變電綜合自動化系統防雷措施應用探討

蔣志華

（廣西合浦縣供電公司，廣西 合浦 536100）

引言

隨著我國電力自動化技術的成熟和推廣，大部分縣級供電企業變電站開始大規模應用變電綜合自動化技術，微機一體化測控裝置、通信管理器等大量自動化設備投入運行。高效的新技術、新設備為縣級變電站向無人值守化、運行管理自動化邁進提供了基礎，提高了供電企業的經濟效益。但自動化微機裝置對外界的干擾極為敏感，電流、電壓沖擊耐受能力弱小。特別是雷擊過電壓對自動化系統電源、通信等回路的沖擊，常常破壞自動化設備的穩定性甚至使裝置損壞。本文通過分析變電自動化系統過電壓產生的來源，進而有針對性地提出對電源系統進行四級保護等過電壓防護措施。

1 自動化系統過電壓的主要來源

1.1 來自通信通道的過電壓

來自通信通道的過電壓，主要是通信通道引入雷電引起的感應過電壓，如通信電纜或鋼芯光纜通過銅線或鋼芯引入雷電感應過電壓。該過電壓使通信通道與設備之間有一定的電位差直接作用于串行通信口、光收發設備通信接口，會直接損壞微機和通信設備的串行口、光收發口，嚴重時會損壞微型計算機及通信設備。如我公司35kV 西場變電站，通信通道采用帶鋼芯的光纜直接接至通信用的光端機，2007年7月，架設光纜用的鋼絞線因雷擊流過雷電流，與鋼絞線平行架設的光纜鋼芯通過互感耦合產生感應過電壓，致使光端機燒毀。

1.2 來自站用電源的過電壓

雷擊過電壓的暫態沖擊會通過站用電電源線，引入雷電電磁脈沖引起瞬態過電壓，直接進入自動化設備電源系統，將引起設備電源模塊甚至整套設備的損壞。如我公司110kV 大龍變電站，站用電低壓側無防雷設施，2004年8月，10kV 站用變二次側通過電磁感應，在二次電纜上產生過電壓，將同樣無防過電壓設施的直流系統交流進線設備擊壞、燒毀。此外，站用電低壓電纜因互感耦合引起的感應過電壓，嚴重時也會引起自動化設備的損壞。

1.3 來自二次電纜的過電壓

如高壓電流互感器和電壓互感器采樣的二次電纜通道，雷電電磁脈沖很容易從這兩種高壓設備侵入二次自動化設備。此外，二次電纜附近的接地體流過雷電流時，會通過互感耦合在二次電纜上產生干擾電壓，此干擾電壓在二次電纜上形成的感應電壓也可能損壞自動化設備。

2 自動化系統的防雷措施

在認識以上對自動化設備產生影響的過電壓來源后，采取有針對性的防護措施，截減來自各方的過電壓，才能全方位地保護自動化設備免受過電壓的影響，提高自動化設備的運行可靠性。

2.1 保證接地網電阻合格、設計規范

接地電阻越小，過電壓值越小，因此良好的接地是防雷的關鍵一環。接地電阻的要求如下表。

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合格的接地電阻能有效限制地電位升高，而根據實際情況對接地網進行規范的設計則能更有效地發揮接地網的防雷作用。在接地網設計或改造時，應注意以下設計應用：

2.1.1 在構架避雷針、避雷器下增加垂直接地極，的放射狀的水平接地以降低其沖擊接地電阻,防止雷電流入地時造成的局部地電位升高向二次電纜反擊；

2.1.2 在設計接地網時應盡量采用方孔地網以改善地面電位分布，對方孔地網的網格大小要從地電位分布均勻考慮,防止局部電位升高；

2.1.3 在電纜溝內要設置接地帶、在電纜溝附近要設置與電纜溝平行的水平均壓帶以改善電纜溝的電位均勻。防止地電位不均對二次回路的干擾；

2.1.4 接地網表面的地電位分布要滿足接觸電壓和跨步電壓的要求。

2.2 通信通道的防過壓措施

2.2.1 對采用架空光纜作通信通道的變電站，應避免帶鋼芯的光纜直接接入光收發設備。應在控制室外將光纜轉接為不帶鋼芯的光纜后，再接入控制室內的光收發設備上。避免感應過電壓通過光纜鋼芯損壞設備。另外，應將架設光纜的鋼絞線在站內可靠與接地網連接，將鋼絞線上的雷電流直接引入地網，進而降低感應過電壓。

