論變電站二次系統的防雷保護問題及措施

仝瑞新

（國網 山東鄆城縣供電公司，山東 鄆城274700）

0 前言

隨著電力體制改革的推進，變電站數字化改造與建設也不斷深入發展，綜合自動化變電站的不斷增多，雷電對弱電設備的危害問題日益突顯出來。 從國內有關報道和變電站運行的實際來看，變電站二次設備遭受到雷擊，造成設備損壞、通信中斷、系統退出等情況普遍存在。 這不僅嚴重威脅電網的安全運行，而且給人們的生活帶來了諸多的不便。筆者結合工作實踐，針對變電站二次系統的特點，通過對雷電波危害的途徑分析，結合當今弱電防雷的一些技術和供電局變電站的情況，探討變電站二次系統防雷措施。

1 變電站二次系統的結構特點

變電站二次系統，是指變電站的內保護設備、自動化設備、通信系統、計算機網絡設備及監控系統、交直流電源系統等各種二次設備的總稱。 二次系統集中了變電站自動化監控管理的重要設備，其具有微機監測、監控、保護、小電流接地選線、故障錄波、低頻減載、“四遙”遠傳等功能，在電力調度自動化領域起著舉足輕重的作用。

由于二次系統內部連接線路縱橫交錯，當雷擊附近大地、架空線路和雷雨云放電時直接形成的，或者由于靜電及電磁感應形成的沖擊過電壓，極易通過與之相連的電源線路、信號線路或接地系統，通過各種接口，以傳導、耦合、輻射等方式侵入自動化系統，從而可能造成危害系統正常工作甚至破壞系統的雷擊事故。

2 雷電放電對變電站二次系統的主要危害形式

雷電是自然界中強大的脈沖放電過程，雷電侵入地面建筑物或設備造成災害是多途徑的，一般來說，有直接雷擊、感應雷擊、電磁脈沖輻射、雷電過電壓的侵入、反擊等。

（1）直接雷擊：主要破壞力在于電流特性而不在于放電所產生的高電位，它所產生強大的雷電流轉變成熱能將物體損壞。

（2）感應雷擊：從雷云密布到發生閃電放電的整個過程中，雷電活動區幾乎同時出現兩種物理現象—靜電感應和電磁感應，這兩種現象可能造成稱之為感應雷擊的危害形式。

（3）電磁脈沖輻射：當閃電放電時，其電流是隨時間而非均勻變化，脈沖電流向外輻射電磁波，這種電磁脈沖輻射雖然隨著距離的增大而減小，但卻比較緩慢，閃電的電磁脈沖輻射通過空間以電磁波的形式耦合到對瞬間電磁脈沖極其敏感的現代電子設備上，造成設備的損壞。

（4）雷電過電壓的侵入：直接雷擊或感應雷都可以使導線或金屬管道產生過電壓，這種過電壓沿導線或金屬管道從遠處雷區或防雷區域外傳來，侵入建筑物內部或設備內部。

（5）反擊：在雷暴活動區域內，當雷電閃擊到建筑物的接閃裝置上時，盡管接閃裝置的接地系統十分良好，其接地電阻也很小，但由于雷電流幅值大，波頭陡度高，雷電流流過時也會使接地引下線和接地裝置的電位驟升到上百千伏。

3 變電站二次系統進行防雷保護的技術措施分析

弱電設備抗過電壓能力低， 在雷雨季節極易受到雷電波的侵害，造成設備的損壞和誤動作。弱電設備的電源系統可能受到侵入過電壓和感應過電壓的危害， 在實際運用中應加裝電源防雷保護器SPD 進行多級保護，將過電壓降低到無危害的水平，對于引入控制室的信號線，網絡線和微波饋線，均應加裝信號防雷保護器，保證自動化系統、遠動設備及通信的正常工作。 對于弱電設備的防雷保護，總體來說是一個綜合性的問題，長期的防雷實踐告訴我們，在防雷中從直擊雷防護到接地、均壓、屏蔽、限幅、分流、隔離等多個環節都要認真對待，才能確保設備的安全。

3.1 接地與均壓

接地是提高二次設備防雷水平最直接、最有效的一個措施，所有雷擊電流均可以通過接地網引入大地，可靠的接地可以有效的避免電涌電壓對二次設備造成危害。防雷規范對不同接地網規定有不同的電阻值，在經濟合理的前提下，應盡可能降低接地電阻，能夠有效限制地電位的升高。

