變電防雷防過電壓

變電站電氣設(shè)備防雷及過電壓保護變電站防雷接地核查1：核查變電站接地體熱容量；2：全面清查變電站防雷接地措施執(zhí)行情況（出線加裝避雷器，二次接地

）3：加強雷暴雨后變電站防雷接地設(shè)施檢查（避雷器動作計數(shù)

）變電站防雷接地隱患排查電網(wǎng)設(shè)備經(jīng)受強雷暴雨的嚴峻考驗后面臨迎峰度夏期間高溫大負荷及惡劣天氣的交替侵襲部分變電站暴露出設(shè)備接地不規(guī)范、反措執(zhí)行不力的問題高電壓設(shè)備過電壓保護過電壓的定義過電壓的分類過電壓的特點過電壓的危害過電壓的保護過電壓的防范過電壓與絕緣配合過電壓定義——超過正常數(shù)值—持續(xù)工頻電壓(其值不超過設(shè)備最高電壓Um，持續(xù)時間等于設(shè)備設(shè)計的運行壽命)；按照作用電壓的幅值、波形及持續(xù)時間，可分為：

—暫時過電壓(包括工頻電壓升高、諧振過電壓)；

—緩波前(操作)過電壓；

—快波前(雷電)過電壓；

—陡波前過電壓（VFTO,GIS）；

—聯(lián)合過電壓（500kV設(shè)備耐壓）。過電壓定義（波圖）過電壓分類過電壓保護和絕緣配合

雷區(qū)劃分(15/40/90個/年，氣象觀測站提供的數(shù)值)接地方式（不接地，有效接地，消弧線圈，電阻）過電壓上限：系統(tǒng)的工頻過電壓水平一般不宜超過下列數(shù)值：線路斷路器的變電所側(cè)1.3p.u.

線路斷路器的線路側(cè)

1.4p.u.

對范圍Ⅰ中的110kV及220kV系統(tǒng)，工頻過電壓一般不超過1.3p.u.；

3kV～10kV和35kV～66kV系統(tǒng)一般分別不超過1.1√3p.u.和√3p.u.注：1）有效接地系統(tǒng)Xo/X1<3,且Ro/X1<1；

2）不接地系統(tǒng)Xo/X1<|-20|。35kV有消弧線圈過補償運行；

絕緣配合1.主要標準：規(guī)程、規(guī)范、反措2.配合原則：逐步降低、安全經(jīng)濟3.降低過電壓措施：①避雷裝置②降低接地電阻③消諧措施④改進中性點接地方式諧振（內(nèi)）過電壓電網(wǎng)某一分支回路的電場能量與磁場能量的非等量交換，會引起電壓幅值異常升高，并且?guī)缀醪凰p。諧振過電壓對設(shè)備損害嚴重，盡力避免；分頻諧振電壓不超過2.5p.u.；防護措施：

1.調(diào)整設(shè)備電氣參數(shù)，避開諧振點；

2.或增大能量消耗，降低諧振幅度；注意：避雷器不能用于防治諧振過電壓；不平衡電壓圖解操作（內(nèi)）過電壓開關(guān)分、合電容性（電感性）負載，負載中的電磁能量會重新分配，引起沖擊，造成電壓非正常升高，或在開關(guān)斷口出現(xiàn)過電壓造成重擊穿。35kV3.2倍；110kV及220kV3.0p.u.；500kV2.0p.u.；雷電（大氣，外）過電壓防護雷電沖擊性強，作用時間極短,微秒；確定220kV及以下設(shè)備的絕緣水平；直擊雷——避雷針，保護范圍,有限；減小接地電阻，受限；感應雷——屏蔽，避雷器，侵入波雷害——避雷器；防雷設(shè)備的功能：引雷、泄流、限幅單根避雷針保護范圍當hx＜0.5h時rx＝(1.5h-2hx)P(h≤30m時，

θ＝45°)我國運行經(jīng)驗100站失效率=0.07次/年避雷器保護距離電壓/kV長度/km進線路數(shù)123≥411011.525590125851201701051452051151652302202

125(90)195(140)235(170)265(190)*括號內(nèi)距離對應的雷電沖擊全波耐受電壓為850kV

電力變壓器中性點絕緣水平

kV系統(tǒng)標稱電壓(有效值)設(shè)備最高電壓(有效值)中性點接地方式雷電沖擊全波和截波耐受電壓(峰值)短時工頻耐受電壓(有效值)(內(nèi)、外絕緣,

干試與濕試)110126不固定接地25095220252固定接地18585不固定接地400200500550固定接地18585經(jīng)小電抗接地325140不接地運行變壓器的中性點

過電壓保護—棒間隙推薦配置

絕緣水平（kV）避雷器額定電壓(kV）避雷器標稱殘壓(kV)棒間隙間距（mm）棒間隙工放電壓(kV)中性點工頻耐壓(kV)中性點沖擊耐壓(kV)3560144110～11557～58851854460144120~13060~63952006073200150～16069～71140300110100260280～290111～130200400重要標準GB311.1-1997《高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合》DL/T620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》DL/T621-1997《…電氣設(shè)備交接試驗標準》GB50254~259《…安裝工程..交接驗收規(guī)范》DL/T596-1996《電氣設(shè)備預防性試驗規(guī)程》18項重大反事故措施中關(guān)于防止接地網(wǎng)和過電壓事故內(nèi)容防止雷電過電壓事故防止接地網(wǎng)事故防止變壓器中性點過電壓事故防止諧振過電壓事故防止弧光接地過電壓事故防止并聯(lián)電容補償裝置操作過電壓事故防止避雷器事故國網(wǎng)辦公廳關(guān)于協(xié)調(diào)統(tǒng)一文件辦基建【2008】20號對鋼質(zhì)地網(wǎng)在入地處宜采用雙接地；湖北省平均年腐蝕速度0.1mm/a;通?；ㄔO(shè)計未考慮30年鋼材腐蝕程度；高電壓設(shè)備的高壓試驗必要性、目的和意義試驗條件試驗方法數(shù)據(jù)記錄結(jié)果判斷跟蹤觀察安全注意事項高壓試驗的必要性、目的、意義規(guī)程要求

