电力系统防雷与接地防雷方案

　　电力系统防雷是供配电工程的重要保护措施，如果发生雷击事故，将造成大面积的停电，严重影响社会生产和人们生活。供配电系统的防雷保护应从工程设计阶段就认真加以考虑，根据各地的实际情况，采取切实可行的防雷方案。
一、变电所的防雷保护
　　1.1变电所遭受雷击的来源及解决方法
　　（1）雷击的来源：一是雷直击于变电所的设备上;二是架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电所。
　　（2）变电所对于直击雷的保护一般采取装设避雷针或采用沿变电所进线段一定距离内架设避雷线的方法解决。
　　（3）架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电所，是导致变电所雷害的主要原因，若不采取防护措施，势必造成变电所电气设备绝缘损坏，引发事故。在变电所内装设避雷器的目的在于限制入侵雷电波的幅值，使电气设备的过电压不致于超过其冲击耐压值。而变电所的进线段上装设保护段的主要目的，在于限制流经避雷器的雷电流幅值及入侵雷电波的陡度。
　　1.2变电所装设避雷针的原则
　　所有被保护设备均应处于避雷针(线)的保护范围之内，以免遭受雷击。当雷击避雷针时，避雷针对地面的电位可能很高，如它们与被保护电气设备之间的绝缘距离不够，就有可能在避雷针遭受雷击后，使避雷针与被保护设备之间发生放电现象，这种现象叫反击。此时避雷针仍能将雷电波的高电位加至被保护的电气设备上，造成事故。不发生反击事故的避雷针与电气设备之间的距离称为避雷针与电气设备之间防雷最小距离。
　　1.3避雷针与电气设备之间防雷最小距离的确定
雷击避雷针时，雷电流流经避雷针及其接地装置，为了防止避雷针与被保护设备或构架之间的空气间隙被击穿而造成反击事故，空气间隙必须大于最小安全净距。为了防止避雷针接地装置与被保护设备或构架之间在土壤中的间隙被击穿而造成反击事故，空气间隙必须大于最小安全净距。
　　1.4装设避雷针的有关规定
　　对于35kV及以下的变电所，因其绝缘水平较低，必须装设独立的避雷针，并满足不发生反击的要求。
对于110kV以上的变电所，由于此类电压等级配电装置的绝缘水平较高，可以将避雷针直接装设在配电装置的构架上，因而雷击避雷针所产生的高电位不会造成电气设备的反击事故。装设避雷针的配电构架，应装设辅助接地装置，该接地装置与变电所接地网的连接点，距主变压器的接地装置与变电所的接地网的连接点的电气距离不应小于15m。其作用是使雷击避雷器时，在避雷器接地装置上产生的高电位，沿接地网向变压器接地点传播的过程中逐渐衰减，使侵入的雷电波在达到变压器接地点时，不会造成变压器的反击事故。由于变压器的绝缘较弱，同时变压器又是变电所的重要设备，故不应在变压器的门型构架上装设避雷针。
　　由于变电所的配电装置至变电所出线的第一杆塔之间的距离可能比较大，如允许将杆塔上的避雷线引至变电所的构架上，这段导线将受到保护，比用避雷针保护经济。由于避雷线两端的分流作用，当雷击时，要比避雷针引起的电位升高小一些。因此，110kV及以上的配电装置，可将线路避雷线引接至出线门型构架上，但土壤电阻率大于1000Ω·m的地区，应装设集中接地装置。对于35～60kV配电装置，土壤电阻率不大于500Ω·m的地区，允许将线路的避雷线引接至出线门型构架上，但应装设集中接地装置。当土壤电阻率大于500Ω·m时，避雷线应终止于线路终端杆塔，进变电所一档线路保护可用避雷针保护。
