如何保护发电厂和变电所免受雷电过电压的影响？

7.1　发电厂和变电所的直击雷过电压保护

7.1.1　发电厂和变电所的直击雷过电压保护可采用避雷针或避雷线。下列设施应装设直击雷保护装置：

a）屋外配电装置，包括组合导线和母线廊道；

b）火力发电厂的烟囱、冷却塔和输煤系统的高建筑物；

c）油处理室、燃油泵房、露天油罐及其架空管道、装卸油台、易燃材料仓库等建筑物；

d）乙炔发生站、制氢站、露天氢气罐、氢气罐储存室、天然气调压站、天然气架空管道及其露天贮罐；

e）多雷区的列车电站。

7.1.2　发电厂的主厂房、主控制室和配电装置室一般不装设直击雷保护装置。为保护其他设备而装设的避雷针，不宜装在独立的主控制室和35kV及以下变电所的屋顶上。但采用钢结构或钢筋混凝土结构等有屏蔽作用的建筑物的车间变电所可不受此限制。

雷电活动特殊强烈地区的主厂房、主控制室和配电装置室宜设直击雷保护装置。

主厂房如装设避直击雷保护装置或为保护其他设备而在主厂房上装设避雷针，应采取加强分流、装设集中接地装置、设备的接地点尽量远离避雷针接地引下线的入地点、避雷针接地引下线尽量远离电气设备等防止反击的措施，并宜在靠近避雷针的发电机出口处装设一组旋转电机阀式避雷器。

主控制室、配电装置室和35kV及以下变电所的屋顶上如装设直击雷保护装置时，若为金属屋顶或屋顶上有金属结构，则将金属部分接地；若屋顶为钢筋混凝土结构，则将其焊接成网接地；若结构为非导电的屋顶时，则采用避雷带保护，该避雷带的网格为8m～10m，每隔10m～20m设引下线接地。

上述接地引下线应与主接地网连接，并在连接处加装集中接地装置。

峡谷地区的发电厂和变电所宜用避雷线保护。

已在相邻高建筑物保护范围内的建筑物或设备，可不装设直击雷保护装置。

屋顶上的设备金属外壳、电缆金属外皮和建筑物金属构件均应接地。

7.1.3　露天布置的GIS的外壳不需装设直击雷保护装置，但应接地。

7.1.4　发电厂和变电所有爆炸危险且爆炸后可能波及发电厂和变电所内主设备或严重影响发供电的建构筑物（如制氢站、露天氢气贮罐、氢气罐储存室、易燃油泵房、露天易燃油贮罐、厂区内的架空易燃油管道、装卸油台和天然气管道以及露天天然气贮罐等），应用独立避雷针保护，并应采取防止雷电感应的措施。

避雷针与易燃油贮罐和氢气天然气等罐体及其呼吸阀等之间的空气中距离，避雷针及其接地装置与罐体、罐体的接地装置和地下管道的地中距离应符合7.1.11a）及7.1.11b）的要求。避雷针与呼吸阀的水平距离不应小于3m，避雷针尖高出呼吸阀不应小于3m。避雷针的保护范围边缘高出呼吸阀顶部不应小于2m。避雷针的接地电阻不宜超过10Ω。在高土壤电阻率地区，如接地电阻难于降到10Ω，允许采用较高的电阻值，但空气中距离和地中距离必须符合7.1.11的要求。避雷针与5000m3以上贮罐呼吸阀的水平距离不应小于5m，避雷针尖高出呼吸阀不应小于5m。

露天贮罐周围应设闭合环形接地体，接地电阻不应超过30Ω（无独立避雷针保护的露天贮罐不应超过10Ω），接地点不应小于两处，接地点间距不应大于30m。架空管道每隔20m～25m应接地一次，接地电阻不应超过30Ω。易燃油贮罐的呼吸阀、易燃油和天然气贮罐的热工测量装置应进行重复接地，即与贮罐的接地体用金属线相连。不能保持良好电气接触的阀门、法兰、弯头等管道连接处应跨接。