2.2.2 對采用電纜作通信通道的變電站，室外通信電纜應采用屏蔽電纜，屏蔽層兩端要接地；對于既有鎧帶又有屏蔽層的電纜，在室內應將鎧帶與屏蔽層同時接地，而在另一端只將屏蔽層接地。電纜進入室內前水平埋地10m 以上，埋地深度應大于0.6m；非屏蔽電纜應穿鍍鋅鐵管并水平埋地10m 以上，鐵管兩端應接地。無論室內、室外，通信電纜應盡可能與強電導線分開排放。同時，在通信電纜末端加裝信號電涌保護器，這樣針對通信通道形成的防護措施較全面、有效。

2.3 站用電電源防過壓措施

變電站內10kV/380V 所內變壓器，且經驗證明變電站內60%的累積事故均為電源系統防雷措施不完善造成的，因此，自動化系統防過電壓保護，電源系統防護應放于重要位置。除了在站用變高、低壓側安裝避雷器外，還應參照GB 50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》的要求，對變電自動化低壓配電系統采用3～4 級電涌保護器進行保護。

2.3.1 一級電源保護：在10kV/380V 所內變壓器低壓側安裝大容量三相電源電涌保護器。如KJRX80-B/4M 電涌保護器，電壓380V、保護水平 2500V、通流容量80kA、8/20ms 沖擊波形、響應時間≤25ns。

2.3.2 二級電源保護：站用配電柜饋線電源安裝三相電源型電涌保護器。如KJRX60-B/4M電涌保護器。

2.3.3 三級電源保護：自動化設備交流電源進線端安裝三相電源型電涌保護器。如KJRX40-B/4M 電涌保護器。

2.3.4 四級電源保護：由于自動化系統控制電源的需要，必須將交流電轉換成直流電，因此直流電源的安全穩定是自動化系統安全穩定的基礎。為防止雷電電磁脈沖對直流電源造成損害，在整流電源側加裝KJRA 系列電源型電涌保護器，從根本上解決雷擊對直流系統的損害。

通過逐級的防護，可以將雷電流最大限度地控制在自動化裝置允許的耐受范圍之內，以確保設備穩定運行。

2.4 二次回路的防過壓措施

2.4.1 自動化系統遙測通道采集的模擬量，大多數來自一次系統的電壓互感器和電流互感器；遙信通道采集開關量，主要是斷路器、隔離開關的輔助觸點等；遙控通道輸出的開關量，大多數也是對斷路器、隔離開關的控制。它們均處于強電回路中，電磁干擾較強，不能直接輸入到自動化系統，必須經過光耦合元件、繼電器或隔離變壓器隔離。采用隔離變壓器隔離時，隔離變壓器一次、二次中間必須有隔離層和屏蔽層，而且屏蔽層必須安全接地，這樣可起電場屏蔽作用，防止高頻信號通過分布電容進入自動化系統的相應部件。采用光耦合隔離，在開關量模塊的出、入口處各設置一級光電隔離，效果會比較好。

2.4.2 二次回路布線時，應考慮隔離，減少互感耦合，避免干擾由互感耦合侵入。控制電纜盡可能離開高壓母線，并盡可能減少平行布設長度。避雷器和避雷針的接地點、電容式電壓互感器等都是高頻暫態電流的入地點，控制電纜也應盡可能離開它們，以便減少感應耦合。

3 結束語

變電自動化系統防雷是個系統工程，必須根據實際情況綜合分析，找出防雷弱點，有針對性地采取措施。經濟、合理、有效的防雷系統是自動化系統安全、穩定運行的保證，是電力穩定、優質供應的保證。

[1]李景祿.發電廠、變電所弱電系統防雷保護研究[2008-07-29],http://www.dq.shejis.com/new_lw/html/25702.shtml

[2]中華人民共和國建設部,GB 50343-2004 建筑物電子信息系統防雷技術規范,北京；中國建筑工業出版社,2004年.