發(fā)電廠防雷

發(fā)電廠防雷一般是指發(fā)電廠和變電站的防雷，由于許多電力設(shè)備身處其中，而且還有電力系統(tǒng)中最重要的電力設(shè)備―發(fā)電機(jī)和變壓器，因此發(fā)電廠和變電站（以下簡稱發(fā)、變電站）的防雷重要性比線路大。 

如果說輸電線不一定都要架設(shè)避雷線，那么發(fā)、變電站卻要避雷針、避雷線和避雷器三者俱全。

發(fā)、變電站受雷有三個(gè)來源：雷直擊電力設(shè)備；雷直擊避雷針、線后形成的感應(yīng)過電壓；雷直擊輸電線后沿線路的來波。

1、我們先來看第一種情況。在以前的文章中，我曾經(jīng)談到，對一個(gè)100米見方的變電站，在中等落雷地區(qū)（每年打40個(gè)雷），大約27年會(huì)遭受一次雷擊?；蛘哒f如果有一個(gè)地區(qū)，有27個(gè)變電站，那么該地區(qū)平均每年都會(huì)有一個(gè)變電站遭雷打。

如果在雷電易擊區(qū)，則平均每2、3年就要落雷一次。雷電易擊區(qū)一般是指山區(qū)的風(fēng)口處、順風(fēng)的河谷、峽谷以及易形成雷云的四周是山的潮濕盆地；土壤電阻率有突變的地帶，例如巖石與土壤，山坡與稻田的交界處、以及巖石山腳下有小河的山谷處；地下有導(dǎo)電性礦的地面（即雷喜歡朝土壤電阻率小的地方打）；良好土壤和植被的山丘，雷易擊于山頂和山的向陽坡。

所以我們在選址時(shí)應(yīng)該盡量躲開這些地區(qū)，并且所有的發(fā)、變電站都必須裝設(shè)防直擊雷裝置―避雷針或避雷線。裝了避雷針、線后，根據(jù)我國的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，發(fā)、變電站的雷電繞擊事故率約為0.2～0.3次/百所年，即對一個(gè)發(fā)、變電站而言，1000年才會(huì)遇到雷擊2～3次，所以避雷針、線的防雷效果還是相當(dāng)有效的。

2、我們再來看第二種情況。有了上述第一道防線后，發(fā)、變電站還是會(huì)發(fā)生雷擊事故，這就是由感應(yīng)雷引起的，對于感應(yīng)雷的解釋，以前的文章也進(jìn)行過解釋。

感應(yīng)雷會(huì)使35kV及以下的母線和設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的故障，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，變電站35kV及以下側(cè)的感應(yīng)過電壓事故率約為1次/百所年，所以避雷針應(yīng)盡量遠(yuǎn)離電力設(shè)備。

3、由于線路落雷次數(shù)多，所以第三種情況最頻繁。線路的絕緣一般比發(fā)、變電站設(shè)備的絕緣為高。

例如110千伏線路，每串有7個(gè)―4.5絕緣子，其沖擊絕緣強(qiáng)度為700千伏，說明沿線路可能有700kV的雷電波進(jìn)到變電站，因?yàn)榻?jīng)濟(jì)上的原因，相同電壓等級的變壓器的出廠全波試驗(yàn)電壓只有480kV，所以變壓器幾乎必壞無疑。

限制這種侵入波的主要設(shè)備是避雷器，但這還不夠，由于制造上的原因，避雷器的通流容量有一定的限制，一般在5kA到15kA的范圍內(nèi)。而在我國，每100次雷中，大約平均有73次的雷電流會(huì)達(dá)到15kA，所以此時(shí)避雷器也幾乎必壞無疑。

解決的辦法就是在臨近變電站的1～2公里線路上架設(shè)避雷線，這稱為進(jìn)線段。由于進(jìn)線段導(dǎo)線本身阻抗的作用，流過避雷器的雷電流將受到限制，而且沿導(dǎo)線的來波陡度也將由于沖擊電暈的作用而大為降低。