GB50150、50254~259、DL/T596、運行規(guī)程；預防事故設(shè)備的制造質(zhì)量、安裝質(zhì)量、自然條件、運行條件把握狀態(tài)缺陷追蹤、事故普查、統(tǒng)計調(diào)查、科學研究試驗條件基礎(chǔ)熟悉、技術(shù)熟練、人員齊備；規(guī)程了解、指標確切、設(shè)備齊全；天氣允許、環(huán)境安全、資質(zhì)合格；高壓試驗1——絕緣試驗絕緣電阻直流泄漏和耐壓交流介損和耐壓絕緣油和SF6設(shè)備試驗2——避雷器直流試驗交流試驗運行監(jiān)測帶電測試紅外測量LCD-2007漏流測試電壓測量與發(fā)送鄰居存在干擾影響5m間距，跳線布置運行監(jiān)測案例2002年9月20日，孝感紅石坡220kV變電站運行人員巡視設(shè)備發(fā)現(xiàn)，紅#2主變220kV側(cè)B相避雷器的在線監(jiān)視器報警紅燈亮，A/B/C三相泄漏電流峰值分別為1.2/2.2/1.2mA，B相電流峰值增大83%。即刻上報分局。當天經(jīng)帶電測量并與2002年3月8日測試結(jié)果比較，確認B相避雷器的全電流(Ix)和阻性電流峰值(Irp)都有異常增長，其中阻性電流峰值已超出允許值（+200%）。隨即緊急申請停電。次日停電試驗發(fā)現(xiàn)B相下節(jié)直流參考電壓U1mA電壓僅13kV，絕緣電阻僅7.5MΩ（絕緣降低）。隨即進行了更換。缺陷避雷器紅外熱成像圖…2008年2月11日，巴西里約熱內(nèi)盧，一束閃電擊中著名地標耶穌基督像變電站雷電危害1.1雷電是一種自然現(xiàn)象雷電是一種復雜的自然現(xiàn)象；雷暴是復雜的多種要素相互作用的一個結(jié)合體；閃電是雷暴活動的產(chǎn)物，同時對雷暴活動本身有一定的反饋作用。對雷暴中電特征的研究必須和其它的要素比如動力過程、微物理過程等相結(jié)合從而更加全面地加深對雷暴中的這些特性的認識和理解。雷電會造成災害由于中小尺度災害性天氣過程如臺風、暴雨、龍卷風、雹暴、沙塵暴等一般都伴隨有雷電活動，這些天氣過程常會帶來嚴重災害，雷電本身也會造成生命財產(chǎn)的重大損失。隨著人類社會對電的依賴性加強，這種災害造成的后果也越來越嚴重。目前雷電引起的災害被認為是世界上雷電是世界上10大自然災害之一。2001-2004年湖北發(fā)生349例雷害據(jù)湖北氣象部門統(tǒng)計，2001-2004年湖北省發(fā)生349例典型雷電災害，直擊雷災害出現(xiàn)113例，平均每年29例，而雷電電磁脈沖災害高達246例，有10例屬直擊雷擊造成的二次雷擊，平均每年因雷電電磁脈沖致災62例，占雷擊災害總次數(shù)的68.5%，遠高于直擊雷致災次數(shù)。其中通信系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)、家用電器等弱電系統(tǒng)遭受雷擊的案例高達191例，占55%。通過對典型雷擊災害的現(xiàn)場調(diào)查分析，雷電電磁脈沖的影響遠大于直擊雷的影響。雷電有巨大的破壞力雷電發(fā)生時的溫度可達三萬度，約為5倍太陽表面溫度,巨大的雷電流通過物體時,瞬間釋放的功率之大使受擊物內(nèi)部發(fā)熱,水份蒸發(fā),分解出氫氣和氧氣產(chǎn)生高溫爆炸,甚至引起火災。1989年8月12日我國黃島油庫5號原油罐遭雷擊起火，引燃了附近的4個油罐，直接經(jīng)濟損失近億元。雷云所帶電荷通常一團雷云所帶電荷只有數(shù)十庫倫到數(shù)百庫侖。每次閃擊的能量能量平均為250KJ,相當于燃燒幾kg石油所放出的能量。雷電在閃電瞬間發(fā)出的巨大功率，可高達幾百萬kW-幾億kW，具有很強的破壞性。

雷電的種類云閃與地閃雷電發(fā)生在云間稱為云閃，發(fā)生在云--地間稱為地閃或落雷，也是危害人類的主要危險源；云--地間雷電有三種形式:

1）直擊雷——帶電的云層與大地上之間發(fā)生的迅猛放電；

2）感應雷——由雷電引起的靜電感應和電磁感應，又叫“二次雷”。從外形上分,常見的有：線狀、帶狀、片狀、根狀、球形雷等。“直擊雷”對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人畜危害最大。它的電壓低則幾百萬伏,高則幾千萬伏,甚至更高。雷電流往往幾十kA,甚至幾百kA。它的瞬間功率為1000—106MW以上,確實具有很強的破壞力。球形雷能穿墻入室，極易造成人身傷害。球狀閃電1998年西班牙物理學家拉納達發(fā)表論文指出球狀閃電呈火團,因閃電過程中形成水平磁場和垂直磁場磁力線圈相互交織而成磁力網(wǎng)線,當這線網(wǎng)呈現(xiàn)球形,而發(fā)光等離子體會被這一網(wǎng)體“俘獲”而形成球狀閃電。由于水平和垂直磁力線相互束縛,使磁力線網(wǎng)和其中等離子體不易膨脹,只有消失,因火球也只堅持10~15s,試驗證明沿磁力線方向局部溫度超過1.6萬℃,所以當火球運行撞擊磚墻,系高溫熔蝕洞穿而消失。等到火球的等離子體開始冷卻,這時電子開始被原子所束縛,等離子體內(nèi)部電阻變大,電流趨弱,周圍磁場也隨之瓦解,最終火球消失了。1.3雷電危害可以降低防直擊雷——采用避雷針、避雷帶、避雷線、避雷網(wǎng)作為接閃器,把雷云電荷接收下來,然后通過良好的接地引下線導入防雷接地裝置,迅速而安全地把它送入大地，保護設(shè)備不受雷電危害；還有安裝避雷器消耗雷電能量，限制雷電過電壓等。目前還沒有百分之百可靠的避雷裝置，所有的防雷裝置都只是把雷擊的幾率和強度降低，不能杜絕雷害事故；正確的理念是防雷減災。

