李土勝（1976-）男，廣西桂林人，工程師，本科，現(xiàn)就職于上海恒逸聚酯纖維有限公司。

    摘要：配電系統(tǒng)是工廠的重要組成部分，因此，它是防雷的重要保護(hù)部位。如果變電所發(fā)生雷擊事故，將造成大面積的停電，給生產(chǎn)帶來(lái)不便，這就要求防雷措施必須十分可靠。

    關(guān)鍵詞：防雷措施；進(jìn)線防護(hù)；變壓器防護(hù)

    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 問(wèn)題的提出

    聚酯廠屬連續(xù)性生產(chǎn)的大型化工廠，由于生產(chǎn)的連慣性強(qiáng)，裝置使用變頻器及軟起動(dòng)器較多，電網(wǎng)閃動(dòng)，就會(huì)引起全線停產(chǎn)，每次損失在20萬(wàn)元左右，還不包括大量的人力，物力。如果不能及時(shí)送電，30分鐘后，漿料在反應(yīng)釜內(nèi)就會(huì)凍結(jié)，后果將不堪設(shè)想，尤其因閃電而產(chǎn)生的突發(fā)事件，每年給公司帶來(lái)不小的損失。

    2 配電概況

    上海恒逸聚酯纖維有限公司配電系統(tǒng)由一個(gè)35kV變6kV配電系統(tǒng)，雙回路單母線分段，35kV和6kV母聯(lián)都可自投，使用慧倫集團(tuán)的軟件配電系統(tǒng)。下轄17臺(tái)變壓器，其中2臺(tái)2500KVA變壓器，6臺(tái)2000KVA變壓器，5臺(tái)1600KVA變壓器，2臺(tái)1250KVA變壓器，還有2臺(tái)690V2000KVA變壓器。分管兩套年產(chǎn)20萬(wàn)噸聚酯線，1套年產(chǎn)12萬(wàn)噸短絲生產(chǎn)線，一套年產(chǎn)25萬(wàn)噸瓶片裝置。

    3 雷電的形成

    電閃雷鳴是一種自然現(xiàn)象。我國(guó)雷電的分布特點(diǎn)是：夏季多于春秋季，陸地多于海洋，山區(qū)多于平原，南方多于北方。雷電的電壓很高，瞬時(shí)電流強(qiáng)度很大，因此，一次雷電的放電時(shí)間雖然只有0.01s左右，但其釋放出的能量卻大得驚人。雷電放電時(shí)，可使電氣設(shè)備絕緣擊穿，建筑物造成破壞，家用電器擊毀，人體及牲畜死亡或受傷等。具體成因是，雷電放電是帶電荷的雷云引起的放電現(xiàn)象，在某種大氣和大地條件下，潮濕的熱氣流進(jìn)入大氣層冷凝而形成雷云，大氣層中的雷云底部大多數(shù)帶負(fù)電，它在地面上感應(yīng)出大量的正電荷，這樣，雷云和大地之間就形成了強(qiáng)大的電場(chǎng)，隨著雷云的發(fā)展和運(yùn)動(dòng)，當(dāng)空間電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)大氣游離放電的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)發(fā)生雷云之間或雷云對(duì)地的放電，形成雷電。按其發(fā)展方向可分為下行雷和上行雷。下行雷是在雷云產(chǎn)生并向大地發(fā)展的，上行雷是接地物體頂部激發(fā)起，并向雷云方向發(fā)起的。雷擊分為直接雷擊和感應(yīng)雷擊兩種。雷云對(duì)地面物體或人畜直接放電的現(xiàn)象叫直接雷擊；架空電纜或室外天線被空中帶電云放電形成的強(qiáng)電場(chǎng)的感生電動(dòng)勢(shì)沖擊家用電器或電子設(shè)備的現(xiàn)象叫感應(yīng)雷擊。避雷的方法視具體情況而定。

    4 變電所的防雷措施

    變電所遭受的雷擊是下行雷，主要來(lái)自兩個(gè)方面：一是雷直擊在變電所的電氣設(shè)備上；二是架空線路的感應(yīng)雷過(guò)電壓和直擊雷過(guò)電壓形成的雷電波沿線路侵入變電所。因此，直擊雷和雷電波對(duì)變電所進(jìn)線及變壓器的破壞的防護(hù)十分重要。

    （1）變電所的直擊雷防護(hù)

    裝設(shè)避雷針是直擊雷防護(hù)的主要措施，避雷針是保護(hù)電氣設(shè)備、建筑物不受直接雷擊的雷電接受器。它將雷吸引到自己的身上，并安全導(dǎo)入地中，從而保護(hù)了附近絕緣水平比它低的設(shè)備免遭雷擊。裝設(shè)避雷針時(shí)對(duì)于35KV變電所必須裝有獨(dú)立的避雷針，并滿足不發(fā)生反擊的要求。

    （2）變電所對(duì)侵入波的防護(hù)

