【正文】 其附近出現(xiàn)大量的散擊，甚至對避雷針進行直擊，對受避雷針保護范圍內(nèi)的物體進行繞擊。 雷擊反擊 直擊雷電流通過地表突出物的電阻入地散流。如果受雷擊變電站輸電線路來自另一個5 不同地網(wǎng)的變電站，那么上升的地電位與輸電線上的電位將形成巨大反差，導致與輸電線路相連的電氣設備的損壞。 另一種雷電反擊，對變電站的電子設備危害也不容忽視。連接在不同等電位地網(wǎng)上的電子設備，如果其間有電信號聯(lián)系，那么超過其容許承受能力的地電位差將導致設備損壞。感應雷雖然沒有直接雷猛烈，但其發(fā)生的幾率比直擊雷高得多。雷電流變化梯度很大，會產(chǎn)生強大的交變磁場，使得周圍的金屬構件產(chǎn)生感應電流，這種電流可能向周圍物體放電，如附近有可燃物就會引發(fā)火災和爆炸，而感應到正在聯(lián)機的導線上就會對設備具有強烈的破壞性。 有資料計算表明，當雷電電流為 30 kA 斜角波，雷云高度為 3 km，導線高度為 10m，擊中距末端匹配的 500m 長架空線 路中點 100m 處地面時，線路上感應電壓為 150 kV 幅值的振蕩波。 事實上，在生產(chǎn)實踐中，雷擊的靜電感應破壞力數(shù)倍于電磁感應。帶電雷云飄浮在地表上空，地表帶上與雷云相反的等量電荷。特別注意的是電子設備的高阻抗輸入回路，信號回路等引線較長，且直接連接的金屬體積較大處，雖 然已作電磁屏蔽（采用屏蔽電纜且屏蔽層兩端接地）仍會遭受厄運。其結構均分為接閃器、引下線和接地體，防雷原理相同。目前國際上流行的一種滾球法理論校核獨立避雷針的保護范圍比較符合實際。可形象地解釋為一個半徑與雷云帶電量成比例的以雷云先導為圓心 的球，滾落在地面上。球與地面接觸點到針尖這段弧，如果碰不到被保護物體，則被保護物處在保護范圍內(nèi)。按防雷規(guī)范核保護范圍，一般 110kV 中等規(guī)模變電站采用 3～ 5根， 35 kV 變電站 1～ 4根 30m左右避雷針，即可以覆蓋全站被保護區(qū)范圍。 n其中 n為年雷暴日數(shù)， k 為校正系數(shù)，金屬結構取 2， l、 b、 h 分別為建筑物的長、寬、高。如果一個變電站有 4 根針，每邊相距 50m，雷擊概率則為 次 /年。 限流式避雷針 —— 主要用于直擊雷的防護。雷擊避雷針時，雷電流流經(jīng)避雷針及其接地裝置，避雷針與被保護設備或構架之間的空氣間隙被擊穿而造成跳火事故，雷電流越大，跳火的可能性越大。安裝限流式避雷針系統(tǒng)有以下特點：采用阻抗限流等綜合技術，降低雷電泄放時7 產(chǎn)生的危險；降低雷電流幅值、上升沿陡度減緩；降低對周圍的二次電磁感應；引下線高端電位降低，防止側向跳火；抑制地電位反擊。以前裝設的避雷器大多為裝在線路端的管型避雷器和裝在母線、設備處的閥型避雷器，目前均由性能更好的金屬氧化物避雷器所取代。對 35kV 架空進線，一般是采用進線段 1～ 2km 的架空避雷線配其兩端的管型避雷器進行防護。上述防護措施均未考慮低壓部分過電壓，未考慮雷電入侵波或危險電位通過進所金屬管線引入構成對電子設備的威脅。一些重要設備如變壓器等 ,多半不是自恢復絕緣 ,其內(nèi)部絕緣如故發(fā)生閃絡 ,就會損壞設備。 變電所的雷害事故來自兩個方面 :一是雷直擊變電所 。 對直擊雷的防護一般采用避雷針或避雷線。 為了防止變電所遭受直接雷擊 ,需要安裝避雷針、避雷線和輔設良好的接地網(wǎng)。還應該使被保護物體與避雷針 (線 )之間留有一定距離，因為雷直擊避雷針 (線 )瞬間的地電位可能提高。逆閃絡一旦出現(xiàn) ,高電位將加到電氣設備上，有可能導致設備絕緣的損壞。 