雷電基本知識

觀測到雷云的三極性電荷結(jié)構(gòu)2.1雷電的起因強烈的熱氣霧上升和冷水霧下沉，粒子磨擦碰撞，導致雷云內(nèi)正負兩種電荷的微粒逐漸分離；一般而言,高度上升1000m,氣溫會下降6-10℃，氣霧遇冷會轉(zhuǎn)為水霧，云層相對穩(wěn)定某以高度。帶正電的云粒子在云的上部而帶負電的水成物在云的下部,或帶負電的水成物以雨或雹的形式下降到地面。-10℃溫度層高度是影響雷暴電荷結(jié)構(gòu)的重要因子。當帶電云層形成后就形成雷云空間電場,云內(nèi)的電場方向和地面與電離層之間的電場方向相反,為上正下負。國外新近試驗發(fā)現(xiàn)主要電荷傳輸與冰晶和軟雹之間的碰撞過程緊密相關(guān)，起電主要發(fā)生在過冷水滴濃度較高的區(qū)域；每次碰撞的電荷傳輸量與冰晶的尺度有很強的依賴性，對直徑為0.1mm的冰晶，碰撞時電荷的轉(zhuǎn)移量為1-50pC對1g/m3的液態(tài)水含量反轉(zhuǎn)溫度在-10~-25℃之間。Jayaratne等定義了反轉(zhuǎn)溫度低于反轉(zhuǎn)溫度,氣流中粒子帶負電;高于反轉(zhuǎn)溫度,氣流粒子帶正電;這對雷暴云中觀測到的三極性電荷結(jié)構(gòu)可以進行很好的解釋。Reynolds等在云室實驗中發(fā)現(xiàn),大、小冰粒子在約-25℃碰撞,為典型反轉(zhuǎn)溫度；冰晶小粒子帶負電，冰雹大粒子帶正電；云上部-25~-60℃為正電荷區(qū),-10~-25℃為負電荷區(qū),負電荷層下部0℃附近有時還有一個很小的正電荷區(qū)。

熱氣流上升，-10冷凝，-25冰晶先導放電因雷云帶有大量電荷,由于靜電感應作用雷云下方的地面和地面上的物體都帶上了與雷云相反的電荷,雷云與其下方的地面就成了一個已充電的電容器。當雷云與地面間的電壓高到一定的時候，如電場強度≥25-30kV/m,地面上突出的物體會比較明顯地出現(xiàn)放電先導。另外,天空中帶電的雷云在電場的作用下,少數(shù)帶電的云粒(或水成物)也向地面靠攏,形成先驅(qū)注流,又叫電流先導。先導的延續(xù)將形成電離的微弱導通,這一階段叫先導放電。閃電雷鳴先導放電到達地面,或與大地放電迎面會合后,就開始主放電回擊階段，巨大的電流在通過閃電通道(放電通路)時,以極快的速度使閃電通道中的空氣溫度上升到數(shù)萬攝氏度出現(xiàn)耀眼的弧線閃電。同時，由于閃電通道內(nèi)升溫過程歷時較短,空氣來不及膨脹,因而閃道內(nèi)氣壓立刻升高到10-100個大氣壓,高壓閃電通道很快向周圍大氣膨脹,產(chǎn)生猛烈的沖擊波,發(fā)出巨大的響聲,這就是我們聽到的"雷聲"。一雷多閃長尾巴地球表面每晝夜共約發(fā)生44000次閃電,其中約十分之一是落地雷。一次雷電平均包括3-4次閃擊，也可多達20多次的一系列閃擊。一次閃擊時間約40μs,兩次閃擊間隔約50ms一次地閃的持續(xù)時間約200ms，但也可長達4小時。地球陸地平均每分鐘可產(chǎn)生60次閃電。雷云放電的多重性由于雷云非常之大,云中微粒并不完全導電；雷云各部份密度不完全相同，導電性能也不一樣，所以它所包含電荷不能一次放完；因而且雷云中可能存在著幾個電荷中心。雷云放電首先由云底發(fā)出，隨后轉(zhuǎn)從較高云層，或相鄰區(qū)發(fā)出。在第一個電荷中心完成對地放電過程之后，可引起第兩個、第三個中心向第一個中心放電，因此雷云放電通常是多重性的。每次放電相隔離時間約0.6ms到0.8s（平均為65ms），放電的數(shù)目平均為2～3個，最多記錄到42個。2.2雷電放電過程地閃也分為三個階段:先導放電階段、主放電階段、余光放電階段。先導(leads)放電有兩種，從云層內(nèi)的電荷中心伸向地面稱下行(downward)先導；從接地體向云層推進的稱上行（upword）先導。在先導放電階段:雷云對大地有靜電感應，在雷云電場下，大地感應出異號電荷。當雷云中電荷密集處的場強度達到空氣擊穿場強(25-30kV/m)時，就產(chǎn)生強烈的碰撞游離，形成指向大地一段導電通道，成為雷電先導。2.3雷電的主放電和余光放電主放電階段:當下行先導接近地面時，會從地面較突出的部分發(fā)出上行迎面先導。當上行先導與下行先導相遇時，便會產(chǎn)生強烈的回擊放電過程，產(chǎn)生極大的電流，也是雷電的主放電階段。主放電階段存在的時間極短（微秒級），電流極大，電流往往有幾萬安培,甚至幾十萬安培。余光放電階段:主放電回到達云端就結(jié)束了,云中殘余電荷經(jīng)主放電通道下來,由于雷云中的電阻較大，這個階段對應的電流不大(數(shù)百安)，但持續(xù)時間則較長，從幾毫秒到幾小時。有國外研究報告稱，雷電的后期長時間放電能將斜拉橋直徑200mm帶鋼管護套的鋼纜用直流電弧燒斷。2.4雷電參數(shù)描述雷電活動的強烈的年均指標主要有雷電日、落雷密度（地閃密度）、雷電流幅值概率分布；描述雷電強度大小的有雷電流幅值、陡度、波頭時間等。雷云對地放電的頻繁程度,用地面落雷密度Ng來表示,其定義為每個雷電日每平方公里上的落雷次數(shù).亦可根據(jù)雷電日按下式確定:Ng=0.024Td1.3

