三、變電所防雷措施及對(duì)電子設(shè)備保護(hù)的不足
3.1避雷針
為免遭直擊雷破壞，變電所一般設(shè)有獨(dú)立避雷針和構(gòu)架避雷針，有些峽谷地帶變電所則采用避雷線保護(hù)。其結(jié)構(gòu)均分為接閃器、引下線和接地體，防雷原理相同。
為了防止反擊，要求避雷針與被保護(hù)設(shè)備之間空中距離不小于5m，地中距離不小于3m。構(gòu)架避雷針一般用于110kV及以上，且裝設(shè)集中接地裝置后與主地網(wǎng)連接。
獨(dú)立避雷針的保護(hù)范圍對(duì)地面為1.5h（針高），對(duì)超過針高一半的空間其保護(hù)范圍只能在45°角內(nèi)校核。目前國際上流行的一種滾球法理論校核獨(dú)立避雷針的保護(hù)范圍比較符合實(shí)際。滾球法理論認(rèn)為直擊和繞擊與雷云帶電量有關(guān)，能量越小的雷越易產(chǎn)生繞擊。可形象地解釋為一個(gè)半徑與雷云帶電量成比例的以雷云先導(dǎo)為圓心的球，滾落在地面上，到碰到避雷針尖為止。球與地面接觸點(diǎn)到針尖這段弧，如果碰不到被保護(hù)物體，則被保護(hù)物處在保護(hù)范圍內(nèi)。如中等強(qiáng)度的雷云（U0=50MV），按雷電先導(dǎo)的閃擊距離公式rs=1.63U01.75，可得球的半徑為133m。在此情況下得出的保護(hù)半徑比有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)程的大一些。按防雷規(guī)范校核保護(hù)范圍，一般110kV中等規(guī)模變電所采用3～5根，35kV變電所1～４根30m左右避雷針，以覆蓋全所被保護(hù)區(qū)。
微波塔也是一種獨(dú)立避雷針。對(duì)于所內(nèi)設(shè)有微波塔的，規(guī)程規(guī)定微波塔必須與通信室地網(wǎng)連接。通訊室和主控室地網(wǎng)一體，雷電流通過主控室地網(wǎng)泄放。按前面分析，如果高壓配電室、主控室、通訊室內(nèi)保護(hù)、監(jiān)控、計(jì)量表、RTU等接于相距較遠(yuǎn)的地網(wǎng)，且之間又有電的聯(lián)系時(shí)，所內(nèi)電子設(shè)備遭受的反擊機(jī)率更大。
避雷針的年雷擊次數(shù)，可按經(jīng)驗(yàn)公式N=0.015?n?k（l+5h）（b+5h）10-6計(jì)算[4]。其中n為年雷暴日數(shù)，K為校正系數(shù)金屬結(jié)構(gòu)取2。l、b、h分別為建筑物的長(zhǎng)、寬、高。按該式在年雷暴日為40的地區(qū),35kV室外終端變電所，母線構(gòu)架5.5m高，受雷擊概率為每年0.000454次，而加１根30m高避雷針后，則每年將受0.027次雷擊。如果一個(gè)變電所有４根針，每邊相距50m，雷擊概率則為0.048次／年。
避雷針大大增加雷擊概率，使得依附于一次設(shè)備的目前正在大量更新的保護(hù)、監(jiān)控、綜自及通訊等微電子設(shè)備感受雷害的機(jī)率大大增加，損壞方式也多種多樣，使電力生產(chǎn)帶來很大的損失。
3.2避雷器
為了防護(hù)感應(yīng)雷和輸電線路的雷電侵入波的危害，變電所采用了避雷器。以前裝設(shè)的避雷器大多為裝在線路端的管型避雷器和裝在母線、設(shè)備處的閥型避雷器，目前均由性能更好的金屬氧化物避雷器所取代。
