關于變電站二次系統的防雷保護及措施

張碧其

摘 要：隨著變電站自動化設備越來越先進，其精密程度越來越高，但從防雷角度來說，其防雷電電磁脈沖侵害的能力卻明顯下降，當有雷電電磁脈沖入侵時，很容易對二次設備和系統造成損壞。近年來，電力二次系統遭雷擊災害的事故也時有發生；因此對變電站二次系統實施防雷保護措施非常重要。文章主要根據變電站二次系統防雷能力比較薄弱，提出了關于變電站二次系統的防雷保護與措施。

關鍵詞：變電站二次系統；雷電；防雷措施

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）30-0001-02

變電站是個包括高壓場地（部分是室內高壓）及以中控室為主的建筑物，二次系統及二次設備主要集中在中控室（部分站還有通信樓）。變電站雖然樓層不高，但有自帶高壓、外露金屬線多的特點，因此，雷擊幾率及強度都很大，同時二次系統也是最容易受到雷電波入侵的一個部分。通常在整個變電站中，一次設備都具有比較完善的防雷系統，但二次設備的防雷能力卻比較薄弱，很容易受到外界的干擾而影響正常的工作，嚴重時甚至會直接損壞設備。一旦變電站的二次系統受到雷電波的入侵而產生的損壞，將會對當地電力供應造成極大的影響，因此加強變電站二次系統的防雷保護有很重要的意義。

1 二次系統雷電入侵分析

變電站二次系統處在一個強電和弱電系統形成的錯綜復雜的電磁環境中，雷電閃擊可能通過各種耦合進入二次系統形成浪涌和過電壓。其中雷擊在線路上引起的上萬伏的過電壓、過電流及極強的交變電磁場是損壞二次系統的主要原因，而雷電入侵的途徑可以通過配電線路、通信線路、雷擊電磁場等途徑。據IEEE等標準電源線路上的雷擊過電壓可達20 kV，雷電流可達20 kA；通信線路上的雷擊過電壓可達10 kV，雷電流可達1 kA，該過電壓沿電源或通信線路直接傳到設備，并可能將二次設備損壞。當直接雷擊發生時，附近有很強的電磁場，由于靜電感應與電磁感應引起的過電壓，如圖1所示。其主要破壞對象是電子設備，所以，電力二次設備防護是感應雷擊防護。

龍川縣位于廣東省東北部，屬中亞熱帶季風氣候，地處山區，山高林密，局地氣候的差異明顯。近幾年來，龍川縣雷災頻繁，據氣象部門統計，多年平均雷暴日數為67.3 d，其中雷暴日最多為98 d/a，最少年份為44 d/a。變電站綜合自動化水平越來越高，應用的微機化二次設備也越多，精度也越高，至2014年，轄區11座110 kV變電站、1座35 kV變電站實現綜合自動化全覆蓋。多年來，我局通信自動化班在二次設備維護發現網絡接口設備、計算機控制端口、CPU控制模塊、數據采集、通信接口電路以及UPS電源被雷擊損壞的事故時有發生，這表明計算機、控制端口及網絡設備的接口是雷電浪涌侵入的薄弱環節。所以必須相應的加強變電二次設備的防雷保護措施，以確保變電站二次設備的安全穩定運行。

2 防雷保護措施

2.1 接地與屏蔽

高壓場地有很多各種二次回路，如交流電壓、電流回流、直流控制及信號回路等線路經布線層到中控室，這些線路雖然大多數有屏蔽層，但因雷電能量集中在中低頻，一般的屏蔽措施效果不顯著，因此，這些二次回路會感應到雷電，并傳到站內二次設備。所以二次設備必須具備優良的接地，此舉是二次系統的防雷保護措施的其中最重要的一個步驟，而要加強變電站二次系統的防雷能力，改變二次系統的接地方式對提升二次系統的防雷能力非常重要。通常變電站二次系統的接地方式主要有危及保護裝置的交流電源接地、設備的安全接地以及防雷接地三種。因此接地是防止雷擊破壞二次系統最重要的步驟，有效的接地可以很好的避免雷電波破壞二次設備。通常變電站的地網一般是聯合地網，但是當工作的頻率超過300 kHz時，最好是采用多點接地。多點接地的結構中，因為每條底線都比較短，通過多條導線并聯就能夠有效的降低接地導體的總電感，從而避免高頻是接地系統中的駐波效應，在整個變電中將所有的導電體進行接地形成一個完善統一的接地網，就能夠有效的提高二次系統的防雷能力，多點接地的方式，如圖2所示。

2.2 安裝電涌保護器

電涌保護器（SPD）是電子設備中一種非常有效的防雷裝置，也有人們管這種防雷裝置叫做“避雷器”與“過電壓保護器”，SPD能夠將電路中的竄入的電力線與信號傳輸線的瞬間過電壓限制在系統所能夠承受的電壓范圍之內，將過大的雷電流都導入的到大地，從而實現保護電力設備與電力系統的作用。SPD的工作原理，如圖3所示，在電壓過強時，瞬變電話會對二極管進行抑制，開始泄放電流，同時將輸出鉗位作用在截止電壓上，從而有效的避免了過電壓對電力設備的損壞。同時當TVS上的放電電流在不斷上升時，會使得充氣式放電器（GDT）的電壓超過點火電壓Uc，GDP會自動泄放電流，從而降低電壓保護電路設備。

SPD是電力二次設備雷擊過電壓防護中須采用的主要防護設備，電力的二次設備比任何一個系統的設備都復雜，它是一個包含了自動化、通信、計算機等多種弱電設備在內的復雜的系統。SPD不但要求能保護這些二次設備的安全，同時不能影響這些設備的正常運行，在PT線路SPD應確保不短路，CT線路SPD應確保不開路。在可能引入雷電過電壓的各種主要線路安裝相應的SPD，如圖4所示，做好等電位連接。

交流電源防雷措施，交流屏是變電站內設備用電的交流總配電，作為交流用電的設備的防雷總保護，應在交流屏輸入端安裝SPD，將雷電在入口處盡量通過地網泄放入大地，減少室內雷電電磁場。PT、CT交流回路是保護裝置、測控裝置、監測裝置的采樣源，取自于高壓場地或高壓室，防雷效果將直接危及到這些設備的安全，在回路接入端安裝SPD。

直流電源防雷措施，二次設備用電通常都是采用直流供電，其次，控制回路、合閘回路等都是采用直流電源，在直流屏、通信電源屏、UPS、主控屏等交流配電輸入端應安裝SPD，其作用有二，一是抑制室內電源線路上感應的過電壓，二是作為重要設備的雙重保護。

弱電設備防雷措施，通信設備（如載波通信、GPS戶外天線）通過戶外進行信號傳輸，非常容易受到感應雷電的入侵，造成設備的損壞。在載波通道進出兩側、GPS天線引入側、變電站外臺監控機網線等安裝SPD，抑制通信線路上感應的過電壓。

3 結 語

二次系統的安全穩定運行關系到變電站一次設備的安全及電網安全，二次系統的防雷保護措施是其中最重要的工作內容之一，而要想加強變電站二次系統的防雷保護，可以綜合應用電壓防護技術、通訊設備的過電壓保護技術以及抗干擾技術。變電站的二次系統一旦受到雷電波的入侵，會對整個電力系統的正常運行造成很大的影響，也是電力事故的常發點，做好這方面的防護工作對電網安全穩定運行和電力的有供序供應提供有力保障。

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