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，由于許多電力設備身處其中，而且還有電力系統(tǒng)中最重要的電力設備―發(fā)電機和變壓器，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)、變電站受雷有三個來源：雷直擊電力設備；雷直擊避雷針、線后形成的感應過電壓；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100米見方的變電站，在中等落雷地區(qū)（每年打40個雷），大約27年會遭受一次雷擊?；蛘哒f如果有一個地區(qū)，有27個變電站，那么該地區(qū)平均每年都會有一個變電站遭雷打。
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)的風口處、順風的河谷、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。
所以我們在選址時應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)我國的運行經(jīng)驗，發(fā)、變電站的雷電繞擊事故率約為0.2～0.3次/百所年，即對一個發(fā)、變電站而言，1000年才會遇到雷擊2～3次，所以避雷針、線的防雷效果還是相當有效的。
2、我們再來看第二種情況。有了上述第一道防線后，發(fā)、變電站還是會發(fā)生雷擊事故，這就是由感應雷引起的，對于感應雷的解釋，以前的文章也進行過解釋。
感應雷會使35kV及以下的母線和設備產(chǎn)生嚴重的故障，據(jù)不完全統(tǒng)計，變電站35kV及以下側(cè)的感應過電壓事故率約為1次/百所年，所以避雷針應盡量遠離電力設備。
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)、變電站設備的絕緣為高。
例如110千伏線路，每串有7個―4.5絕緣子，其沖擊絕緣強度為700千伏，說明沿線路可能有700kV的雷電波進到變電站，因為經(jīng)濟上的原因，相同電壓等級的變壓器的出廠全波試驗電壓只有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次的雷電流會達到15kA，所以此時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公里線路上架設避雷線，這稱為進線段。由于進線段導線本身阻抗的作用，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。
有了進線段之后，沿線來波把避雷器打壞的很少。據(jù)我國的運行經(jīng)驗統(tǒng)計，110～220kV變電站侵入雷電波事故率約為0.5次/百所年，即一個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，即一個變電站的耐雷壽命約為150年，這是因為35kV電壓等級的設備本身絕緣較低的原因。
最后談談旋轉(zhuǎn)電機的防雷，在這里特別提到旋轉(zhuǎn)，是因為變壓器是靜止的。世界上的事情就是這么奇怪，電力系統(tǒng)中最重要的兩個設備，一個旋轉(zhuǎn)，一個卻靜止，其實這就是一陰一陽謂之道也！就是因為發(fā)電機是旋轉(zhuǎn)的，所以它的防雷具有以下特點：
1、發(fā)電機是整個電力系統(tǒng)的源泉，特別在獨立電廠中更是如此。當它遭受雷擊時，可能產(chǎn)生強大的電流將定子鐵心燒壞。
下圖是國外一個發(fā)電廠因為雷擊造成發(fā)電機的定子故障。
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，而且需要花費很長的時間。因此對大容量的或者特別重要的旋轉(zhuǎn)電機，防雷保護要求特別可靠。
2、旋轉(zhuǎn)電機由于結(jié)構(gòu)上的特點，其絕緣水平比較低。因為它的絕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槽內(nèi)，這可能會使絕緣物受到損傷。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。同時它也不能像變壓器線圈那樣能采用電容補償?shù)却胧﹣硎箾_擊電壓分布均勻。所以電機的絕緣水平比起同級變壓器來要弱得多，例如出廠時前者的沖擊耐壓只有后者的三分之一左右。
3、電機絕緣在運行中老化速率較快，這是因為它所處的條件比變壓器要差得多的緣故。電機在運行中可能受潮，受污，也可能受到臭氧等化學成分的侵蝕，同時又經(jīng)常受到機械力（如震動，短路電流沖擊以及熱脹冷縮等）的作用。電機的絕緣介質(zhì)受到破壞后的累積效應也比較強，特別在導線出槽處，由于電場極不均勻，所以每逢過電壓作用時該處絕緣就受到一次輕微損傷，時間一長就可能發(fā)生擊穿。
綜上所述，旋轉(zhuǎn)電機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備（避雷器和三相脈沖電容器）進行了聯(lián)合保護。
另外還要注意：由于電機的絕緣水平很低，出廠時的沖擊耐壓也很低，用一般的保護變壓器或電站的避雷器都不行，因為它們的殘壓均比發(fā)電機的沖擊耐壓要高，因此只能使用專門的殘壓低的避雷器。又因為電容器上的電壓不能突變，在雷電沖擊到達瞬間，電容等于短路，然后逐步充電，這就限制了來波上升的速度，同時降低了來波幅值，這正是我們需要的結(jié)果。
