電力系統(tǒng)防雷要點(diǎn).doc

電 力 系 統(tǒng) 防 雷 要 點(diǎn)袁 慶 華(江西省上饒市氣象局 334000)摘要 本文通過對(duì)電力系統(tǒng)中發(fā)電廠、變電所和輸電線路的防雷措施的應(yīng)用加以介紹。關(guān)鍵詞 電力 防雷 接地前 言由于氣象部門防雷工作起步較晚，對(duì)電力系統(tǒng)防雷了解不多，從發(fā)展的角度來看，電力系統(tǒng)的雷電災(zāi)害普遍存在，防雷工作既是傳統(tǒng)的行業(yè)又是具有發(fā)展前景的新興行業(yè)，因此，對(duì)于電力系統(tǒng)的防雷研究具有十分重要的意義。在防雷技術(shù)規(guī)范上也只講如何實(shí)施，而未講為什么，面對(duì)電力、電信方面雷電防護(hù)工程，往往不敢動(dòng)手。電力系統(tǒng)的組成部分：（圖1）圖1 電力系統(tǒng)的組成部分變電所是電力轉(zhuǎn)換站，用以提高或降低電壓，并分配用電量。從發(fā)電廠送電到用戶家中的過程中，變電所扮演的角色，可比喻為高速公路的交流道。車輛在上高速公路前須在交流道先行加速；同理，電廠發(fā)出的電要先經(jīng)過變電所升高電壓才可大量快速的輸送。車輛要進(jìn)入市區(qū)，必須下交流道減速慢行，再駛向大街小巷，同樣的，高壓電須經(jīng)過變電所降低電壓才可依序分送各地，并逐段降低到用戶可使用的電壓。為維護(hù)供電質(zhì)量，避免用戶有電壓下降問題，變電所應(yīng)盡量設(shè)在負(fù)載中心，也就是說，變電所要盡可能靠近用電多的地方，像交流道或車站若離市區(qū)太遠(yuǎn)，就失去設(shè)站的意義一般。變電所若遠(yuǎn)離負(fù)載中心，不僅送電損失大，而且用戶電壓降低，頻率不穩(wěn)定，會(huì)影響用電品質(zhì)。電力系統(tǒng)防雷主要是發(fā)電廠和輸電線路的防雷保護(hù)，以下具體就從這兩方面來敘述。一. 發(fā)電廠、變電所的防雷保護(hù)發(fā)電廠、變電所的雷電災(zāi)害事故主要來源于三方面：雷電直擊于發(fā)電廠、變電所的建筑物、輸電線路和其他設(shè)備產(chǎn)生的破壞；雷電擊中避雷針時(shí)而在引下線附近產(chǎn)生的高電位和感應(yīng)過電壓而產(chǎn)生的破壞；輸電線路傳導(dǎo)來的雷電波擊壞設(shè)備。1.1 發(fā)電廠、變電所的建筑物、輸電線路和其他設(shè)備的直擊雷防護(hù)根據(jù)建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范GB50057-1994，按照滾球法計(jì)算保護(hù)范圍，將發(fā)電廠、變電所的被保護(hù)設(shè)備（如建筑物、電氣設(shè)備、煙囪、冷卻塔、機(jī)房等等）均處于避雷針（帶、線）的保護(hù)范圍之內(nèi)。在變電所進(jìn)線處，按照民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范JGJ/T 16-92，采用進(jìn)線穿金屬管保護(hù)，保護(hù)距離12KM。1.2 雷電擊中接閃器時(shí)，在引下線和接地體上產(chǎn)生的高電位，在防雷裝置附近的金屬體感應(yīng)過電壓的防護(hù)發(fā)電廠、變電所設(shè)備的防雷離不開建筑物的防雷，按照最新的國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB5005495，對(duì)建筑物與設(shè)備的防雷接地應(yīng)采用等電位連接，而不是傳統(tǒng)上分別做獨(dú)立的接地網(wǎng)。 建筑物本身的防雷裝置是建筑物內(nèi)電氣設(shè)備及系統(tǒng)防雷的第一道屏障，建筑物本身的防雷性能直接影響到內(nèi)部的電氣設(shè)備的防雷，因此首先必須重視建筑物本體的防雷。 建筑物防雷主要由頂部避雷帶、網(wǎng)狀接閃器、建筑物的梁、柱、樓板和四周墻體內(nèi)的主鋼筋作引下線，利用地下鋼筋混凝土基礎(chǔ)作為接地體。為了防止直擊雷，室外可根據(jù)需要，安裝一支或多支避雷針，計(jì)算其保護(hù)范圍，以達(dá)到保護(hù)室外所有設(shè)備要求為原則。同時(shí)對(duì)于室外架構(gòu)母線和變壓器中性點(diǎn)應(yīng)加裝避雷器保護(hù)，室外做一接地網(wǎng)，所有設(shè)備的接地引下線都與該接地體焊接，以保證等電位。 室內(nèi)各種金屬屏、柜外皮均應(yīng)與底座槽鋼可靠焊接或用螺栓連接，保證接觸良好，同時(shí)槽鋼應(yīng)與電纜溝道內(nèi)的電纜支架用鍍鋅扁鋼焊接起來，形成一個(gè)整體，與室外接地網(wǎng)形成一個(gè)完整的大接地網(wǎng)。 