7.1.5　7.1.1中所述设施上的直击雷保护装置包括兼作接闪器的设备金属外壳、电缆金属外皮、建筑物金属构件等，其接地可利用发电厂或变电所的主接地网，但应在直击雷保护装置附近装设集中接地装置。

7.1.6　独立避雷针（线）宜设独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区，其接地电阻不宜超过10Ω。当有困难时，该接地装置可与主接地网连接，但避雷针与主接地网的地下连接点至35kV及以下设备与主接地网的地下连接点之间，沿接地体的长度不得小于15m。

独立避雷针不应设在人经常通行的地方，避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜小于3m，否则应采取均压措施，或铺设砾石或沥青地面，也可铺设混凝土地面。

7.1.7　110kV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的架构或房顶上，但在土壤电阻率大于1000Ω·m的地区，宜装设独立避雷针。否则，应通过验算，采取降低接地电阻或加强绝缘等措施。

66kV的配电装置，允许将避雷针装在配电装置的架构或房顶上，但在土壤电阻率大于500Ω·m的地区，宜装设独立避雷针。

35kV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针。

装在架构上的避雷针应与接地网连接，并应在其附近装设集中接地装置。装有避雷针的架构上，接地部分与带电部分间的空气中距离不得小于绝缘子串的长度；但在空气污秽地区，如有困难，空气中距离可按非污秽区标准绝缘子串的长度确定。

除水力发电厂外，装设在架构（不包括变压器门型架构）上的避雷针与主接地网的地下连接点至变压器接地线与主接地网的地下连接点之间，沿接地体的长度不得小于15m。

7.1.8　除水力发电厂外，在变压器门型架构上和在离变压器主接地线小于15m的配电装置的架构上，当土壤电阻率大于350Ω·m时，不允许装设避雷针、避雷线；如不大于350Ω·m，则应根据方案比较确有经济效益，经过计算采取相应的防止反击措施，并至少遵守下列规定，方可在变压器门型架构上装设避雷针、避雷线：

a）装在变压器门型架构上的避雷针应与接地网连接，并应沿不同方向引出3根～4根放射形水平接地体，在每根水平接地体上离避雷针架构3m～5m处装设一根垂直接地体；

b）直接在3kV～35kV变压器的所有绕组出线上或在离变压器电气距离不大于5m条件下装设阀式避雷器。

高压侧电压35kV变电所，在变压器门型架构上装设避雷针时，变电所接地电阻不应超过4Ω（不包括架构基础的接地电阻）。

7.1.9　110kV及以上配电装置，可将线路的避雷线引接到出线门型架构上，土壤电阻率大于1000Ω·m的地区，应装设集中接地装置。

35kV、66kV配电装置，在土壤电阻率不大于500Ω·m的地区，允许将线路的避雷线引接到出线门型架构上，但应装设集中接地装置。在土壤电阻率大于500Ω·m的地区，避雷线应架设到线路终端杆塔为止。从线路终端杆塔到配电装置的一档线路的保护，可采用独立避雷针，也可在线路终端杆塔上装设避雷针。

7.1.10　火力发电厂烟囱附近的引风机及其电动机的机壳应与主接地网连接，并应装设集中接地装置，该接地装置宜与烟囱的接地装置分开。如不能分开，引风机的电源线应采用带金属外皮的电缆，电缆的金属外皮应与接地装置连接。机械通风冷却塔上电动机的电源线、装有避雷针和避雷线的架构上的照明灯电源线，均必须采用直接埋入地下的带金属外皮的电缆或穿入金属管的导线。电缆外皮或金属管埋地长度在10m以上，才允许与35kV及以下配电装置的接地网及低压配电装置相连接。

