变电防雷防过电压

变电站电气设备防雷及过电压保护变电站防雷接地核查1：核查变电站接地体热容量；2：全面清查变电站防雷接地措施执行情况（出线加装避雷器，二次接地

）3：加强雷暴雨后变电站防雷接地设施检查（避雷器动作计数

）变电站防雷接地隐患排查电网设备经受强雷暴雨的严峻考验后面临迎峰度夏期间高温大负荷及恶劣天气的交替侵袭部分变电站暴露出设备接地不规范、反措执行不力的问题高电压设备过电压保护过电压的定义过电压的分类过电压的特点过电压的危害过电压的保护过电压的防范过电压与绝缘配合过电压定义——超过正常数值—持续工频电压(其值不超过设备最高电压Um，持续时间等于设备设计的运行寿命)；按照作用电压的幅值、波形及持续时间，可分为：

—暂时过电压(包括工频电压升高、谐振过电压)；

—缓波前(操作)过电压；

—快波前(雷电)过电压；

—陡波前过电压（VFTO,GIS）；

—联合过电压（500kV设备耐压）。过电压定义（波图）过电压分类过电压保护和绝缘配合

雷区划分(15/40/90个/年，气象观测站提供的数值)接地方式（不接地，有效接地，消弧线圈，电阻）过电压上限：系统的工频过电压水平一般不宜超过下列数值：线路断路器的变电所侧1.3p.u.

线路断路器的线路侧

1.4p.u.

对范围Ⅰ中的110kV及220kV系统，工频过电压一般不超过1.3p.u.；

3kV～10kV和35kV～66kV系统一般分别不超过1.1√3p.u.和√3p.u.注：1）有效接地系统Xo/X1<3,且Ro/X1<1；

2）不接地系统Xo/X1<|-20|。35kV有消弧线圈过补偿运行；

绝缘配合1.主要标准：规程、规范、反措2.配合原则：逐步降低、安全经济3.降低过电压措施：①避雷装置②降低接地电阻③消谐措施④改进中性点接地方式谐振（内）过电压电网某一分支回路的电场能量与磁场能量的非等量交换，会引起电压幅值异常升高，并且几乎不衰减。谐振过电压对设备损害严重，尽力避免；分频谐振电压不超过2.5p.u.；防护措施：

1.调整设备电气参数，避开谐振点；

2.或增大能量消耗，降低谐振幅度；注意：避雷器不能用于防治谐振过电压；不平衡电压图解操作（内）过电压开关分、合电容性（电感性）负载，负载中的电磁能量会重新分配，引起冲击，造成电压非正常升高，或在开关断口出现过电压造成重击穿。35kV3.2倍；110kV及220kV3.0p.u.；500kV2.0p.u.；雷电（大气，外）过电压防护雷电冲击性强，作用时间极短,微秒；确定220kV及以下设备的绝缘水平；直击雷——避雷针，保护范围,有限；减小接地电阻，受限；感应雷——屏蔽，避雷器，侵入波雷害——避雷器；防雷设备的功能：引雷、泄流、限幅单根避雷针保护范围当hx＜0.5h时rx＝(1.5h-2hx)P(h≤30m时，

θ＝45°)我国运行经验100站失效率=0.07次/年避雷器保护距离电压/kV长度/km进线路数123≥411011.525590125851201701051452051151652302202

125(90)195(140)235(170)265(190)*括号内距离对应的雷电冲击全波耐受电压为850kV

电力变压器中性点绝缘水平

kV系统标称电压(有效值)设备最高电压(有效值)中性点接地方式雷电冲击全波和截波耐受电压(峰值)短时工频耐受电压(有效值)(内、外绝缘,

干试与湿试)110126不固定接地25095220252固定接地18585不固定接地400200500550固定接地18585经小电抗接地325140不接地运行变压器的中性点

过电压保护—棒间隙推荐配置

绝缘水平（kV）避雷器额定电压(kV）避雷器标称残压(kV)棒间隙间距（mm）棒间隙工放电压(kV)中性点工频耐压(kV)中性点冲击耐压(kV)3560144110～11557～58851854460144120~13060~63952006073200150～16069～71140300110100260280～290111～130200400重要标准GB311.1-1997《高压输变电设备的绝缘配合》DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/T621-1997《…电气设备交接试验标准》GB50254~259《…安装工程..交接验收规范》DL/T596-1996《电气设备预防性试验规程》18项重大反事故措施中关于防止接地网和过电压事故内容防止雷电过电压事故防止接地网事故防止变压器中性点过电压事故防止谐振过电压事故防止弧光接地过电压事故防止并联电容补偿装置操作过电压事故防止避雷器事故国网办公厅关于协调统一文件办基建【2008】20号对钢质地网在入地处宜采用双接地；湖北省平均年腐蚀速度0.1mm/a;通常基建设计未考虑30年钢材腐蚀程度；高电压设备的高压试验必要性、目的和意义试验条件试验方法数据记录结果判断跟踪观察安全注意事项高压试验的必要性、目的、意义规程要求