或Ng=0.1Td

最大雷電流記錄雷電流幅值：根據(jù)國外觀測統(tǒng)計，目前世界上觀測到的最大的雷電流可達到430KA（瑞士），國內(nèi)觀測到的最大雷電流為300kA（黑龍江）。在自然界中超過200kA的雷電僅占全部雷電數(shù)的1%左右。

雷電日或雷暴日為了表示不同地區(qū)雷電活動的頻繁程度,通常利用年平均雷電日為計量單位。雷電日的定義是:在一天內(nèi),只要聽到雷聲(一次或一次以上)就稱為一個雷電日。在不同年份觀測到的雷電日變化較大,一般是取多年的平均值,如10年的統(tǒng)計周期，即年平均雷電日Td。年平均雷電日與緯度及距海洋的遠近等因素有關(guān)。我國把年平均雷電日不超過15天的地區(qū)稱為少雷區(qū),在15～40天的地區(qū)稱為中雷區(qū),在40～90天的地區(qū)稱為多雷區(qū),超過90天的地區(qū)稱為強雷區(qū)。在GB50343-2004建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范中則按20/40/60個雷電日進行分區(qū)。湖北地區(qū)雷電統(tǒng)計據(jù)湖北省氣象部門提供的多年統(tǒng)計數(shù)據(jù),湖北省年均雷電日在30個左右，屬一般地區(qū),個別區(qū)域超過40個雷電日，如宜昌地區(qū)的長陽、五峰及恩施大部雷電日超過50個。依據(jù)湖北電網(wǎng)雷電定位系統(tǒng)1998--2009年12年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，湖北省年均落雷密度在2.8個/平方公里，亦劃歸一般地區(qū)；按國網(wǎng)公司2010年新定義的多雷區(qū)（>3.5個/平方公里·年）地域比雷電日劃分的面積較大，約占全省面積的一半。湖北年平均雷暴小時數(shù)分布圖湖北有兩個多雷暴區(qū)，一是位于蒲圻—黃岡—麻城一線以東的鄂東地區(qū)，其年平均雷暴小時數(shù)在95小時以上，其中，位于鄂東北大別山區(qū)的英山站年平均雷暴小時數(shù)最高，達123小時。二是位于鶴峰至恩施一線以西的鄂西南地區(qū)的多雷暴區(qū)，其平均雷暴小時數(shù)在90小時以上。鄂東地區(qū)略多于鄂西南地區(qū)。這兩個地區(qū)之所以多雷暴，主要是當?shù)鼐值厮麠l件和地勢抬升作用有利于雷暴天氣的發(fā)生和發(fā)展。監(jiān)利—鐘祥一線以西的江漢平原地區(qū)及五峰—遠安一線以東的江漢平原向鄂西山區(qū)過渡區(qū)是雷暴次多區(qū)，其年平均雷暴小時數(shù)在70~90小時之間。其余地區(qū)雷暴數(shù)較少，年平均雷暴數(shù)多在60小時以下。湖北地區(qū)落雷密度分布雷電流大量的觀測表明,雷電流是單極性的脈沖電流;75%-90%的雷電流是負極性的;雷電流幅值的變化范圍很大,其典型值為18kA,變化范圍為2-300kA。湖北雷電流幅值概率分布見圖2,≥7kA的占93.6%，采用雷電流幅值概率分布Anderson公式，湖北的中值電流為22.6kA，吻合指數(shù)為2.3;相關(guān)系數(shù)為0.9999。與我國過電壓規(guī)程公式的交叉值為18.3kA，其概率為62.0%。湖北雷電流幅值概率分布18.3kA62%[法]；塔高30m[法]；塔高30m雷電流波形及上升陡度雷電流波頭雷電流從零上升至最大值的時間.其典型值為2μs,變化范圍為1-30μs。雷電流波長。雷電流減少到幅值的一半時的時間。其典型值為40μs,變化范圍為10-250μs。這個時間超過100μs,熱效應較大,易引起火災,常稱為熱閃電；雷電流陡度是雷電流隨時間的變化率.它決定了閃電的電磁感應和電磁輻射的強弱,是防雷技術(shù)中應特別重視的一個參量。其典型值為10kA/μs,變化范圍為1-80kA/μs。雷電沖擊波形3雷電危害的基本途徑雷電危害電氣設(shè)備的途徑主要有5種：直擊、繞擊、反擊、空間感應雷擊、沿導線侵入雷電直擊