經過單次循環后，為本次循環返程路徑上信息素的跡增量，其值等于符合式（1）的螞蟻A（組團A）留在該路徑上的信息素的跡濃度，即，其中：為符合式（1）的螞蟻（組團）個數；表示第只螞蟻在本次循環中留在路徑上的信息素的跡濃度，為常量，表示第只螞蟻經過路徑的距離．

接地與均壓是相輔相成的，所謂均壓就是要在同一層面、同一房間內的四周設置一閉環的接地母線帶， 在同一房間里的所有儀器、設備的殼體、電力電纜、信號電纜的外皮和金屬管道等應分別直接就近連接到接地母線上，并連接牢固，以保證各個接地點的等電位。雷電流的幅值非常大，陡度很高，其流過之處相對零電位的大地立即升至高電位，周圍尚處于大地零電位的物體會產生旁側閃絡放電。 這種旁側閃絡不僅會導致裝有易燃易爆物的建筑物失火和爆炸，而且其放電過程所伴隨的脈沖電磁場會對室內電子設備造成感應電位，使其受到損害。 完善的等電位可有效防止非等電位體間電位差造成事故。

3.2 屏蔽

屏蔽指的是采用屏蔽電纜、各種人工的屏蔽箱、盒、法拉第屏蔽籠和各種可利用的自然屏蔽體來阻擋、衰減施加在電子設備上的電磁脈沖干擾，需強調的是屏蔽體外殼必須有效接地，進入屏蔽室的各種電源線、信號線都必須采取有效的電磁脈沖隔離和高頻電磁波濾波裝置過濾，否則一根來自干擾源環境中未經過濾波器或隔離的導線，都將使屏蔽籠失去屏蔽作用。

一般來說，為減少外界雷電電磁干擾，通信機房及通信調度綜合樓的建筑鋼筋、金屬地板構架等均應相互焊接，形成等電位法拉第籠。設備對屏蔽有較高要求時，機房六面應敷設金屬屏蔽網，將屏蔽網與機房內環行接地母線均勻多點相連。

3.3 分流與隔離

分流的主要作用是把可能的直擊雷用接閃器經多根分散的接地引下線直接連到接地裝置，將雷電流分流散入地下，以免在每根接地引下線上流過過大的雷電流以及周圍產生的強大電磁場造成大的干擾。 由接地引下線將直擊雷的雷電流有效引入地下，而非竄入弱電設備工作區域。 需要強調的是，建筑物頂部各種裝置（如微波接收器等）的外殼都應與主接地引下線或接地帶呈放射性連接，且設備的外殼不應有串接之處， 前者是避免雷電流在非接地引下線上產生強感應電位，而后者是避免雷電流串入設備后造成設備損壞，為保證散流效果，接地引下線要有足夠的面積，特別要防止接地引下線中途腐蝕斷裂或中途串有設備。 要經常性對接地引下線及地網進行測量和檢查。

對于不同接地網之間的通信線宜采取防止高、低電位反擊的隔離措施，如光電隔離、變壓器隔離等。 在電力調度通信綜合樓內，需另設接地網的特殊設備，其接地網與大樓主接地網之間可通過擊穿保險器或放電器連接，可用地電位均衡器或220V 低壓氧化鋅避雷器（箱），通流容量應大于10kA，殘壓不超過1.5kV。以保證正常時隔離，雷擊時均衡電位。

3.4 限幅

電源線路侵入波過電壓可能是電源配電線路遭直擊雷，也可能是空間雷電電磁脈沖在電源配電線路上感應的過電壓。對于變電站站用低壓電源線路或220V 直流電源線路侵入波過電壓應按照電源分級保護、逐級泄流原則，進行四級防雷保護設置，采用三相電源防雷箱、單相交直流防雷器、防雷插排等防護措施，在電源進入弱電設備前，全面限制電源線路侵入波過電壓。

對于裝置之間到通信管理機485 通信控制線、到調度及后臺通信控制線、載波高頻通信電纜、電話線等信號線路防雷采用全面攔截原則，分別采用控制信號防雷器、過電壓保護器等相應的防雷設備。當信號線路感應到過電壓產生過電流時通過信號浪涌保護器將電流泄放到大地，從而達到保護后端設備的目的。

4 結束語

由于變電站微機保護設備種類繁多，它們的耐過壓能力也各有差別，系統遭受雷擊危害機率大大增加。通過采取上述措施，變電站二次控制系統遭雷擊現象明顯減少，但不能完全根除，只能不斷采取防范，將雷害事故和干擾減少到最低程度。