GB50150、50254~259、DL/T596、运行规程；预防事故设备的制造质量、安装质量、自然条件、运行条件把握状态缺陷追踪、事故普查、统计调查、科学研究试验条件基础熟悉、技术熟练、人员齐备；规程了解、指标确切、设备齐全；天气允许、环境安全、资质合格；高压试验1——绝缘试验绝缘电阻直流泄漏和耐压交流介损和耐压绝缘油和SF6设备试验2——避雷器直流试验交流试验运行监测带电测试红外测量LCD-2007漏流测试电压测量与发送邻居存在干扰影响5m间距，跳线布置运行监测案例2002年9月20日，孝感红石坡220kV变电站运行人员巡视设备发现，红#2主变220kV侧B相避雷器的在线监视器报警红灯亮，A/B/C三相泄漏电流峰值分别为1.2/2.2/1.2mA，B相电流峰值增大83%。即刻上报分局。当天经带电测量并与2002年3月8日测试结果比较，确认B相避雷器的全电流(Ix)和阻性电流峰值(Irp)都有异常增长，其中阻性电流峰值已超出允许值（+200%）。随即紧急申请停电。次日停电试验发现B相下节直流参考电压U1mA电压仅13kV，绝缘电阻仅7.5MΩ（绝缘降低）。随即进行了更换。缺陷避雷器红外热成像图…2008年2月11日，巴西里约热内卢，一束闪电击中著名地标耶稣基督像变电站雷电危害1.1雷电是一种自然现象雷电是一种复杂的自然现象；雷暴是复杂的多种要素相互作用的一个结合体；闪电是雷暴活动的产物，同时对雷暴活动本身有一定的反馈作用。对雷暴中电特征的研究必须和其它的要素比如动力过程、微物理过程等相结合从而更加全面地加深对雷暴中的这些特性的认识和理解。雷电会造成灾害由于中小尺度灾害性天气过程如台风、暴雨、龙卷风、雹暴、沙尘暴等一般都伴随有雷电活动，这些天气过程常会带来严重灾害，雷电本身也会造成生命财产的重大损失。随着人类社会对电的依赖性加强，这种灾害造成的后果也越来越严重。目前雷电引起的灾害被认为是世界上雷电是世界上10大自然灾害之一。2001-2004年湖北发生349例雷害据湖北气象部门统计，2001-2004年湖北省发生349例典型雷电灾害，直击雷灾害出现113例，平均每年29例，而雷电电磁脉冲灾害高达246例，有10例属直击雷击造成的二次雷击，平均每年因雷电电磁脉冲致灾62例，占雷击灾害总次数的68.5%，远高于直击雷致灾次数。其中通信系统、计算机网络系统、家用电器等弱电系统遭受雷击的案例高达191例，占55%。通过对典型雷击灾害的现场调查分析，雷电电磁脉冲的影响远大于直击雷的影响。雷电有巨大的破坏力雷电发生时的温度可达三万度，约为5倍太阳表面温度,巨大的雷电流通过物体时,瞬间释放的功率之大使受击物内部发热,水份蒸发,分解出氢气和氧气产生高温爆炸,甚至引起火灾。1989年8月12日我国黄岛油库5号原油罐遭雷击起火，引燃了附近的4个油罐，直接经济损失近亿元。雷云所带电荷通常一团雷云所带电荷只有数十库伦到数百库仑。每次闪击的能量能量平均为250KJ,相当于燃烧几kg石油所放出的能量。雷电在闪电瞬间发出的巨大功率，可高达几百万kW-几亿kW，具有很强的破坏性。

雷电的种类云闪与地闪雷电发生在云间称为云闪，发生在云--地间称为地闪或落雷，也是危害人类的主要危险源；云--地间雷电有三种形式:

1）直击雷——带电的云层与大地上之间发生的迅猛放电；

2）感应雷——由雷电引起的静电感应和电磁感应，又叫“二次雷”。从外形上分,常见的有：线状、带状、片状、根状、球形雷等。“直击雷”对工农业生产和人畜危害最大。它的电压低则几百万伏,高则几千万伏,甚至更高。雷电流往往几十kA,甚至几百kA。它的瞬间功率为1000—106MW以上,确实具有很强的破坏力。球形雷能穿墙入室，极易造成人身伤害。球状闪电1998年西班牙物理学家拉纳达发表论文指出球状闪电呈火团,因闪电过程中形成水平磁场和垂直磁场磁力线圈相互交织而成磁力网线,当这线网呈现球形,而发光等离子体会被这一网体“俘获”而形成球状闪电。由于水平和垂直磁力线相互束缚,使磁力线网和其中等离子体不易膨胀,只有消失,因火球也只坚持10~15s,试验证明沿磁力线方向局部温度超过1.6万℃,所以当火球运行撞击砖墙,系高温熔蚀洞穿而消失。等到火球的等离子体开始冷却,这时电子开始被原子所束缚,等离子体内部电阻变大,电流趋弱,周围磁场也随之瓦解,最终火球消失了。1.3雷电危害可以降低防直击雷——采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网作为接闪器,把雷云电荷接收下来,然后通过良好的接地引下线导入防雷接地装置,迅速而安全地把它送入大地，保护设备不受雷电危害；还有安装避雷器消耗雷电能量，限制雷电过电压等。目前还没有百分之百可靠的避雷装置，所有的防雷装置都只是把雷击的几率和强度降低，不能杜绝雷害事故；正确的理念是防雷减灾。

