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摘要：变电站防雷接地设计是变电站设计的重要组成部分，其设计的合理与否是直接关系到变电站安全稳定运行，以及人身生命安全。本文从防雷接地设计的必要性及目前变电站防雷接地现状出发，着重分析了影响变电站防雷接地设计的因素及应遵循的主要原则，并介绍了提高变电站防雷保护的相应措施。
关键词：变电站;防雷保护;接地设计;措施
一、变电站防雷接地设计的必要性及现状
随着电力行业的不断发展，电力系统的供电安全运行已成为一个重要的问题，而变电站又是影响供电正常运行的主要因素。变电站的作用是改变电压，在电力系统中起着很重要的作用，因此，变电站的安全可靠运行就显得十分重要。然而，雷电是影响变电站安全运行的重要因素。变电站发生雷击事故，将会造成大面积的停电，严重影响到工业生产及人民生活，给人们的生命财产造成巨大损失。接地是防雷保护的最重要环节，不管是直击雷、感应雷或其他形式的雷，雷击过电流都将通过接地装置导入大地。接地装置的作用是把雷电对接闪器闪击的电荷尽快地泄放到大地，使其与大地的异种电荷中和。
变电站对于直击雷的保护一般采取装设避雷针或采用沿变电站进线段一定距离内架设避雷线，吸引雷电击自身，减低雷击点的过电压，通过良好接地的装置，将雷电流迅速泄入大地。避雷针对直击雷的防护的确是有效的，但防雷光靠装设避雷针肯定是不行的，因为避雷针是通过把雷电引到自身来完成的，其保护范围内的补保护对象免遭直接雷击，这样的保护过程中产生较多的负面影响，如增加雷击概率、产生应雷以及地电位反击等。
二、变电站防雷接地设计的影响因素及主要原则
1、接地设计的影响因素
（1）接地电阻
土壤电阻率ρ和地网面积S是影响接地电阻的主要因素，了解这些原因有利于针对不同情况因地制宜改善接地装置。砂的含水量与电阻率的关系，含水量越大则电阻率越小，根据这种特性，有些地方可以利用地下水作为降阻措施，或敷设水下接地网作为降阻措施，这些措施都可以有效的降低接地电阻。温度与电阻率的关系。当由水变为冰时，电阻率在0℃出现一个突然的上升，当温度再下降时，电阻率出现十分明显的增大，而温度从0℃上升时，电阻率仅平稳的下降，因此，接地装置应埋设在多年冻土层下，一般埋深为0.6～0.8m即可。土壤的致密与否对电阻率的影响也是很大的，其根本原因是土壤越致密则接触电阻越小。
（2）接地体的几何形状和埋设方式
接地体的几何形状决定了接地体本身的电阻和接地体与周边填充土壤的接触面积，接地体本身的电阻一般可以忽略不计，但它和周边填充土壤的接触面积却决定了泄流能力。当填充土壤的电阻率一定时，泄流能力与接触面积成正比，接地电阻随接触面积的增加而降低。另一方面，接地体的埋设方式也对接地电阻有显著的影响，以棒形独立接地体为例，垂直埋设时的接地电阻远低于水平埋设时。接地体埋设得越深，接地电阻越小。接地电阻随接地体埋设深度的增加而降低这一现象既是电流在大地中传导特性的的体现，又是由土壤电阻率随深度增加而降低这一普遍规律所决定的。
（3）接地体和填充土壤的接触紧密度
接地体与填充土壤的接触紧密程度决定了接地体和土壤间的接触电阻，在有些条件下接触电阻对整体接地电阻有不容忽视的影响。
2、接地设计的主要原则
（1）布置围绕变电站的实际区域外围的连续接地导体回环，避免大的电流集中，在接地网区域和突出的电缆端的高位，接地网外导体包围更大的区域将导致接地阻的降低。
（2）在回环内布置平行接地导体，一般沿结构物或设备布置的行列方向布置接地导体，以确保设备的最短的接地连接。
（3）接地网网孔的边长比一般从1：1到1：3变化，交叉连接也能确保多个故障电流流散通道，使接地网本身的电位降至最小。
