黄明利 刘元园 章珂
国网安徽省电力有限公司检修分公司 安徽 合肥 230000
摘要：当发生雷击时，会造成电压过高，致使变电站大面积停电，影响电网系统正常运行。为了提高电网运行的可靠性，通过电磁暂态仿真软件(ATP－EMTP)对某500kV变电站雷电过电压进行仿真分析。考虑雷击位置的不同，比较变电站主变压器过电压值的大小;为寻求最佳防雷保护，研究杆塔接地电阻对主变压器过电压的影响。分别分析远雷区和近雷区杆塔电阻值对电气设备过电压的影响;研究主变侧安装避雷器对雷电过电压的抑制作用，并探讨避雷器与主变的距离对变电站的防护效果。仿真结果表明，雷击2号杆塔时主变压器的过电压值最高;改变近雷区杆塔接地电阻值对电气设备过电压值影响更大;综合考虑主变与避雷器的距离在50m之内可有效保护变电站稳定运行。
关键词：500kV变电站;过电压;防雷保护
引言
500kV变电站作为矿井供电体系的枢纽，对于矿井生产的持续稳定运行至关重要。当矿井处于山岭地带时，500kV变电站也多处于位置偏僻的高地区域，这种情况下在夏季雷雨天气，变电站电网线路被雷电入侵而发生跳闸或电气设备损伤的概率大幅提高，从而对煤矿生产的持续稳定开展造成严重影响。根据相关统计，因雷电入侵造成的供电问题占到矿井变电站事故的40%左右。鉴于此，采取合理的技术措施对矿井500kV变电站电气设备进行合理防护，对于确保矿井生产供电的持续有效意义重大。
1 雷击点对主变过电压的影响
在500kV变电站中，雷击点是影响系统各个设备的重要因素。本文仿真计算时将变电站和进线段结合起来，离变电站2km以内的1－5号杆塔为近雷区，离变电站在2km及以外的6号杆塔为远雷区。由于1号杆塔与变电站门型构架距离较近，而变电站门型构架的接地电阻一般都很小，当雷击1号杆塔的塔顶位置时，雷电波通过地面地线返回的负反射波很快回到1号杆塔，因此1号杆塔的电位相对降低，使雷击1号杆塔所产生的过电压大大降低。
2 雷电入侵途径和危害分析
对于煤矿生产而言，雷电对变电站的入侵损害主要包括4种途径：
a)直击变电站。雷雨天气中，一旦雷电直接击中变电站内部设备，便会伴随产生强度极高的电压或电流，继而对各电气设备结构造成损坏，严重时还会引起火灾。
b)形成高压反击雷，损坏设备。避雷针是应用最为普遍的一种防雷设备，其主要通过金属探针将雷电引入大地，从而保护设备免受损坏。但当设备周边土壤呈现高电阻特性时，会导致雷击电流进入后无法瞬时释放，进而造成土壤局部电位增加，从而形成电势差。一旦这种电势差超出安全阈值，便会造成高压反击。
c)雷电感应损伤。当雷电接近地面时会立即释放瞬时大电流，从而在释放点周围形成运动磁场。而当这种磁场笼罩变电站电缆时，便会产生瞬时感应高压，从而对设备造成损害。
d)雷电通过天线损伤电子设备。变电站外部通常架设有GPS天线，而当雷电击中变电站时，雷电便会通过GPS天线向变电站内传输大电流，从而对电子设备造成损害。
3 500KV变电站的防雷保护
3.1防雷保护设备概述
电力系统中防雷设备有很多，其中最基本的防雷保护设备就是避雷针、避雷线、避雷器、直击雷保护装置。直击雷保护装置通常将雷电引到设备本身，保护电力系统不被雷电直接击中，并能够顺利接入大地。避雷针和避雷线则会防止雷电直接击中变电站，起到防御作用，因此也被称作直击雷保护。避雷器的作用与其他两个设备不尽相同，它防止沿输电线路入侵变电站，因此也称作雷电侵入波保护。
3.2避雷针的保护原则
避雷针的装设原则及其接地装置的要求:(1)独立避雷针最好设置独立的接地装置。
110KV变电站的避雷针装置一般放在变电站的架构上，这样能够有效防止雷电直击对变电站的损害，装在架构上的避雷针应直接连接接地网，接地装置应集中装设在避雷针附近。装有避雷针的架构也有特殊要求，即接地部分的距离最好保持在高于绝缘子串的长度，但在空气污秽的地方，该距离可适当调整。(2)避雷针与主接地网的地下连接点到变电器接地线与接地网的地下连接点，其连接长度不宜小于15cm。因为变压器的门型架构与变压器距离较近，很难达到不小于15cm的要求，因此该架框上不应装置避雷针等设备。
3.3避雷线
a)对于变电站进线端，采用合理架设避雷线的方式，通过避雷线将雷电波引入地下，从而大幅提升变电站中各条线路的耐雷水准。此外，避雷线的铺设还可有效规避雷电波入侵，并在出现雷电波入侵时有效降低侵入波强度，最大程度保护变电站设备。
b)在布设避雷线接地终端时，要进行有针对性的均压布置，也就是从避雷线接地点中心区域向外引出3条长度为3000m的水平接地极，3个接地极等角度分布，所有接地极使用镀锌钢制成，以便充分分散电流。同时，在接地极半径1200～1500mm处布设闭合均压环，均压环由直径16mm的圆钢制成。接着在避雷线和均压环的相交点埋设垂直接地极，并使用镀锌扁钢将水平接地极与主接地网连通。
3.4变压器的防雷保护
作为500KV变电站最重要的组成部分，变压器是需要重点进行防雷保护的电气设备。因其绝缘比较薄弱，在三绕组变压器正常工作时，时常会出现高、中压绕组工作而低压绕组开路的工作状态，一旦在这个时候有雷电波入侵，低压绕组出现过低电压会危害变压器的绝缘。为了避免发生这一事故，必须在低压绕组的任一出口加装一个氧化锌避雷器。对于中性点接地系统，只需装置氧化锌避雷器即可。
结语
本文以500kV变电站作为研究对象，主要研究变电站雷电侵入波过电压的影响因素以及防雷保护措施。由以上的ATP－EMTP仿真可以得到以下结论。
a.研究500kV雷电侵入波过电压时，采用ATP－EMTP仿真，将变电站及进线段看作一个整体。由于2号与变电站距离很近，在传输过程中雷击波衰减很小，故其过电压值较大。
b.杆塔冲击接地电阻越小，变电站内设备的过电压值越小，研究时区分近区(1－5号杆塔)和远区(6号杆塔)雷击，改变近雷区的杆塔接地电阻比改变远雷区的杆塔接地电阻，主变过电压减小更明显。因此，在工程中应尽量减小近雷区杆塔接地电阻。
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