雷电对变电设施的危害及防护

(整期优先)网络出版时间:2019-06-16
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雷电对变电设施的危害及防护

温晓佳

(中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司第十一采油厂甘肃省庆阳市745100)

摘要:变电站是电力系统防雷的重要保护设施,如果发生雷击事故,将造成大面积的停电,严重影响生产安全。因此要求变电站的防雷保护措施必须十分可靠。为保证电力系统的安全运行,电力系统应根据被保护物的重要性和危险程度的不同,对于直接雷、雷电侵入波、感应过电压采取相应的防雷保护措施。

关键词:雷电;变电设施;危害;防护

1引言

雷电的破坏主要包括直击雷和感应雷。直击雷是雷云直接对物体放电,对地面突出的物体如高楼以及建筑物顶部的通讯天线、卫星天线等构成严重危害。感应雷是由雷云对大地的放电或雷云之间的迅速放电形成静电感应和电磁感应。研究表明:静电感应方式引起的浪涌数倍于电磁感应引起的浪涌。感应雷主要通过电源线和信号线侵入二次设备并对其造成破坏。

2直击雷防护

2.1直击雷的概念

雷云对地放电的主通道通过被保护物,就称被保护物被直击雷击中。直击雷发生的概率虽然很小,但其危害十分大,有不少专家学者在努力研究有效防止直击雷的方法,但直到今天还是无法完全阻止直击雷的发生,所以不能掉以轻心。

2.2直击雷的保护措施

2.2.1接闪器位于防雷装置的顶部,其作用是利用其高出被保护物的突出部位把雷电引向自身,承接直击雷放电。比如避雷针及其变形产品避雷线、避雷带、避雷网等统称接闪器。一定高度的金属导体会使大气电场畸变。这样,雷云就容易向该导体放电,并且能量越大的雷就越易被金属导体吸引。这样接闪器的防雷是因为将雷电引向自身而防止了被保护物被雷电击中。

2.2.2引下线的用途是将接闪器的雷电流安全的导入大地。引下线应满足机械强度、耐腐蚀和热稳定的要求。

2.2.3接地体是指埋在土壤中起散流作用的导体。

3雷电侵入波保护

3.1雷电波的侵入原因及危害

当变电所遭受雷击时,被保护设备上的电压具有振荡性质,其振荡轴为避雷器的残压Ur,由于避雷器动作后产生的电压波在避雷器和被保护设备之间多次反射引起,因此,只要设备离避雷器有一段距离,设备上所受冲击电压的最大值必然要超过避雷器的残压Ur,有时会对设备绝缘造成威胁。

3.2雷电侵入波的保护措施

3.2.1设置进线保护段,以减少危险雷电侵入波产生的机会;要限制流经避雷器的雷电电流幅值和雷电波的波度,就必须对变电站进线实施保护。当线路上出现过电压时,将有行波导线向变电站运动,起幅值为线路绝缘的50%冲击闪络电压,线路的冲击耐压比变电站设备的冲击耐压要高很多。因此,在接近变电站的进出线上加装避雷线是防雷的主要措施。

3.2.2在变电所内装设避雷器,以限制雷电侵入波过电压的幅值。变电站对侵入波的防护的主要措施是在其进出线上装设阀型避雷器或过电压保护器,避雷器装设在被保护物的引入端,其上端接在线路上,下端接地。目前高压配电柜内一般装有三相组合式过压保护器,不但防止了雷电侵入波产生的过电压,而且避免了开关设备操作时所产生过电压对电气设备绝缘所带来的损害。

4变电设施的接地保护措施

为变电设施安装避雷针是预防直击雷最为有效的方法,避雷针通常由接闪器和泄流地网组成,在雷云积聚时避雷针能够将雷电吸引过来,保护变电设施免遭雷击。但是避雷针的保护范围有限,如果被保护的变电设施距离避雷针的距离过远,那么避雷针就无法起到保护作用,而避雷针离变电设施过近又会引起雷电的反击。因此在设置避雷针时应该计算好避雷针与变电设施的距离,使其既能充分发挥保护作用,又不会发生连锁效应。