（4）尽量采用建筑物地基的钢筋和自然金属接地的统一连接地来作为接地网，用一点接地 的方式接地，以自然接地物为基础，辅以人工接地体补充，外形尽量采用闭合环形。
三、变电站防雷接地的技术措施
1、采用多分支接地引下线，使通过接地引下线的雷电流大大减小。
主要考虑避雷针高度和位置的问题。具体步骤为：先根据被保护物的位置布置避雷针，再根据经验假设每支避雷针的高度，然后计算保护范围。布置避雷针时应注意两支避雷针相距不宜太远，由于两避雷针的联合屏蔽作用，两避雷针中间部分的保护范围比单避雷针时要大，避雷针外侧的保护范围与单根避雷针时相同。因此为保证两避雷针联合保护效果，两避雷针间距离与针高之比D/h不宜大于5。
2、接地网布置设计
接地干线在装置内宜采用闭合环状布置。网状布置是造成大接地网接地电位不相等的一个重要因素。因为接地体一旦成网或者成环，则不可避免的是接地回路将有电流流过，由于接地线路的阻抗而产生电压降，使接地电位发生变化，同时将造成接地网故障电流的泄放速度减慢且增大地网腐蚀。变电站的接地网越大，由于钢质材料的非饱和性，将导致各接地点电位之间相差较大。此外，由于接地电位的不相等，对于弱电设备的可靠运行将带来不可估量的危害。变电站内必须敷设水平接地为主、垂直接地极为辅的封闭复合式接地网，并装设均压带。
3、选择合适的接地材料
接地材料的选择原则是：一是降阻稳定，二是相匹配的使用寿命。每种接地材料都有其应用环境，在选择接地材料时，要依据详细的地勘资料，有区域内外地下金属构筑物布置图极其所处状态，因地制宜地选择适合本区域的材料。在我国，接地网所用的材质主要为镀锌扁钢。钢材是逐层腐蚀，镀锌层具有一定的抗腐蚀性，但一般只能在前十年起作用。部分经济发达地区开始采用铜材，铜材的性能比钢材好，导电率高、热容量大、耐腐蚀性强，接地网寿命一般为30年以上。但其价格较昂贵，差不多是钢材的7～8倍，接地网综合造价约相差2～3倍。因此，在实际工程中，因地制宜地进行技术经济比较，土质腐蚀性强的地方可考虑采用铜地网，GIS设备对接地要求较高，也可考虑选用铜材。
4、安装科学可靠的接地装置
防止设备接地引线烧断产生高电位对低压设备构成危害，设备接地网应采取两根接地引线并适当增加截面。防止接地体腐蚀破坏接地网均压作用，运行应定期检查维护，设计应适当增加接地体截面。为了减小地电位梯度，均压带最大间距不宜大于12m，接地网边缘均压带应适当加密。为了限制电缆外层的感应电流和电压，电流沟两侧敷设屏蔽接地体。降低设备绝缘层之间以及不同设备之间的电位差，应在建筑物周围设置环形均压接地体。防止接触电势、跨步电势、转移电位对人体和设备的危害，应根据具体情况合理采取绝缘、隔离和降阻措施。
5、防止反擊
设备的接地点尽量远离避雷针接地引线的入地点，避雷针接地引下线尽量远离电气设备。
对于设有独立避雷针的变电站，独立避雷针与配电装置带电部分和设备，构架接地部分的空气距离以及它们的接地装置的地中距离均应满足规程要求，一般空气距离不小于5m，地中距离不小于3m。为了加强泄流降低暂态电压反击，要求在主变压器、避雷器、避雷针的接地处设置集中垂直接地体。
四、结语
从上述分析可知，影响变电站防雷接地保护的原因很多，以上列举的只是常见的因素。接地的设计，要根据区域的地质条件，采取不同的降阻措施，以最高性能价格比来设计其接地网。在实际工程中，应根据变电站防雷接地设计的整体性，及整个变电站的周围环境、地质条件，采取相应防雷接地措施，保证变电站供电系统安全稳定地运行。
参考文献：
[1]董磊，丁诺.变电站雷电防护与雷击事故分析[J].中小企业管理与科技，2012（10）
[2]曾艳.浅析变电站防雷接地的问题[J].中国科技纵横，2011（10）
[3]张春华，王雪梅.220kV变电站接地系统设计[J].东北电力技术，2010（5）.
