雷電對35kV變電所弱電設備的影響及相應的防范措施

摘要：隨著大量的先進的電子設備在農村小型變電所的廣泛應用，而我們現有的變電所防雷設備只有針對一次設備的，而沒有針對弱電設備的，本文著重介紹變電所弱電設備受雷電傷害的幾種方式及相應的防范措施。

關鍵詞：雷電 弱點設備 避雷器 防范措施

0 引言

進入二十世紀九十年代，我縣供電公司所轄35kV變電所的控制、保護、計量、通訊設備陸續改造為綜合自動化設備，各類先進的電子設備由于大量和廣泛的運用，其遭受雷擊危害機率大大增加。尤其是變電所內電子設備，依附于處在受避雷針保護范圍內的一次設備，受雷擊影響概率更大。且采用傳統防雷措施，其防護多有不當，應當引起重視。

1 雷電危害的幾種方式

1.1直接雷擊和繞擊雷云單體浮在大地上空，其所帶電荷拖著地表相反電荷隨風移動。如果途經變電所的避雷針或地表其它突出物(包括高層建筑物)，地電荷會導致突出物頂端電場畸變集中。閃電開始之前先是雷云底部的始發先導按間歇分級躍進方式向地表發展，當距地面50～100m時，由避雷針等地表突出物電場畸變集中的地方產生垂直向上的迎面先導。兩者相接，進入直擊或繞擊的主放電階段。

1.2雷電反擊直擊雷電流通過地表突出物的電阻入地散流。如果受雷擊變電所輸電線路來自另一個不同地網的變電所，那么上升的地電位與輸電線上的電位將形成巨大反差，導致與輸電線路相連的電氣設備的損壞。

另一種雷電反擊，對變電所的電子設備危害也不容忽視。雷電流沿變電所的接地網散流，支線上的雷電流和各點電位差異很大。連接在不同等電位地網上的電子設備。

1.3感應雷直擊雷放電的能量通過電磁感應和靜電感應方式向四周輻射，導致設備過電壓放電，則為感應雷。顯然，感應雷危害是大面積的，是電子設備的克星。

事實上，在生產實踐中，雷擊的靜電感應破壞力數倍于電磁感應。靜電感應還可用雷擊的二次效應理論來解釋。帶電雷云飄浮在地表上空，地表帶上與雷云相反的等量電荷。當雷擊過后，雷擊點地表變為電荷的相對空穴，周圍高電荷區域內與地電位相對絕緣的導體上的電荷，將像受突然擊發的水波一樣沖向雷擊點，導致設備打火，絕緣受損和電子設備失效。特別注意的是電子設備的高阻抗輸入回路，信號回路等引線較長，且直接連接的金屬體積較大處，雖然已作電磁屏蔽(采用屏蔽電纜且屏蔽層兩端接地)仍會遭受厄運。

2 變電所現有防雷措施的不足

2.1避雷針為免遭直擊雷破壞，變電所一般設有獨立避雷針和構架避雷針，有些峽谷地帶變電所則采用避雷線保護。其結構均分為接閃器、引下線和接地體。防雷原理相同。

避雷針大大增加雷擊概率，使得依附于一次設備的目前正在大量更新的保護、監控、綜自及通訊等微電子設備感受雷害的機率大大增加，損壞方式也多種多樣，使電力生產帶來很大的損失。

2.2避雷器為了防護感應雷和輸電線路的雷電侵入波的危害，變電所采用了避雷器。以前裝設的避雷器大多為裝在線路端的管型避雷器和裝在母線、設備處的閥型避雷器，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35kV以下系統危害較大，變電所著重對35kv和10kV線路入侵波進行防護。對35kV架空進線，一般是采用進線段1—2km的架空避雷線配其兩端的管型避雷器進行防護。對10kV線路，則每條進線均采用一組閥型或氧化鋅避雷器進行防護。對3～10kV配電變壓器，一般只規定了高壓側采用閥型避雷器的保護，對多雷區外送的Y／YO連接的變壓器的只規定了裝設以防變波及低壓側雷電入侵波擊穿變壓器高壓側絕緣的避雷器。