雷电基本知识

观测到雷云的三极性电荷结构2.1雷电的起因强烈的热气雾上升和冷水雾下沉，粒子磨擦碰撞，导致雷云内正负两种电荷的微粒逐渐分离；一般而言,高度上升1000m,气温会下降6-10℃，气雾遇冷会转为水雾，云层相对稳定某以高度。带正电的云粒子在云的上部而带负电的水成物在云的下部,或带负电的水成物以雨或雹的形式下降到地面。-10℃温度层高度是影响雷暴电荷结构的重要因子。当带电云层形成后就形成雷云空间电场,云内的电场方向和地面与电离层之间的电场方向相反,为上正下负。国外新近试验发现主要电荷传输与冰晶和软雹之间的碰撞过程紧密相关，起电主要发生在过冷水滴浓度较高的区域；每次碰撞的电荷传输量与冰晶的尺度有很强的依赖性，对直径为0.1mm的冰晶，碰撞时电荷的转移量为1-50pC对1g/m3的液态水含量反转温度在-10~-25℃之间。Jayaratne等定义了反转温度低于反转温度,气流中粒子带负电;高于反转温度,气流粒子带正电;这对雷暴云中观测到的三极性电荷结构可以进行很好的解释。Reynolds等在云室实验中发现,大、小冰粒子在约-25℃碰撞,为典型反转温度；冰晶小粒子带负电，冰雹大粒子带正电；云上部-25~-60℃为正电荷区,-10~-25℃为负电荷区,负电荷层下部0℃附近有时还有一个很小的正电荷区。

热气流上升，-10冷凝，-25冰晶先导放电因雷云带有大量电荷,由于静电感应作用雷云下方的地面和地面上的物体都带上了与雷云相反的电荷,雷云与其下方的地面就成了一个已充电的电容器。当雷云与地面间的电压高到一定的时候，如电场强度≥25-30kV/m,地面上突出的物体会比较明显地出现放电先导。另外,天空中带电的雷云在电场的作用下,少数带电的云粒(或水成物)也向地面靠拢,形成先驱注流,又叫电流先导。先导的延续将形成电离的微弱导通,这一阶段叫先导放电。闪电雷鸣先导放电到达地面,或与大地放电迎面会合后,就开始主放电回击阶段，巨大的电流在通过闪电通道(放电通路)时,以极快的速度使闪电通道中的空气温度上升到数万摄氏度出现耀眼的弧线闪电。同时，由于闪电通道内升温过程历时较短,空气来不及膨胀,因而闪道内气压立刻升高到10-100个大气压,高压闪电通道很快向周围大气膨胀,产生猛烈的冲击波,发出巨大的响声,这就是我们听到的"雷声"。一雷多闪长尾巴地球表面每昼夜共约发生44000次闪电,其中约十分之一是落地雷。一次雷电平均包括3-4次闪击，也可多达20多次的一系列闪击。一次闪击时间约40μs,两次闪击间隔约50ms一次地闪的持续时间约200ms，但也可长达4小时。地球陆地平均每分钟可产生60次闪电。雷云放电的多重性由于雷云非常之大,云中微粒并不完全导电；雷云各部份密度不完全相同，导电性能也不一样，所以它所包含电荷不能一次放完；因而且雷云中可能存在着几个电荷中心。雷云放电首先由云底发出，随后转从较高云层，或相邻区发出。在第一个电荷中心完成对地放电过程之后，可引起第两个、第三个中心向第一个中心放电，因此雷云放电通常是多重性的。每次放电相隔离时间约0.6ms到0.8s（平均为65ms），放电的数目平均为2～3个，最多记录到42个。2.2雷电放电过程地闪也分为三个阶段:先导放电阶段、主放电阶段、余光放电阶段。先导(leads)放电有两种，从云层内的电荷中心伸向地面称下行(downward)先导；从接地体向云层推进的称上行（upword）先导。在先导放电阶段:雷云对大地有静电感应，在雷云电场下，大地感应出异号电荷。当雷云中电荷密集处的场强度达到空气击穿场强(25-30kV/m)时，就产生强烈的碰撞游离，形成指向大地一段导电通道，成为雷电先导。2.3雷电的主放电和余光放电主放电阶段:当下行先导接近地面时，会从地面较突出的部分发出上行迎面先导。当上行先导与下行先导相遇时，便会产生强烈的回击放电过程，产生极大的电流，也是雷电的主放电阶段。主放电阶段存在的时间极短（微秒级），电流极大，电流往往有几万安培,甚至几十万安培。余光放电阶段:主放电回到达云端就结束了,云中残余电荷经主放电通道下来,由于雷云中的电阻较大，这个阶段对应的电流不大(数百安)，但持续时间则较长，从几毫秒到几小时。有国外研究报告称，雷电的后期长时间放电能将斜拉桥直径200mm带钢管护套的钢缆用直流电弧烧断。2.4雷电参数描述雷电活动的强烈的年均指标主要有雷电日、落雷密度（地闪密度）、雷电流幅值概率分布；描述雷电强度大小的有雷电流幅值、陡度、波头时间等。雷云对地放电的频繁程度,用地面落雷密度Ng来表示,其定义为每个雷电日每平方公里上的落雷次数.亦可根据雷电日按下式确定:Ng=0.024Td1.3

