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

    摘要：配電系統是工廠(chǎng)的重要組成部分，因此，它是防雷的重要保護部位。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(xiàn)防護；變壓器防護

    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(chǎng)屬連續性生產(chǎn)的大型化工廠(chǎng)，由于生產(chǎn)的連慣性強，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(xiàn)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，漿料在反應釜內就會(huì )凍結，后果將不堪設想，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由一個(gè)35kV變6kV配電系統，雙回路單母線(xiàn)分段，35kV和6kV母聯(lián)都可自投，使用慧倫集團的軟件配電系統。下轄17臺變壓器，其中2臺2500KVA變壓器，6臺2000KVA變壓器，5臺1600KVA變壓器，2臺1250KVA變壓器，還有2臺690V2000KVA變壓器。分管兩套年產(chǎn)20萬(wàn)噸聚酯線(xiàn)，1套年產(chǎn)12萬(wàn)噸短絲生產(chǎn)線(xiàn)，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象。我國雷電的分布特點(diǎn)是：夏季多于春秋季，陸地多于海洋，山區多于平原，南方多于北方。雷電的電壓很高，瞬時(shí)電流強度很大，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帶負電，它在地面上感應出大量的正電荷，這樣，雷云和大地之間就形成了強大的電場(chǎng)，隨著(zhù)雷云的發(fā)展和運動(dòng)，當空間電場(chǎng)強度超過(guò)大氣游離放電的臨界電場(chǎng)強度時(shí)，就會(huì )發(fā)生雷云之間或雷云對地的放電，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雷擊兩種。雷云對地面物體或人畜直接放電的現象叫直接雷擊；架空電纜或室外天線(xiàn)被空中帶電云放電形成的強電場(chǎng)的感生電動(dòng)勢沖擊家用電器或電子設備的現象叫感應雷擊。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?xún)蓚€(gè)方面：一是雷直擊在變電所的電氣設備上；二是架空線(xiàn)路的感應雷過(guò)電壓和直擊雷過(guò)電壓形成的雷電波沿線(xiàn)路侵入變電所。因此，直擊雷和雷電波對變電所進(jìn)線(xiàn)及變壓器的破壞的防護十分重要。

    （1）變電所的直擊雷防護

    裝設避雷針是直擊雷防護的主要措施，避雷針是保護電氣設備、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，并安全導入地中，從而保護了附近絕緣水平比它低的設備免遭雷擊。裝設避雷針時(shí)對于35KV變電所必須裝有獨立的避雷針，并滿(mǎn)足不發(fā)生反擊的要求。

    （2）變電所對侵入波的防護

    變電所對侵入波防護的主要措施是在其進(jìn)線(xiàn)上裝設閥型避雷器。閥型避雷器的基本元件為火花間隙和非線(xiàn)性電阻，目前，FS系列閥型避雷器為火花間隙和非線(xiàn)性電阻，其主要用來(lái)保護小容量的配電裝置，SFZ系列閥型避雷器，主要用來(lái)保護中等及大容量變電所的電氣設備；FCZ1系列磁吹閥型避雷器，主要用來(lái)保護變電所的高壓電氣設備。我公司主進(jìn)線(xiàn)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(xiàn)防護

    對變電所進(jìn)線(xiàn)實(shí)施防雷保護，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。當線(xiàn)路上出現過(guò)電壓時(shí)，將有行波沿導線(xiàn)向變電所運動(dòng)，其幅值為線(xiàn)路絕緣的50％沖擊閃絡(luò )電壓，線(xiàn)路的沖擊耐壓比變電所設備的沖擊耐壓要高很多。因此，在靠近變電所的進(jìn)線(xiàn)上加裝避雷線(xiàn)是防雷的主要措施。如果沒(méi)架設避雷線(xiàn)，當靠近變電所的進(jìn)線(xiàn)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，勢必會(huì )對線(xiàn)路造成破壞。

    （4）變電所的防雷接地

    變電所防雷保護滿(mǎn)足要求以后，還要根據安全和工作接地的要求敷設一個(gè)統一的接地網(wǎng)，然后避雷針和避雷器下面增加接地體以滿(mǎn)足防雷的要求，或者在防雷裝置下敷設單獨的接地體。

