张博 阿继龙
青海送变电工程有限公司810001
摘要：高压输电线路分布广袤，延伸地域复杂，容易遭受雷击，引起停电事故。运行资料表明，雷害是造成高压输电线路停电事故的主要原因。因此，在变电站的建设中，防雷设计是非常必要的。常用的防雷保护装置有避雷针，避雷线，避雷器和接地装置等。避雷线用以防止雷电直接击中被保护物体，因此，也称直击雷保护。避雷器用以防止沿输电线路侵入变电站的雷电波毁坏电气设备，所以也称侵入波保护装置。
一．变电所的直击雷过电压防护
1保护原则及保护对象
原则：
（1）被保护设备应在保护设备的保护范围之内，以免遭受直击。
（2）被保护设备应与保护设备之间保持一定的安全距离，以免遭受反击。
避雷装置的保护对象：
（1）屋外配电装置，包括组合母线和母线廊道。
（2）油处理室，易燃材料仓库等建筑物。
（3）乙炔发生站，制氢站。
2变电所避雷针应满足的条件
（1）主控室和屋内配电装置等建筑物的外部防雷一般采用避雷带，避雷网或避雷笼进行保护，屋顶一般不装设避雷针保护，除非建筑物有较好的屏蔽作用，如露天布置的气体绝缘全封闭外壳不需要装设专门的直击雷保护装置，但应良好接地。
（2）变电所内有爆炸危险的主设备和建筑物，则应该采用独立避雷针，同时应该采用防止雷电感应的措施。
（3）直击雷保护装置的接地可利用变电所的主接地网，但应在直击雷保护装置附近装设辅助接地装置。
（4）独立避雷针宜装设独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区，其接地电阻不宜超过10Ω。当条件难以满足时，该接地装置可与主接地网连接。
3避雷针的装设
（1）避雷针的选择
对于110kV及以上电压等级的变电站。由于电气设备的绝缘水平比较高，在土壤电阻率不高的地区，可采用架构避雷针，将避雷针直接装设在配电装置的构架上，可以节约投资，便于布置。雷击避雷针时在配电装置上出现的高电位不会造成反击事故。
本所为110kV变电站，土壤电阻率较小，所以，采用独立避雷针和构架避雷针的混合方式。以求达到经济，安全的目的。
（2）避雷针与被保护装置的距离
独立避雷针与配电装置带电部分,发电厂和变电所电力设备接地部分, 架构接地部分之间的空气距离,应符合下式要求
Sk≥0.3Rch+0.1h
Sk:空气中距离. Rch: 独立避雷针的接地电阻.
h:避雷针校验点的高度.
独立避雷针的接地装置与发电厂变电所接地网间的地中距离,应符合下式要求:
SD≥0.3Rch Sd: 地中距离,
对避雷针和避雷线,Sk不宜小于5同,Sd 不宜小于3m。
（3）避雷针的保护范围。
避雷针的高度为h，被保护物体的高度为hx，避雷针的有效高度为h-hx，其保护半径r为：
当hx≥h/2时， r=（h-hx）p
当hx<h/2时 r=（1.5h-2hx）p
P--------考虑避雷针高度影响的校正系数，成为高度影响系数。当h≤30m时，p=1，当30m<h≤120m. p=5.5/√h， 当h>120m时，按120m计算。
由变电站设计范围可知，变电站东西长115米，南北长115米，则其对角线长为162.635米。r≥162.635 , hx=14m
则h=62.75m。所以变电站的避雷针最低高度为62.75m。
4避雷器的装设
（1）避雷器概述
避雷针和避雷线虽然可防止雷电对电气设备的直击，但被保护的电气设备仍然有被雷击过电压损坏的可能。当雷击线路和雷击线路附近的大地时，将在输电线路上产生过电压，这种过电压以波的形式沿线路传入发电厂和变电站，危及电气设备的绝缘。为了限制入侵过电压的幅值，基本的过电压保护装置就是避雷器。
（2）避雷器及其基本要求
避雷器实质是一种限压器，并联在被保护设备的附近，当线路上传来的过电压超过避雷器的过电压时，避雷器先行放电，把过电压中的电荷引入地下，限制了过电压的发展，从而保护了其它电气设备免遭过电压的损害而发生绝缘损坏。其基本的要求为：
具有良好的伏秒特性
具有较强的绝缘自恢复能力。
（3）避雷器的选择原则
