李土胜（1976-）男，广西桂林人，工程师，本科，现就职于上海恒逸聚酯纤维有限公司。

    摘要：配电系统是工厂的重要组成部分，因此，它是防雷的重要保护部位。如果变电所发生雷击事故，将造成大面积的停电，给生产带来不便，这就要求防雷措施必须十分可靠。

    关键词：防雷措施；进线防护；变压器防护

    Abstract: Introduction:Distribution system is an important part of the plant,therefore, lightning protection is an important part. If the substation lightning accident occurred, will result in a large area of blackout, Inconvenience to the production, this requires lightning protection measures have to be very reliable.

    Key words: Lightning protection; Line protection; Transformer protection

    1 问题的提出

    聚酯厂属连续性生产的大型化工厂，由于生产的连惯性强，装置使用变频器及软起动器较多，电网闪动，就会引起全线停产，每次损失在20万元左右，还不包括大量的人力，物力。如果不能及时送电，30分钟后，浆料在反应釜内就会冻结，后果将不堪设想，尤其因闪电而产生的突发事件，每年给公司带来不小的损失。

    2 配电概况

    上海恒逸聚酯纤维有限公司配电系统由一个35kV变6kV配电系统，双回路单母线分段，35kV和6kV母联都可自投，使用慧伦集团的软件配电系统。下辖17台变压器，其中2台2500KVA变压器，6台2000KVA变压器，5台1600KVA变压器，2台1250KVA变压器，还有2台690V2000KVA变压器。分管两套年产20万吨聚酯线，1套年产12万吨短丝生产线，一套年产25万吨瓶片装置。

    3 雷电的形成

    电闪雷鸣是一种自然现象。我国雷电的分布特点是：夏季多于春秋季，陆地多于海洋，山区多于平原，南方多于北方。雷电的电压很高，瞬时电流强度很大，因此，一次雷电的放电时间虽然只有0.01s左右，但其释放出的能量却大得惊人。雷电放电时，可使电气设备绝缘击穿，建筑物造成破坏，家用电器击毁，人体及牲畜死亡或受伤等。具体成因是，雷电放电是带电荷的雷云引起的放电现象，在某种大气和大地条件下，潮湿的热气流进入大气层冷凝而形成雷云，大气层中的雷云底部大多数带负电，它在地面上感应出大量的正电荷，这样，雷云和大地之间就形成了强大的电场，随着雷云的发展和运动，当空间电场强度超过大气游离放电的临界电场强度时，就会发生雷云之间或雷云对地的放电，形成雷电。按其发展方向可分为下行雷和上行雷。下行雷是在雷云产生并向大地发展的，上行雷是接地物体顶部激发起，并向雷云方向发起的。雷击分为直接雷击和感应雷击两种。雷云对地面物体或人畜直接放电的现象叫直接雷击；架空电缆或室外天线被空中带电云放电形成的强电场的感生电动势冲击家用电器或电子设备的现象叫感应雷击。避雷的方法视具体情况而定。

    4 变电所的防雷措施

    变电所遭受的雷击是下行雷，主要来自两个方面：一是雷直击在变电所的电气设备上；二是架空线路的感应雷过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电所。因此，直击雷和雷电波对变电所进线及变压器的破坏的防护十分重要。

    （1）变电所的直击雷防护

    装设避雷针是直击雷防护的主要措施，避雷针是保护电气设备、建筑物不受直接雷击的雷电接受器。它将雷吸引到自己的身上，并安全导入地中，从而保护了附近绝缘水平比它低的设备免遭雷击。装设避雷针时对于35KV变电所必须装有独立的避雷针，并满足不发生反击的要求。

    （2）变电所对侵入波的防护

    变电所对侵入波防护的主要措施是在其进线上装设阀型避雷器。阀型避雷器的基本元件为火花间隙和非线性电阻，目前，FS系列阀型避雷器为火花间隙和非线性电阻，其主要用来保护小容量的配电装置，SFZ系列阀型避雷器，主要用来保护中等及大容量变电所的电气设备；FCZ1系列磁吹阀型避雷器，主要用来保护变电所的高压电气设备。我公司主进线采用HY5WZ-52型氧化锌避雷器，额定电压为40.5kV是1.157倍额定电压。

    （3）变电所的进线防护

    对变电所进线实施防雷保护，其目的就是限制流经避雷器的雷电电流幅值和雷电波的陡度。当线路上出现过电压时，将有行波沿导线向变电所运动，其幅值为线路绝缘的50％冲击闪络电压，线路的冲击耐压比变电所设备的冲击耐压要高很多。因此，在靠近变电所的进线上加装避雷线是防雷的主要措施。如果没架设避雷线，当靠近变电所的进线上遭受雷击时，流经避雷器的雷电电流幅值可超过5kA，且其陡度也会超过允许值，势必会对线路造成破坏。

    （4）变电所的防雷接地

    变电所防雷保护满足要求以后，还要根据安全和工作接地的要求敷设一个统一的接地网，然后避雷针和避雷器下面增加接地体以满足防雷的要求，或者在防雷装置下敷设单独的接地体。

    5 变压器的防护

    为了防止雷电波对配电变压器的侵害，保证配电变压器安全运行，有必要对配电变压器防雷保护措施逐一分析，从而有选择性地采取适当的防雷保护措施。 变压器的基本保护措施是靠近变压器安装避雷器，这样可以防止线路侵入的雷电波损坏绝缘。