或Ng=0.1Td

最大雷电流记录雷电流幅值：根据国外观测统计，目前世界上观测到的最大的雷电流可达到430KA（瑞士），国内观测到的最大雷电流为300kA（黑龙江）。在自然界中超过200kA的雷电仅占全部雷电数的1%左右。

雷电日或雷暴日为了表示不同地区雷电活动的频繁程度,通常利用年平均雷电日为计量单位。雷电日的定义是:在一天内,只要听到雷声(一次或一次以上)就称为一个雷电日。在不同年份观测到的雷电日变化较大,一般是取多年的平均值,如10年的统计周期，即年平均雷电日Td。年平均雷电日与纬度及距海洋的远近等因素有关。我国把年平均雷电日不超过15天的地区称为少雷区,在15～40天的地区称为中雷区,在40～90天的地区称为多雷区,超过90天的地区称为强雷区。在GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范中则按20/40/60个雷电日进行分区。湖北地区雷电统计据湖北省气象部门提供的多年统计数据,湖北省年均雷电日在30个左右，属一般地区,个别区域超过40个雷电日，如宜昌地区的长阳、五峰及恩施大部雷电日超过50个。依据湖北电网雷电定位系统1998--2009年12年的统计数据，湖北省年均落雷密度在2.8个/平方公里，亦划归一般地区；按国网公司2010年新定义的多雷区（>3.5个/平方公里·年）地域比雷电日划分的面积较大，约占全省面积的一半。湖北年平均雷暴小时数分布图湖北有两个多雷暴区，一是位于蒲圻—黄冈—麻城一线以东的鄂东地区，其年平均雷暴小时数在95小时以上，其中，位于鄂东北大别山区的英山站年平均雷暴小时数最高，达123小时。二是位于鹤峰至恩施一线以西的鄂西南地区的多雷暴区，其平均雷暴小时数在90小时以上。鄂东地区略多于鄂西南地区。这两个地区之所以多雷暴，主要是当地局地水汽条件和地势抬升作用有利于雷暴天气的发生和发展。监利—钟祥一线以西的江汉平原地区及五峰—远安一线以东的江汉平原向鄂西山区过渡区是雷暴次多区，其年平均雷暴小时数在70~90小时之间。其余地区雷暴数较少，年平均雷暴数多在60小时以下。湖北地区落雷密度分布雷电流大量的观测表明,雷电流是单极性的脉冲电流;75%-90%的雷电流是负极性的;雷电流幅值的变化范围很大,其典型值为18kA,变化范围为2-300kA。湖北雷电流幅值概率分布见图2,≥7kA的占93.6%，采用雷电流幅值概率分布Anderson公式，湖北的中值电流为22.6kA，吻合指数为2.3;相关系数为0.9999。与我国过电压规程公式的交叉值为18.3kA，其概率为62.0%。湖北雷电流幅值概率分布18.3kA62%[法]；塔高30m[法]；塔高30m雷电流波形及上升陡度雷电流波头雷电流从零上升至最大值的时间.其典型值为2μs,变化范围为1-30μs。雷电流波长。雷电流减少到幅值的一半时的时间。其典型值为40μs,变化范围为10-250μs。这个时间超过100μs,热效应较大,易引起火灾,常称为热闪电；雷电流陡度是雷电流随时间的变化率.它决定了闪电的电磁感应和电磁辐射的强弱,是防雷技术中应特别重视的一个参量。其典型值为10kA/μs,变化范围为1-80kA/μs。雷电冲击波形3雷电危害的基本途径雷电危害电气设备的途径主要有5种：直击、绕击、反击、空间感应雷击、沿导线侵入雷电直击