除此之外,变电站的电压等级不同,采取的接地方式也不一样:对于35KV以下的变电站,避雷针应独立安装,而110KV以上的变电站可以将避雷针安装在配电构架上,这是因为安全电压等级小的变电站电气设备的绝缘性能差,避雷针产生的高电位容易引发电气设备的反击事故;相反的,安全等级高的变电站电气设备有着较高的绝缘性,则不需要考虑这一问题。为了进一步提高变电设施的安全性,可以额外增加几根接地线路,这样会大幅度提高避雷针的灵敏性,削弱感应雷过电压值。考虑到在变电站全线架设避雷线的成本较高,不符合变电站的经济效益,所以根据电气设备遭受雷击的概率布设线路,容易被雷击的电气设备安装多条线路,雷击风险小的设备可不设置避雷线,只要确保避雷针的覆盖面积与变电站相适应,那么就可以防止变电站内部所有的设备和线路遭受雷击。

5变电设备防雷安全对策

变电站的技术人员在设计防雷接地线路时,应从经济性、实用性和可行性等多方面进行考虑,以降低工程造价,加强变电设施的安全性。具体而言,可以采取以下措施:第一,布设多条接地引下线,采用先进的屏蔽材料,对材料进行严格的检验,确保材料的绝缘性能符合要求,这样可以大幅度改善泄流系统的性能,使系统的各个结构都能够发挥出最大的效用。第二,虽然避雷针能够起到一定的防雷作用,但是雷电在通过避雷针进入接地装置时,变压器的外壳也会产生较高的电压,因此安装避雷针时要将变压器外壳、低压侧的中性点与接地线连在一起,防止雷电击穿变压器。第三,将变压器的外壳和高压侧相连接地,低压侧中性点和接地线连接接地,这样变压器的高低压两侧都与地直接相接,在雷电入侵时就可以防止变压器两侧电压的逆转,从而将雷电事故降到最低。第四,避雷针引下线应与电气设备保持适当的距离,接地装置要与总线地网连接,并加装集中接地装置,以降低雷电的对地电压。第五,如果变电站的建筑屋顶含有金属成分,要将金属结构与地面相接,降低屋顶的导电性。对于导电性较差的屋顶要安装避雷针和接地引下线,从而实现对建筑实行全面的防护。

6严格执行巡检制度

(1)严格按照国家的相关规范依照低压电气线路的固定路线进行巡检。主要的检查内容包括:架空线路的安全距离是否达标;所内各线路的导电性能和机械强度是否合格;线上的所有自动保护装置的运行状态是否正常。

(2)运行线路中的各项开关和保护装置是否齐全。保护电器的安装位置和周边环境是否达标,是否存在易燃易爆物品,以及能否危害操作员的人身安全。

(3)运行线路如途径各种楼板或墙面时,应该采取外套的保护装置;如果所套保护装置的材质为金属,管口应该配有绝缘套;运行线路如果有埋设部分,也应该在埋设前安装好保护层。

(4)接地线路应远离危险源,危险区内的线路要用绝缘材料保护,并埋地或架高,用托盘、槽盒等装置保护;危险性低的线路应尽量埋设在较低的位置,通过埋砂来保护线路。

(5)根据不同的接地保护型式,电缆芯数的选择应准确,切忌用其他形式的电缆替代。对于三相回路来说,保护线与中性线合用同一导体时,应选用四芯电缆;保护线与中性线各自独立时,宜选用五芯电缆;受电设备外露可导电部位的接地与电源系统接地各自独立时,应选用四芯电缆。对于单相回路来说,保护线与中性线合用同一导体时,应选用两芯电缆;保护线与中性线各自独立时,宜选用三芯电缆;受电设备外露可导电部位的接地与电源系统接地各自独立时,应选用两芯电缆。此外装置外可导电部分严禁用作PEN线,PEN导体必须与相导体具有相同的绝缘水平。

(6)电缆的金属护套、金属电缆桥架、线槽应接地可靠。

结语

雷击事故引发的危害是巨大的,不但会破坏供电系统的稳定性,给变电站造成难以弥补的经济损失,而且会严重威胁工作人员的人身安全,因此采取必要的安全防护措施预防雷击事故的发生是十分必要的。变电站工作人员应始终保持较高的警觉性,严格执行变电站运维制度,确保将变电设施的检查和维护工作落实到位。同时制定科学完善的事故处理策略,以便发生变电事故时能够第一时间采取应急措施,从而创建安全、可靠的变电运行环境。

参考文献:

[1]孙正来。余传兵。变电站35kV终端安装构架避雷针的研究[J]。合肥工业大学学报(自然科学版),2012,1(23)。

[2]陈伟。基于滚球法的变电站直击雷防护设计[J]。南方电网技术。2011,3(34)。