浅谈发电厂中压配电系统防雷措施

浅谈发电厂中压配电系统防雷措施

李 斌 朱 玥

呼和浩特热电厂 ， 内蒙古 呼和浩特 010010

摘 要：在我国大规模电力生产中，经常使用6 到35 kV规格的配电装置为输电提供电力。由于这种规格的配电装置的绝缘导线的应用率低，配电系统的复杂性高，系统中发生雷电电压、直损雷电和感应雷的概率增加。雷击损失后，系统的稳定性被破坏，相关人员的安全得不到保障。随着城市电网改造的深入，绝缘导线在该系统中的应用和普及程度越来越高。该路径的应用不仅可以增加相关设备的防雷保护，还可以降低功率损耗，提高传输可靠性。

关键词：发电厂；中压配电系统；防雷措施；配电设备；

前 言：配电系统的组成很复杂。由于系统多位于室外，雷电引起的过电压、直接损耗、感应雷的概率增大。在雷电产生过程中，会有许多电子运动和电磁场，对中压配电系统造成很大的破坏。同时，雷电脉冲也会对系统的信息传输造成危害。什么样的防雷路径能够使系统在雷电环境下稳定工作，是目前相关人员关注的焦点。主要阐述配电系统的防雷措施，希望能提高系统在雷电环境下的稳定性。

工程概况：

呼和浩特热电厂；2×350MW发电机为哈尔滨电机厂有限责任公司制造的QFSN-350-2型三相、极、隐极式转子同步，水、氢、氢冷却发电机，属常规燃煤火力发电厂。电厂以双回220kV线路接入位于电厂西面金海500KV变电站。#3、4机组分别于2011年12月2日/2012年1月25日投产发电。

1 接地与防雷

（1）接地电阻。接地电阻的定义:接地电阻本质上是从地面某一点流向地下某一点的电流之间用欧姆定律计算出的物理值，定义为接地电极与远处零电位接地电极之间的欧姆定律电阻。测量变电站防雷接地电阻时，假设雷电流撤至地下40米时基本为零。不同的地下土壤结构，不同方向的电流探头和接地电极，不同距离的电压探头和电流探头，有时会导致本质上不同的接地电阻值。

（2）接地类型。变电站接地的类型包括工作接地、防雷接地、保护接地、过电压保护接地、防静电接地、屏蔽接地等。工作接地是电力系统电气设备为满足运行需要而设置的接地装置。防雷接地是防雷装置向大地释放雷电流的接地。保护接地是电气设备的金属外壳、配电设备的框架、线路杆塔等。可能因绝缘损坏而带电。为防止危及人身和设备安全而设计的接地；过电压保护接地是为了消除雷击和过电压的危险影响。

2 中压配电设备的防雷要求

（1）一般的区域。绝缘材料常用于中压配电设备。在电厂中，该区域应采用与地面连接的水泥增强混合支护杆，并应设置与地面连接的铁棒，两者的电阻值不应超过30Ω。支柱上的控制系统应设置防雷装置，普通输电线路上也应设置防雷装置。铁柱与地面接触的电阻不应超过10Ω，设置在相关防雷控制系统上的金属外壳与地面接触的电阻不应超过10Ω。对于超过3~5千伏的输电线路，不需要在全线设置防雷装置，在雷电低发区以外的3 ~ 5千伏输电杆线上，应使用陶瓷或绝缘材料作为支撑横担。如果使用铁横向负荷装置，在输电可靠性高的线路上，应使用绝缘子等级较高的绝缘材料，以缩短排除故障和排除的时间，从而降低雷击率，减少雷击引起的跳闸和断线。

（2）交叉区域。穿越区域设置的输电线路支架两端的电阻值应不小于相邻支撑杆的绝缘电阻值。对于同等级线路，当它们的通信线路交叉时，导线之间的距离或下方防雷装置的纵向距离应增加。当导体温度为40℃时，传输电压为3 ~ 10千伏的输电线路之间的距离不应小于2米，传输电压为20 ~ 110千伏的输电线路之间的距离不应小于3米。对于以最大允许电荷流量作为截面选择依据的线路， 校核时应以允许温度下的交叉间距为重点，其间距应不同于其间隔电压差值，并应大于0.8 m。当输电电压为3 kV及以上的输电线路与其他输电或通信线路交叉时，应不少于4根支柱和防雷装置，这些支柱和防雷装置应与地面连接； 当输电电压超过3kV的线路与其他线路交叉时，两端应采用木支撑杆，支撑柱上应采用具有排气功能的防雷装置或间隔保护装置。如果它们之间的距离超过2 米，则路径不适用。

