变电站接地设计及防雷技术

　　摘要：本文介绍了变电站接地设计的必要性和设计原则，阐述了变电站接地电阻的测量和降阻措施，提出了变电站电气设备防雷措施。

　　关键词：变电站 接地设计 接地电阻 防雷措施

　　0 引言

　　变电站接地系统的合理与否是直接关系到人身和设备安全的重要问题。随着电力系统规模的不断扩大，接地系统的设计越来越复杂。变电站接地包含工作接地、保护接地、雷电保护接地。工作接地即为电力系统电气装置中，为运行需要所设的接地；保护接地即为电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等，由于绝缘损坏有可能带电，为防止其危及人身和设备的安全而设的接地；雷电保护接地即为为雷电保护装置向大地泄放雷电流而设的接地。变电站接地网安全除了对接地阻抗有要求外，还对地网的结构、使用寿命、跨步电位差、接触电位差、转移电位危害等提出了较高的要求。

　　1 变电站接地设计的必要性

　　接地是避雷技术最重要的环节，不管是直击雷，感应雷或其它形式的雷，都将通过接地装置导入大地。因此，没有合理而良好的接地装置，就不能有效地防雷。从避雷的角度讲，把接闪器与大地做良好的电气连接的装置称为接地装置。接地装置的作用是把雷电对接闪器闪击的电荷尽快地泄放到大地，使其与大地的异种电荷中和。

　　变电站的接地网上连接着全站的高低压电气设备的接地线、低压用电系统接地、电缆屏蔽接地、通信、计算机监控系统设备接地，以及变电站维护检修时的一些临时接地。如果接地电阻较大，在发生电力系统接地故障或其他大电流入地时，可能造成地电位异常升高；如果接地网的网格设计不合理，则可能造成接地系统电位分布不均，局部电位超过规定的安全值，这会给出运行人员的安全带来威胁，还可能因反击对低压或二次设备以及电缆绝缘造成损坏，使高压窜入控制保护系统、变电站监控和保护设备会发生误动、拒动，酿成事故，甚至是扩大事故，由此带来巨大的经济损失和社会影响。

　　2 变电站接地设计原则

　　由于变电站各级电压母线接地故障电流越来越大，在接地设计中要满足R≤2000/I是非常困难的。现行标准与原接地规程有一个很明显的区别是对接地电阻值不再规定要达到0.5Ω，而是允许放宽到5Ω，但这不是说一般情况下，接地电阻都可以采用5Ω，接地电阻放宽是有附加条件的，即：防止转移电位引起的危害，应采取各种隔离措施；考虑短路电流非周期分量的影响，当接地网电位升高时，3～10kV避雷器不应动作或动作后不应损坏，应采取均压措施，并验算接触电位差和跨步电位差是否满足要求，施工后还应进行测量和绘制电位分布曲线。变电站接地网设计时应遵循以下原则：

　　2.1 尽量采用建筑物地基的钢筋和自然金属接地物统一连接地来作为接地网；

　　2.2 尽量以自然接地物为基础，辅以人工接地体补充，外形尽可能采用闭合环形；

　　2.3 应采用统一接地网，用一点接地的方式接地。

　　3 变电站接地电阻的构成及降阻措施

　　3.1 接地引线电阻，是指由接地体至设备接地母线间引线本身的电阻，其阻值与引线的几何尺寸和材质有关。

　　3.2 接地体本身的电阻，其电阻也与接地体的几何尺寸和材质有关。

　　3.3 接地体表面与土壤的接触电阻，其阻值怀土壤的性质、颗粒、含水量及土壤与接地体的接触面积及接触紧密程度有关。

　　3.4 从接地体开始向远处（20米）扩散电流所经过的路径土壤电阻，即散流电阻。决定散流电阻的主要因素是土壤的含水量。

　　3.5 垂直接地体的最佳埋置深度是指能使散流电阻尽可能不而又易于达到的埋置深度。决定垂直接地体的最佳深度，应考虑到三维地网的因素，所谓三维地网，是指垂直接地体的埋置深度与接地网的等值半径处于同一数量级的接地网。

　　3.6 接地体的通常设计，是用多根垂直接地体打入地中，并以水平接地体并联组成接地体组，由于名单一接地体埋置的间距仅等于单一接地体长度的两倍左右，此时电流流入名单一接地体时，将受到相互的限制而妨碍电流的流散，即等于增加名单一接地体的电阻，这种影响电流流散的现象，称为屏蔽作用。

