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主題:從雷擊事故看農村變電站防雷設計的誤區

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從雷擊事故看農村變電站防雷設計的誤區  發帖心情 Post By:2010-4-29 15:38:33

[摘  要]
 本文從農村變電站發生的一些雷擊事故談起,對當前農村小型化變電站防雷設計中存在的問題進行了詳細分析,文章著重從防雷設計中存在的重直擊雷輕感應雷、重高壓設備輕弱電系統、重防雷輕接地、忽略變電站進線段導線防雷、忽視雷電波侵入破壞開關設備等幾種情況所造成的事故進行了闡述分析,并提出了完善措施。 
[關鍵詞] 事故;變電站;防雷;設計  
 

引言
由于農村變電站大多建于曠野開闊的偏僻地區,附近高層建筑較少,是雷電的多發區,加之農村變電站一般是110kV以下的小型變電站,對變電站設計重視不夠,考慮問題不盡全面,造成農村變電站成為易受雷擊的“重災區”。近年來在農村變電站中多次發生因雷電而造成設備燒壞、爆炸甚至引起“火燒連營”的事故,因此很有必要對農村變電站防雷設計中存在的問題進行分析,通過研究找出其中的不足并制定切實可行的措施。
1 誤區一:重直擊雷輕感應雷
1.1 事故過程
2004年8月6日,某35kV變電站在雷電活動時造成該站綜合自動化插件損壞,并使35kV開關誤動。
1.2 原因分析
很多人以為只要安裝足夠數量的避雷針,變電站的防雷就萬事大吉了。其實雷擊分直擊雷和感應雷兩種形式,安裝避雷針也僅能防止直擊雷危害設備,對感應雷卻無能為力,而室內的通訊、自動化控制系統的損壞大都是由于感應雷造成的。當雷電活動時其周圍的磁場會發生強烈的變化,雷電所形成的強電場會以靜電感應的方式在附近導電體上感應出很高的感應電壓,而計算機等電子器件又是對干擾非常敏感的元件,因此極易造成微機保護和綜合自動化系統模塊損環,或者導致微機保護誤動或拒動。
1.3 防范措施
1.3.1降低感應電壓
由于雷電感應電壓的高低與被感應導體的長度、截面、位置等有關,因此電氣設備二次裝置連線應盡可能的短,而且也可以采用有屏蔽的導線來降低感應電壓。
1.3.2采用絕緣隔離
    一些保護裝置模塊的外殼或固定支架可以采用絕緣材料,信號的傳輸可采用光纜、光電耦合器,對RS-232、485以及CAN等數據通訊接口加裝光電隔離器等措施都可以大大削弱雷電感應電壓。
1.3.2加裝浪涌抑制器
    在保護、通訊、自動控制系統的設計中考慮使用瞬變電壓抑制二極管(TVS)、氣體放電管(GDT)、壓敏電阻(MOV)、齊納二極管(ZENA)等浪涌抑制器,都能對電路中出現的瞬間浪涌電壓脈沖起到分流和箝位的作用,可以有效地防止過電壓對設備的損害。
2 誤區二:重高壓設備輕弱電系統
2.1 事故過程
2002年7月20日,某110kV變電站遭受雷擊,高壓設備安然無恙,該站保護裝置電源模塊損壞。
2.2 原因分析
雷電活動時, 雷電波沿10kV線路侵入到10kV母線,再經過10kV所用變的電磁耦合,闖入到低壓出線。由于雷電波的電壓、能量極高,雖然經過10kV線路避雷器、母線避雷器和所用變避雷器3級削峰和所用變低壓出線的平波作用,電壓幅值大為降低,但雷電波仍以高幅值、尖脈沖的形式,瞬間加到低壓電源系統,由于大多數農村變電站在低壓電源系統沒有過電壓保護措施,雷電過電壓得不到有效限制,就會在低壓電源系統中的絕緣薄弱處造成擊穿。
2.3 防范措施
可以在低壓電源系統中采用電源防雷器,當雷電入侵時,電源防雷器能在極短的時間將雷電產生的大量脈沖能量釋放到安全地線上,從而達到保護電路上設備的目的。正常情況下,防雷器處于高阻狀態,當電源由于雷擊或開關操作出現瞬時脈沖電壓時,防雷器立即在納秒級的時間內導通,將該脈沖電壓短路到大地進行泄放。
3 誤區三:重防雷輕接地
3.1 事故過程
1998年 7月11日,某35kV變電站#1避雷針遭雷擊后,其附近電纜溝內的二次電纜著火,導致保護裝置完全失靈,造成災難性的事故。
3.2 原因分析