雷电直接击中电气设备，造成电气设备损害，称之为直击；直击雷是威胁一次电气设备绝缘的主要危险源；目前,我们所使用的防止直击雷的防雷措施是在电气设备附近安装避雷装置；这类避雷装置都是利用接闪器与大地良好的电气连接,使大地积存的电荷能量与雷云的电荷中和；这样因雷击造成的过电压的时间大大地缩短,从而把雷害造成的损失降低到最低限度。雷电绕击雷电绕过保护屏蔽设施后击中电气设备，造成电气设备损害；可归属直击雷危险源。对绕对击的防范措施有增大防雷保护面积，减少暴露区，增加避雷针，避雷线等。避雷针保护范围的局限性1777年5月伦敦附近的一座火药库因雷击而受损，该库的避雷针是由富兰克林等人组成的委员会设计的，事后发现该避雷针在雷击发生时没有截闪，从而提出了避雷针保护范围的局限性。许多高耸的铁塔或建筑物上的避雷针不但无法按圆锥体实现保护，往往自身的中部和底部还会遭遇雷击。在巴黎爱菲尔铁塔的中部还架设了向外水平伸出的避雷针，以防备侧面袭来或绕过铁塔顶部避雷针的“绕击雷”。IEC标准将防雷级别分为I~IV类，其滚球半径分别为20m、30m、45m和60m。雷电反击雷电流流入接地装置后引起地电位升高，造成电气设备损害；对反击的防范措施是改善接地装置冲击特性，降低接地装置的冲击接地电阻；如在雷电流进入接地装置的入口处增加垂直接地体，提高土壤的导电性能，将二次设备的地电位与一次设备的地电位相对隔离。引下线电感的冲击影响

U=Ldi/dt+IRch=20×25+50×5=750kV由上述计算结果可以看出,由于雷电流的陡度很大,因20m长引下线电感会产生500kV的过电压,因此引下线必须短而直,避免弯曲。由于雷电流幅值特别大,在接地体上产生的电压降为250kV,此高电压足以对设备造成损害,接地电阻应尽量小,通常建筑物接地电阻要求小于10Ω,计算机房接地电阻要求小于4Ω。二次接线盒应尽可能接近地面。3.4感应雷击在雷云放电时,雷电未直接击中电气设备，但距离电气设备很近，强大的雷电流及其所产生的雷电电磁脉冲能够通过传导,感应和耦合等方式在附近导体上产生感应过电压,也会造成电气设备损坏。该暂态过电压沿电源线或信号线等线路传输时,形成感应过电压侵入波，也会对电气设备产生危害，即使幅值不高，但很容易造成电子设备的损坏或工作失灵。感应雷算例比如避雷针引雷后，强大的雷击电波在入地的过程中，由于雷电流陡度的作用，在其周围导体内产生感应脉冲电压，即感应雷。计算表明，30kA的雷电击中避雷针时，在距离400m时，感应电压为0.9kV/m,在距离10m时，感应可达电压为9.5kV/m,可见感应雷电波对设备产生的影响与距离关系很大。而且对采用计算机控制的设备及通讯信号来说，威胁更大。通常，二次设备的防雷保护应从雷电电磁脉冲防护(LEMP)的角度出发，采取必要防雷措施，降低雷电感应危害的风险。沿导线侵入雷电波导线侵入到电气设备，造成电气设备损害；电站的雷电侵入波保护靠两道防线：一是设置进线保护段，以减少危险雷电侵入波产生的机会；二是在变电站内装设避雷器，以限制雷电侵入波过电压的幅值。对于110kV和220kV敞开式变电站，应设置1～2km的进线保护段，即采用避雷线，尽可能降低杆塔接地电阻，使进线保护段具有较高的耐雷水平；变电站母线上装设的无间隙金属氧化物避雷器(MOA)与电气设备之间的最大距离不超过DL/T620过电压标准中规定的数值，否则应在变压器回路增设MOA。另外还规定，35kV～220kV敞开式变电站在雷雨季时当进线隔离开关或断路器为断开状态，应在靠近隔离开关或断路器处配置避雷器。110-220kV电站绝缘配合不足对110-220kV电站，主要问题是开关、刀闸的绝缘水平低于线路瓷瓶串的绝缘水平；电站只是在母线上安装有避雷器，而断路器的线路侧均未安装避雷器，电站与线路的绝缘配合存在先天不足，断路器、刀闸时常遭受多重雷击侵扰而损坏。

2007年雷雨期间，国家电网陆续发生了十起线路遭雷击引发断路器爆炸或损坏事故。2005年7月湖北荆门胡集站断路器雷害爆炸MOA百米保护距离--EMTP计算结果对于110kV变电站，设备的雷电冲击绝缘水平为450kV和550kV，其保护距离为60m和95m；线路绝缘水平为700kV；对于220kV变电站，设备雷电冲击绝缘水平为850kV和950kV，其保护距离为80m和105m