雷電擊中發(fā)電廠外避雷針后，它引起對(duì)地電位升高，如果與被保護(hù)設(shè)備之間的有效絕緣距離不夠，極容易造成高電位反擊和感應(yīng)過電壓事故。在一般情況下，接地電阻不宜大于10。有時(shí)，由于受周圍環(huán)境布置上的影響，也可將整個(gè)地網(wǎng)連成一體。但一般為了避免避雷針遭雷擊時(shí)主接地網(wǎng)電位升高太多而造成反擊，應(yīng)保證該連接點(diǎn)至35KV及其以下配電設(shè)備的接地線的埋地距離不小于15m。60KV及其以上配電設(shè)備，由于設(shè)備絕緣水平較高，不易形成反擊，可將避雷針（線）安裝于其構(gòu)架或房頂上；而35KV及其以下的配電設(shè)備，要架設(shè)獨(dú)立避雷針，而不可在其構(gòu)架或房頂上架設(shè)避雷針。另外，由于主變壓器比較貴重且絕緣較差，在其門型架上不得安裝避雷針；發(fā)電廠的主廠房一般不允許安裝避雷針。如果的確需要，可考慮裝設(shè)集中接地裝置（即我們所說的共用接地裝置），將幾支避雷針連接，與主廠房鋼筋焊接，并多做幾條引下線，以增大分流效果。1.3 輸電線路傳導(dǎo)來的雷電波 為了防止沿輸電線路傳導(dǎo)來的雷電波損壞配電設(shè)備，可采用安裝管型或閥型避雷器?？紤]的參數(shù)除了與普通電源防雷器相同的，如額定電壓、殘壓等外，還要考慮滅弧電壓、沖放電電壓等參數(shù)。二. 輸電線路的防雷保護(hù)在大多數(shù)情況下，電力線路采用保護(hù)線保護(hù)。2.1 耐雷水平和保護(hù)角在考慮輸電線路的電壓等級(jí)后，根據(jù)線路所經(jīng)過地區(qū)的雷電活動(dòng)的情況、地形地貌等條件，采取防雷措施。輸電線路的防雷主要是安裝避雷線，起著引雷和分流作用。要架設(shè)安裝避雷線，首先要了解線路的耐雷水平和保護(hù)角的問題。2.2 雷電擊中輸電線路大致示意圖如右圖2：圖2 雷電擊中輸電線路時(shí)雷電流的流向在電力防雷中，雷直擊中架空線路時(shí)，實(shí)際電流要小于統(tǒng)計(jì)測(cè)量的雷電流，一般取I/2；在遭雷擊時(shí)，架空線路的波阻抗定量（兩個(gè)電線桿之間的導(dǎo)線電阻）約為R=400。此時(shí)，在線路上的絕緣沖擊電壓最大值：U=I/2 R/2=100I 用絕緣沖擊電壓的50%（U50%）代替U，則此時(shí)的I就表示能引起反擊的雷電流強(qiáng)度，也即線路在這種情況下的耐雷水平：I=U50%/100我們可算得：30KV線路，U50%350KV， I=3.5KA110KV線路，U50%700KV， I=7.0KA2.3 雷電擊中避雷線或桿頂當(dāng)雷電擊中避雷線或桿頂時(shí)，我們可用下面的公式計(jì)算雷電流：I=U50% /（1-K）（R+L/2.6）+h/2.64式中：K為耦合系數(shù)；為分流系數(shù)；R為沖擊接地電阻；L為輸電線路電感；h為桿高。表1 不同電壓的輸電線路上的避雷線的分流系數(shù)線路電壓（KV）單支避雷線的雙支避雷線的1100.900.862200.920.883300.875000.8652.4 保護(hù)角如下圖所表示：圖3 輸電線路保護(hù)角說明：防止雷電擊中輸電線路，、h越小越好保護(hù)角的大小，關(guān)系線路遭雷電繞擊的可能。計(jì)算繞擊的可能，即繞擊概率，簡(jiǎn)單的可以用下面的公式計(jì)算： 非山區(qū) 山 區(qū) 其中，a為保護(hù)角；h為桿高；Pa為繞擊概率根據(jù)高壓送電線路的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和模擬試驗(yàn)均證明，雷電繞擊率與避雷線對(duì)邊導(dǎo)線的保護(hù)角、桿塔高度以及高壓送電線路經(jīng)過的地形、地貌和地質(zhì)條件有關(guān)。對(duì)山區(qū)的桿塔，我們的計(jì)算公式是： 4山區(qū)高壓送電線路的繞擊率約為平地高壓送電線路的3倍。山區(qū)設(shè)計(jì)送電線路時(shí)不可避免會(huì)出現(xiàn)大跨越、大高差檔距，這是線路耐雷水平的薄弱環(huán)節(jié)；一些地區(qū)雷電活動(dòng)相對(duì)強(qiáng)烈，使某一區(qū)段的線路較其它線路更容易遭受雷擊。2.5 輸電線路的具體保護(hù)如下： 2.5.1 335KV線路的防護(hù)310KV架空輸電線路，絕緣水平低，通常只有一個(gè)絕緣子，可直接利用鋼筋混凝土柱子自然接地，并采用中性點(diǎn)不接地，而不用架設(shè)避雷線。