小型水电站的防雷与氧化锌避雷器的选择

温海军(开平市大沙水利水电工程管理站 广东 开平 529351)

雷云所具有的极高电压和极大电流的特性，使得其具有非常强大的破坏力。没有较好的防护和应对措施随时都可能造成建筑设备损坏甚至造成人员伤亡或者引起火灾。

1 雷云的形成

两块带异性电荷的雷云或雷云对大地间空气击穿，即形成雷电。而且当雷云临近大地时，由于雷云电荷形成的强大电场作用，使云块下的大地感应出与雷云电荷不同极性的电荷，雷云与大地犹如组成一个以空气为绝缘介质的电容器，如果雷云和大地间的电场强度高到使其间空气击穿而形成雷击通道，雷云即向大地放电。这种雷云向大地放电的过程叫做雷击，其所形成的放电电流叫做雷电流。一次雷击过程的时间虽然很短（一般为几十微秒），但由于雷云的电压极高（可高达几百万到几千万伏）和雷电流的幅值极大（可能几万到几十万安），其热效应和电磁效应会使雷击通道中的建筑物或设备遭到破坏，人畜伤亡。雷电的热效应还可以发出强烈的闪光，并使周围空气急剧膨胀，形成巨大的轰鸣声。

2 水电站雷害的原因

小型水电站35kV及以下电力设备大的绝缘水平主要是大气电压即雷电过电压来决定的。造成水电站雷害事故的原因有以下三点：

2.1 雷电直接击中配电装置的导线或设备的带电部分，即直击雷。

2.2 雷电击中避雷针，在雷电流过接地线时对周围设备形成感应过电压，即感应雷。

2.3 沿架空线路传来的雷电波，即雷电侵入波。

3 应对措施

3.1 直击雷保护

《电力设备过电压保护设计技术规程》（SDJ7-79）的规定，小型水电站应装设直击雷保护的对象和措施如表1。

水电站常采用避雷针和避雷线或者其组合的方式来避免建筑物、电气设备或者线路遭受直击雷危害的，其中避雷针是水电站中用来保护电气设备和建筑物避免遭受直接雷击的主要防雷装置。单只避雷针的保护范围像一个由它所支撑的“帐篷”。当避雷针的高度为h时，“帐篷”的上半部空间为针顶向下作45°的斜面，在距地面h/2处转折，与地面上距针底1.5h处相连的斜面构成保护空间的下部。

表1 小型水电站和开关站直击雷保护的对象和措施

3.1.1 单根避雷针的保护范围

以上两式中rx——避雷针在hx水平面上的保护半径，m;

h——避雷针高度，m;

rx——被保护物的高度，m;

p——避雷针的高度系数，当h30m时，p=1,当120h30m时,

3.1.2 单根避雷线的保护范围

3.2 感应雷的防护

避雷针、避雷线与水电站接地网、电力设备接地的距离符合规范要求，具体参考设计规范。

3.3 雷电侵入波的保护

配电装置的雷电侵入波保护是利用氧化锌避雷器以及氧化锌避雷器相配合的进线保护段来实现的。

3.3.1 氧化锌避雷器

配电装置的雷电侵入波保护是利用氧化锌避雷器以及氧化锌避雷器相配合的进线保护段来实现的。

3.3.2 氧化锌避雷器安装使用与维修应注意的事项

（1）安装前应校对铭牌，避雷器的系统额定电压应与安装点的系统电压符合；

（2）避雷器固定在支架上，其上端子与高压线相联结，下端子要可靠接地；

（3）不能将避雷器作为承力支持绝缘子使用，应尽量靠近被保护设备安装，以减小距离对保护效果的影响；

（4）终端避雷器宜安装在跌落式熔断器之后，以利于开断时对它也起保护作用，变压器低压侧应装低压避雷器，以防止正反变换引起的过电压损坏变压器；

（5）使用避雷器应注意使用地点的环境温度，金属氧化物避雷器不适合安装在有振动或严重污秽的地方及有严重腐蚀气体的场所；

（6）合成金属氧化物避雷器投入运行前和每运行满两年后，都应做预防性试验；

（7）氧化锌避雷器采用黄铜双层底盖密封，投入运行后，每隔5年应进行预防性试验，测量泄漏电流时，在避雷器两侧应施加10kV直流电压（交流脉动不大于±1.5%），要求泄漏电流符合其产品规定值；

（8）避雷器接地应符合接地规程要求。

3.3.3 氧化锌避雷器在选型上应注意的问题

首先，在选择上应注意使用场所，场所不同，避雷器的型号也不同。

配电型：保护相应电压等级的开关柜、变压器、箱式变、电缆头等有关配电设备免受大气和操作过电压损坏，宜选择“YH5WS”金属氧化物避雷器。

电站型：保护发电厂、变电所中交流电器设备免受大气过电压和操作过电压的损坏，可选择“YH5WZ”或“Y5WZ”型；

电机型：限制真空断路器或少油断路器投切旋转电机时产生的过电压，保护旋转电机免受操作过电压的损坏，可选择“YH2.5WD”或“Y2.5WD”型；

电容器型：抑制真空断路器或少油断路器操作电容器组产生的过电压，保护电容器组免受操作过电压的损坏，可选“YH5WR”型。

水电站的防雷是一项非常重要的工作,除了设计需要较高的质量要求外,平时电站的运行也离不开必要的检查,确保电站建筑物、设备、人身的安全。氧化锌避雷器也是目前使用相当普遍动作可靠的防雷器件，正确使用，合理维护也是一件举足轻重的关键工作。

［1］季一峰.水电站电气部分.2 版.中国水利水电出版社，1999（8）.

［2］许建安.中小型水电站电气设计手册.中国水利水电出版社，2002（4）.