；线路绝缘水平为1200kV；防止断开断路器因雷电侵入波造成断路器损坏的事故发生，最安全经济有效的办法就是在易遭受雷击变电站的每条线路的入口（断路器的线路侧附近）装设MOA。多重雷击损坏断路器国家电网2007年开始重视多重雷击损坏断路器问题，到2009年11月发文要求对有山区多雷进线段及地处多雷区的电站加装线路避雷器。多雷区的定义为：所在地区年平均雷暴日数大于等于50日或近三年雷电监测系统记录的平均落雷密度大于等于3.5次/km2.a，山区多雷进线段的定义为：平均雷暴日数大于等于40日或近三年雷电监测系统记录的平均落雷密度大于等于2.8次/km2.a。防雷设施避雷线、避雷针、避雷网、避雷器、电涌保护器接地(Grounding)：将电力系统或建筑物中电气装置、设施的某些导电部分，经连接至接地极。按接地的目的分类主要有防雷接地、工作接地、保护接地和防静电接地防雷接地防雷接地为雷电保护装置（避雷针、避雷线和避雷器）向大地泄放雷电流而设的接地。通过具有低电阻的接地体向大地瞬间泻放雷电能量,从而保护建筑物,人员和设备的安全。防雷接地是分流、泄放直接雷击和雷电电磁干扰能量的最有效的手段之一。没有接地装置或者接地不良的避雷设施就成了引雷入室的祸患;避雷装置接地不良又可能增大落雷点附近电气和电子设备感应雷击的机会。4.2防雷接地装置防雷接地装置的功能是将雷电的巨大能量瞬间导入地中泻放，减少或减轻雷电灾害。电站接地网的防雷特性并不由它的面积决定，电站设计时在避雷针、避雷器等引雷入地处都有加强防雷性能的垂直接地桩。在变电站的整个投资中所占比例虽然很小。但它所引发的事故却极其惊人，它能瞬间摧毁电网中的二次设备甚至整个二次系统，象直流、保护、通信等设备，接着引发事故扩大，有的造成一次设备损坏和着火，有的造成发电厂、变电站全停，有的甚至发展成严重的系统事故，危及设备及人身安全，带来巨大的损失。4.3防雷接地相关标准[1]雷电防护(共有4部分)GB/T21714-2008（eqvIEC62305）；[2]建筑物防雷设计规范

GB50057-1994(2000修改版)；[3]建筑物电子信息系统防雷技术规范

GB50343-2004；[4]高压输变电设备的绝缘配合GB311.1-1997[5]交流电气装置的过电压保护和绝缘配合

DL/T620-1997；[6]水力发电厂过电压保护和绝缘配合设计技术导则

DL/T5090-1999；[7]通信设备过电压过电流保护导则

GB/T21545-2008；[8]电力系统通信站防雷运行管理规程

DL548-1994；[9]交流无间隙金属氧化物避雷器

GB11032-2000（eqvIEC60099-4）；[10]交流输电线路用复合外套金属氧化物避雷器

DL/T815-2002；[11]低压配电系统的电涌保护器(SPD)第1部分：性能要求和试验方法

GB18802.1-2002（eqvIEC61643-1）；[12]低压配电系统的电涌保护器(SPD)第12部分：选择和使用导则

GB/T18802.12-2006（eqvIEC61643-12）；[13]电子计算机机房设计规范GB50174－2008：[14]DL548《电力系统通信站防雷运行管理规程》接地标准[1]交流电气装置的接地

DL/T621-1997；[2]水力发电厂接地设计技术导则

DL/T5091-1999；[3]雷电电磁脉冲的防护第2部分：建筑物的屏蔽、内部等电位连接及接地

GB/T19271.2-2005（eqvIEC61312-2）；[4]建筑物电气装置第5-54部分:电气设备的选择和安装接地配置、保护导体和保护联结导体

GB16895.3-2004；[5]系统接地的型式及安全技术要求

GB14050-2008；6.多雷区变电站防雷基本要数多雷区大多地处山区，站内电气及控制设备遭遇雷击的情况时有发生，二次设备损坏大多数是由感应雷引起。山区变电站多位于山区河流峡谷，空气潮湿，雷电活动频繁。多雷区变电站附近多为石灰岩、页岩高电阻率地区，河流两岸边坡陡峭，岩石裸露，覆盖层甚浅，可利用土地面积狭小。

运行多年多雷区变电站防雷的主要问题地处山区站内可用面积少，避雷针距离主控楼近；土壤电阻率高接地电阻大,少有降低冲击电位设计;进线未考虑开关类设备的绝缘配合，没有安装线路避雷器；主控楼等接地和主地网存在弱连接状况；地网运行年久，各区域之间都会存在不同程度腐蚀的情况，特别是采用过降阻材料接地体，局部地区有断裂的可能。二次系统防雷配置不规范，如电源没有三级防雷设计，信号线没有逐条配置防雷保护器等。

6.2多雷区变电站的防雷设施多雷区变电站防雷设施比普通电站要求高，除了站内有避雷针外，变压器和母线通常都装有避雷器；一次设备雷害事故少于二次设备雷害事故。多雷区变电站主地网变电站主地网主要由“主控楼接地网”及“一次设备区接地网”两大部分组成；除了一次主地网的良好连接外，还敷设了二次接地干线形成闭合回路。线路避雷线与开关站接地网相连。一次设备均用接地引下线与主地网相联。

