劣的雷电天气，其容易损坏现有的电力设备，不仅使电力企业经济受损，也给人们的生产生活带来不便。
        1 电力线路的防雷接地技术
        1.1电力线路中的防雷接地技术
        电力线路中同时也可以采取相应的布设避雷器或者避雷线等和输电线路同样的防雷接地方案进行防雷，然而不同的电压级别或者电力线路的具体实施方案间还略有差异和各自优点。那么我们在实际中应该结合着电力系统中的相关技术标准分析和建设，了解到10KV裸导线的电力线路是可使用布设的避雷线手段来确保实现防雷接地的根本目的，但是现阶段这种方式的经费支出比较高并且施工中的阻碍因素比较多，所以仅选择在部分的雷电活动频率相对较高的地区布设这类避雷器，与此同时还应该严格地落实杆塔接地的工作标准。10KV绝缘线线路，对于实际电力系统中的架空绝缘线现阶段可采取如下的集中防雷技术：（1）可以安装避雷线，这种手段的避雷效果也最好，但是其可行性与难度比较大，成本比较高。（2）提高电力线路中绝缘子的耐压水平，把10KV 绝缘子改变为防雷绝缘子就能够将很大程度上有效地提高防雷水平。（3）在现实工作中的多雷区或按照相关档距所安装的线路避雷器，能够有效地减少了雷击断线事故。（4）采用延长闪烁路径的方式，这样就导致电弧比较容易熄灭，在局部上增加了绝缘的强度，假如在相应的导线和绝缘子的相连处加强了绝缘，或者采用了长闪烁的路径避雷器等。（5）局部剥离其电力线路中的绝缘导线，这样就导致局部成为了裸导线，进一步确保电弧能够在剥离的部分进行滑动，而并不是某一固定的点上烧蚀，与此同时还可为今后的施工提供一个能够挂线的地点。
        1.2输电线路中的防雷接地技术
        落实好输电线路中的防雷接地工作，就一定要首先结合着相关线路系统的运行模式、负荷具体的性质、电压等级等各个方面来进行全面、细致的考虑，与此同时还需要符合该地区的地形要求、雷电的强弱、土壤的电阻率等一些潜在的要求或者需求。通常情况下所选用的35KV线路不要选择全线铺设的避雷线形式，可以在其相关的变电所进线端架区域中布设长度约为1km～2km的避雷线装置，除此之外还要在较强的雷电活动范围区域内放置些金属的氧化物避雷器或者布设相关的避雷线。110KV线路就需要全面布设好避雷线，在山区还需要使用双避雷线的方式进行避雷；假如这个地区每年的雷暴平均时间小于15 天，或雷电的活动强度相对较低，那么管理人员就可酌情不布设相关的避雷线。220KV线路同样也应该全程地布设避雷线并且同时采用双避雷线的方式。在布设避雷线的过程中还需要特别关注将避雷线对边导线的保护角角度应该控制在20～30°间，另外一方面还需要严格地落实好杆塔接地工作的质量。
        1.3电力线路中的防雷接地技术
        电力系统中的电缆因为其自身的结构特点和其他的电气设施想连接的要求，依据实际中不同的电压等级应该采取不同的防雷技术。对35KV及其以下的电压等级设置相关的电力电缆，一般情况下应该采取在电缆的终端头附近安装相应的避雷器，与此同时再起终端头的金属屏蔽、铠装上一定要确保接地良好。对那些110KV及其之上的高压电缆，在实际中相关的电力电缆遭受雷电的冲击和电压作用时，在其金属护套不同的接地端或者交叉互联处就将会出现电压，这种情况就可能会导致保护层的绝缘发生击穿现象，应该采取如下几种保护技术：（1）在电缆金属的护套一端做好互联接地，在其另一端接上保护器。（2）电缆的金属护套进行交叉互联，保护器的Y接线或者△进行接地。（3）电缆的金属护套中一端进行互联接地并且加均压线。（4）电缆的金属护套其中一端进行互联接地并且加回流线。
        2 自动化电力设备的具体防雷措施