雷電直接擊中電氣設(shè)備，造成電氣設(shè)備損害，稱之為直擊；直擊雷是威脅一次電氣設(shè)備絕緣的主要危險源；目前,我們所使用的防止直擊雷的防雷措施是在電氣設(shè)備附近安裝避雷裝置；這類避雷裝置都是利用接閃器與大地良好的電氣連接,使大地積存的電荷能量與雷云的電荷中和；這樣因雷擊造成的過電壓的時間大大地縮短,從而把雷害造成的損失降低到最低限度。雷電繞擊雷電繞過保護屏蔽設(shè)施后擊中電氣設(shè)備，造成電氣設(shè)備損害；可歸屬直擊雷危險源。對繞對擊的防范措施有增大防雷保護面積，減少暴露區(qū)，增加避雷針，避雷線等。避雷針保護范圍的局限性1777年5月倫敦附近的一座火藥庫因雷擊而受損，該庫的避雷針是由富蘭克林等人組成的委員會設(shè)計的，事后發(fā)現(xiàn)該避雷針在雷擊發(fā)生時沒有截閃，從而提出了避雷針保護范圍的局限性。許多高聳的鐵塔或建筑物上的避雷針不但無法按圓錐體實現(xiàn)保護，往往自身的中部和底部還會遭遇雷擊。在巴黎愛菲爾鐵塔的中部還架設(shè)了向外水平伸出的避雷針，以防備側(cè)面襲來或繞過鐵塔頂部避雷針的“繞擊雷”。IEC標準將防雷級別分為I~IV類，其滾球半徑分別為20m、30m、45m和60m。雷電反擊雷電流流入接地裝置后引起地電位升高，造成電氣設(shè)備損害；對反擊的防范措施是改善接地裝置沖擊特性，降低接地裝置的沖擊接地電阻；如在雷電流進入接地裝置的入口處增加垂直接地體，提高土壤的導電性能，將二次設(shè)備的地電位與一次設(shè)備的地電位相對隔離。引下線電感的沖擊影響

U=Ldi/dt+IRch=20×25+50×5=750kV由上述計算結(jié)果可以看出,由于雷電流的陡度很大,因20m長引下線電感會產(chǎn)生500kV的過電壓,因此引下線必須短而直,避免彎曲。由于雷電流幅值特別大,在接地體上產(chǎn)生的電壓降為250kV,此高電壓足以對設(shè)備造成損害,接地電阻應盡量小,通常建筑物接地電阻要求小于10Ω,計算機房接地電阻要求小于4Ω。二次接線盒應盡可能接近地面。3.4感應雷擊在雷云放電時,雷電未直接擊中電氣設(shè)備，但距離電氣設(shè)備很近，強大的雷電流及其所產(chǎn)生的雷電電磁脈沖能夠通過傳導,感應和耦合等方式在附近導體上產(chǎn)生感應過電壓,也會造成電氣設(shè)備損壞。該暫態(tài)過電壓沿電源線或信號線等線路傳輸時,形成感應過電壓侵入波，也會對電氣設(shè)備產(chǎn)生危害，即使幅值不高，但很容易造成電子設(shè)備的損壞或工作失靈。感應雷算例比如避雷針引雷后，強大的雷擊電波在入地的過程中，由于雷電流陡度的作用，在其周圍導體內(nèi)產(chǎn)生感應脈沖電壓，即感應雷。計算表明，30kA的雷電擊中避雷針時，在距離400m時，感應電壓為0.9kV/m,在距離10m時，感應可達電壓為9.5kV/m,可見感應雷電波對設(shè)備產(chǎn)生的影響與距離關(guān)系很大。而且對采用計算機控制的設(shè)備及通訊信號來說，威脅更大。通常，二次設(shè)備的防雷保護應從雷電電磁脈沖防護(LEMP)的角度出發(fā)，采取必要防雷措施，降低雷電感應危害的風險。沿導線侵入雷電波導線侵入到電氣設(shè)備，造成電氣設(shè)備損害；電站的雷電侵入波保護靠兩道防線：一是設(shè)置進線保護段，以減少危險雷電侵入波產(chǎn)生的機會；二是在變電站內(nèi)裝設(shè)避雷器，以限制雷電侵入波過電壓的幅值。對于110kV和220kV敞開式變電站，應設(shè)置1～2km的進線保護段，即采用避雷線，盡可能降低桿塔接地電阻，使進線保護段具有較高的耐雷水平；變電站母線上裝設(shè)的無間隙金屬氧化物避雷器(MOA)與電氣設(shè)備之間的最大距離不超過DL/T620過電壓標準中規(guī)定的數(shù)值，否則應在變壓器回路增設(shè)MOA。另外還規(guī)定，35kV～220kV敞開式變電站在雷雨季時當進線隔離開關(guān)或斷路器為斷開狀態(tài)，應在靠近隔離開關(guān)或斷路器處配置避雷器。110-220kV電站絕緣配合不足對110-220kV電站，主要問題是開關(guān)、刀閘的絕緣水平低于線路瓷瓶串的絕緣水平；電站只是在母線上安裝有避雷器，而斷路器的線路側(cè)均未安裝避雷器，電站與線路的絕緣配合存在先天不足，斷路器、刀閘時常遭受多重雷擊侵擾而損壞。

2007年雷雨期間，國家電網(wǎng)陸續(xù)發(fā)生了十起線路遭雷擊引發(fā)斷路器爆炸或損壞事故。2005年7月湖北荊門胡集站斷路器雷害爆炸MOA百米保護距離--EMTP計算結(jié)果對于110kV變電站，設(shè)備的雷電沖擊絕緣水平為450kV和550kV，其保護距離為60m和95m；線路絕緣水平為700kV；對于220kV變電站，設(shè)備雷電沖擊絕緣水平為850kV和950kV，其保護距離為80m和105m

