變電站二次防雷保護措施探討

【摘要】隨著我國計算機技術的飛速發展，變電站微機型綜合自動化系統以其獨特的優勢在電力系統中被廣泛應用。本文就如何做好雷擊入侵變電站二次系統的防范措施進行了探討，并就存在問題提出針對性的建議。

【關鍵詞】防雷保護；二次防雷；變電站；二次系統

【中圖分類號】P415.1+3 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2012）09-0017-02

前言

近年來，隨著現代電子技術的不斷發展，微機保護和自動化設備在電力系統中得到大量的應用，調度通訊、網絡等信息設備越來越多，規模越來越大，一方面自動化系統、計算機網絡、通訊系統等設備是集成度很高的微機型弱電設備，其核心元件敏感性提高，耐過電流、耐雷電壓的水平越來越低；另一方面由于信號來源路徑增多，系統較以前更易遭受雷電波侵入，致使雷電災害頻繁發生，影響信息系統正常運行，特別是雷電多發區，輕者導致設備損壞、性能下降、加速老化，重者造成系統癱瘓。在這種環境下，更凸顯出變電站二次設備雷擊防護工作的必要性和重要性，本文探討雷擊入侵變電站二次系統的主要途徑以及相應的防范措施，這對提高電力系統的自動化水平，提高運行安全、可靠性起了很大的作用。

1、雷擊過電壓入侵變電站二次系統的主要途徑

目前，電力系統一次設備防雷擊的手段是較為完善和有效的，如架空地線、線路避雷器、避雷針等，這些手段大大降低了一次設備遭受雷擊的損壞率。但是，相對于一次系統來說，二次系統的防雷措施還有待進一步完善。雷擊入侵變電站二次系統主要有如下途徑：

1.1 配電線路

對于配電線路引入的雷電過電壓雷電波通常是通過變電站臨近的線路侵入母線，再經過變壓器高、低壓繞組問的靜電和電磁耦合進入低壓出線，途中經過了線路避雷器，母線避雷器等多級削峰，再經過變壓器低壓出線的平波作用，電壓幅值大為下降。但由于雷電波的波峰幅值和能量很大，雖然雷電波在經過上述避雷器后，大部分能量得以消弱，但仍有部分雷電波以幅值相對較高且作用時間很短的低能量尖峰脈沖的形式通過變壓器的低壓出線，加到變電站內380V站用電交流回路中。同時，而220V或110V等直流線路因進出高壓場等原因也是引入雷電的主要線路之一。

1.2 通信線路引入雷擊

目前，變電站二次系統采用了多種多樣的通信線路進行同一系統內設備與設備之間、系統與系統之間的連接。導體型通信線路感應到雷電后，雷擊過電壓直接傳到設備，該過電壓輕則使設備加速老化，重則直接將設備損壞。對于電力系統來講，話音頻與MODEM連接線、電話、網線、GPS及微波載波等饋線等都是引入雷電的通信線路。同時，因目前遠距離多采用光纖傳輸，所以以上大部分通信線路主要是在室內被其他線路上的過電壓所感應。

1.3 雷電電磁場

上述兩條途徑是有形的看得到的途徑，而電磁場是空間傳播的看不到的，這里的雷電電磁場是指雷擊引起的室內的電磁場，主要集中在電纜溝、布線層及電纜井內。該電磁場使室內的線路感應到過電壓，該過電壓直接傳到設備，進出高壓場地的各種線路（如交流采樣、開關量回路等）都是雷電電磁場的產生源。

1.4 地電位反擊

對于電力系統來講，因采用共用接地方式，不存在地與地之間反擊，但地電位因雷擊抬高時使得設備接地線對設備其他外接線之間可能產生能損壞設備的電位差。

2、變電站二次系統防雷措施

針對雷擊過電壓入侵變電站二次系統的主要途徑，采取相應的防雷措施。均壓、分流、屏蔽、接地是防雷保護中最重要的四個因素。雷電防護系統由三部分組成，各部分都有其不可替代的重要作用。分別是：（1）外部防護：由接閃器、引下線、接地體組成，可將絕大部分雷電能量直接導入地下泄放；（2）過渡防護：由合理的屏蔽、接地、布線組成，可減少或阻塞通過各入侵通道引入的感應；（3）內部防護：由均壓等電位連接、過電壓保護組成，可均衡系統電位，限制過電壓幅值。綜上所述，我們認為變電站二次系統防雷的措施可從如下角度思考：