严禁在装有避雷针、避雷线的构筑物上架设未采取保护措施的通信线、广播线和低压线。

7.1.11　独立避雷针、避雷线与配电装置带电部分间的空气中距离以及独立避雷针、避雷线的接地装置与接地网间的地中距离。

a）独立避雷针与配电装置带电部分、发电厂和变电所电气设备接地部分、架构接地部分之间的空气中距离，应符合式（15）的要求：

式中：Sa——空气中距离，m；

Ri——避雷针的冲击接地电阻，Ω；

h——避雷针校验点的高度，m。

b）独立避雷针的接地装置与发电厂或变电所接地网间的地中距离，应符合式（16）的要求：

式中：Se——地中距离，m。

c）避雷线与配电装置带电部分、发电厂和变电所电气设备接地部分以及架构接地部分间的空气中距离，应符合下列要求：

对一端绝缘另一端接地的避雷线：

式中：h——避雷线支柱的高度，m；

Δl——避雷线上校验的雷击点与接地支柱的距离，m。

对两端接地的避雷线：

式中：β＇——避雷线分流系数；

Δl——避雷线上校验的雷击点与最近支柱间的距离，m。

避雷线分流系数可按式（19）计算：

式中：l2——避雷线上校验的雷击点与另一端支柱间的距离，l2＝l＇－Δl，m；

l＇——避雷线两支柱间的距离，m；

τt——雷电流波头长度，一般取2.6μs。

d）避雷线的接地装置与发电厂或变电所接地网间的地中距离，应符合下列要求：

对一端绝缘另一端接地的避雷线，应按式（16）校验。对两端接地的避雷线应按式（20）校验：

e）除上述要求外，对避雷针和避雷线，Sa不宜小于5m，Se不宜小于3m。

对66kV及以下配电装置，包括组合导线、母线廊道等，应尽量降低感应过电压，当条件许可时，Sa应尽量增大。

7.2　范围Ⅱ发电厂和变电所高压配电装置的雷电侵入波过电压保护

7.2.1　2km架空进线保护段范围内的杆塔耐雷水平应该符合表7的要求。应采取措施防止或减少近区雷击闪络。

7.2.2　具有架空进线电气设备采用标准绝缘水平的330kV发电厂和变电所敞开式高压配电装置中，金属氧化物避雷器至主变压器的距离，对于单、双、三和四回进线的情况，分别为90m、140m、170m和190m。对其他电器的最大距离可相应增加35%。

7.2.3　敞开式发电厂和变电所采用1断路器主接线时，金属氧化物避雷器宜装设在每回线路的入口和每一主变压器回路上，母线较长时是否需装设避雷器可通过校验确定。

7.2.4　采用GIS、主接线为1断路器的发电厂和变电所，金属氧化物避雷器宜安装于每回线路的入口，每组母线上是否安装需经校验确定。当升压变压器经较长的气体绝缘管道或电缆接至GIS母线时（如水力发电厂）以及接线复杂的GIS发电厂和变电所的避雷器的配置可通过校验确定。

7.2.5　范围Ⅱ的变压器和高压并联电抗器的中性点经接地电抗器接地时，中性点上应装设金属氧化物避雷器保护。

7.3　范围Ⅰ发电厂和变电所高压配电装置的雷电侵入波过电压保护

7.3.1　发电厂和变电所应采取措施防止或减少近区雷击闪络。未沿全线架设避雷线的35kV～110kV架空送电线路，应在变电所1km～2km的进线段架设避雷线。

220kV架空送电线路，在2km进线保护段范围内以及35kV～110kV线路在1km～2km进线保护段范围内的杆塔耐雷水平应该符合表7的要求。

进线保护段上的避雷线保护角宜不超过20°，最大不应超过30°。

7.3.2　未沿全线架设避雷线的35kV～110kV线路，其变电所的进线段应采用图10所示的保护接线。(www.xing528.com)

图10　35kV～110kV变电所的进线保护接线

在雷季，如变电所35kV～110 kV进线的隔离开关或断路器可能经常断路运行，同时线路侧又带电，必须在靠近隔离开关或断路器处装设一组排气式避雷器FE。FE外间隙距离的整定，应使其在断路运行时，能可靠地保护隔离开关或断路器，而在闭路运行时不动作。如FE整定有困难，或无适当参数的排气式避雷器，则可用阀式避雷器代替。

全线架设避雷线的35kV～220kV变电所，其进线的隔离开关或断路器与上述情况相同时，宜在靠近隔离开关或断路器处装设一组保护间隙或阀式避雷器。

7.3.3　发电厂、变电所的35kV及以上电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设阀式避雷器，其接地端应与电缆金属外皮连接。对三芯电缆，末端的金属外皮应直接接地[图11（a）]；对单芯电缆，应经金属氧化物电缆护层保护器（FC）或保护间隙（FG）接地[图11（b）]。