由于雷電侵入波主要對(duì)35kV以下系統(tǒng)危害較大，變電所著重對(duì)35kV和10kV線路入侵波進(jìn)行防護(hù)。對(duì)35kV架空進(jìn)線，一般是采用進(jìn)線段1～2km的架空避雷線配其兩端的管型避雷器進(jìn)行防護(hù)。對(duì)10kV線路，則每條進(jìn)線均采用一組閥型或氧化鋅避雷器進(jìn)行防護(hù)。對(duì)3～10kV配電變壓器，一般只規(guī)定了高壓側(cè)采用閥型避雷器的保護(hù)，對(duì)多雷區(qū)外送的Y/Y0連接的變壓器的只規(guī)定了裝設(shè)以防變波及低壓側(cè)雷電入侵波擊穿變壓器高壓側(cè)絕緣的避雷器。
上述防護(hù)措施未考慮低壓部分過電壓，未考慮雷電入侵波或危險(xiǎn)電位通過進(jìn)所金屬管線引入構(gòu)成對(duì)電子設(shè)備的威脅。
3.3建筑物內(nèi)的防雷措施
室外變電所的建筑物一般有高壓室、主控室、通訊室以及部分附屬住宅樓辦公樓等。按建筑物防雷等級(jí)劃分，變電所生產(chǎn)性建筑物一般被劃分為第三類工業(yè)建筑。由于設(shè)計(jì)時(shí)一般將此類建筑物置于變電所避雷針保護(hù)范圍，因此除通訊室按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行過防雷處理外，其它部分因不設(shè)屋面避雷針和避雷帶，故均壓帶以及利用建筑物鋼筋作分流線和組成法拉第籠屏蔽網(wǎng)等措施均未采用。對(duì)于防雷電波入侵，引入建筑物內(nèi)的纜線等一般均通過與接地網(wǎng)連成一體的電纜溝支架和電纜豎井支架引入，且部分電纜作了兩端屏蔽接地處理。
由于以往建筑物防雷未考慮當(dāng)今大量電子設(shè)備的防護(hù)問題，致使許多已建和在建的建筑物，存在嚴(yán)重的防雷先天缺陷。電子設(shè)備防感應(yīng)雷基本上靠機(jī)殼和內(nèi)部措施，使其可靠性下降。
3.4建筑物的地網(wǎng)及金屬部分處理
由于變電所建筑物未考慮直擊雷泄流通路，其地網(wǎng)處理一般是與所內(nèi)主接地網(wǎng)相連。雖然許多規(guī)程中分出了防雷地、交流地、直流地、保護(hù)地、數(shù)據(jù)地，但是執(zhí)行起來很不易，一是條件苛刻，場(chǎng)地狹小;二是所用設(shè)備規(guī)模不大，沒有必要分得太清，于是造成了事實(shí)上的聯(lián)合地網(wǎng)。現(xiàn)代研究認(rèn)為，這種聯(lián)合地網(wǎng)經(jīng)濟(jì)有效，并且可以解決各地網(wǎng)在內(nèi)外過電壓時(shí)產(chǎn)生的電位差，造成對(duì)耐受水平低的電子設(shè)備的反擊。不過聯(lián)合地網(wǎng)必須通過合理布置接地線和等電位處理技術(shù)及裝置本身的電磁兼容防護(hù)來解決設(shè)備的安全問題。
目前變電所的聯(lián)合地網(wǎng)從主控室到高壓室以及到室外高壓配電裝置，因?yàn)榫嚯x遠(yuǎn)、面積大，各種電子設(shè)備之間的聯(lián)系復(fù)雜，地網(wǎng)各點(diǎn)電位不同易造成設(shè)備工作出錯(cuò)和損壞。其中影響最大的是高頻電纜、長(zhǎng)距離導(dǎo)引電纜、控制電纜，以及就地布置電子設(shè)備與主控制室之間的網(wǎng)絡(luò)線等。
建筑物內(nèi)金屬門窗、玻璃幕墻、吊頂龍骨架、燈線、管線等，常常予以忽視，未作接地。還有二次回路使用的直流蓄電池作浮點(diǎn)運(yùn)行（特別是舊式電池體積龐大），這些都是雷電二次效應(yīng)的推波助瀾者，是電子設(shè)備潛在的殺手。
四、變電所加強(qiáng)防雷措施