按實際運行經(jīng)驗校驗后，我國標準 目前推薦 1d 和 2d 應滿足下式要求 : 1d ≥ iR ＋ , 2d ≥ iR 2d ≥ (41) 在對較大面積的變電所進行保護時 ,采用等高避雷針聯(lián)合保護要比單針保護范圍大。被保護變電所總長 ,寬 ,查手冊，門型架構高 15m。D23＝ D14＝ (42) 9 maxD ＝ 22 ? ＝ 135m (43) 0h ＝ h －7D (44) 所以 ,需要避雷針的高度 h 為 : h ＝ 15＋ 7135 ＝ 四只避雷針分成兩個三只避雷針選擇 防雷接地 “防雷在于接地” ,這句話含義說明各種防雷保護裝 置都必須配以合適的接地裝置。 接地是指將地面上的金屬物體或電氣回路中的某一節(jié)點通過導體與大地保持等電位 ,電力系統(tǒng)的接地按其功用可分三類 : 工作接地 :根據(jù)電力系統(tǒng)正常運行的需要而設置的接地，它所要求的接地電阻值約在 ?的范圍內(nèi)。 防雷接地 :用來將雷電流順利泄入大地 ,以減小它所引起的過電壓 ,它的性質(zhì)似乎介于前兩種接地之間 ,它防雷保護裝置不可缺少的組成部分，它有些像工作接地 。 由此可見 ,接地電阻取 10?較合適。 查得 : ＝ i? ＝eiRR (45) (式中 : iR — 沖擊電流下的電阻 。內(nèi)部過電壓主要是由于電力系統(tǒng)內(nèi)部運行方式改變引起的過電壓反映，其主要包括操 作過電壓和暫時過電壓。 （ 1） 雷電過電壓 由于雷電波沿線路傳入變電站或直接擊中變電站內(nèi)造成變壓器中性點電位的升高， 變壓器中性點上出現(xiàn)的最大雷擊過電壓主要取決于變壓器入口處的避雷器殘壓和變壓器的特性，一般雷擊過電壓值可按式 51 計算 5)1(3 bUrnmU ?? （ 51） 式中 n— 侵入波的相數(shù)； r— 變壓 器振蕩衰減系數(shù)，對于糾結式繞組取 ，連續(xù)式繞組取 ； Ub— 變壓器入口處避雷器上的殘壓（或放電電壓）； 由公式可知，三相同時進雷電波時過電壓最高。內(nèi)部過電壓分為兩類，即：因操作和故障引起的瞬間（以毫秒計）電壓升高，稱為操作過電壓；在瞬間完成之后出現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)性質(zhì)的工頻電壓。 單相接地中性點過電壓 11 單相接地故障造成三相不對稱運行，在變壓器中性點上必然會產(chǎn)生過電壓。由于電網(wǎng)各處 X0/X1 不容易準確提供，且有效接地系統(tǒng)網(wǎng)絡一般 K≤ 3，當 K=3 時過電壓最嚴重。當 K=3 時， U0=,Ue取最高運行線電壓，如對于 110kV 及變壓器，則 U0= 110 =。這種非正常運行狀態(tài)曾在不少地區(qū)出現(xiàn)，引起健全相及中性點避雷器爆炸。當系統(tǒng)一相斷口擊穿時，變壓器中性點過電壓值大小可近視為相電壓，在這種情 況下相當于變壓器電感 L與線路間電容并聯(lián)后再與線間零序電容構成回路，如果參數(shù)匹配就會產(chǎn)生鐵磁諧振，在中性點上產(chǎn)生較高過電壓；如果是雙電源且兩個電源的電壓相反，則中性點的電位為兩倍相電壓，這種情況出現(xiàn)的概率非常小。由于現(xiàn)在斷路器都是連動的，因此出現(xiàn)上述情形比較少，但在實際變電站運行中曾出現(xiàn)過，在中性點過電壓保護設計中也要給予考慮。一般而言，中性點保護包括過電壓保護和繼電保護。 中性點保護的作用有： （ 1）中性點直接接地運行時，零序電流保護起作用，避雷器作后備保護（防止直接接地運行因故變成中性點不接地運行）； （ 2）不接地運行時，在大氣過電壓或系統(tǒng)接地故障瞬態(tài)過電壓下，避雷器動作； （ 3）不接地運行時，系統(tǒng)故障引起工頻過電壓，棒間隙放電，同時間隙零序電流保護動作切除變壓器，母線 3U0過電壓保護做后備。 