图11　具有35kV及以上电缆段的变电所进线保护接线

（a）三芯电缆段的变电所进线保护接线；（b）单芯电缆段的变电所进线保护接线

如电缆长度不超过50m或虽超过50m，但经校验，装一组阀式避雷器即能符合保护要求，图11中可只装F1或F2。

如电缆长度超过50m，且断路器在雷季可能经常断路运行，应在电缆末端装设排气式避雷器或阀式避雷器。

连接电缆段的1km架空线路应架设避雷线。

全线电缆—变压器组接线的变电所内是否需装设阀式避雷器，应视电缆另一端有无雷电过电压波侵入的可能，经校验确定。

7.3.4　具有架空进线的35kV及以上发电厂和变电所敞开式高压配电装置中阀式避雷器的配置。

a）每组母线上应装设阀式避雷器。阀式避雷器与主变压器及其他被保护设备的电气距离超过表11或表12的参考值时，可在主变压器附近增设一组阀式避雷器。

表11　普通阀式避雷器至主变压器间的最大电气距离　m

注　1　全线有避雷线进线长度取2km，进线长度在1km～2km间时的距离按补插法确定，表12同此。
2　35kV也适用于有串联间隙金属氧化物避雷器的情况。

变电所内所有阀式避雷器应以最短的接地线与配电装置的主接地网连接，同时应在其附近装设集中接地装置。

b）35kV及以上装有标准绝缘水平的设备和标准特性阀式避雷器且高压配电装置采用单母线、双母线或分段的电气主接线时，碳化硅普通阀式避雷器与主变压器间的最大电气距离可参照表11确定。对其他电器的最大距离可相应增加35%。

金属氧化物避雷器与主变压器间的最大电气距离可参照表12确定。对其他电器的最大距离可相应增加35%。

表12　金属氧化物避雷器至主变压器间的最大电气距离　m

注1　本表也适用于电站碳化硅磁吹避雷器（FM）的情况。
2　表12括号内距离对应的雷电冲击全波耐受电压为850kV。

注

1　标准绝缘水平指35kV、66kV、110kV及220kV变压器、电压互感器标准雷电冲击全波耐受电压分别为200kV、325kV、480kV及950kV。

2　110kV及220kV金属氧化物避雷器在标称放电电流下的残压分别为260kV及520kV。

c）架空进线采用双回路杆塔，有同时遭到雷击的可能，确定阀式避雷器与变压器最大电气距离时，应按一路考虑，且在雷季中宜避免将其中一路断开。

d）对电气接线比较特殊的情况，可用计算方法或通过模拟试验确定最大电气距离。

7.3.5　有效接地系统中的中性点不接地的变压器，如中性点采用分级绝缘且未装设保护间隙，应在中性点装设雷电过电压保护装置，且宜选变压器中性点金属氧化物避雷器。如中性点采用全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行，也应在中性点装设雷电过电压保护装置。

不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统中的变压器中性点，一般不装设保护装置，但多雷区单进线变电所且变压器中性点引出时，宜装设保护装置；中性点接有消弧线圈的变压器，如有单进线运行可能，也应在中性点装设保护装置。该保护装置可任选金属氧化物避雷器或碳化硅普通阀式避雷器。

7.3.6　自耦变压器必须在其两个自耦合的绕组出线上装设阀式避雷器，该阀式避雷器应装在自耦变压器和断路器之间，并采用图12的保护接线。

7.3.7　35kV～220kV开关站，应根据其重要性和进线路数等条件，在母线上或进线上装设阀式避雷器。

图12　自耦变压器的典型保护接线

7.3.8　与架空线路连接的三绕组自耦变压器、变压器（包括一台变压器与两台电机相连的三绕组变压器）的低压绕组如有开路运行的可能和发电厂双绕组变压器当发电机断开由高压侧倒送厂用电时，应在变压器低压绕组三相出线上装设阀式避雷器，以防来自高压绕组的雷电波的感应电压危及低压绕组绝缘；但如该绕组连有25m及以上金属外皮电缆段，则可不必装设避雷器。

