变电所防雷保护系统工程

变电所防雷保护是一个系统工程，它由3个子系统即三道防线组成：
　第一道防线，即第三子系统期望将侵入变电所的雷电波降低到电气装置绝缘强度允许值以内。我国主要是采用金属氧化物避雷器（MOA），西方国家除用MOA外，还在所有电气装置上安装空气间隙，在MOA失效后空气间隙可作为后备保护。　
第二道防线，即第一子系统的作用是防止雷直击变电所电力设备。
　　雷击是无法阻止的，只能通过拦截导引改变其入地路径。好的设计和建设，能避免破坏性后果。这道防线由拦截受雷（接闪）、引流、接地散流防护系统组成。接闪器有避雷针（线），小变电所大多采用独立避雷针，大变电所大多在变电所架构上采用避雷针或避雷线，或这两者结合，对引流线和接地装置都有严格的要求。
　　宣称××避雷针保护范围大，或××计算方法准确等都不符合实际情况。事实上，避雷针（线）的拦截雷效应，即对被保护物的保护作用（保护范围），与雷电极性、雷电通道电荷分布、空间电荷分布、先导头部电位、放电定位高度、避雷针的数量和高度、被保护物的高度以及相互之间的位置、当时的大气条件和地理条件等因素有关。一般地说，地理条件（包括地貌和地质结构）影响雷击先导阶段电场分布，从而影响到主放电的发展；大气条件的影响是空气湿度和温度愈高，避雷针（线）保护效果就愈小；还有，雷电流幅值（或放电定位高度）愈大，避雷针（线）拦截雷范围就愈大，也即是保护范围愈大。拦截雷的避雷针保护范围与这么多因素有关，而且这些因素中许多是随机性的，能完全免遭雷击的避雷针（线）绝对保护范围是没有的。所谓保护范围是指被保护物在此空间范围内遭受雷击的概率在可接受值之内。各种文件规定的不同保护范围只是允许遭受雷击的概率不同而已。美国推荐性的IEEEstd 142－1991中第3．3．3．1节介绍：计算避雷针保护范围时采用滚球半径（即雷击半径）为30 m，大约保护范围内雷击概率为0．1％，采用45 m，大约为0．5％。
　　企图从一些很不够的条件和参数开发定量求出避雷针（线）不同保护范围绕击率的计算方法，如电气几何击距法，滚球法，抛球法等，都是积极的、有益的。但迄今为止，这些方法算出的避雷针（线）在不同保护范围时的绕击率都是定性的，定量是不可信的。正如前述，避雷针（线）保护范围受很多因素影响，其中一些因素的影响至今无法定量。这些方法中应用的一个关键参数，如电气几何击距法中的击距、滚球法和抛球法中的球半径，定性上是随着雷电流增大而增大，定量就难了。至今，人们还不知击距或球半径30～60 m的长空气隙击穿电压值，不讨论实验室空气间隙放电是否逼真自然雷击放电。至今世界上最大实验室做的最长的雷电冲击波空气间隙放电距离也只有10 m左右，将其向外延长用到30～60 m或以上，有的按3 kV／cm，有的按5 kV／cm推算，得出了很多在同一雷电流下不同击距或球半径的计算公式，这是必然结果。同时，从实验室雷电冲击波10 m左右空气间障放电电压值，外延用于确定30～60 m或以上的自然雷击放电电压值，令人难以置信。
　　此外电气几何击距法、滚球法、抛球法的一个共同特点是谁距离短就击谁，也与实验室获得的放电现象不符合，放电有分散性和曲折多分支路，并不一定击中距离短的物体。
　　鉴于上述理由，电力行业标准DL／T 620－1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》，关于避雷针（线）的保护范围仍沿用过去方法。统计我国4 272变电所运行年的经验，表明按这种方法计算的保护范围绕击率为0．07次／100所·a［5］，这是可以接受的，没有必要改变，否则会造成混乱和浪费。变电所现行的直击雷防护的可靠性，比沿架空输电线路导线侵入的雷电防护高10倍以上。变电所的危险主要来自沿架空输电线路导线上的侵入波。
第三道防线，即第二子系统为进线保护段。
　　雷击进线保护段首端及以外时，绝大部分雷电流被引入地中，只有很小部分的雷电流沿架空线路导线侵入变电所。雷电波沿架空线路导线传播时，受冲击电晕和大地效应影响而衰减，能降到变电所电气装置绝缘强度的允许值。
　　变电所的主要危险是来自进线保护段之内的架空线路遭雷击，反击导线或绕击导线产生雷电侵入波，因此进线段又称危险段。加强进线段防雷保护是十分重要的，要求避雷线具有很好的屏蔽和较高的耐雷水平。不管如何，反击和绕击仍是可能的。因此，变电所设防（第三道防线）要求的进线保护段（危险段）愈短愈好，这样允许侵入波的陡度和幅值较大。
　　由这三个子系统的三道防线构成一个完整的变电所防雷保护系统。这三道防线各负其责，缺一不可，不存在谁替代谁的问题。只是视具体情况不同，哪一道防线设置保护元件多少不同而已。现在市场上的各种防雷保护装置，实际上只是整个防雷保护系统中的一个保护元件，只起某一方面的保护作用，那种把这三道防线割裂开来，孤立设置的方法是错误的。三道防线之间关系密切，互相影响，尤其是二、三道防线之间，若第三道防线能力强，可缩短第二道防线——危险段的长度，提高变电所耐雷可靠性；若第二道防线能力很强，可以减轻第三道防线负担，变电所耐雷可靠性将得到提高。