有了進(jìn)線段之后，沿線來波把避雷器打壞的很少。據(jù)我國的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，110～220kV變電站侵入雷電波事故率約為0.5次/百所年，即一個(gè)變電站的耐雷壽命有200年，35kV變電站侵入雷電波事故率約為0.67次/百所年，即一個(gè)變電站的耐雷壽命約為150年，這是因?yàn)?5kV電壓等級的設(shè)備本身絕緣較低的原因。

最后談?wù)勑D(zhuǎn)電機(jī)的防雷，在這里特別提到旋轉(zhuǎn)，是因?yàn)樽儔浩魇庆o止的。世界上的事情就是這么奇怪，電力系統(tǒng)中最重要的兩個(gè)設(shè)備，一個(gè)旋轉(zhuǎn)，一個(gè)卻靜止，其實(shí)這就是一陰一陽謂之道也！就是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)是旋轉(zhuǎn)的，所以它的防雷具有以下特點(diǎn)：

1、發(fā)電機(jī)是整個(gè)電力系統(tǒng)的源泉，特別在獨(dú)立電廠中更是如此。當(dāng)它遭受雷擊時(shí)，可能產(chǎn)生強(qiáng)大的電流將定子鐵心燒壞。

下圖是國外一個(gè)發(fā)電廠因?yàn)槔讚粼斐砂l(fā)電機(jī)的定子故障。

再下面一張是定子鐵心被燒壞的局部特寫圖。 

這種結(jié)構(gòu)修理起來特別困難，而且需要花費(fèi)很長的時(shí)間。因此對大容量的或者特別重要的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，防雷保護(hù)要求特別可靠。 

2、旋轉(zhuǎn)電機(jī)由于結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，其絕緣水平比較低。因?yàn)樗慕^緣物是放在定子鐵心的槽中的，在制造過程中需要將線圈壓進(jìn)槽內(nèi)，這可能會(huì)使絕緣物受到損傷。又由于它不能像變壓器那樣放在油中，所以只能完全靠固體介質(zhì)來絕緣，這樣在制造過程中就可能產(chǎn)生氣泡，從而容易發(fā)生局部放電。同時(shí)它也不能像變壓器線圈那樣能采用電容補(bǔ)償?shù)却胧﹣硎箾_擊電壓分布均勻。所以電機(jī)的絕緣水平比起同級變壓器來要弱得多，例如出廠時(shí)前者的沖擊耐壓只有后者的三分之一左右。 

3、電機(jī)絕緣在運(yùn)行中老化速率較快，這是因?yàn)樗幍臈l件比變壓器要差得多的緣故。電機(jī)在運(yùn)行中可能受潮，受污，也可能受到臭氧等化學(xué)成分的侵蝕，同時(shí)又經(jīng)常受到機(jī)械力（如震動(dòng)，短路電流沖擊以及熱脹冷縮等）的作用。電機(jī)的絕緣介質(zhì)受到破壞后的累積效應(yīng)也比較強(qiáng)，特別在導(dǎo)線出槽處，由于電場極不均勻，所以每逢過電壓作用時(shí)該處絕緣就受到一次輕微損傷，時(shí)間一長就可能發(fā)生擊穿。

綜上所述，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的防雷元件只靠避雷器就不夠了，一般需要避雷器、電容器、電抗器和電纜段。

下圖是該發(fā)電廠采用了前兩種設(shè)備（避雷器和三相脈沖電容器）進(jìn)行了聯(lián)合保護(hù)。   

另外還要注意：由于電機(jī)的絕緣水平很低，出廠時(shí)的沖擊耐壓也很低，用一般的保護(hù)變壓器或電站的避雷器都不行，因?yàn)樗鼈兊臍垑壕劝l(fā)電機(jī)的沖擊耐壓要高，因此只能使用專門的殘壓低的避雷器。又因?yàn)殡娙萜魃系碾妷翰荒芡蛔?，在雷電沖擊到達(dá)瞬間，電容等于短路，然后逐步充電，這就限制了來波上升的速度，同時(shí)降低了來波幅值，這正是我們需要的結(jié)果。