淺析變電站二次設備的防雷

馬 強

（湖南省氣象局 長沙市410000）

雷電災害是國際上公布的最嚴重的10種自然災害之一。最新統計資料表明，雷電造成的損失已上升到自然災害的第3位。長期以來，供電部門設備防雷都是以防止雷電浪涌沿輸電線路感應引起問題為主，大家普遍認為只要按照國家的建筑物防雷設計規范做好變電站的防雷措施，比如安裝好變電站的防雷裝置（避雷針、引下線、接地裝置等），就把所有的防雷工作做到位了。但事實證明，隨著變電站自動化程度的不斷提高，自動化系統的電子化、集成化、智能化技術的發展，使得這些對浪涌較為敏感的電路雷電承受能力進一步下降。當雷電擊中變電站時，這些設備很容易被擊毀。

1 雷電危害變電站的途徑分析

一般變電站都有布置在變電站四角和邊上數支高約數十米的避雷針的保護，基本可以避免建筑和設備免遭直接雷擊。在高壓母線上均有氧化鋅避雷器并且高壓線路上有架設的避雷線保護，雷線可以保護線路免遭直接雷擊，氧化鋅高壓避雷器可以及時泄掉危險線路和高壓設備的過電壓和過電流，起到保護線路和高壓設備的作用。主次變中性點裝設有氧化鋅避雷器，可以及時泄掉危害高壓設備的過電壓和過電流。安裝的這幾個氧化鋅避雷器都是高壓避雷器，保護目的很明確，都是保護那些耐過壓能力很強的高壓設備，并且這種避雷器為了適應高壓環境，它的殘壓設計的都很高，殘壓可以輕易擊壞處在后端的，脆弱的二次設備。信號線路等的防雷更是沒有考慮。

全站的工作接地，保護接地采用同一接地網。接地主網設計為長條孔狀均壓帶，間距為（5～7）m，接地主干線及引至電氣的接地分支線均采用-60×6的鍍鋅扁鋼。按計算要求，接地電阻一般在0.5 Ω以下。所有戶外設備基礎、支架、進出線構架、電纜支架、電纜支架均需與接地網可靠連接。戶內設備基礎槽鋼、設備外殼、穿墻套管板、照明分電箱等均需接地。所以我們說，變電站對高壓設備和建筑防護是完善的和成熟的，但對二次設備的防雷設施卻是空白，二次設備正處在有雷無防危險境況中。感應雷電可能通過下面幾種途徑入侵變電站并破壞二次設備：

（1）由站用變壓進入站用變屏，再進入到直流屏和UPS。

（2）由信號線進入通信設備，再進入RTU和后臺機（當地監控）。

（3）雷電流流入地網，地電位升高，使得與之相連的設備外殼帶上高壓，造成設備的平衡電路縱向絕緣上出現高壓，導致絕緣擊穿。

（4）由室外監控線路以及到室外的照明線路進入設備。

變電站二次設備集中了計算機、GPS對時設備、交直流逆變電源及微機保護裝置設備等組成的自動化系統，內部連接線路交錯，較為復雜，當雷電侵入自動化系統，就會造成嚴重的干擾和損壞。例如：1999年6月，天津寧河供電局小李變電站的遠動設備遭雷擊，其中擴頻電臺的電源及RS-232數據口、UPS的整流可控硅、網關機主板及RS-232口、RS232/485轉換盒、RTU中7塊監控模塊均被擊壞，由于設備受損嚴重，受損設備數量多，搶修人員無法及時修復，最后申報停運。廣西平果變電站從1993年1月投運以來，多次遭受雷擊，造成二次設備的損壞和不能正常運行。1993年夏雷擊造成資料丟失，一些插件損壞；1995年雷擊造成計算機死機；1997年的雷擊造成監控系統3臺顯示器無顯示，UPS A段負荷跳閘，兩個光纖傳輸器被擊壞，計算機B機失電，RTU故障等。

2 變電站二次設備防雷的解決方案

（1）防止由電源線、信號線侵入的閃電電涌措施。防治侵入的閃電電涌措施，一般都是在設備的端口接入一浪涌保護器，正常工作范圍內它的阻抗很大，對設備沒有影響，而當電壓超過某個限度以后它的阻抗急劇下降，并且能在瞬間分流巨大的浪涌電流，實現對設備的過電壓保護。保護的主要元器件包括放電管、壓敏電阻、瞬變電壓抑制二極管（TVS）、 聚合開關 （Polyswitch）和硅對稱二端開關（SIDACTors）等元器件。每種元器件各有特色，沒有萬能的器件，設計時應根據被保護設備和環境的要求，選用適當元器件，配合使用。

保護器件可以由單一元件構成，也可由多個元器件組成的混合電路構成。所有的元器件可以集中在一塊板上，也可分散在不同的板上來實現保護作用。在實際應用中，應采用多級保護。第一級為主保護，吸收浪涌電流的主要部分，第二級箝位電壓到被保護設備的安全電平。通常情況下，兩級保護已能滿足被保護設備的安全要求，如果需要可以采用三級保護。

變電站二次設備的防雷保護應分別在電源線、信號線和天饋線上分級裝設專用防雷器。在站用變屏進線處安裝電源一級防雷器；在直流屏、UPS進線處以及微波塔上照明燈的電源線上安裝電源二級防雷器；在后臺機、遠動裝置（RTU）和微波裝置等重要設備的電源進線處安裝電源三級防雷器；直流屏的控制母線應裝設直流電源防雷器。在遠動裝置與微波設備的接口處、遠動裝置（RTU）與后臺機的接口處、后臺機的MODEM之前分別安裝信號防雷器。在微波天線與微波設備的接口處安裝天饋線防雷器。對于具備遙視功能的變電站，室外的攝像機應考慮防雷。攝像機的電源線和云臺的電源線應裝設電源防雷器；攝像機的信號線應裝設信號防雷器。

（2）防止接地系統的高電位反擊。需要強調的是，采用任何防雷方法，都必須具有一個良好的接地系統，使雷電浪涌電流順利地流入大地。否則，安裝何種類型的防雷器件，都不能收到預期的效果。聯合接地系統更容易均衡建筑物內各部分的電位，降低接觸電壓和跨步電壓，排除在不同金屬部件之間發生閃絡及火花放電的可能，接地電阻更小。因此采用聯合接地可以防止接地系統的高電位反擊。

實踐中，變電站二次設備的外來電磁干擾，主要由電源線、信號線和地線三個環節侵入到系統，只要在電源線和信號線接口處安裝相應的防雷器件，就能有效地保護二次設備。接地系統因受客觀環境限制，相對復雜一些，應根據具體情況，作好聯合接地。