；線路絕緣水平為1200kV；防止斷開斷路器因雷電侵入波造成斷路器損壞的事故發(fā)生，最安全經(jīng)濟有效的辦法就是在易遭受雷擊變電站的每條線路的入口（斷路器的線路側(cè)附近）裝設(shè)MOA。多重雷擊損壞斷路器國家電網(wǎng)2007年開始重視多重雷擊損壞斷路器問題，到2009年11月發(fā)文要求對有山區(qū)多雷進線段及地處多雷區(qū)的電站加裝線路避雷器。多雷區(qū)的定義為：所在地區(qū)年平均雷暴日數(shù)大于等于50日或近三年雷電監(jiān)測系統(tǒng)記錄的平均落雷密度大于等于3.5次/km2.a，山區(qū)多雷進線段的定義為：平均雷暴日數(shù)大于等于40日或近三年雷電監(jiān)測系統(tǒng)記錄的平均落雷密度大于等于2.8次/km2.a。防雷設(shè)施避雷線、避雷針、避雷網(wǎng)、避雷器、電涌保護器接地(Grounding)：將電力系統(tǒng)或建筑物中電氣裝置、設(shè)施的某些導電部分，經(jīng)連接至接地極。按接地的目的分類主要有防雷接地、工作接地、保護接地和防靜電接地防雷接地防雷接地為雷電保護裝置（避雷針、避雷線和避雷器）向大地泄放雷電流而設(shè)的接地。通過具有低電阻的接地體向大地瞬間瀉放雷電能量,從而保護建筑物,人員和設(shè)備的安全。防雷接地是分流、泄放直接雷擊和雷電電磁干擾能量的最有效的手段之一。沒有接地裝置或者接地不良的避雷設(shè)施就成了引雷入室的禍患;避雷裝置接地不良又可能增大落雷點附近電氣和電子設(shè)備感應雷擊的機會。4.2防雷接地裝置防雷接地裝置的功能是將雷電的巨大能量瞬間導入地中瀉放，減少或減輕雷電災害。電站接地網(wǎng)的防雷特性并不由它的面積決定，電站設(shè)計時在避雷針、避雷器等引雷入地處都有加強防雷性能的垂直接地樁。在變電站的整個投資中所占比例雖然很小。但它所引發(fā)的事故卻極其驚人，它能瞬間摧毀電網(wǎng)中的二次設(shè)備甚至整個二次系統(tǒng)，象直流、保護、通信等設(shè)備，接著引發(fā)事故擴大，有的造成一次設(shè)備損壞和著火，有的造成發(fā)電廠、變電站全停，有的甚至發(fā)展成嚴重的系統(tǒng)事故，危及設(shè)備及人身安全，帶來巨大的損失。4.3防雷接地相關(guān)標準[1]雷電防護(共有4部分)GB/T21714-2008（eqvIEC62305）；[2]建筑物防雷設(shè)計規(guī)范

GB50057-1994(2000修改版)；[3]建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范

GB50343-2004；[4]高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合GB311.1-1997[5]交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合

DL/T620-1997；[6]水力發(fā)電廠過電壓保護和絕緣配合設(shè)計技術(shù)導則

DL/T5090-1999；[7]通信設(shè)備過電壓過電流保護導則

GB/T21545-2008；[8]電力系統(tǒng)通信站防雷運行管理規(guī)程

DL548-1994；[9]交流無間隙金屬氧化物避雷器

GB11032-2000（eqvIEC60099-4）；[10]交流輸電線路用復合外套金屬氧化物避雷器

DL/T815-2002；[11]低壓配電系統(tǒng)的電涌保護器(SPD)第1部分：性能要求和試驗方法

GB18802.1-2002（eqvIEC61643-1）；[12]低壓配電系統(tǒng)的電涌保護器(SPD)第12部分：選擇和使用導則

GB/T18802.12-2006（eqvIEC61643-12）；[13]電子計算機機房設(shè)計規(guī)范GB50174－2008：[14]DL548《電力系統(tǒng)通信站防雷運行管理規(guī)程》接地標準[1]交流電氣裝置的接地

DL/T621-1997；[2]水力發(fā)電廠接地設(shè)計技術(shù)導則

DL/T5091-1999；[3]雷電電磁脈沖的防護第2部分：建筑物的屏蔽、內(nèi)部等電位連接及接地

GB/T19271.2-2005（eqvIEC61312-2）；[4]建筑物電氣裝置第5-54部分:電氣設(shè)備的選擇和安裝接地配置、保護導體和保護聯(lián)結(jié)導體

GB16895.3-2004；[5]系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求

GB14050-2008；6.多雷區(qū)變電站防雷基本要數(shù)多雷區(qū)大多地處山區(qū)，站內(nèi)電氣及控制設(shè)備遭遇雷擊的情況時有發(fā)生，二次設(shè)備損壞大多數(shù)是由感應雷引起。山區(qū)變電站多位于山區(qū)河流峽谷，空氣潮濕，雷電活動頻繁。多雷區(qū)變電站附近多為石灰?guī)r、頁巖高電阻率地區(qū)，河流兩岸邊坡陡峭，巖石裸露，覆蓋層甚淺，可利用土地面積狹小。

運行多年多雷區(qū)變電站防雷的主要問題地處山區(qū)站內(nèi)可用面積少，避雷針距離主控樓近；土壤電阻率高接地電阻大,少有降低沖擊電位設(shè)計;進線未考慮開關(guān)類設(shè)備的絕緣配合，沒有安裝線路避雷器；主控樓等接地和主地網(wǎng)存在弱連接狀況；地網(wǎng)運行年久，各區(qū)域之間都會存在不同程度腐蝕的情況，特別是采用過降阻材料接地體，局部地區(qū)有斷裂的可能。二次系統(tǒng)防雷配置不規(guī)范，如電源沒有三級防雷設(shè)計，信號線沒有逐條配置防雷保護器等。

6.2多雷區(qū)變電站的防雷設(shè)施多雷區(qū)變電站防雷設(shè)施比普通電站要求高，除了站內(nèi)有避雷針外，變壓器和母線通常都裝有避雷器；一次設(shè)備雷害事故少于二次設(shè)備雷害事故。多雷區(qū)變電站主地網(wǎng)變電站主地網(wǎng)主要由“主控樓接地網(wǎng)”及“一次設(shè)備區(qū)接地網(wǎng)”兩大部分組成；除了一次主地網(wǎng)的良好連接外，還敷設(shè)了二次接地干線形成閉合回路。線路避雷線與開關(guān)站接地網(wǎng)相連。一次設(shè)備均用接地引下線與主地網(wǎng)相聯(lián)。

