摘要: 

折线法和滚球法是国内防雷保护设计人员熟知的两种方法。由于 GB 50057 标准没有明确说明此标准不适用于电力线路和变电站设计，GB /T 50064 标准又没有引入滚球法，导致国内设计人员常错误的将 GB 50057 规定的滚球法做为变电站防雷设计的依据。通过对 GB、IEC、IEEE 等防雷标准对比，明确了变电站防雷设计应采用的方法和采用滚球法时应参考的标准。对于变电站防雷设计而言，两种方法都可采用。如采用滚球法，滚球半径的选择可采用 IEC61936 － 1 或 IEEE998 规定的方法，而不应采用 GB 50057、IEC 62305 或 NFPA 780 规定的方法。同时通过实例计算比较了折线法( GB /T 50064 ) 和滚球法( IEC61936 － 1) 的变电站防雷保护范围并依据 IEEE 998 规定的滚球法计算了变电站防雷保护失效率。

0 引言

雷击变电站将导致变压器等设备损坏以及变电站长时间停电等严重后果，因此防雷保护是变电站设计中的一项重要内容。除非将用电设备用金属外壳完全封闭，否则无法提供 100% 的雷击屏蔽。考虑到雷电现象的复杂性和不确定性，历史上通常采用简单的经验方法来设计电压等级较低的电气设施。对于超高压电气设备，由于设备造价昂贵且运行条件苛刻，则需要采用更加先进的设计方法来平衡风险与成本之间的关系［1］。保护角法、折线法和滚球法是常见的防雷保护范围计算方法。保护角法是传统的计算方法，常用于 66 kV 及以下电压等级变电站防雷保护计算，66 kV 以上电压等级的变电站防雷保护，常采用折线法或滚球法［2］。折线法是前苏联科学家在广泛的实验室研究基础上确定的，是经过前苏联、中国等国家几十年的长期实践检验所证实的变电站防雷保护范围计算方法［3］。

滚球法的前身是电气几何模型方法，1997 年，ＲalphH． Lee 开发了一种简化的电气几何模型方法并将其应用到了建筑物和工业厂房的防雷保护设计中。1988 年，J． T． Orrell 将这种方法拓展到变电站的防雷保护设计中，此后，这 种 方 法 被 称 为 滚 球 法［4］。上世纪 90 年代以来，欧美国家设计人员越来越倾向于采 用 滚 球 法 进 行 变 电 站 防 雷 保 护 设 计［5 － 7］。在中国和印度设计人员经常把折线法和滚球法做对比研究［2，8 － 11］。GB 50057 － 1994 版《建筑物防雷设计规范》修订时引入了滚球法用于建筑物防雷设计［12 － 13］，折线法仍然是国标 GB /T 50064 － 2014 中规定的防雷保护范围计算的唯一方法。近年来由于承接国外项目的增多导致设计标准与国际接轨的需要，滚球法被越来越多的运用在变电站防雷设计中［14 － 17］。由于 GB 50057 － 2010 没有明确规定此标准不适用于电力线路和变电站设计，GB /T 50064又没有引入滚球法，导致国内设计人员常错误的将GB 50057 规 定 的 滚 球 法 做 为 变 电 站 防 雷 设 计 的依据［18 － 21］。

变电站防雷设计如何正确的选择参考标准，和采用滚球法计算变电站防雷保护范围时如何正确的选择滚球半径是设计人员在日常工作中经常面对的两个问题。笔者对中华人民共和国国家标准( GB) 、国际电工委员会( IEC) 、电气和电子工程师协会( IEEE) 等防雷设计标准进行了简要介绍，明确了变电站防雷设计应采用的方法，采用滚球法进行变电站防雷设计时应参考的标准。同时通过实例计算 比 较 了 折 线 法 ( GB /T 50064 ) 和 滚 球 法( IEC61936 － 1 ) 的 变 电 站 防 雷 保 护 范 围 并 依 据IEEE 998 计算了变电站防雷保护失效率。

1 国内外防雷标准

1． 1 GB 防雷标准

目前 GB 防 雷 保 护 标 准 有 GB /T 50064、GB50057 和 GB 50343。GB /T 50064 适用于国内变电站和架空线路的防雷设计，该标准采用折线法计算防雷保护范围，并且给出了架空线路雷电性能的分析方法，但对变电站的雷电性能计算，没有给出详细的指导。GB 50057 适用于建( 构) 筑物的防雷设计，该标准根据建筑物的重要性、发生雷击事故后果等因素决定防雷保护等级。不同防雷保护等级对应的 接 闪 器 的 滚 球 半 径 或 接 闪 网 格 尺 寸 见 表1［22］。GB 50343 适用于内部包含计算机、电子、通讯等设备建筑物防雷设计，该标准给出了按风险管理要求进行风险评估的方法，该风险评估方法与IEC 62305 － 2 规定的方法类似［23］。