加强多雷区变电站的弱电防雷保护多雷区电站内控制设备遭遇雷击的情况时有发生，特别是采用了计算机控制设备以后，设备耐雷击水平大大降低，特别是那些地处山区的变电站,遭遇雷击的概率比较高,所以加强多雷区电站的弱电防雷保护非常必要。在低压母线上布设避雷器，在电源接口加装浪涌电流吸收装置，并采用合理的接地方式，则会在很大程度上缓解雷电波对控制设备的破坏，保证电站设备的正常稳定运行。

多雷区变电站的运行防雷要求雷雨期前检查并确认防雷设施状态良好；每次雷雨过后应抄录35kV及以上高压避雷器动作次数；每5-6年测量一次主接地网接地电阻，运行十年应开挖检查接地体自然腐蚀情况。做好雷害事故记录及原因分析；7.一次设备防雷关键技术一次设备

绝缘水平一次设备

绝缘配合一次设备

防雷措施一次设备防雷关键技术7.1一次设备的绝缘水平一次设备通常是指6kV及以上电压等级的高电压设备。绝缘水平是反映设备耐受过电压冲击能力的技术指标，典型过电压主要有三种雷电过电压、操作过电压和交流过电压，不同过电压波形参见表1。一次设备的一般有三个：雷电冲击下的绝缘水平，简称（LI）；操作冲击下的绝缘水平，简称（SI）；交流电压下的的绝缘水平，简称（A.C.）。7.2一次设备的绝缘配合设备绝缘水平受制于设备的价格，和避雷器等防雷设施的配置。过分强调安全配置过高的绝缘水平，不经济。绝缘配合就是要在安全性能和经济性能两方面合理兼顾。按国家电网2009年提出的多雷区划分:年均落雷密度≥3.5个/km2，大部分线路进站口都应与500kV设备配置一样安装线路避雷器绝缘配合简化统计法对某类过电压在统计冲击耐受电压和统计过电压之间选取一个统计配合系数，使所确定的绝缘故障率从系统的运行可靠性和建维费用两方面来看是可以接受的。统计过电压——概率不大于2%；统计冲击耐受电压——90%；绝缘配合确定性法(惯用法)确定性法(惯用法)的原则是在惯用过电压(即可接受的接近于设备安装点的预期最大过电压)与耐受电压之间，按设备制造和电力系统的运行经验选取适宜的配合系数，相应的耐受电压宜从以下表中的标准值中选取。

电压范围Ⅰ电气设备选用的耐受电压系统标称电压kV设备最高电压kV设备类别雷电冲击耐受电压kV短时(1min)工频耐受电压(有效值)kV相对地相间断口相对地相间断口开关隔刀开关隔刀1012变压器75(60)75(60)——35(28)35(28)——开关75(60)75(60)75(60)85(70)42(28)42(28)42(28)

49(35)3540.5变压器185/200185/200——80/8580/85——开关185185185215959595118110126变压器450/480450/480——185/200185/200——开关450、550450、550450、550520、630200、230200、230200、230225、265220252变压器850、950850、950——360、395360、395——开关850、950850、950850、950950、1050360、395360、395360、395410、460注1分子、分母数据分别对应外绝缘和内绝缘。2括号内和外数据分别对应是和非低电阻接地系统。3开关类设备将设备最高电压称作“额定电压”。根据我国情况，对雷电冲击：Kc≥1.4；对操作冲击：Kc≥1.15；内绝缘：Ks=1.15；外绝缘：K=1.05×1.1绝缘配合系数/因数一次设备防雷措施电站防雷主要有三道防线，即避雷线、避雷针和避雷器。避雷线的主要作用是线路防雷，减少电站附近雷击线路冲击电站次数和降低雷电侵入波的幅值；避雷针用于电站直击雷防护，它能将强大的雷电流直接引入地下，但也会引发剧烈的电磁干扰损害二次设备；避雷器是一次设备防雷的基础，也是最后一道防线。多雷区变电站防雷设施比普通电站要求高，除了主控楼房有避雷针外，变压器和母线通常都装有避雷器。单根避雷针保护范围当hx＜0.5h时rx＝(1.5h-2hx)P

单支避雷针的保护范围

h≤30m时，

θ＝45°滚球半径：

r=10I0.65避

雷

器7.4一次设备防雷关键技术建立直击雷防护网和配置线路避雷器，多埋垂直接地体提高接地网防雷性能，站外备用电源10kV/35kV架空线应穿管经地埋进站。电站直击雷防护网由站内若干避雷线组成，利用避雷线分流来大幅减少单根避雷针引入地下的雷电流幅值，降低对二次设备的侵害。接地网的防雷特性主要由垂直接地体决定；防雷接地体的有效长度le=2√ρ;通常超过100m以上的水平接地体的防雷效果已不明显。8.二次设备防雷重要理念电站一次设备多为户外式,雷电直击风险高;二次设备多在户内,划属雷电第2防护区；一雷多闪，后续放点电荷不小于首次的电荷；二次设备绝缘水平低,可靠性要求高,防雷措施更为仔细;分流、屏蔽、限幅、等电位接地等;雷电防护区LPZA和LPZB