    （1）装设避雷器时，要尽量靠近变压器，并尽量减少连线的长度，以便减少雷电电流在连接线上的压降。
    （2）避雷器的接线应与变压器的金属外壳及低压侧中性点连接在一起 (或称三点共一体)。 这样，当侵入波使避雷器动作时，作用在高压侧主绝缘上的电压就只剩下避雷器的残压了(不包括接地电阻上的电压压降)，就减少了雷电对变压器破坏的机会。
    （3）运行经验和试验研究表明，对绝缘良好的配电变压器，仅在高压侧装设避雷器时，仍有发生由于正、逆变换过电压造成的雷害事故。这是因为高压侧装设的避雷器对于正变换或逆变换过电压都是无能为力的。正、逆变换过电压作用下的层间梯度，与变压器的匝数成正比，与绕组的分布有关，绕组的首端、中部和末端均有可能破坏，但以末端较危险，容易造成人员、设备的伤害。低压侧加装避雷器可以将正、逆变换过电压限制在一定范围之内。

    所以，在配电变压器高压侧装和低压侧都装设避雷器。另一方面，从接地角度来分析，个人认为，单独采用某一种防雷保护措施往往不能奏效，宜采用综合防雷保护措施，即高压侧装设避雷器单独接地，低压侧避雷器、低压侧中性点及变压器金属外壳连接在一起的分开接地。这种保护方式利用大地对雷电波的衰减作用可基本上消除逆变换过电压，而对正变换过电压，从实际情况，低压侧接地电阻从10Ω降至2.5Ω时，高压侧的正变换过电压可降低约40%。若对低压侧接地体进行适当的处理，就可以消除正变换过电压，而我公司变压器的中性接地电阻小于1 Ω。另外，重视和加强配电变压器的运行管理，定能收到提高配电变压器防雷保护的效果。

    6 变电所微机装置防雷保护

    随着科学技术的日新月异，微机保护和自动化装置以其高度的灵敏性，速动性和维护管理的方便性，在电力系统中得到了飞速的发展和广泛的应用。但微机系统越是先进，芯片的集成度就越高，电路越复杂，工作电压越低，对环境稳定性的要求也越高。抗干扰和耐冲击始终是微机系统在电力工业恶劣电磁环境下应用中的两大薄弱环节。而雷击事件由于其极高的电压幅值和不可预测性更是微机系统的“天敌”。它极大地威胁着现代化变电所的运行安全，应该引起我们足够的重视。

    雷电波的侵入过程：雷电波通常是通过变电所临近的35kV线路侵入6kV母线，再经过6kV所用变压器高、低压绕组间的静电和电磁耦合，闯入低压出线。途中经过了6kV线路阀式避雷器、母线阀式避雷器和所用变阀式避雷器3级削峰，再经过所用变低压出线的平波作用，电压幅值大为下降。但由于雷电波的电压、能量极高，且阀式避雷器等设备技术上的局限性，虽然绝大部分的雷电能量都能在到达设备之前得以消除，但雷电波仍可以幅值相对很高，但作用时间很短的低能量尖峰脉冲的形式，通过所用变压器的低压出线，加到变电所内所有的220V交流回路中。变电所的保护和合闸电源直流系统的整流充电系统设计容量都比较大，电压耐受能力也比较好。而且由于大容量电池组吸收尖峰脉冲的作用，和整流回路的平波作用，加到保护装置上的脉冲电压大大降低。再加上常规的电磁式保护装置的元器件多为单元件的电阻、电容和电感线圈等，耐热容量大，对尖锋脉冲的耐受能力也比较强，所以能安全度过低能量、高电压的冲击暂态过程。但对于使用超大规模集成电路，运行电压只有数伏，信号电流仅为μA级的微机装置来说，就不一定能经受得住。这就是造成微机装置损坏而常规保护装置却能安全运行的关键原因。

    7 解决办法

    （1）雷电波主要是通过通讯、信号采样电缆和电源部分两条途径入侵。特别是低压电源的防雷保护，尤其应该引起足够的重视，所以把系统内的通信电缆，使用屏蔽电缆，屏蔽层两端可靠接地。
    （2）微机系统信号和数据采集部分一般都要求有光电隔离装置。
    （3）所用变低压侧装设金属氧化物避雷器。
    （4）将原来的不带防雷功能的后备式UPS换成带防雷功能的智能在线式UPS。
    （5）加强对所有配电室的管理，包括变压器负荷、线路的检查、避雷器、接地网的定期检查。
    （6）在雷雨季节来临前，做好检查工作的同时尽量把变压器工作电压调高一档，保持工厂用电设备在较高的电压水平，以此来抵抗雷电来时的瞬间电压降。一般保持在400V左右，但整个工厂的用电量会相应地增加。
    （7）进出线高压电缆尽量采用埋地敷设或桥架敷设，避免裸露敷设和长距离敷设。

    8 结语

    在防雷设计方面，要用发展的眼光，从高标准的角度出发，遵循“整体防御、综合治理、多重保护”的方针，通盘考虑。导致系统失电的原因还有元器件受潮、污闪、系统条件、本身故障、谐波等，故需在今后的工作实践中去研究、实验、探索和总结，以使得其在运行中的不安全因素可得以预防和完善。

    其他作者：屠冬萍（1981-）女，浙江杭州人，助理工程师，现就职于上海恒逸聚酯纤维有限公司。

     摘自《自动化博览》2010年第十一期