电力系统防雷工程设计浅谈

电力系统防雷工程设计浅谈

摘要：电力系统的雷电保护愈来愈向精细化、准确化、专业化方向发展，因此本文通过分析雷电能量计算与防雷保护之间的关系，浅谈了电力系统中变电所、输电线路等方面的防雷工程设计，逐步完善现代科学的防雷体系。

关键词：电力系统变电所雷击保护

中图分类号：tj417 文献标识码：a 文章编号：1672-3791（2012）09（b）-0182-03

随着我国电力事业的蓬勃发展和电网的不断扩大，，电网防雷就成为电力事业中的一项重要工作。

电网在现有技术的条件下仍然会出现遭雷击的现象。从某种方面上来说，雷电袭击是影响电网的可靠稳定的重要因素之一。

本文就国内外现有的技术条件，研究分析目前电网的设备现状，结合实际情况阐述了现实中防雷保护存在的问题，并展望了未来电网防雷保护的发展方向。

雷电是一种极具破坏力的自然现象，其电压可高达数百万伏，瞬间电流更可高达数十万安培。千百年来，雷电所造成的破坏可谓不计其数。落雷后在雷击中心1.5～2km半径的范围内都可能产生危险过电压损害线路上的设备。

在两个多世纪的防雷历史中雷电灾害防御，从建筑物防雷发展到供电防雷、电气和电子设备防雷，直到现在的现代微电子设备防雷。随着高新技术发展防雷技术和产品到显著发展，目前已经发展

到消散削减、屏蔽隔离、抑制分流、疏导均衡等电位、优化接地泄放和雷电控测定位预警等技术。

近十多年来围绕这些问题人们进行了不懈的努力，提出了许多新的防雷理论，研制出一大批新的防雷器件、设备和材料，开发出许多全新的雷电防护技术。我国于1994年颁布了新的《建筑物防雷设计规范》gb50057-1994，该规范参考了大量国际标准，无论从指导思想、技术要求还是技术措施上讲都处在国际领先地位，这也标志着我们国家对雷害的重视。

1 雷击的形成与防护

1.1 雷云的形成

地球上由于大气的剧烈运动，引起静电摩擦，云团内部会产生大量的带正、负电荷的带电离子，在空间电场力的作用，带电离子定向垂直移动，使云团上部积与下部积累正负电荷，分层电荷在云团内产生，形成雷云。雷云的成因主要来自于大气的运动，当雷云在天空移动时，在其下方的地面上会静电感应出一个带相反电荷的地面阴影。

1.2 尖端放电与雷击

如果有一个带尖锋的金属球，让它带上负电，由于电荷同性相斥的作用，球体尖锋部分的电子受到同性电荷排斥力最强，最容易被排斥而离开金属球，这就是“尖端放电”。

1.3 雷云放电

雷云放电理论是“长间隙放电”理论，该理论认为雷云对地放

电的过程可以分为四个阶段：即云中放电、对地先导、定向闪击和回闪。

1.4 雷击防护

雷击防护通过合理、有效的手段和设备将雷电的能量尽可能的引入到大地，即疏导而不是堵住或消灭雷电。一个完整的防雷系统一般包括两个内容：直接雷击的防护和感应雷击的防护。为了保护建筑物免受雷击引起事故及人身安全；内部防雷系统以防止雷电的过电压侵入设备中造成损坏，为了实现内部避雷，需要对建筑物进出各保护区的金属电缆、金属管道等安装过电压保护器进行保护并接地良好。

2 防雷工程设计中的重要依据

2.1 当雷电击中避雷线或杆顶时，我们可计算雷电流的公式如下

公式中：k为耦合系数；h为杆高；β为分流系数；不同电压的输电线路上的避雷线的分流系数见表1。

r为冲击接地电阻；l为输电线路电感。

2.2 输电线路保护角

为防止雷电击中输电线路，α、h越小越好。

保护角的大小，关系线路遭雷电绕击的可能。计算绕击概率，可以用下面的公式：

其中，a为保护角；pa为绕击概率；h为杆高。

根据送电线路的运行数据、现场测试和试验模拟均可证明，避

雷线对边导线的保护角、杆塔高度以及高压送电线路的地形、地貌和地质条件分区与雷电绕击率有关。对山区杆塔的计算公式是：山区高压送电线路的绕击率约为平地高压送电线路的3倍。一些地区雷电活动相对强烈，使某一区段的线路较其它线路更容易遭受雷击。

3 电源系统的设计方案

电源系统选用多级保护，防范从直击雷到操作浪涌的各级过电压的侵袭。

（1）在电源系统总配电间配电回路380v低压总配电箱安装一台dhentb100防雷箱或者一套csp100电源防雷模块，用于配电回路的第一级电源防护。主要防护因强大的雷电流（传导雷）经电源线传导至配电柜后对设备造成的损坏；如果安装防雷模块，为防止浪涌保护器遭受雷击损坏后，电源对地短路，需要在浪涌保护器前安装60a空气开关作为短路保护装置。

（2）在机房分配电柜，安装1套德国一台dhentb40防雷箱或者一套dgmtt385电源防雷模块，作为配电回路的第二级电源防护。主要防护因强大的雷电流（传导雷）经10kv电源线传导至配电柜后对后端设备造成的损坏，并实现l-n的等电位连接；为防止浪涌保护器遭受雷击后损坏后，电源对地短路，需要在浪涌保护器前安装30a空气开关作为短路保护装置。

（3）在楼层分配电箱空气开关后级处，串联安装德国dhendrm2p255的单相防雷器，保护单相ac220v电网的供电系统。

4 变电所防雷保护

变电所是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所，是联系发电厂与电力用户的纽带，担负着电压变换和电能分配的重要任务。如果变电所发生雷击事故，会给国家和人民造成巨大的损失。所以变电所的防雷是不可忽视的问题。

通常情况下变电所雷击有两种情况，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。其具体表现形式如下。

（1）直击雷过电压。雷云直接击中电力装置时，形成强大的雷电流，雷电流在电力装置上产生较高的电压，雷电流通过物体时，将产生有破坏作用的热效应和机械效应。

（2）感应过电压。当雷云在架空导线上方，由于静电感应，在架空导线上积聚了大量的异性束缚电荷，在雷云对大地放电时，线路上的电荷被释放，形成的自由电荷流向线路的两端，产生很高的过电压，此过电压会对电力网络造成危害变电站防侵入波保护的主要措施是在变电站内采用避雷器，在母线和进线处加装避雷器；对于直击雷的防护采用避雷针。避雷针和避雷线这两种装置都是通过拦截措施，改变雷电波的入地路径，从而起到防雷保护的作用。小变电所多采用独立避雷针，大变电所多在变电站构架上采用避雷针或避雷线，或者两者相结合。

变电所防雷保护应注意以下几个问题：（1）变电所发生的雷击是随机的。因此，其防雷保护，应因地制宜地对变电所设计防护。