二次设备四级防雷重要参数LPL-ILPL-ⅡLPL-ⅢLPL-ⅣImax200kA150kA100kA100kA雷击电荷100库75库50库50库Imin3kA5kA10kA15kA滚球半径20m30m45m60mP(<Imax)0.990.980.970.97P(>Imin)0.990.970.910.84注：雷云总量是雷击电荷量的3倍。8.1二次设备绝缘水平低二次设备主要指400V及以下的电源、控制、信号等弱电设备，绝缘耐受能力比一次设备低得多；电源系统及继电保护系统的绝缘测试摇表一般只能使用500V电压等级，信号系统的电压耐受能力更低，可能只有几伏到十几伏。目前我国也开始对弱电设备测试抗电磁干扰能力，但还有很多二次设备的防雷能力很弱且无确定的防雷技术参数。8.2二次设备防雷措施要求高二次设备的雷害威胁主要来源有三路：一是沿导线乱窜的感应雷电波，二是强烈的空间电磁干扰，三是大幅值雷电流流入接地网之后接地电位剧烈升高，造成地面电位差瞬间增大，如果电压分布不均会产生局部高电位,对周围电子设备形成高电位反击。弱电系统的三道防线，第一是处理电源来的快速过电压，加避雷器、电源SPD；第二是屏蔽空间强电磁干扰；第三是抑制地面电位差，加强地面等电位连接；对信号处理系统除了安装SPD（电涌保护器）外，还需安装更低电压TVS（瞬态电压抑制二极管）及净化磁场环境。8.3电源三级防雷理念二次设备电源比较特殊，它不仅连接其他二次设备，还连接一次设备-变压器，会遭受比其他二次设备大得多的雷电能量冲击，所以重要电源需要三级防护。首先，电源变压器高低压端都要安装避雷器；其次，在电源的每个分支都配置大容量电源用SPD；必要时，在主电源线上增配带并联间隙的电源用SPD。最后特别要注意处理好二次设备的电源防雷接地。最好用电源隔离变压器将二次设备共用接地端与一次设备接地端隔离，并尽可能降低各分支电源。二次分支防雷总系统主干子设备

楼内二次设备防雷特性及主要措施山区变电站可用面积小，独立避雷针离主控制室空间较近，当雷电击中避雷针或避雷线附近时，产生强大的瞬变电磁脉冲电流就会通过电磁耦合到主控制室建筑物的钢筋及设备中产生外部过电压和感应电流，造成二次设备的损坏，如湖北白莲河老水力发电厂的开关站，主控室内二次设备多次遭雷击损坏，造成整个系统无法正常运行，直接影响全站设备的正常运行度。楼顶落雷次数与干扰次数多雷区变电站控制楼的雷击次数(N)=1.5×年均落雷密度(Ng)×等效落雷面积(Ae)，例如，主控楼长80m宽40m高20m，所处年均落雷密度3.5个/km2，主控楼年均遭雷击次数0.15次。说明该主控楼7年就会遭受一次楼顶落雷。室内二次设备的强雷电干扰的次数=Ng×Aw(导线引雷面积),例如一公里长的架空电源线，引入室内的雷电次数为3.5×2=7次；采取穿管地埋后强雷电干扰的次数可下降一半。

多雷区变电站防雷设计不足目前许多多雷区电站设计没有严格按国标设计室内接地防雷系统。对于主控制室中的设备要求就近与接地网相连接，而主控制室内是用一根接地引下线与楼下的接地网连接，需要接地的几个机柜都直接接到这一点上，没有一个接地连接环路，形成了单点接地方式。防雷要求室内面积超过40m2，应采用网格式等电位接地网，小面积楼面可采用S型单点接地，接地干线宜采用截面积大于35mm2的铜质材料；每台电子设备机柜应单独接与接地母线相连；主机房内磁场干扰场强不应大于800A／m。净化磁场干扰环境的措施净化磁场干扰环境的措施主要是加强感应雷电瞬变磁场的屏蔽，宜采用电气连接良好的金属网屏蔽笼将被屏蔽体包围起来，这样瞬变磁场将在网络回路中产生感应涡流，产生反磁场来抵消穿过屏蔽体的原来磁场而起到屏蔽的作用。磁场屏蔽增强效果例如以边长为1m、网丝半径为0.155mm的22目紫铜网作主要屏蔽材料，采用电阻率为1.2Ω·m的导电混凝土作辅助材料，厚度3mm，磁场屏蔽效果可达45dB，衰减100多倍。经过如此屏蔽防护措施的主控制室内在雷击独立避雷针时（雷电流200kA，10／350μs），磁场强度都在100A／m以下，能满足安全运行的要求。