关键词：变电站;防雷保护;接地设计;措施
一、变电站防雷接地设计的必要性及现状
随着电力行业的不断发展，电力系统的供电安全运行已成为一个重要的问题，而变电站又是影响供电正常运行的主要因素。变电站的作用是改变电压，在电力系统中起着很重要的作用，因此，变电站的安全可靠运行就显得十分重要。然而，雷电是影响变电站安全运行的重要因素。变电站发生雷击事故，将会造成大面积的停电，严重影响到工业生产及人民生活，给人们的生命财产造成巨大损失。接地是防雷保护的最重要环节，不管是直击雷、感应雷或其他形式的雷，雷击过电流都将通过接地装置导入大地。接地装置的作用是把雷电对接闪器闪击的电荷尽快地泄放到大地，使其与大地的异种电荷中和。
变电站对于直击雷的保护一般采取装设避雷针或采用沿变电站进线段一定距离内架设避雷线，吸引雷电击自身，减低雷击点的过电压，通过良好接地的装置，将雷电流迅速泄入大地。避雷针对直击雷的防护的确是有效的，但防雷光靠装设避雷针肯定是不行的，因为避雷针是通过把雷电引到自身来完成的，其保护范围内的补保护对象免遭直接雷击，这样的保护过程中产生较多的负面影响，如增加雷击概率、产生应雷以及地电位反击等。
二、变电站防雷接地设计的影响因素及主要原则
1、接地设计的影响因素
（1）接地电阻
土壤电阻率ρ和地网面积S是影响接地电阻的主要因素，了解这些原因有利于针对不同情况因地制宜改善接地装置。砂的含水量与电阻率的关系，含水量越大则电阻率越小，根据这种特性，有些地方可以利用地下水作为降阻措施，或敷设水下接地网作为降阻措施，这些措施都可以有效的降低接地电阻。温度与电阻率的关系。当由水变为冰时，电阻率在0℃出现一个突然的上升，当温度再下降时，电阻率出现十分明显的增大，而温度从0℃上升时，电阻率仅平稳的下降，因此，接地装置应埋设在多年冻土层下，一般埋深为0.6～0.8m即可。土壤的致密与否对电阻率的影响也是很大的，其根本原因是土壤越致密则接触电阻越小。
（2）接地体的几何形状和埋设方式
接地体的几何形状决定了接地体本身的电阻和接地体与周边填充土壤的接触面积，接地体本身的电阻一般可以忽略不计，但它和周边填充土壤的接触面积却决定了泄流能力。当填充土壤的电阻率一定时，泄流能力与接触面积成正比，接地电阻随接触面积的增加而降低。另一方面，接地体的埋设方式也对接地电阻有显著的影响，以棒形独立接地体为例，垂直埋设时的接地电阻远低于水平埋设时。接地体埋设得越深，接地电阻越小。接地电阻随接地体埋设深度的增加而降低这一现象既是电流在大地中传导特性的的体现，又是由土壤电阻率随深度增加而降低这一普遍规律所决定的。
（3）接地体和填充土壤的接触紧密度
接地体与填充土壤的接触紧密程度决定了接地体和土壤间的接触电阻，在有些条件下接触电阻对整体接地电阻有不容忽视的影响。
2、接地设计的主要原则
（1）布置围绕变电站的实际区域外围的连续接地导体回环，避免大的电流集中，在接地网区域和突出的电缆端的高位，接地网外导体包围更大的区域将导致接地阻的降低。
（2）在回环内布置平行接地导体，一般沿结构物或设备布置的行列方向布置接地导体，以确保设备的最短的接地连接。
（3）接地网网孔的边长比一般从1：1到1：3变化，交叉连接也能确保多个故障电流流散通道，使接地网本身的电位降至最小。
（4）尽量采用建筑物地基的钢筋和自然金属接地的统一连接地来作为接地网，用一点接地 的方式接地，以自然接地物为基础，辅以人工接地体补充，外形尽量采用闭合环形。
三、变电站防雷接地的技术措施
1、采用多分支接地引下线，使通过接地引下线的雷电流大大减小。
