10kv变电站的防雷保护措施探讨

丁兆华

潍坊开源工程技术有限公司   山东潍坊 261000

摘要：电力工业是我国现代国民经济发展的基础产业和重要的战略支撑产业，随着社会经济的不断向前发展和人民生活水平的不断提高，生产和生活对电力的需求也随之迅猛增长，电力系统的安全稳定是生产生活稳定运行的重要保证。在整个电力系统中10kV变电站作为高压线路的末端，其在一区域性电力供给和分配中处于电源位置，其重要性不言而喻。在运行过程中一旦发生外部过电压，如果没有相应的解决措施，将可能引起跳闸停电事故的发生，因而在10kV变电站中做好防雷保护工作以保证变电站不受雷击侵害是很有必要的。基于此，本文将对10kV变电站防雷装置保护措施展开如下研究。

关键词：变电站；防雷装置；保护措施

现代社会中，无论是国家的经济发展还是千家万户的日常生活，都离不开电力。因此电力系统作为社会发展的基础设施一旦出现瘫痪，对经济和社会的发展将会造成巨大的损失，而变电站在整个电力系统中承担着中转、分配电能的重要作用，因其线路、设备等均为金属构造，在强对流天气中极易遭受雷击损害，如直击雷、雷电波侵入等等，严重影响电力设备的稳定运行，因此变电站设置防雷措施作为变电站安全运行的措施之一就势在必行。

1雷电对10kV变电站造成的威胁

1.1直接损坏

过电压是电气瞬态放电而在电气系统中耦合产生的，强大的过电压和过电流流经线路继而产生大量的热量，并生成巨大的冲击力，给变电站的电气设备造成严重损坏，如雷击所产生的过电压超过了设备自身的耐压承受值，则会出现绝缘击穿或闪络问题，这对于一个10kV的变电站来说，其后果将十分严重。特别是近年来，随着微机保护系统、运动装置系统、图像监控装置系统和计算机系统等的普遍应用，在变电站设计中更应将雷击事故这种自然因素考虑进去，对其可能带来的威胁进行仔细研究，精密设计。否则极端天气时所产生的雷击波将会给变电站的弱电装置带来毁灭性的破坏，会严重影响相关设备的工作效率，必须引起高度重视。

1.2间接损坏

10kV变电站在面对雷击事故时，可能会引发间接事故，最为常见的就是热效应影响和机械变形受损。这主要是因为雷击过程中所产生的放电现象和电磁感应脉冲的破坏力太大所致，也即我们所说的感应雷现象。当雷电释放高压途径金属线或电缆进入到变电站的电气设施中时，就会造成电磁干扰，严重影响电力系统的正常运行。有研究称，雷电到达到变电站的防雷设施时，其主要危害主要表现在两个方面：第一，雷电的高压电流，要抵达地面，必须经过变电站的内部接地线，此过程中会形成较为强烈的冲击电位，当接地线受此侵扰时，则会在某个位置进行反击，甚至会在局部放电，这会使电气设备的绝缘性能大幅降低。第二，在雷电下泄的过程中，会在地面附近的空中和金属内形成一个强大的电磁感应场，继而造成变电站内部分设施的电压不稳，相应的受影响设施则会出现运行不正常现象，影响过大时就会停电，影响变电站输送电的服务质量。

2雷电事故引发10kV变电站安全隐患的原因分析

2.1雷电直击产生的电压和电流冲击

在恶劣天气条件下，如变电站的电气设施遭受雷击，会在瞬间生成巨大的冲击电压，电压在途经变电站的电气设施时，会造成相应设备的损坏，轻则发生短路，重则会引发电气设施爆炸，甚至还会引起火灾事故的发生等，其可能造成的后果之严重不堪设想。此外，在变电站的电气设备被雷击时，所产生的强电流还可能会融化电气设备线路，继而造成电路瘫痪，如情况严重，则会出现大范围停电问题，甚至有电力设备的断裂或变形、爆炸情况的发生。在变电站的电气设施遭受雷击的过程中，所产生的冲击效应会造成金属的弯曲或开裂，会有引发人员受伤或财产受损的潜在隐患。此外，此过程中产生的电流感应和静电反应也必须引起高度重视，如不及时采取有效措施加以处理，极易引发火灾事故。

2.2雷电直击产生的高热、短路

当雷电击中建筑物时，建筑内的线路会产生短路，同时这股强电流还会释放出高温介质，这部分生成的热量也极易引发物品的自燃，甚至会给整座变电站带来安全隐患。此外，电流在接地网中还会因雷击而产生反击现象，会造成电力设备表层的绝缘体的破坏，极易诱发火灾、爆炸事故的发生，将会给变电站系统的正常运行带来不利影响。