目前全國變電站對 中性點所采取的過電壓保護措施有：（ 1） 采用閥式避雷器或氧化鋅避雷器對中性點過電壓進行保護；（ 2）采用棒 棒間隙配合保護裝置來防止中性點過電壓；（ 3）采用避雷器與間隙并聯(lián)的形式對中性點過電壓進行保護，這種方式目前用得最普遍。 雷電不直接放電在建筑和設備本身，而是對布放在建筑物外部的線纜放電。 變壓器在變電所中最重要的設備，且其絕緣水平低，故避雷器安裝位置應盡量靠近變壓器。避雷器應安裝在母線上，在任何情況下，變壓器均應受到避雷器的保護，所以各段母線上都應裝設避雷器。忽略變壓器對地入口電容，雷電波 u自線路侵入。 首先分析避雷器直接 裝設在變壓器出線端的簡單接線，如圖 61（ a） 所示。 侵入波 u（ i） 沿波阻抗為 Z1的線路入侵，由于變壓器的波阻抗比線路大得多，在避雷器動作前相當于末端開路，當其等值電路如圖 61（ b） 所示。 當避雷器上的電壓 2u(t)與避雷器伏秒特性 uf(1)相交時，如圖 62 所示，間隙放電，其后等效電路如圖 61（ c） 所示，可得 12 Zbibuu ?? （ 61） 15 式中： ib為流過避雷器的電流； Z1為線路的波阻。 縱坐標取電壓 u，橫坐標分別取時間 t 和電流 i0在 ut坐標平面內(nèi)（適用于間隙擊穿后），畫出曲線 ub+ibZ1，然后自侵入波的幅值處作一水平與曲線 ub+ibZ1相交，交點的橫坐標就是流過避雷器的最大雷電流 Ibm，由 Ibm對應的 ub=f（ ib） 曲線上的電壓 Ubm就是避雷器的 最大殘壓。 2u U ub 1 2 Z Ub ub Z1 ib 2u Z1 (a)接線圖 (b)動作前等值電路 (c)動作后等值電路圖 圖 61 避雷器接在變壓器端的接線和等值電路 16 避雷器與被保護設備之間的距離（ l≠ 0） 變電所中有很多電氣設備，我們不可能在每個設備旁裝設一組避雷器加以保護，一般只在變電所母線上裝設避雷器，變壓器是最重要的設備，避雷器應盡量靠近變壓器。當雷電波入侵時，由于波的反射，被保護的電氣設備上的電壓降不同于避雷器的殘壓，現(xiàn)用實例分析避雷器對所有電氣設備的保護作用。 ZnO 避雷器裝設在母線上，進線刀閘離母線為l1，變壓器離母線距離為 l2，在等效電路中忽略各電氣設備的對地電容，點 L、 B、T分別表示進線斷路器、避雷器和變壓器的位置。 （ 1）避雷器上的電壓 uB(t) T點反射波尚未到達 B點時 ?? attBu ? (62) T點反射波到達 B點以后至避雷器動作前 ? ? ?????? ???????? ??? vltavltaattBu 2222 (63) 式中： v 為波速 當 t=t1(假設避雷器的放電時間vt 2l21＞時， uB(t)與避雷器伏秒特性相交，避雷器動作，由于避雷器非線性特性較好，此后可以認為避雷器保持不變的殘壓Ub5（ 5kA 以下殘壓）。（ 2）進線刀閘上的電壓 uL(t)和變壓器上的電壓 uT(t) 從表 62 和表 63中可以看出，進 線刀閘處電壓的最大值 UL為 vlabULU 125 ??? （ 66） 圖 64 接線上各點的電壓波形 uB i 2i2 if 2a(iif) 2a(iif) Ub5 =2a(if i2 ) 2a(ii1i2) ai 2(i1+i2) i1+2i2 Ub5 +2ai1 Ub5 +2ai2 Ub5 Ub5 2ai2 if 2i2 2i2 (a) (c) (b) i uL uT i 19 表 62 進線刀閘上電壓 uL（ t） i Lu ? ?v li 21l2 ?＜ ai ? ?v llivlfi 21212 ?? ＞＞ ? ? ?????? ????????? ??? v lliav lliaai 212212 vlfii 12?＞ vlabUv lliavliiav llia