        2.1 微电子设备的防雷措施
        微电子器件是自动化电力设备的重要组成部分，但其耐冲击水平不高，也是雷击时容易损伤的部件。一般来说，当电压冲击达到10V、30ns时，电路就会被击坏，如若雷击时电流磁场＞0.07×104T或＞1km，就有可能造成电子设备的误动。正是因为微电子设备容易受影响，其防雷措施主要有3种。一是选用TVS管。微电子器件在遇到高瓦数浪涌脉冲时极容易受到损坏，这是如果安装了TVS管，也就是瞬态电压抑制器，能够以极快的速度改变两极间的阻抗，瞬间吸收高能量的电流冲击，稳定电压，避免受破坏。正是因为TVS管具有速度快、吸收量极高、好控制等非常明显的防雷优势，所以越来越多的电力企业将其定为微电子器件的防雷首选。二是设置过敏电阻。以金属氧化物避雷器为例，一旦出现雷击，避雷器能够产生比微电子器件近乎四倍高的保护电压，这样就能消减雷击的电压冲击，保护微电子器件不受损害。三是使用中和变压器。这是当前新研发出来、效果颇佳的防雷措施。在防雷装置设置好工作状态后，如果出现雷击现象，电压冲击通过微电子电路时产生的强大电流能量，中和变压器一方面能够释放这些电流能量，防止雷击造成的器件损害，另一方面能够消除雷电电流残余的电压，起到降压保护作用。
        2.2 载波机的过电压防雷措施
        作为一种通信传播设备，载波机是自动化电力设备必不可少的一环。当遇到雷击时，载波机有三个部件极容易受损：（1）高频电路盘。安装放电管是高频电路盘提升自身抗雷击水平的一个重要举措，放电管能够将瞬间过电压导出高频电路盘，使其在一定程度上产生耐雷性，提高耐雷水准。（2）电源盘。电源盘也可以采用安装放电管的防雷方式，使电源盘的耐雷水平得到提升，载波机的运行稳定性得到保障。

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（3）用户话路盘。因为通过用户话路盘的两股电压有差异，所以防雷装置要进行特殊设计，可将其放置在载波机里，以达到不管哪股电压通过都能得到有效保护的目的。
        2.3 屏蔽与接地保护措施
        （1）接地保护措施。因对地短路是目前使用较广泛的防雷装置的工作原理，所以，接地设计乃是防雷措施的关键点。一般来说，可以将构筑物接地，也可以设计配电系统和强电设备接地，还可以将计算机自控系统设计成接地方式，若能将三种方式统一起来配合使用，则能大幅度提升电力设备的耐雷水平，降低或完全消除对系统和设备的损害情况。不管是哪一种接地方式，在考虑经济成本的同时都要最低限度地降低接地电阻，使得过电压值无限降低，且具备较好的泄流能力，才能达到最好的防雷效果。（2）屏蔽保护措施。为了减弱或消除雷击电流放电时产生的巨大能量或是施加在电子设备上的电磁干扰，需要设置一些金属屏蔽体达到屏蔽保护目的。以计算机系统为例，屏蔽体由建筑物、设备本身、线缆管道等多个部分组成，通信机房等建筑物的钢筋、金属门窗、各种金属房屋构架、地板等都是有一定作用的屏蔽体，可以将他们连接或焊接起来，这就是一个具有很好保护作用的法拉第笼，也就形成了第一步的屏蔽网。设备屏蔽首先要排查其耐电压能力，按照不同等级设置不同级别的屏蔽措施，如高等级屏蔽，就要敷设金属屏蔽网，将其与机房内的接地母线连接起来，形成较严密的第二步屏蔽网。对于电线电缆及其管道的屏蔽层，一是要在两端都要做好良好的接地措施，二是在即将进入室内时接上压敏电阻，将会产生更强的防雷效果。
        2.4 多种防雷技术综合运用