    變電所對(duì)侵入波防護(hù)的主要措施是在其進(jìn)線上裝設(shè)閥型避雷器。閥型避雷器的基本元件為火花間隙和非線性電阻，目前，F(xiàn)S系列閥型避雷器為火花間隙和非線性電阻，其主要用來(lái)保護(hù)小容量的配電裝置，SFZ系列閥型避雷器，主要用來(lái)保護(hù)中等及大容量變電所的電氣設(shè)備；FCZ1系列磁吹閥型避雷器，主要用來(lái)保護(hù)變電所的高壓電氣設(shè)備。我公司主進(jìn)線采用HY5WZ-52型氧化鋅避雷器，額定電壓為40.5kV是1.157倍額定電壓。

    （3）變電所的進(jìn)線防護(hù)

    對(duì)變電所進(jìn)線實(shí)施防雷保護(hù)，其目的就是限制流經(jīng)避雷器的雷電電流幅值和雷電波的陡度。當(dāng)線路上出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)，將有行波沿導(dǎo)線向變電所運(yùn)動(dòng)，其幅值為線路絕緣的50％沖擊閃絡(luò)電壓，線路的沖擊耐壓比變電所設(shè)備的沖擊耐壓要高很多。因此，在靠近變電所的進(jìn)線上加裝避雷線是防雷的主要措施。如果沒(méi)架設(shè)避雷線，當(dāng)靠近變電所的進(jìn)線上遭受雷擊時(shí)，流經(jīng)避雷器的雷電電流幅值可超過(guò)5kA，且其陡度也會(huì)超過(guò)允許值，勢(shì)必會(huì)對(duì)線路造成破壞。

    （4）變電所的防雷接地

    變電所防雷保護(hù)滿足要求以后，還要根據(jù)安全和工作接地的要求敷設(shè)一個(gè)統(tǒng)一的接地網(wǎng)，然后避雷針和避雷器下面增加接地體以滿足防雷的要求，或者在防雷裝置下敷設(shè)單獨(dú)的接地體。

    5 變壓器的防護(hù)

    為了防止雷電波對(duì)配電變壓器的侵害，保證配電變壓器安全運(yùn)行，有必要對(duì)配電變壓器防雷保護(hù)措施逐一分析，從而有選擇性地采取適當(dāng)?shù)姆览妆Ｗo(hù)措施。 變壓器的基本保護(hù)措施是靠近變壓器安裝避雷器，這樣可以防止線路侵入的雷電波損壞絕緣。

    （1）裝設(shè)避雷器時(shí)，要盡量靠近變壓器，并盡量減少連線的長(zhǎng)度，以便減少雷電電流在連接線上的壓降。
    （2）避雷器的接線應(yīng)與變壓器的金屬外殼及低壓側(cè)中性點(diǎn)連接在一起 (或稱三點(diǎn)共一體)。 這樣，當(dāng)侵入波使避雷器動(dòng)作時(shí)，作用在高壓側(cè)主絕緣上的電壓就只剩下避雷器的殘壓了(不包括接地電阻上的電壓壓降)，就減少了雷電對(duì)變壓器破壞的機(jī)會(huì)。
    （3）運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)研究表明，對(duì)絕緣良好的配電變壓器，僅在高壓側(cè)裝設(shè)避雷器時(shí)，仍有發(fā)生由于正、逆變換過(guò)電壓造成的雷害事故。這是因?yàn)楦邏簜?cè)裝設(shè)的避雷器對(duì)于正變換或逆變換過(guò)電壓都是無(wú)能為力的。正、逆變換過(guò)電壓作用下的層間梯度，與變壓器的匝數(shù)成正比，與繞組的分布有關(guān)，繞組的首端、中部和末端均有可能破壞，但以末端較危險(xiǎn)，容易造成人員、設(shè)備的傷害。低壓側(cè)加裝避雷器可以將正、逆變換過(guò)電壓限制在一定范圍之內(nèi)。

    所以，在配電變壓器高壓側(cè)裝和低壓側(cè)都裝設(shè)避雷器。另一方面，從接地角度來(lái)分析，個(gè)人認(rèn)為，單獨(dú)采用某一種防雷保護(hù)措施往往不能奏效，宜采用綜合防雷保護(hù)措施，即高壓側(cè)裝設(shè)避雷器單獨(dú)接地，低壓側(cè)避雷器、低壓側(cè)中性點(diǎn)及變壓器金屬外殼連接在一起的分開(kāi)接地。這種保護(hù)方式利用大地對(duì)雷電波的衰減作用可基本上消除逆變換過(guò)電壓，而對(duì)正變換過(guò)電壓，從實(shí)際情況，低壓側(cè)接地電阻從10Ω降至2.5Ω時(shí)，高壓側(cè)的正變換過(guò)電壓可降低約40%。若對(duì)低壓側(cè)接地體進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚涂梢韵儞Q過(guò)電壓，而我公司變壓器的中性接地電阻小于1 Ω。另外，重視和加強(qiáng)配電變壓器的運(yùn)行管理，定能收到提高配電變壓器防雷保護(hù)的效果。

    6 變電所微機(jī)裝置防雷保護(hù)

    隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，微機(jī)保護(hù)和自動(dòng)化裝置以其高度的靈敏性，速動(dòng)性和維護(hù)管理的方便性，在電力系統(tǒng)中得到了飛速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。但微機(jī)系統(tǒng)越是先進(jìn)，芯片的集成度就越高，電路越復(fù)雜，工作電壓越低，對(duì)環(huán)境穩(wěn)定性的要求也越高。抗干擾和耐沖擊始終是微機(jī)系統(tǒng)在電力工業(yè)惡劣電磁環(huán)境下應(yīng)用中的兩大薄弱環(huán)節(jié)。而雷擊事件由于其極高的電壓幅值和不可預(yù)測(cè)性更是微機(jī)系統(tǒng)的“天敵”。它極大地威脅著現(xiàn)代化變電所的運(yùn)行安全，應(yīng)該引起我們足夠的重視。

    雷電波的侵入過(guò)程：雷電波通常是通過(guò)變電所臨近的35kV線路侵入6kV母線，再經(jīng)過(guò)6kV所用變壓器高、低壓繞組間的靜電和電磁耦合，闖入低壓出線。途中經(jīng)過(guò)了6kV線路閥式避雷器、母線閥式避雷器和所用變閥式避雷器3級(jí)削峰，再經(jīng)過(guò)所用變低壓出線的平波作用，電壓幅值大為下降。但由于雷電波的電壓、能量極高，且閥式避雷器等設(shè)備技術(shù)上的局限性，雖然絕大部分的雷電能量都能在到達(dá)設(shè)備之前得以消除，但雷電波仍可以幅值相對(duì)很高，但作用時(shí)間很短的低能量尖峰脈沖的形式，通過(guò)所用變壓器的低壓出線，加到變電所內(nèi)所有的220V交流回路中。變電所的保護(hù)和合閘電源直流系統(tǒng)的整流充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)容量都比較大，電壓耐受能力也比較好。而且由于大容量電池組吸收尖峰脈沖的作用，和整流回路的平波作用，加到保護(hù)裝置上的脈沖電壓大大降低。再加上常規(guī)的電磁式保護(hù)裝置的元器件多為單元件的電阻、電容和電感線圈等，耐熱容量大，對(duì)尖鋒脈沖的耐受能力也比較強(qiáng)，所以能安全度過(guò)低能量、高電壓的沖擊暫態(tài)過(guò)程。但對(duì)于使用超大規(guī)模集成電路，運(yùn)行電壓只有數(shù)伏，信號(hào)電流僅為μA級(jí)的微機(jī)裝置來(lái)說(shuō)，就不一定能經(jīng)受得住。這就是造成微機(jī)裝置損壞而常規(guī)保護(hù)裝置卻能安全運(yùn)行的關(guān)鍵原因。

    7 解決辦法

    （1）雷電波主要是通過(guò)通訊、信號(hào)采樣電纜和電源部分兩條途徑入侵。特別是低壓電源的防雷保護(hù)，尤其應(yīng)該引起足夠的重視，所以把系統(tǒng)內(nèi)的通信電纜，使用屏蔽電纜，屏蔽層兩端可靠接地。
    （2）微機(jī)系統(tǒng)信號(hào)和數(shù)據(jù)采集部分一般都要求有光電隔離裝置。
    （3）所用變低壓側(cè)裝設(shè)金屬氧化物避雷器。
    （4）將原來(lái)的不帶防雷功能的后備式UPS換成帶防雷功能的智能在線式UPS。
    （5）加強(qiáng)對(duì)所有配電室的管理，包括變壓器負(fù)荷、線路的檢查、避雷器、接地網(wǎng)的定期檢查。
    （6）在雷雨季節(jié)來(lái)臨前，做好檢查工作的同時(shí)盡量把變壓器工作電壓調(diào)高一檔，保持工廠用電設(shè)備在較高的電壓水平，以此來(lái)抵抗雷電來(lái)時(shí)的瞬間電壓降。一般保持在400V左右，但整個(gè)工廠的用電量會(huì)相應(yīng)地增加。
    （7）進(jìn)出線高壓電纜盡量采用埋地敷設(shè)或橋架敷設(shè)，避免裸露敷設(shè)和長(zhǎng)距離敷設(shè)。

    8 結(jié)語(yǔ)

    在防雷設(shè)計(jì)方面，要用發(fā)展的眼光，從高標(biāo)準(zhǔn)的角度出發(fā)，遵循“整體防御、綜合治理、多重保護(hù)”的方針，通盤考慮。導(dǎo)致系統(tǒng)失電的原因還有元器件受潮、污閃、系統(tǒng)條件、本身故障、諧波等，故需在今后的工作實(shí)踐中去研究、實(shí)驗(yàn)、探索和總結(jié)，以使得其在運(yùn)行中的不安全因素可得以預(yù)防和完善。

    其他作者：屠冬萍（1981-）女，浙江杭州人，助理工程師，現(xiàn)就職于上海恒逸聚酯纖維有限公司。

     摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第十一期