加強多雷區(qū)變電站的弱電防雷保護多雷區(qū)電站內(nèi)控制設(shè)備遭遇雷擊的情況時有發(fā)生，特別是采用了計算機控制設(shè)備以后，設(shè)備耐雷擊水平大大降低，特別是那些地處山區(qū)的變電站,遭遇雷擊的概率比較高,所以加強多雷區(qū)電站的弱電防雷保護非常必要。在低壓母線上布設(shè)避雷器，在電源接口加裝浪涌電流吸收裝置，并采用合理的接地方式，則會在很大程度上緩解雷電波對控制設(shè)備的破壞，保證電站設(shè)備的正常穩(wěn)定運行。

多雷區(qū)變電站的運行防雷要求雷雨期前檢查并確認防雷設(shè)施狀態(tài)良好；每次雷雨過后應抄錄35kV及以上高壓避雷器動作次數(shù)；每5-6年測量一次主接地網(wǎng)接地電阻，運行十年應開挖檢查接地體自然腐蝕情況。做好雷害事故記錄及原因分析；7.一次設(shè)備防雷關(guān)鍵技術(shù)一次設(shè)備

絕緣水平一次設(shè)備

絕緣配合一次設(shè)備

防雷措施一次設(shè)備防雷關(guān)鍵技術(shù)7.1一次設(shè)備的絕緣水平一次設(shè)備通常是指6kV及以上電壓等級的高電壓設(shè)備。絕緣水平是反映設(shè)備耐受過電壓沖擊能力的技術(shù)指標，典型過電壓主要有三種雷電過電壓、操作過電壓和交流過電壓，不同過電壓波形參見表1。一次設(shè)備的一般有三個：雷電沖擊下的絕緣水平，簡稱（LI）；操作沖擊下的絕緣水平，簡稱（SI）；交流電壓下的的絕緣水平，簡稱（A.C.）。7.2一次設(shè)備的絕緣配合設(shè)備絕緣水平受制于設(shè)備的價格，和避雷器等防雷設(shè)施的配置。過分強調(diào)安全配置過高的絕緣水平，不經(jīng)濟。絕緣配合就是要在安全性能和經(jīng)濟性能兩方面合理兼顧。按國家電網(wǎng)2009年提出的多雷區(qū)劃分:年均落雷密度≥3.5個/km2，大部分線路進站口都應與500kV設(shè)備配置一樣安裝線路避雷器絕緣配合簡化統(tǒng)計法對某類過電壓在統(tǒng)計沖擊耐受電壓和統(tǒng)計過電壓之間選取一個統(tǒng)計配合系數(shù)，使所確定的絕緣故障率從系統(tǒng)的運行可靠性和建維費用兩方面來看是可以接受的。統(tǒng)計過電壓——概率不大于2%；統(tǒng)計沖擊耐受電壓——90%；絕緣配合確定性法(慣用法)確定性法(慣用法)的原則是在慣用過電壓(即可接受的接近于設(shè)備安裝點的預期最大過電壓)與耐受電壓之間，按設(shè)備制造和電力系統(tǒng)的運行經(jīng)驗選取適宜的配合系數(shù)，相應的耐受電壓宜從以下表中的標準值中選取。

電壓范圍Ⅰ電氣設(shè)備選用的耐受電壓系統(tǒng)標稱電壓kV設(shè)備最高電壓kV設(shè)備類別雷電沖擊耐受電壓kV短時(1min)工頻耐受電壓(有效值)kV相對地相間斷口相對地相間斷口開關(guān)隔刀開關(guān)隔刀1012變壓器75(60)75(60)——35(28)35(28)——開關(guān)75(60)75(60)75(60)85(70)42(28)42(28)42(28)

49(35)3540.5變壓器185/200185/200——80/8580/85——開關(guān)185185185215959595118110126變壓器450/480450/480——185/200185/200——開關(guān)450、550450、550450、550520、630200、230200、230200、230225、265220252變壓器850、950850、950——360、395360、395——開關(guān)850、950850、950850、950950、1050360、395360、395360、395410、460注1分子、分母數(shù)據(jù)分別對應外絕緣和內(nèi)絕緣。2括號內(nèi)和外數(shù)據(jù)分別對應是和非低電阻接地系統(tǒng)。3開關(guān)類設(shè)備將設(shè)備最高電壓稱作“額定電壓”。根據(jù)我國情況，對雷電沖擊：Kc≥1.4；對操作沖擊：Kc≥1.15；內(nèi)絕緣：Ks=1.15；外絕緣：K=1.05×1.1絕緣配合系數(shù)/因數(shù)一次設(shè)備防雷措施電站防雷主要有三道防線，即避雷線、避雷針和避雷器。避雷線的主要作用是線路防雷，減少電站附近雷擊線路沖擊電站次數(shù)和降低雷電侵入波的幅值；避雷針用于電站直擊雷防護，它能將強大的雷電流直接引入地下，但也會引發(fā)劇烈的電磁干擾損害二次設(shè)備；避雷器是一次設(shè)備防雷的基礎(chǔ)，也是最后一道防線。多雷區(qū)變電站防雷設(shè)施比普通電站要求高，除了主控樓房有避雷針外，變壓器和母線通常都裝有避雷器。單根避雷針保護范圍當hx＜0.5h時rx＝(1.5h-2hx)P

單支避雷針的保護范圍

h≤30m時，

θ＝45°滾球半徑：

r=10I0.65避

雷

器7.4一次設(shè)備防雷關(guān)鍵技術(shù)建立直擊雷防護網(wǎng)和配置線路避雷器，多埋垂直接地體提高接地網(wǎng)防雷性能，站外備用電源10kV/35kV架空線應穿管經(jīng)地埋進站。電站直擊雷防護網(wǎng)由站內(nèi)若干避雷線組成，利用避雷線分流來大幅減少單根避雷針引入地下的雷電流幅值，降低對二次設(shè)備的侵害。接地網(wǎng)的防雷特性主要由垂直接地體決定；防雷接地體的有效長度le=2√ρ;通常超過100m以上的水平接地體的防雷效果已不明顯。8.二次設(shè)備防雷重要理念電站一次設(shè)備多為戶外式,雷電直擊風險高;二次設(shè)備多在戶內(nèi),劃屬雷電第2防護區(qū)；一雷多閃，后續(xù)放點電荷不小于首次的電荷；二次設(shè)備絕緣水平低,可靠性要求高,防雷措施更為仔細;分流、屏蔽、限幅、等電位接地等;雷電防護區(qū)LPZA和LPZB