3 配电雷电灾害的特点

（1）架空线路。在中压配电系统中，绝缘导线是架空线路常用的材料。当这部分遭受雷击损耗时，会导致全线损耗。当雷电击中这部分时，绝缘线的阻挡层就会被雷电击穿。因为这部分电弧周围有绝缘材料，多余的电子无法传输，会导致电弧中心燃烧，进而导致传输线开路。雷击后，由于导体固定位置电阻大，无法有效传导局部热量，导致烧毁。在选择防雷路径时，相关工作人员应综合各种情况，优化防雷路径的有效性。

（2）对于裸线。中压配电设备中也有裸线。当这部分线路被雷击损坏时，由于雷击闪络，这部分线路的电荷会向集中方向汇聚，电流频率增大，整个电弧向负荷方向偏移，瞬时发热过多，导致工频输电线路烧毁，从而造成变电站设备故障和跳闸现象。这种情况一般不会导致线路断线。

4 中压配电系统的防雷对策

4.1 架空线路的防雷措施

(1)提高线路绝缘子的绝缘水平。直击雷打在架空线路上，会引起绝缘子闪络，直击雷产生的过电压会对配电线路的绝缘造成很大的破坏。在设计中，通常通过增加绝缘子数量或使用脉冲放电电压较高的绝缘子来加强绝缘，以减少导线或杆塔遭受雷击而引起的导线对地或相间闪络，降低断路器的跳闸率。(2)降低接地电阻和电感。当直击雷击中杆塔时，雷电流会沿着杆塔进入大地。由于杆塔接地电阻和电感的存在，雷电流在两者的作用下会形成反过电压。该电压作用在架空线路与地面之间，当达到一定值时，会引起导线绝缘闪络，导致架空线路相间短路现象，导致断路器跳闸。 （3）增加放电间隙。架空线路绝缘子闪络后，如果放电雷电流达到一定值，会导致架空绝缘导线局部过热，进而导致断线。鉴于这种事故，放电间隙可以并联在易受雷击的线路绝缘子两侧。间隙的放电电压应高于绝缘子的耐压，雷电流应小于导致架空绝缘导线断线的电流值。这种配置既能保证线路供电的稳定性，又能有效防止线路断线。(4)安装线路避雷器。为了保证供电的稳定性，大多数架空线路都提高了绝缘子的绝缘性能，但这种方法并没有什么好处:绝缘性能高的绝缘子不能有效释放雷电流，雷电流只能沿线路侵入电厂的下游开关柜。开关柜的绝缘水平远低于架空线路，雷电流侵入会导致开关柜绝缘击穿。因此，线路避雷器应安装在靠近开关设备的架空线侧，以保护下游开关设备。

4.2 开关柜的防雷措施

发电厂的开关设备都放在室内。在建筑物的保护下，他们不会受到直击雷的伤害。主要防雷措施侧重于感应雷电的侵入。感应雷通过母线或电缆线路侵入中压开关柜，开关柜内电缆接头容易击穿，造成永久性故障。在实际工程中，需要加强开关柜内电缆接头的绝缘性能，以防止感应雷电侵入造成供电中断。此外，配电/电机避雷器可安装在开关柜内，以进一步保护电气设备。

4.3 配电变压器的防雷措施

配电变压器中性点一般直接接地，其雷电危害主要是正/逆转换过电压。正向转换过电压是指变压器低压侧线路遭雷击时，雷电流经变压器中性点进入地面，在接地电阻的作用下形成电压，从而在低压绕组上形成过电压。这种过电压将通过变压器绕组反馈到高压侧，在高压侧形成更高的过电压，危及高低压绕组的绝缘安全。逆变换过电压是指变压器高压侧线路遭雷击时，雷电流经高压侧避雷器，进入地面。在接地电阻的作用下，低压侧中性点电位升高，从而在低压绕组上形成过电压，反馈到高压侧会导致变压器高压绕组中性点击穿。

总之，发电企业有必要对中压配电装置采取相关的防雷措施，但相关人员在设计时不应注重供电的可靠性。传输路径使用大量绝缘子，可以降低雷击损坏设备的概率，提高电气传输的可靠性。但这种防雷路径会造成雷电电子向下游设备传输，破坏下游设备的绝缘系统，这种情况也会带来经济损失。因此，在选择防雷路径时，相关工作人员应综合各种情况，优化防雷路径的有效性。

参考文献：

［1］李萍.浅谈发电厂中压配电系统防雷措施研究，2020.

［2］刘浩弦.探讨发电厂中压配电系统防雷措施.2019.

作者简介：姓名：李斌，汉族，1984年3月出生，天津市人，本科，内蒙古自治区呼和浩特市人力资源与社会保障局电工专业考评员，从事火电厂电气检修工作。