7.3.9　变电所的3kV～10kV配电装置（包括电力变压器），应在每组母线和架空进线上装设阀式避雷器（分别采用电站和配电阀式避雷器），并应采用图13所示的保护接线。母线上阀式避雷器与主变压器的电气距离不宜大于表13所列数值。

表13　阀式避雷器至3kV～10kV主变压器的最大电气距离

图13　3kV～10kV配电装置雷电侵入波的保护接线

架空进线全部在厂区内，且受到其地建筑物屏蔽时，可只在母线上装设阀式避雷器。

有电缆段的架空线路，阀式避雷器应装设在电缆头附近，其接地端应和电缆金属外皮相连。如各架空进线均有电缆段，则阀式避雷器与主变压器的最大电气距离不受限制。

阀式避雷器应以最短的接地线与变电所、配电所的主接地网连接（包括通过电缆金属外皮连接）。阀式避雷器附近应装设集中接地装置。

3kV～10kV配电所，当无所用变压器时，可仅在每路架空进线上装设阀式避雷器。

注：配电所指所内仅有起开闭和分配电能作用的配电装置，而母线上无主变压器。

7.4　气体绝缘全封闭组合电器（GIS）变电所的雷电侵入波过电压保护

7.4.1　66kV及以上进线无电缆段的GIS变电所，在GIS管道与架空线路的连接处，应装设金属氧化物避雷器（FMO1），其接地端应与管道金属外壳连接，如图14所示。

图14　无电缆段进线的GIS变电所保护接线

如变压器或GIS一次回路的任何电气部分至FMO1间的最大电气距离不超过下列参考值或虽超过，但经校验，装一组避雷器即能符合保护要求，则图14中可只装设FMO1：

66kV　　　　　50m

110kV及220kV　130m

连接GIS管道的架空线路进线保护段的长度应不小于2km，且应符合7.2.1或7.2.2的要求。

7.4.2　66kV及以上进线有电缆段的GIS变电所，在电缆段与架空线路的连接处应装设金属氧化物避雷器（FMO1），其接地端应与电缆的金属外皮连接。对三芯电缆，末端的金属外皮应与GIS管道金属外壳连接接地[图15（a）]；对单芯电缆，应经金属氧化物电缆护层保护器（FC）接地[图15（b）]。

电缆末端至变压器或GIS一次回路的任何电气部分间的最大电气距离不超过7.4.1中的参考值或虽超过，但经校验，装一组避雷器即能符合保护要求，图15中可不装设FMO2。

对连接电缆段的2km架空线路应架设避雷线。

7.4.3　进线全长为电缆的GIS变电所内是否需装设金属氧化物避雷器，应视电缆另一端有无雷电过电压波侵入的可能，经校验确定。

7.5　小容量变电所雷电侵入波过电压的简易保护

图15　有电缆段进线的GIS变电所保护接线

（a）三芯电缆段进线的GIS变电所保护接线；（b）单芯电缆段进线的GIS变电所保护接线

7.5.1　3150kVA～5000kVA的变电所35kV侧，可根据负荷的重要性及雷电活动的强弱等条件适当简化保护接线，变电所进线段的避雷线长度可减少到500m～600m，但其首端排气式避雷器或保护间隙的接地电阻不应超过5Ω（图16）。

图16　3150kVA～5000kVA、35kV变电所的简易保护接线

7.5.2　小于3150kVA供非重要负荷的变电所35kV侧，根据雷电活动的强弱，可采用图17（a）的保护接线；容量为1000kVA及以下的变电所，可采用图17（b）的保护接线。

7.5.3　小于3150kVA供非重要负荷的35kV分支变电所，根据雷电活动的强弱，可采用图18的保护接线。

图17　小于3150kVA变电所的简易保护

（a）采用避雷线保护的接线；（b）不采用避雷线保护的接线

图18　小于3150kVA 分支变电所的简易保护

（a）分支线较短时的保护接线；（b）分支线较长时的保护接线

7.5.4　简易保护接线的变电所35kV侧，阀式避雷器与主变压器或电压互感器间的最大电气距离不宜超过10m。