3 針對變電所弱電部分防雷措施

3.1交流電源部分對于交流電源回路采用電源防雷器，電源防雷器能在最短時間釋放電路上因感應雷擊而產生的大量脈沖能量到安全地線上，從而保護電路上的設備。其工作原理如下：在正常情況下，防雷器處于高阻狀態，當電源由于雷擊或開關操作出現瞬時脈沖電壓時，防雷器立即在納秒級時間內導通，將該脈沖電壓短路到大地泄放，從而保護連接與電源上的設備。但該脈沖電壓流過防雷器后，防雷器又變為高阻狀態，從而不影響設備的供電。

3.2通訊設備部分對于網絡通訊設備采用數據線浪涌抑制器，它可以防止浪涌通過數據線間接地進入電子設備。總的來說，很大一部分的浪涌事件并不是由交流電源線上的浪涌引起，并導致主板、調制解調器、串、并行口與其它設備的損壞。

3.3因此對變電站內的綜合自動化設備，我們采用了如下防雷方案：

3.3.1電源線是雷電侵入低壓設備的主要的一條途徑，因此在這里我們對電源線采取多級保護措施。

第一級選用安徽菲邁斯電氣有限公司的FPS01-FBl20型電源防雷器(3只)，將從線路中引入的大部分雷電流從此位置泄放八地.作為初級保護，要求防雷器能夠承受直接的雷擊，具有較大的通流量。依據VDE0675第6部分FPS01-FBl20型防雷器屬B類防雷器，該防雷器的通流量特別大，每線的最大通流’尹50KA(10／350u s)。

第二級保護選用安徽菲邁斯電氣有限公司的FPS01-F40／4型防雷器(1只)，將通過第一級瀉流后的過電壓進一步限制在對設備無害的水平。作為第二級，要求防雷器具有較低的電壓限制水平.FPS01-F40／4型防雷器的最大通流量為40KA(8／20 u s)。電壓保護水平Up<1.4KV。

第三級(由用戶選用)采用安徽菲邁斯電氣有限公司的FPS01-Z6型防雷插座，對重要的敏感設備如遠傳PC、光端機等提供精細保護。

3.3.2調度通信回路采用德國dehn雙絞線信息防雷保護器，防止電話線直接將電源線上的瞬態浪涌傳進來。

3.3.3采用德國dehn雙絞線信息線路過電壓保護器保護pc和終端調的db-9串行口，峰值電壓6000v，可以防止浪涌通過數據線間接地進入電子設備。

3.3.4后臺機的防雷保護后臺機的開關量采集線一般都比較長，在雷擊時比較容易感應過電壓，造成后臺機的損壞，因此我們需要在所有的進入后臺機的開關量采集線上安裝防雷器.開關量采集線的工電壓一般為直流24V，可以選用安徽菲邁斯電氣有限公司的FPS01-F20／DC24防雷器。該變電站的后臺機共有6組開關量采集線引入，共需6只FPS01-F20／DC240

3.3.5 220V直流電源的防雷保護220V直流電源屏為各繼保裝置提供電源，為防止電源線上感應雷電過電壓，造成繼保裝置的損壞和誤動作，需加裝直流電源防雷器，型號為安徽菲邁斯電氣有限公司的FPS01-F40／280V.該防雷器包括3個模塊，其中一個提供正、負極之間的差模保護，另外兩個分別將正、負極對地實施共模保護。

4 結束語

上述方案在我公司的變電站安裝后，取得良好的效果，因雷擊造成設備損壞的故障率大大下降。防雷設施是屬于預防性的投資，在事故發生之前人們往往覺得可有可無，可少則少。等到事故發生后才發現得不償失、后悔莫及。我們應樹立防范于未然的思想，以小投資保證大投資的安全才是明智之舉。