　　3.7 化学降阻剂的应用,化学降阻剂机理是，在液态下从接地体向外侧土壤渗出，若干分钟固化后起着散流电极的作用。

　　4 变电站接地电阻的测量

　　接地网电阻值的大小，是判定接地网是否合格的重要部分，而对接地网电阻的测量采用的方法及设备也直接影响测量的结果，测量接地网电阻时，其接地棒和辐助接地体有两种布置法。

　　对大型地网的电阻测量，应采用电流电压测量法，其接地棒，辅助接地体的布置应采用三角形由置法，并使辐助接地体的接地电阻不应大于10Ω。通过接地装置的电流应大于30A，电源电压应为65～220V交流工频电压，电压较低时测量较为安全，电压表应采用高内阻的表计，以减少该云支路的分流作用。这种测量方法的优点是，接地电阻不受测量范围的限制，特别适用于110KV以上系统的接地网的接地电阻测量，也适用于自动化系统接地电阻的测量，其测量的结果准确可靠。

　　5 变电站防雷措施分类

　　防雷措施总体概括为两种：①避免雷电波的进入；②利用保护装置将雷电波引入接地网。

　　5.1 避雷针或避雷线

　　雷击只能通过拦截导引措施改变其入地路径。接闪器有避雷针、避雷线。小变电站大多采用独立避雷针，大变电站大多在变电站架构上采用避雷针或避雷线，或两者结合，对引流线和接地装置都有严格的要求。

　　5.2 避雷器

　　避雷器能将侵入变电所的雷电波降低到电气装置绝缘强度允许值以内。我国主要是采用金属氧化物避雷器（MOA）。

　　5.3 浪涌抑制器

　　采用过压保护，防雷端子等提高电气设备自身的防护能力，防止电气设备、电子元件被击坏。当发生雷击事故时，如电源防雷模块遭到损坏，在后台监控机上就能显示其状态。在控制、通讯接口处加装浪涌抑制器。

　　5.4 接地线

　　接地线即接地体的外引线，连接被保护或屏蔽设施的连线，可设主接地线、等电位连接板和分接地线。防雷接地装置的接地线即防雷接闪装置的引下线，可采用圆钢或扁钢，两端按规定的搭接长度焊接达到电连接。变电站的防雷接地电阻值要求不大于1Ω。

　　6 变电站弱电设备防雷措施

　　6.1 采用多分支接地引下线，使通过接地引下线的雷电流大大减小。

　　6.2 改善屏蔽，如采用特殊的屏蔽材料甚至采用磁特性适当配合的双层屏蔽。

　　6.3 改进泄流系统的结构，减小引下线对弱电设备的感应并使原有的屏蔽网能较好地发挥作用。

　　6.4 除电源入口处装设压敏电阻等限制过压的装置外，在信号线接入处应使用光电耦合元件或设置具有适当参数的限压装置。

　　6.5 所有进出控制室的电缆均采用屏蔽电缆，屏蔽层公用一个接地网。

　　6.6 在控制室及通讯室内敷设等电位，所有电气设备的外壳均与等电位汇流排连接。

　　7 变电站直击雷的防雷措施

　　7.1 防止反击：设备的接地点尽量远离避雷针接地引线的入地点，避雷针接地引下线尽量远离电气设备。

　　7.2 装设集中接地装置：上述接地应与总线地网连接，并在连接下加装集中接地装置，其工频接地电阻碍大于10Ω。

　　7.3 主控室（楼）或网络控制楼及屋内配电装置直击雷的保护措施。①若有金属屋顶或屋顶有金属结构时，将金属部分接地。②若屋顶为钢筋混凝土结构，应将其钢筋焊接成网接地。③若结构为非导电的屋顶时，采用避雷保护，该避雷带的网络为8～10m设引下线接地。

　　8 结束语

　　接地网的设计，要根据区域的地质条件，采取不同的降阻措施，以最高性能价格比来设计其接地网，同时应采用新技术和新材料。接地技术是一门多学科的综合技术，故在今后的工作中去研究，在实践中不断探索，以使其更加趋于完善。根据变电站防雷设计的整体性、结构性、层次性、目的性，及整个变电站的周围环境、地理位置、土质条件以及设备性能和用途，采取相应雷电防护措施，保证变电站设备的安全稳定运行。