电力系统用的MOA一般按下列步骤进行选择
按照使用地区的气温，海拔，污秽，风速和地震条件，确定MOA的使用环境；按照系统的标准电压，系统最高电压，中性点运行方式，接地故障持续时间等条件，确定MOA的系统运行条件。
按照保护对象确定MOA的类型
按照长期作用于MOA上的最高电压确定MOA的持续运行电压。
估算MOA安装点的暂时过电压幅值和持续时间，选择MOA的额定电压，并与工频耐受时间进行校核。
估算通过MOA的的放电电流幅值，选择MOA的标称放电电流。
根据被保护设备的额定雷击冲击耐受电压和和额定操作冲击耐受电压，按照绝缘配合的要求选择MOA的保护水平。
按照MOA安装处的最大短路电流，选择MOA的压力释放等级。
按照MOA安装处的引线拉力，风速和地震条件，选择MOA的机械强度。
二．接地
变电站的接地装置有以下三种：
①工作接地，作用是保证电力系统正常工作而接地。如变压器中性点接地。
②过电压保护接地，是过电压保护装置或设备的金属结构，如避雷器、避雷针、避雷线接地。
③保护接地，是一切正常时不带电的电气设备外壳、配电装置的金属结构（构架）接地。
电气装置中必须接地部分与地之间做良好的连接，称接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称接地体。电气设备接地部分与接地体的连接，称接地线。接地线与接地线，统称接地装置。
接地的目的是防止人身触电伤亡；保证电力系统正常运行，保护输电线路和变配电设备以及用电设备绝缘免遭破坏；预防火灾，防止雷击。
接地的作用是利用接地级部故障电流或雷电流快速散泄到土壤中，以达到保护人身安全和电气设备安全的目的。
1接地的基本要求
（1）铺设接地装置时，首先应考虑利用自然接地体。可以作为自然接地体的有埋在地下的供水管道和其他金属管道（输送液体或气体燃料的除外），建筑物与地相连的金属接地，水工建筑的金属桩，建筑物的钢筋混凝土基础等。
（2）各种不同用途，不同电压等级的电气设备，应使用同一个接地装置（特殊要求者除外）。接地装置的接地电阻，应满足其中接地电阻要求最小的电气设备的要求。
（3）电气设备的人工接地体（钢管，扁钢，角钢，圆钢），应使电气设备所在地点附近电压分布均匀。大接地短路电流系统的电气设备，应装设环形接地网，并加装均压带。
（4）设计接地装置时，应考虑接地装置一年四季都能满足接地电阻要求。
2必须接地的部分。
（1）电机，变压器，电器，照明器具，携带式及移动式用电器具等的底座和外壳。
（2）电气设备的操动机构。
（3）仪用互感器的二次线圈。
（4）配电盘与控制盘的框架。
（5）屋内外配电装置的金属构架和钢筋混凝土构架，以及靠近带电部分的金属围栏和金属门。
（6）电力电缆接线盒，终端盒的外壳，电缆的外皮，穿线的钢管和电缆的桥架等。
（7）在非沥青地面的居民区内无避雷线的小接地电流系统架空电力线路的金属杆塔和混凝土杆塔，以及装有避雷线的电力线路的杆塔。
（8）装在配电线路杆塔上的开关设备，电容器等电气设备。
3接地网的设计
（1）确定计算用短路电流，去单相接地故障电流的起始短路电流。
（2）初估地网的接地电阻R
地网接地电阻的计算式为
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式中 P-------土壤的电阻率
S-------给定的地网面积
若R>2000/I，但5Ω
4接地网校验
当接地网最大接触电位差，最大跨步电位差满足安全要求，地网接地电阻满足要求，则所设计地网合格。
由于接地电阻的计算中列入不少假定因素，因此在现场施工完毕后，必须对接地电阻进行实际测量。测量结果对于大接地电流系统来说，如接地电阻超过0.5Ω，但小于规程上限制5Ω，知识地网可通过补打接地体或外引接地体来降低接地电阻。
（地网边缘方格应用沥青或卵石敷设路面，所内地网，独立避雷针和构架避雷针附近路面及运行人员经常出入处，应用碎石或卵石敷设路面）
(避雷针，避雷器，避雷线设置独立接地)