二、电力线路的防雷保护
　　2.1输电线路的防雷保护
　　输电线路的防雷，应根据线路的电压等级、负荷性质和系统运行方式，并结合当地地区雷电活动的强弱、地形地貌特点及土壤电阻率高低等情况，通过技术经济比较，采用合理的防雷方式。
　　（1）35kV线路不宜全线架设避雷线，一般在变电所的进线段架设1～2km的避雷线，同时在雷电活动强烈的地段架设避雷线，或者安装线路金属氧化物避雷器。
　　（2）110kV线路应全线架设避雷线，山区应采用双避雷线；但在年平均雷暴日数不超过15日或运行经验证明雷电活动轻微的地区，可不架设避雷线。
　　（3）220kV线路应全线架设避雷线，同时应采用双避雷线。对于架设避雷线的线路，应注意杆塔上避雷线对边导线的保护角，一般采用20°～30°保护角，同时做好杆塔的接地。根据土壤电阻率的不同，杆塔的工频接地电阻，不宜大于表1所列数值。
　　对于35kV线路装设的金属氧化物避雷器的技术参数，一般应满足以下条件：
　　①持续运行电压(有效值)不小于40.8kV；
　　②额定电压(有效值)不小于51kV；
　　③直流1mA参考电压不小于73kV(范围在73～74kV之间)；
　　④标准放电电流5kA等级下残压(峰值)不大于：雷电冲击134kV、操作冲击114kV、陡波冲击154kV。
　　⑤2000μs方波电流(峰值)200A。
　　⑥对绝缘配置，根据线路污秽等级要求确定。
　　2.2配电线路的防雷保护
　　与输电线路一样，配电线路的防雷也可采用避雷线或者避雷器，对于不同电压等级和不同线路采取的措施也不一样。
　　2.2.110kV裸导线线路
　　对于10kV裸导线线路，原则上可以采用避雷线进行防雷保护，但由于成本高，施工不方便，目前基本上都不采用避雷线，而是在一些雷电活动频繁的线段安装避雷器，同时按照要求做好杆塔的接地。
　　2.2.210kV绝缘线线路
　　对于架空绝缘线目前可采取以下防雷措施：
　　①安装避雷线，此种方法避雷效果最好，但可行性和难度大，成本高。
　　②提高线路绝缘子耐压水平，将10kV绝缘子换为防雷绝缘子，将大大提高防雷水平。
　　③在多雷区或者按照一定档距安装线路避雷器，减少雷击断线事故。
　　④延长闪烁路径，导致电弧容易熄灭，局部增加绝缘强度，如在导线与绝缘子相连处加强绝缘，以及采用长闪烁路径避雷器等。
　　⑤局部剥离绝缘导线，使之局部成为裸导线，从而电弧能在剥离部分滑动，而不是固定在某一点烧蚀，同时也可为以后施工提供一个挂地线点。
　　2.2.3低压配电线路
　　低压线路应从变压器出口处安装低压避雷器或击穿保险器，同时做好接地，接地装置的接地电阻不应大于4Ω。中性点直接接地的低压电力网中的中性线应在电源点接地。低压配电线路，在干线和分支线终端处应重复接地，每年重复接地装置的接地电阻应不大于10Ω，对于较长的线路，重复接地应不少于3处。特别是为防止雷电波沿低压配电线路侵入用户，对于接户线上的绝缘子铁角应接地，接地电阻应小于30Ω。
　　2.3电力电缆线路的防雷保护
　　电力电缆由于其本身结构特点和与其他电气设施连接的要求，根据不同电压等级采取不同的防雷方法。对于35kV及以下电压等级的电力电缆，基本上应采取在电缆终端头附近安装避雷器，同时终端头金属屏蔽、铠装必须接地良好。对于110kV及以上的高压电缆，当电缆线路遭受雷电冲击电压作用时，在金属护套的不接地端或交叉互连处会出现过电压，可能会使护层绝缘发生击穿，应采取以下保护方案之一：
　　①电缆金属护套一端互连接地，另一端接保护器。
