水電站二次系統防雷方案設計及應用

金少輝

摘要：介紹了二次系統防雷設計原則，并對水電站電源系統、信號系統防雷設計及安裝、防雷器的運行和維護進行了闡述。

關鍵詞：水電站二次系統防雷電源防雷信號防雷運行及維護

中圖分類號：TV61 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）08（c）-0188-02

近年來，水電站中的交直流電源系統、微機保護及監控后臺系統、二次回路、電能計量系統、視頻監控系統、網絡通訊以及其他一些弱電設備，集成度、速度和精度不斷提高，而工作電壓只有幾伏，信息電流僅為微安級，因而對外界干擾極其敏感，特別對雷電等電磁脈沖和過電壓的耐受能力很低。當雷電等過電壓和伴隨的電磁場達到某一閥值時，輕則引起系統失靈，重則導致設備或其元器件永久性損壞。據有關統計，約25%的電子設備損壞事故是供電系統過電壓所造成。即使采用穩壓電源或在線不停電電源，也不能消除瞬時過電壓的破壞作用，在強大的瞬時過電壓作用下，穩壓電源和不停電電源本身也可能被損壞。

1二次系統防雷設計原則

盡管雷電直擊弱電設備的可能性不大，但是雷擊附近大地、建筑物、交流供電線路和空中雷云放電時直接形成的，或者由靜電感應及電磁感應形成的沖擊過電壓，都有可能通過與之相連的電力線路、信號線路或接地系統，通過各種接口，以傳導、耦合、輻射等形式，侵入弱電系統并釀成嚴重的干擾或事故。

國標GB50343-2004《電子信息系統防雷技術規范》中規定電子信息系統應采用外部防雷和內部防雷等措施進行綜合防護，如圖1。長期的防雷實踐證明，在防雷中從直擊雷防護到接地、均壓、屏蔽、限幅、分流等多個環節都要認真對待，才能確保設備的安全。

根據電子信息系統防雷技術規范的相關設計要求，防雷產品必須配套設計3～4級防雷模塊，逐級降壓泄流，任何一級均無法獨立承擔防雷降壓泄流的工作（如圖1）。

2水電站電源系統防雷保護設計及安裝

水電站電源一般實行三級防雷保護，防雷模塊具有理想非線性伏安特性和高能量特性。在正常工作條件下，保護模塊為高阻狀態。對電網正常工作無影響。如電網出現瞬時過電壓，保護模塊在數納秒時間內轉換為低阻狀態，使過電壓造成的大電流經模塊泄放，從而使瞬時過電壓不會影響用電設備。模塊式防雷器一般由底座和插拔式保護模塊組成，易于安裝和維護。

（1）第一級防雷安裝在站用變低壓側主盤380V進線側，主要是瀉放大部分侵入水電站的雷電流；即在變電器的低壓側加裝間隙型浪涌保護器，泄放大部分入侵變電站的雷電流。該區域屬于B級防雷區，雷擊危險性較高，應采用放電電流較大（≥40kA），響應時間<25ns的B級防雷保護裝置，可采用B級三相交流電源防雷器并聯安裝380V輸入母線側；電源防雷模塊的安裝方式為35mm導軌安裝。

（2）第二級安裝在站用380V負荷盤處，主要用于限制雷擊引起的瞬態過電壓；防止雷擊過電壓從交流配電線進入控制室等二次設備。該區域屬于C級防雷區，應采用放電電流≥20kA，響應時間<25ns的C級防雷保護裝置。

（3）第三級防雷安裝在站內二次裝置柜內，如保護柜、測控柜、故障錄波裝置、安穩及其它自動裝置、通信直流電源柜等。應采用放電電流≥10kA，響應時間≤25ns的C級防雷保護裝置。

①第三級分直流和交流防雷，直流第三級防雷安裝在站內裝置柜內，如各類保護柜、測控柜、故障錄波裝置、安穩及其它自動裝置、通信直流電源柜等?？刹捎肅級220V直流電源防雷器并聯安裝在220V直流輸出母線側（如圖2）。

②交流第三級防雷安裝在站內裝置柜內交流電源上，主要是當前端安裝的SPD所得到的電壓保護水平加上其兩端引線的感應過電壓以及反射波效應不足以保護遠端設備時，在該遠端設備處加裝第三級防雷裝置，保護該設備。例如UPS電源，可采用第三級三相交流電源防雷器并聯安裝在380V交流輸入處，同時采用220V直流電源防雷器并聯安裝在220V直流輸入處，防雷模塊的安裝方式為35mm導軌安裝。

3信號系統防雷保護設計及安裝

3.1 載波線防雷

在載波到通信柜前串聯安裝雙絞線信號防雷器，防止載波線路在高壓場地感應雷電進入機房，對設備構成危害。

3.2 通信線防雷

在通信線進入設備之前串聯安裝過電壓保護器，抑制沿線路傳導的過電壓對設備造成危害，以滿足ADSL、ISDN、DDN幀中繼、模擬電話線等多種通信線路的防雷保護。

3.3 天饋線防雷

對擁有帶BNC或N接頭的連接收發器GPS時鐘系統，在同軸電纜進入同步裝置屏前串聯安裝高頻饋線防雷器，防止天饋線路從戶外引入雷擊過電壓進入設備，對設備構成危害（如圖3）。

3.4 工業電視視頻監控線路

在線路上串聯安裝插入損耗小于0.5dB， 頻率范圍在0～1.0GHz的防雷模塊。3.5設備間通信線路防雷

在通信口的兩端分別安裝相應的信號防雷器，防止過電壓擊毀通信端口或引起設備集成電路芯片損壞。

4防雷器的運行維護

防雷器一般具有過熱、過流脫扣裝置，含有窗口紅色標注反映的故障顯示和遠程監控所需的遙信端子，能自動記錄過電壓次數，停電后記錄的過電壓次數不丟失。

水電站防雷器安裝數目較多，區域較為集中?？蓪⒕幪柡蟮姆览灼鞯倪b信端子與就近安裝的PLC信息采集單元相連接，然后上傳至監控系統。監測每個防雷器工作狀態，實現防雷器發生動作之后或者發生損壞后，可以通過監控系統進行查看，迅速確定防雷器的安裝位置。減少防雷器的現場巡檢次數和時間，大大降低勞動強度，提高工作效率。

防雷器維護分為周期性維護和日常維護，周期性維護周期為一年，每年在雷雨季節到來前進行一次全面檢查。日常性維護一般在每次雷擊后進行，進行目視檢查，必要時進行有關試驗。

5結語

根據水電站電源系統采用梯級供電、逐級配電的特點，根據現場電源實際情況逐級安裝不同型號的電源防雷器，同時對信號系統加裝防雷保護，并利用防雷器的遙信端子將信號傳送至監控系統，方便了運行和維護，最大限度的消除了雷電對二次系統的干擾和危害，確保在雷電活動時水電站二次系統的安全穩定運行。

參考文獻

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[3] 陳創庭.淺談發電廠主控大樓二次系統的防雷設計[J].電磁避雷器，2006（4）：20-24.