我們通常所說的避雷針并不能起到躲避雷擊的作用,相反稱之為引雷針或接閃器似乎更為恰當,它只是把周圍強大的雷電能量泄放到大地,起到引雷入地的作用,從而避免周圍被保護設備受到危害。當避雷針遭雷擊后,強大的雷電流沿避雷針和接地引下線進入變電站的接地網,再經接地網流入大地時,造成接地網的局部電位迅速升高,如果該接地網的接地電阻太大,局部電位升高超過一定數值時,就會對附近電纜溝內的電纜產生反擊或旁側閃擊,引起電纜著火,造成災難性的事故。
3.3 防范措施
3.3.1提高對變電站接地裝置重要性的認識,嚴格按照有關標準要求進行防雷接地的設計,定期對變電站進行接地電阻測量,當接地電阻達不到規定要求時,要及時采取有效的措施加以改進。
3.3.2我們目前農村變電站中長期使用的金屬接地體因具有易腐蝕、壽命短、不穩定、效果差、高阻抗等缺陷,近年來已受到很大的挑戰,因此推薦使用新型“高效長壽接地極”,它是由金屬極芯和穩定性較好的非金屬導電材料組成,克服了傳統金屬接地體的弊端。
3.3.3在設計接地網時應盡量采用方孔地網,以改善地面電位分布,合格分布網格大小,防止局部電位升高。同時在電纜溝內要設置接地帶、在電纜溝附近要設置與電纜溝平行的水平均壓帶以改善電纜溝的電位均勻。
4 誤區四:忽略變電站進線終端塔至架構間導線的防雷
4.1 事故過程
2001年8月2日,某山區35kV變電站遭雷擊,導致35kV母線避雷器爆炸,進線也有多處放電痕跡。
4.2 原因分析
該站設避雷針3基,站內設備全部在保護范圍之內,35kV進線段2公里內加裝了避雷線,也完全符合設計要求。經認真檢查發現,由于變電站進線架構至終端塔之間為變電部分和線路部分的分界點,因雙方設計疏忽,導致終端桿至站內進線架構間線路不在變電站避雷針的保護范圍之內。雷擊進線后直接侵入變電站,由于雷擊點就在變電站附近,雷電未得到任何衰減直接進入35kV母線,致使35kV母線避雷器損壞爆炸。
4.3 防范措施
4.3.1設置專用避雷針與變電站避雷針聯合對進線段進行保護;
4.3.2采用避雷線保護,將避雷線一端接在終端桿上,另一端接在進線架構或附近獨立的桿柱上做成一端絕緣的避雷線,對終端桿至進線架構導線進行防雷保護。
5 誤區五:忽視雷電波入侵對開關設備的破壞
5.1 事故過程
2005年7月12日雷雨過后,35kV某變電站312進線SF6開關絕緣表面電弧燒損嚴重,經仔細查看,發現SF6開關外絕緣三相斷口間及A、C相對地都有短路現象,進線也有多處放電痕跡。該站35kV雙回進線,當時變電站由311進線供電,312進線處于熱備用狀態。
5.2 原因分析
考慮到雷電波沿導線入侵變電站,所以變電站設計時一般都在斷路器或隔離開關后面、主變附近的母線上裝設避雷器,來限制雷電過電壓。但當開關處于備用狀態或者因故障處于短時分閘狀態時,進線斷路器等設備就脫離了母線避雷器的保護,這時強大的雷電波沿線路到達開關后,雷電的泄放通路中出現斷口,根據波的折射理論且因阻抗不配,波的振蕩會形成很高幅值的過電壓,從而對斷口處開關等設備的絕緣構成重大危害。
5.3 防范措施
為了避免以上事故的發生,我們除了在變電站內設計避雷針,在母線上裝設避雷器外,還要考慮在進線斷路器的線路側增設避雷設備,來限制從線路上侵入雷電波過電壓的幅值?蛇x擇在變電站內進線架構上或出線的第一桿塔上裝設無間隙避雷器,同時為了防止相間過電壓,可采用三相組合式避雷器。
6 結束語
變電站的防雷設計已遠遠超出傳統的概念和范疇,是一項系統工程,忽視任何一個細小的環節,都會為以后變電站的安全運行造成隱患。因此,變電站的防雷應從工程設計階段就認真加以考慮,走出防雷設計的誤區,根據各地的實際情況,采取切實可行的防雷方案。
參考文獻:
[1]中華人民共和國電力行業標準,DL/T 5078—1997農村小型化變電所設計規程,中國電力出版社,1997
[2]中華人民共和國國家標準,GB 50057-94建筑物防雷設計規范,中國計劃出版社,1994
[3]江日洪等,發、變電站防雷保護與應用實例,中國電力出版社,2004
[4]張緯䥽等,過電壓保護及絕緣配合,清華大學出版社2002年第一版,257-282
作者簡介:張建利(1976-),男,助理工程師,從事電力生產技術管理工作。


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