主要考虑避雷针高度和位置的问题。具体步骤为：先根据被保护物的位置布置避雷针，再根据经验假设每支避雷针的高度，然后计算保护范围。布置避雷针时应注意两支避雷针相距不宜太远，由于两避雷针的联合屏蔽作用，两避雷针中间部分的保护范围比单避雷针时要大，避雷针外侧的保护范围与单根避雷针时相同。因此为保证两避雷针联合保护效果，两避雷针间距离与针高之比D/h不宜大于5。
2、接地网布置设计
接地干线在装置内宜采用闭合环状布置。网状布置是造成大接地网接地电位不相等的一个重要因素。因为接地体一旦成网或者成环，则不可避免的是接地回路将有电流流过，由于接地线路的阻抗而产生电压降，使接地电位发生变化，同时将造成接地网故障电流的泄放速度减慢且增大地网腐蚀。变电站的接地网越大，由于钢质材料的非饱和性，将导致各接地点电位之间相差较大。此外，由于接地电位的不相等，对于弱电设备的可靠运行将带来不可估量的危害。变电站内必须敷设水平接地为主、垂直接地极为辅的封闭复合式接地网，并装设均压带。
3、选择合适的接地材料
接地材料的选择原则是：一是降阻稳定，二是相匹配的使用寿命。每种接地材料都有其应用环境，在选择接地材料时，要依据详细的地勘资料，有区域内外地下金属构筑物布置图极其所处状态，因地制宜地选择适合本区域的材料。在我国，接地网所用的材质主要为镀锌扁钢。钢材是逐层腐蚀，镀锌层具有一定的抗腐蚀性，但一般只能在前十年起作用。部分经济发达地区开始采用铜材，铜材的性能比钢材好，导电率高、热容量大、耐腐蚀性强，接地网寿命一般为30年以上。但其价格较昂贵，差不多是钢材的7～8倍，接地网综合造价约相差2～3倍。因此，在实际工程中，因地制宜地进行技术经济比较，土质腐蚀性强的地方可考虑采用铜地网，GIS设备对接地要求较高，也可考虑选用铜材。
4、安装科学可靠的接地装置
防止设备接地引线烧断产生高电位对低压设备构成危害，设备接地网应采取两根接地引线并适当增加截面。防止接地体腐蚀破坏接地网均压作用，运行应定期检查维护，设计应适当增加接地体截面。为了减小地电位梯度，均压带最大间距不宜大于12m，接地网边缘均压带应适当加密。为了限制电缆外层的感应电流和电压，电流沟两侧敷设屏蔽接地体。降低设备绝缘层之间以及不同设备之间的电位差，应在建筑物周围设置环形均压接地体。防止接触电势、跨步电势、转移电位对人体和设备的危害，应根据具体情况合理采取绝缘、隔离和降阻措施。
5、防止反擊
设备的接地点尽量远离避雷针接地引线的入地点，避雷针接地引下线尽量远离电气设备。
对于设有独立避雷针的变电站，独立避雷针与配电装置带电部分和设备，构架接地部分的空气距离以及它们的接地装置的地中距离均应满足规程要求，一般空气距离不小于5m，地中距离不小于3m。为了加强泄流降低暂态电压反击，要求在主变压器、避雷器、避雷针的接地处设置集中垂直接地体。
四、结语
从上述分析可知，影响变电站防雷接地保护的原因很多，以上列举的只是常见的因素。接地的设计，要根据区域的地质条件，采取不同的降阻措施，以最高性能价格比来设计其接地网。在实际工程中，应根据变电站防雷接地设计的整体性，及整个变电站的周围环境、地质条件，采取相应防雷接地措施，保证变电站供电系统安全稳定地运行。
参考文献：
[1]董磊，丁诺.变电站雷电防护与雷击事故分析[J].中小企业管理与科技，2012（10）
[2]曾艳.浅析变电站防雷接地的问题[J].中国科技纵横，2011（10）
[3]张春华，王雪梅.220kV变电站接地系统设计[J].东北电力技术，2010（5）.