變電所傳統(tǒng)防雷措施對(duì)高壓電氣設(shè)備的防護(hù)是有效的，但對(duì)電子設(shè)備的防護(hù)并不恰當(dāng)，為了適應(yīng)智能化變電所的發(fā)展要求，必須在原定防雷措施基礎(chǔ)上，更進(jìn)一步進(jìn)行防范。采取措施的原則是分區(qū)防護(hù)、三級(jí)過壓保護(hù)、多重屏蔽、均衡電位、浮點(diǎn)電位牽制。根據(jù)1992年國際建筑物防雷會(huì)議上IEC/TC81中提出的防雷保護(hù)區(qū)的新概念，對(duì)變電的的防雷化分為三個(gè)區(qū)進(jìn)行分級(jí)防護(hù)，根據(jù)設(shè)備的敏感性和重要性進(jìn)行加強(qiáng)屏蔽可以起到事半功倍的效果。
4.1第一級(jí)防護(hù)區(qū)為全所范圍內(nèi)的高壓設(shè)備部分和高壓線路的進(jìn)線段保護(hù)范圍。主要措施為獨(dú)立避雷針、構(gòu)架避雷針、架空避雷線、高壓避雷器、設(shè)備引下線、主接地網(wǎng)和微波塔及其接地。其主要任務(wù)為引雷、泄流、限幅、均壓，完成基本的防雷功能。
由于避雷針的采用增加了雷擊概率，感應(yīng)雷對(duì)電子設(shè)備的危害機(jī)率增加。為了減輕雷擊感應(yīng)幅射，有些工程采用了帶屏蔽作用的引下線，有的采用多條引下線分流，這些措施均可起到一定作用。
另外有些變電所以前選用了導(dǎo)體消雷器、半導(dǎo)體消雷器、少長(zhǎng)針消雷器等多種類型的無源消雷器。其評(píng)價(jià)褒貶不一，不過有一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí):消雷器的保護(hù)范圍至少與同等高度避雷針一樣。對(duì)于消雷器的運(yùn)行，只要其接地滿足防雷規(guī)范要求，空間和地中安全距離以及保護(hù)范圍滿足規(guī)程要求，就應(yīng)當(dāng)繼續(xù)使用作好觀察記錄。如能夠消雷或部分消雷，都將會(huì)對(duì)電子設(shè)備有益。
4.2第二級(jí)防護(hù)區(qū)包括進(jìn)出變電所管線、二次電纜、端子箱、所用電系統(tǒng)及微波天饋線。其主要任務(wù)是防感應(yīng)雷過電壓和侵入波過電壓的傳遞，以及危險(xiǎn)電位內(nèi)引外送。
4.2.1進(jìn)出所管線處理
進(jìn)出所管線包括水管、煤氣管、熱力管、電源線、縱聯(lián)保護(hù)導(dǎo)引線、信息傳輸線等。進(jìn)所金屬管類均應(yīng)直埋進(jìn)所，并與地網(wǎng)分幾處連接，且宜在進(jìn)所前經(jīng)絕緣管道隔離后引入。所用電源一般不外送，如內(nèi)引應(yīng)經(jīng)隔離變壓器引入，引入前穿管直埋15m進(jìn)所。仍采用縱聯(lián)導(dǎo)引線保護(hù)的，導(dǎo)引線應(yīng)按部頒反措經(jīng)隔離變壓器后引入，進(jìn)所部分穿管直埋。進(jìn)出所的信息傳輸線纜應(yīng)穿管直埋入所并經(jīng)保安單元或相應(yīng)的數(shù)據(jù)避雷器后引入機(jī)房。有金屬線的光纜穿管直埋入所先經(jīng)接地匯接排后才能引入機(jī)房。接地的波導(dǎo)管本身具有良好的防雷作用，不需加避雷器，按規(guī)程沿路接地即可，對(duì)同軸電纜天饋線應(yīng)加裝相應(yīng)高頻避雷器，避雷器的地線就近與機(jī)房的接地匯接排相連。
4.2.2二次電纜及端子箱
直接與電子設(shè)備屏柜和裝置相連的控制信號(hào)電纜、電流、電壓回路電纜都應(yīng)該采用屏蔽電纜，且屏蔽層金屬保護(hù)層及備用芯均應(yīng)兩端接地。端子箱及斷路器機(jī)構(gòu)箱、匯控柜等不管內(nèi)部是否安裝電子設(shè)備均應(yīng)避開避雷器或構(gòu)架避雷針的主要散流線接地。