        （1）从整体着眼，设置全面覆盖的综合防雷系统。自动化电力设备的防雷措施不是“头痛医头、脚痛医脚”的单个手段，而是要从电力系统的整体性出发，站在全局的高度将多种防雷技术结合起来，设置全覆盖的综合防雷系统。为此，首先，就要对防雷装置进行系统规划，设备外部要安装什么、内部安装什么、什么装置放在何处、发挥什么作用，都要心中有数，将不同的防雷器件组合放置，实现防雷效果的最优化；其次，具体部位的防雷装置要有针对性地安装，比如电力设备外部安装避雷针，将雷电电流导入地下，以免损害电力基础设施或引发其他意外事故，而设备内部则要在电磁屏蔽、接地系统等方面下功夫，将过电压有效释放给大地，达到保护自动化电力设备的目的。（2）对配电系统做好多级防护。配电系统是自动化电力设备正常运转的必要条件，也是雷击经常“光顾”的地方，因此，配电系统的防雷措施也是不容忽视的重要一点。以往配电系统的防雷措施多是单一且与整个防雷系统割裂开的，导致防雷效果并不理想，致使配电系统受损，整个自动化电力设备无法运行的状况屡屡出现。为此，要将配电系统的防雷措施并入整个综合防雷系统，并实施多级保护措施，如在容易受到雷击的不同部位安装不同型号的电压保护器，形成一个整体防护网，相互配合、相得益彰，防雷效果自然不错。
        3 新型接地棒分析
        3.1 传统接地材料局限性
        传统电力系统的防雷与接地主要是通过镀锌角钢实现，通过单点或两点接地完成避雷操作，但是上述材料具有非常明显的局限性，在很大程度上限制了电力系统的使用质量及效果，其主要表现在：（1）镀锌扁钢的标准长度为2.5m，在部分土壤电阻过高的地方其阻值远远超过4欧姆，无法满足国家标准需求。（2）镀锌角钢在使用的过程中截面面积较大，施工的过程中需要对工程进行大面积开挖，可以在很大程度上造成路面损坏，导致安装经济效益大打折扣。除此之外，镀锌角钢在安装的过程中操作难度较大，安装周期较长，费时费力。（3）镀锌角钢在使用的过程中非常容易出现腐蚀现象，这种现象直接造成镀锌角使用过程中出现断裂的风险上升，导致工程质量大幅降低。除此之外，在上述状况下截面腐蚀会在很大程度上降低镀锌角的导流能力，容易产生二次反击事故。
        3.2 铜镀钢接地体的优点
        铜镀钢接地体在使用的过程中接地棒埋入地下，主要通过螺纹连接器组装成为任意的长度，这种接地体能够在很大程度上降低接地电阻，确保电阻达到国家标准接地要求。铜镀钢接地棒具有非常高的耐腐蚀性，开挖的过程中只需要开挖12cm*12cm表面，降低了开挖面积和公路翻修状况，施工难度大幅降低。该接地棒接地面积非常小，安装非常方面，最大限度降低了对路面的损坏状况。与此同时，在使用铜镀钢接地棒的过程中还可以钢材的导电性，使用周期大幅上升，在很大程度上降低了维护费用，从根本上满足电力系统经济效益目标，达到了防腐和降低电阻的目的。
        4 其他需要注意的问题
        一是做好避雷器的安装及更换工作，并进行专业突击检查，采取强制措施推广；二是做好线路通道的打通和维护工作，对线下植物、违章建筑、鸟窝等障碍物，采取重点专项治理排查；三是杜绝人为因素和其他外力破坏因素，做好辖区内安全供用电的宣传，做好定期的走访排查。
        5 结语
        总之，在电力系统中的防雷和接地应该全面从工程的设计环节就进行认真考虑，应该依据作业中各地的具体情况，采取一切有效、可行的防雷技术和方案，选用那些质量比较可靠的电气设备与可靠性相对较高的防雷设备，与此同时还应该真正地遵循等电位的根本原则，做好符合规定和要求的共用接地网装置，综合地考虑好防雷和接地，线路与设备才能够有效地避免遭受雷击危害的可能性。
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