    5 變壓器的防護

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

    （1）裝設避雷器時(shí)，要盡量靠近變壓器，并盡量減少連線(xiàn)的長(cháng)度，以便減少雷電電流在連接線(xiàn)上的壓降。
    （2）避雷器的接線(xiàn)應與變壓器的金屬外殼及低壓側中性點(diǎn)連接在一起 (或稱(chēng)三點(diǎn)共一體)。 這樣，當侵入波使避雷器動(dòng)作時(shí)，作用在高壓側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)，就減少了雷電對變壓器破壞的機會(huì )。
    （3）運行經(jīng)驗和試驗研究表明，對絕緣良好的配電變壓器，僅在高壓側裝設避雷器時(shí)，仍有發(fā)生由于正、逆變換過(guò)電壓造成的雷害事故。這是因為高壓側裝設的避雷器對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，容易造成人員、設備的傷害。低壓側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。

    所以，在配電變壓器高壓側裝和低壓側都裝設避雷器。另一方面，從接地角度來(lái)分析，個(gè)人認為，單獨采用某一種防雷保護措施往往不能奏效，宜采用綜合防雷保護措施，即高壓側裝設避雷器單獨接地，低壓側避雷器、低壓側中性點(diǎn)及變壓器金屬外殼連接在一起的分開(kāi)接地。這種保護方式利用大地對雷電波的衰減作用可基本上消除逆變換過(guò)電壓，而對正變換過(guò)電壓，從實(shí)際情況，低壓側接地電阻從10Ω降至2.5Ω時(shí)，高壓側的正變換過(guò)電壓可降低約40%。若對低壓側接地體進(jìn)行適當的處理，就可以消除正變換過(guò)電壓，而我公司變壓器的中性接地電阻小于1 Ω。另外，重視和加強配電變壓器的運行管理，定能收到提高配電變壓器防雷保護的效果。

    6 變電所微機裝置防雷保護

    隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的日新月異，微機保護和自動(dòng)化裝置以其高度的靈敏性，速動(dòng)性和維護管理的方便性，在電力系統中得到了飛速的發(fā)展和廣泛的應用。但微機系統越是先進(jìn)，芯片的集成度就越高，電路越復雜，工作電壓越低，對環(huán)境穩定性的要求也越高?？垢蓴_和耐沖擊始終是微機系統在電力工業(yè)惡劣電磁環(huán)境下應用中的兩大薄弱環(huán)節。而雷擊事件由于其極高的電壓幅值和不可預測性更是微機系統的“天敵”。它極大地威脅著(zhù)現代化變電所的運行安全，應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(xiàn)路侵入6kV母線(xiàn)，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(xiàn)。途中經(jīng)過(guò)了6kV線(xiàn)路閥式避雷器、母線(xiàn)閥式避雷器和所用變閥式避雷器3級削峰，再經(jīng)過(guò)所用變低壓出線(xiàn)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設備之前得以消除，但雷電波仍可以幅值相對很高，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(xiàn)，加到變電所內所有的220V交流回路中。變電所的保護和合閘電源直流系統的整流充電系統設計容量都比較大，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，加到保護裝置上的脈沖電壓大大降低。再加上常規的電磁式保護裝置的元器件多為單元件的電阻、電容和電感線(xiàn)圈等，耐熱容量大，對尖鋒脈沖的耐受能力也比較強，所以能安全度過(guò)低能量、高電壓的沖擊暫態(tài)過(guò)程。但對于使用超大規模集成電路，運行電壓只有數伏，信號電流僅為μA級的微機裝置來(lái)說(shuō)，就不一定能經(jīng)受得住。這就是造成微機裝置損壞而常規保護裝置卻能安全運行的關(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，尤其應該引起足夠的重視，所以把系統內的通信電纜，使用屏蔽電纜，屏蔽層兩端可靠接地。
    （2）微機系統信號和數據采集部分一般都要求有光電隔離裝置。
    （3）所用變低壓側裝設金屬氧化物避雷器。
    （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(xiàn)式UPS。
    （5）加強對所有配電室的管理，包括變壓器負荷、線(xiàn)路的檢查、避雷器、接地網(wǎng)的定期檢查。
    （6）在雷雨季節來(lái)臨前，做好檢查工作的同時(shí)盡量把變壓器工作電壓調高一檔，保持工廠(chǎng)用電設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(chǎng)的用電量會(huì )相應地增加。
    （7）進(jìn)出線(xiàn)高壓電纜盡量采用埋地敷設或橋架敷設，避免裸露敷設和長(cháng)距離敷設。

    8 結語(yǔ)

    在防雷設計方面，要用發(fā)展的眼光，從高標準的角度出發(fā)，遵循“整體防御、綜合治理、多重保護”的方針，通盤(pán)考慮。導致系統失電的原因還有元器件受潮、污閃、系統條件、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、探索和總結，以使得其在運行中的不安全因素可得以預防和完善。

    其他作者：屠冬萍（1981-）女，浙江杭州人，助理工程師，現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