二次設(shè)備四級防雷重要參數(shù)LPL-ILPL-ⅡLPL-ⅢLPL-ⅣImax200kA150kA100kA100kA雷擊電荷100庫75庫50庫50庫Imin3kA5kA10kA15kA滾球半徑20m30m45m60mP(<Imax)0.990.980.970.97P(>Imin)0.990.970.910.84注：雷云總量是雷擊電荷量的3倍。8.1二次設(shè)備絕緣水平低二次設(shè)備主要指400V及以下的電源、控制、信號等弱電設(shè)備，絕緣耐受能力比一次設(shè)備低得多；電源系統(tǒng)及繼電保護系統(tǒng)的絕緣測試搖表一般只能使用500V電壓等級，信號系統(tǒng)的電壓耐受能力更低，可能只有幾伏到十幾伏。目前我國也開始對弱電設(shè)備測試抗電磁干擾能力，但還有很多二次設(shè)備的防雷能力很弱且無確定的防雷技術(shù)參數(shù)。8.2二次設(shè)備防雷措施要求高二次設(shè)備的雷害威脅主要來源有三路：一是沿導線亂竄的感應雷電波，二是強烈的空間電磁干擾，三是大幅值雷電流流入接地網(wǎng)之后接地電位劇烈升高，造成地面電位差瞬間增大，如果電壓分布不均會產(chǎn)生局部高電位,對周圍電子設(shè)備形成高電位反擊。弱電系統(tǒng)的三道防線，第一是處理電源來的快速過電壓，加避雷器、電源SPD；第二是屏蔽空間強電磁干擾；第三是抑制地面電位差，加強地面等電位連接；對信號處理系統(tǒng)除了安裝SPD（電涌保護器）外，還需安裝更低電壓TVS（瞬態(tài)電壓抑制二極管）及凈化磁場環(huán)境。8.3電源三級防雷理念二次設(shè)備電源比較特殊，它不僅連接其他二次設(shè)備，還連接一次設(shè)備-變壓器，會遭受比其他二次設(shè)備大得多的雷電能量沖擊，所以重要電源需要三級防護。首先，電源變壓器高低壓端都要安裝避雷器；其次，在電源的每個分支都配置大容量電源用SPD；必要時，在主電源線上增配帶并聯(lián)間隙的電源用SPD。最后特別要注意處理好二次設(shè)備的電源防雷接地。最好用電源隔離變壓器將二次設(shè)備共用接地端與一次設(shè)備接地端隔離，并盡可能降低各分支電源。二次分支防雷總系統(tǒng)主干子設(shè)備

樓內(nèi)二次設(shè)備防雷特性及主要措施山區(qū)變電站可用面積小，獨立避雷針離主控制室空間較近，當雷電擊中避雷針或避雷線附近時，產(chǎn)生強大的瞬變電磁脈沖電流就會通過電磁耦合到主控制室建筑物的鋼筋及設(shè)備中產(chǎn)生外部過電壓和感應電流，造成二次設(shè)備的損壞，如湖北白蓮河老水力發(fā)電廠的開關(guān)站，主控室內(nèi)二次設(shè)備多次遭雷擊損壞，造成整個系統(tǒng)無法正常運行，直接影響全站設(shè)備的正常運行度。樓頂落雷次數(shù)與干擾次數(shù)多雷區(qū)變電站控制樓的雷擊次數(shù)(N)=1.5×年均落雷密度(Ng)×等效落雷面積(Ae)，例如，主控樓長80m寬40m高20m，所處年均落雷密度3.5個/km2，主控樓年均遭雷擊次數(shù)0.15次。說明該主控樓7年就會遭受一次樓頂落雷。室內(nèi)二次設(shè)備的強雷電干擾的次數(shù)=Ng×Aw(導線引雷面積),例如一公里長的架空電源線，引入室內(nèi)的雷電次數(shù)為3.5×2=7次；采取穿管地埋后強雷電干擾的次數(shù)可下降一半。

多雷區(qū)變電站防雷設(shè)計不足目前許多多雷區(qū)電站設(shè)計沒有嚴格按國標設(shè)計室內(nèi)接地防雷系統(tǒng)。對于主控制室中的設(shè)備要求就近與接地網(wǎng)相連接，而主控制室內(nèi)是用一根接地引下線與樓下的接地網(wǎng)連接，需要接地的幾個機柜都直接接到這一點上，沒有一個接地連接環(huán)路，形成了單點接地方式。防雷要求室內(nèi)面積超過40m2，應采用網(wǎng)格式等電位接地網(wǎng)，小面積樓面可采用S型單點接地，接地干線宜采用截面積大于35mm2的銅質(zhì)材料；每臺電子設(shè)備機柜應單獨接與接地母線相連；主機房內(nèi)磁場干擾場強不應大于800A／m。凈化磁場干擾環(huán)境的措施凈化磁場干擾環(huán)境的措施主要是加強感應雷電瞬變磁場的屏蔽，宜采用電氣連接良好的金屬網(wǎng)屏蔽籠將被屏蔽體包圍起來，這樣瞬變磁場將在網(wǎng)絡回路中產(chǎn)生感應渦流，產(chǎn)生反磁場來抵消穿過屏蔽體的原來磁場而起到屏蔽的作用。磁場屏蔽增強效果例如以邊長為1m、網(wǎng)絲半徑為0.155mm的22目紫銅網(wǎng)作主要屏蔽材料，采用電阻率為1.2Ω·m的導電混凝土作輔助材料，厚度3mm，磁場屏蔽效果可達45dB，衰減100多倍。經(jīng)過如此屏蔽防護措施的主控制室內(nèi)在雷擊獨立避雷針時（雷電流200kA，10／350μs），磁場強度都在100A／m以下，能滿足安全運行的要求。