2.1 防雷的總體措施

2.1.1 采用多分支接地引下線，使通過接地引下線的雷電流大大減小。

2.1.2 改善屏蔽，如采用特殊的屏蔽材料甚至采用磁特性適當配合的雙層屏蔽。

2.1.3 改進泄流系統的結構，減小引下線對弱電設備的感應并使原有的屏蔽網能較好地發揮作用。

2.1.4 除電源入口處裝設壓敏電阻等限制過壓的裝置外，在信號線接入處應使用光電藕合元件或設置具有適當參數的限壓裝置。

2.1.5 所有進出控制室的電纜均采用屏蔽電纜，屏蔽層公用—個接地網。

2.1.6 在控制室及通訊室內敷設等電位，所有電氣設備的外殼均與等電位匯流排連接。

2.2 針對不同類別設備的防雷措施

2.2.1 電源部分

對電源系統回路進行過電壓分級保護。在總交流配電屏、直流總饋電柜、各小室交（直流）分屏、二次設備屏、監控系統逆變電源屏、通信電源屏等各級配電線路進線處加裝相應等級浪涌保護器SPD（Surge Protective Devices）。在站用變低壓總配電入口處，應在兩根母線上各加裝一只B級三相電源避雷器；在各小室交（直流）分屏進線處加裝c級電源避雷器，依次，根據防護等級，在其它屏柜加裝相應SPD。室外電源線路應套金屬管屏蔽或采用鎧裝電纜，金屬管及電纜鎧裝層兩端必須良好接地。

2.2.2 通信部分

（1）遠動通道接口處應按通道類型加裝相應防雷器；（2）保護小室內變電站二次設備間主要采用以太網、FDK/CAN、LONWORK等方式通信，應在通信口兩端分別安裝相應的信號防雷器，防止感應過電壓擊毀通信端口或引起設備集成電路芯片損壞；（3）對于GPS時鐘系統，在饋線路進入同步裝置前應串聯安裝高頻饋線防雷器，以防其從戶外引入雷擊過電壓進入設備；（4）對于目前仍采用電話線遠傳信息的電能量計量系統，應在Modem電話線接口處加裝信號避雷器；（4）對于遠距離傳輸用的光纖，雖然其本身是非金屬介質的，不會引入雷電流，但是光纖的加強筋（鎧裝層）卻有可能引入雷電流，因此需要將光纖的金屬加強筋（鎧裝層）在進入機房時作良好的接地。

2.2.3 信號部分

從高壓場進入保護室的電纜非常多（交流采樣，開關量回路等），而如果每條線都需要加裝SPD保護固然最好，但不太符合實際情況。現在所采取的主要措施是隔離和屏蔽。變電站二次設備采集的模擬量，必須經過設置在自動化系統各種交流回路中的隔離變壓器或電容進行隔離，而且對隔離變壓器的一次與二次之間必須有隔離層和屏蔽層，且屏蔽層必須安全接地。自動化系統的開關量輸入和輸出回路，采取光耦合隔離或繼電器隔離。另外，對于測控裝置，應將裝置電源與遙信電源分開。

3、存在問題和建議

3.1 許多地區變電站目前二次防雷存在的問題

3.1.1 二次防雷接地技術規范未統一

近年來，二次防雷接地改造項目越來越多，生產該類產品的廠家繁多，且產品良莠不齊，技術規范不統一。如沒有統一技術標準，在采購設備時缺乏技術參數依據，另一方面在改造施工過程中，難于把握施工質量和驗收要求。

3.1.2 二次防雷接地方面的知識還有待進一步加強。

二次防雷接地技術發展較快，近幾年來被廣泛推廣使用，相關工作人員缺乏從事二次防雷接地方面的工作經驗，該方面（轉下頁）的知識比較薄弱。

3.2 建議

3.2.1 建議變電站管理部門請專門的防雷設計單位進行二次防雷設計，防雷電設計應堅持全面規劃、綜合治理、優化設計、技術先進、經濟合理、便于檢測、隨機維護的原則。采用直擊雷防護、等電位連接、屏蔽、合理布線、共用接地系統和安裝浪涌保護器裝置等措施進行綜合防護。為確保防雷設計的科學性、先進性，在設計前應對現場雷電環境進行評估。變電站二次防雷器和接地網要定期進行檢查和測試，以滿足變電站二次系統防雷的要求。

3.2.2 加強對二次防雷接地知識及其重要性的學習，通過舉辦二次防雷方面知識培訓班等形式，不斷提高工作人員的技能水平。

4、結語

隨著變電站自動化程度越來越高，大量對雷電很敏感的微電子設備應用，雷電危害日益突出。本文提出對變電站的防雷保護采取有效的措施和對策，并指出目前變電站二次防雷中存在問題和建議。變電站二次系統防雷保護這一新課題的研究，對于提高變電站二次系統的運行安全性和可靠性有著重要的意義。

參考文獻

[1]莫梅梅，變電站二次防雷保護措施分析[J]，中國高新技術企業，2010，22：124-125