3提升10kV变电站防雷装置保护措施

3.1选用合适的避雷装置

避免雷击最为直接有效的方式就是装置避雷设备，比如避雷针和避雷线等，其原理是把雷电导入到避雷针或避雷线本身内，然后将雷电安全的导入到地下，避雷设备所使用的材料一般是金属，在使用的时候，要将其放置在比被保护的设备更高的地方，这样就可以有效保护比避雷设备低的被保护物，从而免于遭受到雷击。第二种常用的装置是避雷器，避雷器的主要作用就是保护电气设备，它的工作原理是限制过电电压，从而来保障电力系统工作的稳定性，通过避雷器的运用，可以保证电力系统不会出现跳闸的现象，而且过电电压也可以安全通过相关设备，而不造成威胁或者损坏，这是因为当有较大的电流通过避雷器的时候，避雷器可以把短路流动的电量安全的传输到地面上，从而限制电压，达到了保护电气设备的目的。

3.2变电站的进线保护

10kV变电站在进行防雷保护时，需要充分考虑变电站的运行与使用情况，随后再加以限制雷电电流流经避雷器的幅值与雷电波陡度等。当在实际的使用中，线路存在过电压现象，此种情况下，幅值为线路绝缘的50%的冲击闪络电压行波向变电所运动，而对于冲击耐压而言，其线路中的电流幅值要远远高于变站站设备。在这种情况下，变电站的防雷设计主要是要在距离变电站仅限位置较近的线路中安装相应的避雷线。如果没有使用避雷线，就会导致当变电站进线在雷击作用下，流经避雷器的雷电电流幅值、陡度等就会超过线路本身的承受极限，进而导致线路的损毁等。为了在防雷保护设计中将雷电波的出现范围确定在变电站一段进线段外的范围内，对于10kV中没有避雷线的线路而言，就需要使用相应的避雷线，该避雷线的长度需要在1～2km，降低进线段中雷电波存在的可能性。如果变电站中线路的绝缘性较好，就需要在进线段的手段加装管型避雷器，进而使得其可以起到对雷电波幅值调节的作用。对于容量较小的35kV变电站而言，进线保护需要充分考虑雷电活动的强度等进行防雷保护的设计，在此情况下，其防雷保护相对简单，避雷器与变压器的距离一般在10m内，由于变电所范围较小，入侵波陡度会相对较大，因此进线段的避雷线长度可以大幅缩短。同时还可以在进线段首端安装管型避雷器，从而进行雷电流的限制。

3.3接地屏蔽技术

电力系统一般包含了保护接地、防雷接地与工作接地三种。就保护接地而言，一般是指电气装置金属外壳的构架，而工作接地一般是为了保证电力系统所有装置的稳定、正常运行的接地系统。防雷接地则是为了向大地释放雷电流的作用而设计的。防雷接地设计中，通过对各种接地极的使用，实现了雷电流的释放，进而保障了相关的电气设备的安全与可靠运行。电网系统运行中包含的电气设备、仪器较多，这些设备与仪器都需要进行必要的接地设计。防雷接地设计中，防雷接地以下线路的布线直接决定了其整体的防雷设计效果。雷电流通过接地系统中的接地极进入大地中，一旦接地附近的土壤中存在较大密度的电流时，就会被击穿，在这种情况下，接地极附近的土壤导电性大幅提高，可以成为良好的导体。雷电流等的频率较高，这种特性就决定了其在接地电感中的影响较大，进而使得相关的接地体不能发挥其应有的作用。就这方面而言，同一接地装置冲击下，接地体的电阻值存在差异。变电站的防雷设计中，一般可以利用自然接地体来实现防雷保护，比如与大地连接的建筑物、金属而机构、地下管线等。实际的防雷设计中，多采用垂直接地体，对于泄放电流的进出线构架的接地设计，一般将其设置为人工集中接地的模式。独立的避雷针一般需要设立独立的集中接地装置。避雷针的防雷保护中，要避免其被保护设备反击。屏蔽可以避免外界其他因素对本身电磁场辐射等的干扰，在一定程度上避免了特定的制定空间内外部静电感应所造成的不利影响。建筑物的屏蔽主要是利用建筑物与金属结构的连接来形成初级屏蔽网的，抵御了外部电磁的干扰因素。

3.4定期巡检与维护

电力企业要加强对10kV变电站防雷设备的巡检与维护，确保防雷设备的可靠性与安全性。尤其是在较为特殊的天气，能及时发现防雷设备出现的故障、损害等，并及时进行补救，降低雷击对变电站造成的损害。在巡检过程中也要对各类设备做好清洁工作，对发现的问题及时解决，保证10kV变电站防雷设备的安全运行。最后，对发现的问题进行详细的记录，并将维护记录留下书面痕迹，方便下一次检修，进而提升防雷设备检修的质量，降低电力企业的经济损失。

4结语

10kV变电站在电网运行中起到了重要的作用。基于此，需要在变电站的电气设计与防雷保护中充分考虑各方面的因素，提高设计的科学性，使得这些设计方案可以在变电站的运行中发挥重要的作用，提升电力系统运行的安全性与可靠性，发挥最好的经济社会效益。

参考文献

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