在雷電活動(dòng)較強(qiáng)的地區(qū)，線路可采用高一等級(jí)的絕緣子或采用瓷橫擔(dān)，以提高線路的絕緣水平。35KV線路耐雷絕緣水平對(duì)于無避雷線的架空線路，采用鐵橫擔(dān)時(shí)為350KV，采用木橫擔(dān)時(shí)為700KV，出現(xiàn)大于此雷電流的概率大于86%，雷擊避雷線而反擊輸電線路的可能性非常大，因此安裝避雷線對(duì)提高線路的避雷可靠的作用不大，所以335KV架空輸電線路，一般不用架設(shè)避雷線。2.5.2 60KV線路的防護(hù)60KV輸電線路，除多雷區(qū)外，也不用架設(shè)避雷線。在規(guī)范中要求新建的60KV的線路防雷保護(hù)與110KV的線路相同。2.5.3 110KV及其以上線路的防雷保護(hù)110KV輸電線路，一般沿全線架設(shè)避雷線，在雷電活動(dòng)特別強(qiáng)烈的地區(qū)，還可架設(shè)雙避雷線，其保護(hù)角取2225o。在雷電活動(dòng)不頻繁的地區(qū)，可不沿全線架設(shè)避雷線。220KV輸電線路，沿全線架設(shè)避雷線，在山區(qū)和非少雷區(qū)，要架設(shè)雙避雷線，保護(hù)角取16.5o25.5o。330550KV輸電線路，絕緣耐雷水平增加了，但線路落雷總數(shù)也增加了，另線路的重要性也較高，一律采用全線架設(shè)雙避雷線，保護(hù)角取10 20o。對(duì)于線路經(jīng)過特殊地形的，可采取增強(qiáng)絕緣性的措施，來增強(qiáng)防雷效果。至于550KV以上的高壓輸電線路，其防雷措施與550KV輸電線路的方法基本相同。三、電力系統(tǒng)防雷的接地電阻對(duì)所有的防雷來說，接地電阻的大小至觀重要，要求接地電阻越小越好。電力部門根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以及輸電線路所經(jīng)過的環(huán)境等，規(guī)定輸電線路的防雷接地電阻在20以內(nèi)都是允許的，但一般要求小于10。四、小結(jié)電力系統(tǒng)防雷技術(shù)的要點(diǎn)可概括如下： 發(fā)電廠、變電所的建筑物防雷保護(hù)。發(fā)電廠、變電所等的建筑物防雷，主要是要注意被保護(hù)設(shè)備要在避雷針的保護(hù)范圍之內(nèi)以及兩者之間的有效絕緣距離問題。解決了這方面的問題，也就解決了發(fā)電廠、變電所等的建筑物防雷保護(hù)問題； 輸電線路的防雷保護(hù)主要是安裝避雷線、增強(qiáng)絕緣性及安裝管型或閥型避雷器和保護(hù)間隙，其中避雷線的安裝是關(guān)鍵。而電機(jī)和變壓器等的防雷主要是安裝磁吹避雷器、管型或閥型避雷器和保護(hù)間隙等。管型避雷器，是一種改進(jìn)以后放在管狀外殼內(nèi)的火花隙。多用于電力輸送網(wǎng)的線路保護(hù)上。閥型避雷器，是火花隙和閥片（非線性電阻元件）串聯(lián)而成，是變電所最主要的防雷保護(hù)裝置。保護(hù)間隙，是簡(jiǎn)單而原始的避雷器。 由于雷擊造成的電源閘刀跳閘問題而選擇什么樣的重合閘問題，由電力部門解決，在此不做介紹。注意 雷電流直擊線路時(shí)的線路耐雷水平與雷擊避雷線或電線桿頂時(shí)的線路耐雷水平不一樣。致謝詞：在此,我要向我的導(dǎo)師表示衷心的感謝,感謝他對(duì)本論文提出了很好的修改意見及長(zhǎng)期以來對(duì)我的幫助和指導(dǎo)。參考文獻(xiàn)1、雷電與避雷工程 中山大學(xué)出版社 蘇邦禮等編 1996年2、建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范GB50057-94 中國(guó)計(jì)劃出版社 2001年3、南京氣象學(xué)院防雷教材選編 南京氣象學(xué)院印刷廠 2000年4、高電壓工程 西安交通大學(xué)出版社 邱毓昌等主編 1995年5、高電壓技術(shù)水利電力出版社 周澤存主編 1988年6、防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范匯編 關(guān)象石等主編 2001年7、民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范JGJ/T 16-92 中國(guó)計(jì)劃出版社 1992年8、低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范GB5005495 中國(guó)計(jì)劃出版社 1995年 THE MAIN OF LIGHTNING PROTECTIONIN ELECTRIC POWER SYSTEMYuan Qinghua(Weather Bureau,Shan