　　②电缆金属护套交叉互连，保护器Y0接线。
　　③电缆金属护套交叉互连，保护器Y接线或Δ接线。
　　④电缆金属护套一端互连接地加均压线。
　　⑤电缆金属护套一端互连接地加回流线。
三、电气设备与电子设备的防雷保护
　　3.1变电所设备的防雷与接地
　　变电所设备的防雷离不开建筑物的防雷，按照最新的国家强制性标准GB50054－2010，对建筑物与设备的防雷接地应采用等电位连接，而不是传统上分别做独立的接地网。所谓等电位连接，就是把建筑物本身和其内外各种导电物用导体(电气上)焊接起来，以保证等电位。由于雷电流峰值非常大，流经之处都立即升至很高的电位(相对于大地而言)，因此对于附近尚处在大地电位的电气、电子设备和人产生旁侧闪烁，容易引起设备和人身事故。所以等电位连接是防雷的关键措施这一。
　　3.1.1变电所内建筑物的防雷
　　建筑物本身的防雷装置是建筑物内电气设备及系统防雷的第一道屏障，建筑物本身的防雷性能直接影响到内部的电气设备的防雷，因此首先必须重视建筑物本体的防雷。现代建筑物防雷主要由顶部接闪带、接闪网作接闪器，建筑物的梁、柱、楼板和四周墙体内的主钢筋作引下线，利用地下钢筋混凝土基础作为接地体。在建筑物设计和施工时就要考虑到作为接闪器、引下线和接地体的钢筋网络之间的电气连接，使之成为较理想的"法拉第笼"式避雷器。防雷网与建筑物钢筋混凝土相结合，已成为国内外公认的经济可行的防雷方式，因此在设计、施工时都应预留从各层楼板、梁、柱内钢筋焊出接头，以便与室内外接地线相连。
　　3.1.2室外设备的防雷
　　为了防止直击雷，室外可根据需要，安装一支或多支避雷针，计算其保护范围，以达到保护室外所有设备要求为原则。同时对于室外架构母线和变压器中性点应加装避雷器保护，室外做一接地网，所有设备的接地引下线都与该接地体焊接，以保证等电位。为了防止雷击产生过电压，各种设备的绝缘水平应能满足电压对该设备的绝缘要求，在设备定货和出厂试验时应严格把关，按照规程要求确保设备绝缘耐压水平，以防雷害击穿。这种防雷结构有很多优点：①可避免"绕击"；②能起"法拉第笼"的屏蔽作用，可大大削弱雷电电磁脉冲的侵入；③因建筑物各层的梁、柱、楼板、墙体的钢筋和金属管线等导电体在电气上已连成一体，做到几乎处处电位相等，从而保证了设备的安全；④"笼"式避雷装置的引下线是由为数众多的钢筋组成，大大分散了雷电流，并削弱了建筑物内信息设备所受到的脉冲电磁场冲击幅值；⑤接地体是分布在地下四周的钢筋混凝土基础，可形成均匀分布的均压网，与大地接触面广，接地电阻低且又稳定。
　　3.1.3室内设备的防雷
　　室内各种金属屏、柜外皮均应与底座槽钢可靠焊接或用螺栓连接，保证接触良好，同时槽钢应与电缆沟道内的电缆支架用镀锌扁钢焊接起来，形成一个整体，与室外接地网形成一个完整的大接地网。
　　3.2计算机、通讯等自动化设备的防雷接地
　　大楼内计算机等电子设备的第一道保护屏障，由于通讯电台必须通过信号电缆与通讯塔上天线相连，因此对于通讯电缆外皮必须做好接地(多点重复接地)，并与大楼的接地网连接起来形成等电位，同时可以加装避雷器。对于电子设备的通讯接口都应加装相应的电涌保护器。对于大楼内的电子设备，最重要的就是将各个独立的接地网连接成一个共用接地系统，其它如分开、独立、专用等接地方案都是不妥的，在工程中也没有实际意义。对于所有大楼内的电气、电子设备，应该逐级采取防雷保护措施，首先做好大楼和电源的防雷接地，然后在机房和各设备端口安装相应的避雷器，才能真正防止雷电波的侵入和反击。