變電站二次設(shè)備防雷保護(hù)措施探討

黃新楠

摘要:文章從電源系統(tǒng)防雷保護(hù)和二次設(shè)備保護(hù)措施對(duì)變電站二次設(shè)備防雷技術(shù)的探討，提出在電力變壓器低壓側(cè)加裝避雷器、將浪涌保護(hù)器加裝至電源入口端、單端接地和雙端接地兩種方式將屏蔽電纜有效接地等措施，為一線電力工程人員提供參考。

關(guān)鍵詞：變電站；二次設(shè)備；防雷保護(hù)

0引言

雷電災(zāi)害是十大自然災(zāi)害之一，我國(guó)是雷電活動(dòng)非常頻繁的國(guó)家，對(duì)電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化程度不斷提高，以微笑電子為主要元件的控制、保護(hù)、信號(hào)、通信、監(jiān)控等設(shè)備在變電站中得到廣泛的應(yīng)用。常規(guī)的電磁保護(hù)裝置單元以電阻、電容、電感為主，而熱容量較大，能承受較強(qiáng)的尖鋒脈沖，對(duì)雷電暫態(tài)沖擊承受能力較強(qiáng)。但對(duì)于微安級(jí)二次設(shè)備來(lái)說(shuō)，就不一定承受得起。面對(duì)雷害多二維空間侵入轉(zhuǎn)變?yōu)槿S空間侵入，雷害對(duì)象也主要集中在微笑電子器件等這些敏感的電子器件設(shè)備上，對(duì)二次設(shè)備造成較大的干擾。因此，變電變二次設(shè)備防雷保護(hù)是關(guān)系到電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素，需要對(duì)其保護(hù)措施進(jìn)行深入探究。

1電源系統(tǒng)防雷保護(hù)措施

變電站在高壓系統(tǒng)防雷保護(hù)措施一般都較為完善，如110kV及以上線路有架空地線保護(hù)，35kV線路有進(jìn)線段保護(hù)，10kV線路有出線避雷器保護(hù)，各級(jí)母線還有避雷器保護(hù)，但400V低壓系統(tǒng)往往防雷保護(hù)措施較弱甚至沒(méi)有任何的保護(hù)措施，這樣使得過(guò)電壓涉及整個(gè)低壓弱電系統(tǒng)，尤其是計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和微機(jī)保護(hù)等弱電設(shè)備絕緣薄弱，很容易造成擊穿與燒壞，破壞綜合自動(dòng)化系統(tǒng)直流電源模塊。電源系統(tǒng)防雷保護(hù)要從三方面著手：

1.1在電力變壓器低壓側(cè)裝設(shè)避雷器

在電力變壓器低壓側(cè)加裝避雷局，要實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)功能：一是限制避雷器殘壓，二是要把侵入波的陡度控制在一定的值以內(nèi)。因此，避雷器與變壓器之間的最大距離lmax，對(duì)于一路進(jìn)線應(yīng)當(dāng)滿足下式： ,其中，表示變壓器沖擊電壓最大值，表示避雷器殘壓，表示雷電波陡度，v表示雷電波速度，表示變壓器入口電容，表示避雷器到變壓器連線單位長(zhǎng)度的電容。對(duì)于兩路進(jìn)線，應(yīng)當(dāng)滿足，式中k1>1，且k1是隨著回路增加而增大的。如果避雷器與變壓器的距離大于就應(yīng)當(dāng)考慮在變壓器附近再增裝一組避雷器以保證直流電源模塊的安全。

1.2將浪涌保護(hù)器加裝至電源入口端

浪涌保護(hù)器采用LC低通濾波器和壓敏電阻，使得通過(guò)其中的雷電波信號(hào)部分的高頻分量和較高的能量被有效吸收，使得電壓鉗位到安全范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電源系統(tǒng)的保護(hù)。

變電站內(nèi)雷電干擾頻率范圍為100KHz~10MHz，要保證二次設(shè)備正常工作，就需要將這個(gè)范圍內(nèi)的高頻分量過(guò)濾掉，由公式可知，電感L和電容C參數(shù)的選擇成為浪涌保護(hù)器的關(guān)鍵。考慮到“技術(shù)經(jīng)濟(jì)比”原則，選擇較小的電感以縮小體積，降低造價(jià)。從波過(guò)程原理可知，均勻單根無(wú)窮長(zhǎng)無(wú)損導(dǎo)線，電壓波與電流波都是沿線路流動(dòng)傳播，波的阻抗為，當(dāng)波沿傳輸線路傳輸時(shí)，在某個(gè)節(jié)點(diǎn)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生折射和反射。行波通過(guò)串聯(lián)電感后，直角波便變成了指數(shù)波，在陡度上出現(xiàn)明顯的下降。由于電感中電流不能突變，在行波到達(dá)某節(jié)點(diǎn)后，部分折射電壓與電感電流處于正相關(guān)關(guān)系，而另一部分電壓波則沿線路反射回去。同理，并聯(lián)電容，也減小波的陡度。因此，在電感與電容的雙重作用下，雷電波得到極大限制的削弱，從而達(dá)到保護(hù)電源板的目的。

2變電站二次設(shè)備可靠接地

變電站通信與控制系統(tǒng)中的二次設(shè)備所在的長(zhǎng)方形機(jī)房的六個(gè)面敷設(shè)金屬屏蔽網(wǎng)，并與機(jī)房的內(nèi)環(huán)形接地母線連接，接地點(diǎn)以短線為主，設(shè)備之間的連接也采用較短的導(dǎo)線連接，使得導(dǎo)線上難以形成較大的雷電感應(yīng)電壓幅值，從而避免對(duì)二次設(shè)備的干擾。具體來(lái)說(shuō)，注意以下五點(diǎn)：

一是二次系統(tǒng)設(shè)備如外殼、箱體、機(jī)架等金屬部件與共用接地系統(tǒng)等電位相連接，且以星形結(jié)構(gòu)和網(wǎng)型結(jié)構(gòu)兩種方式；

二是根據(jù)二次系統(tǒng)設(shè)備各個(gè)外露可導(dǎo)部件情況建立起連接網(wǎng)絡(luò)，所有等電位連接網(wǎng)絡(luò)都應(yīng)當(dāng)可靠接地；

三是對(duì)于局部封閉且相對(duì)小的二次系統(tǒng)可以選擇用星型結(jié)構(gòu)連接網(wǎng)絡(luò)，并與共同接地系統(tǒng)部件有足夠的絕緣；

四是對(duì)于較大的開放型二次系統(tǒng)采用網(wǎng)型結(jié)構(gòu)等電位連接網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)多點(diǎn)接地并入共用接地系統(tǒng)中，形成網(wǎng)型結(jié)構(gòu)等電位連接網(wǎng)絡(luò)。

五是考慮到等電位連接網(wǎng)絡(luò)流過(guò)高頻電流，又有明顯的趨膚效應(yīng)，不僅要求材料滿足截面積需要，還要滿足表面需要。

屏蔽電纜必須要可靠接地，基本就有單端接地和雙端接地兩種。單端接地是電纜一端在被迫設(shè)備處懸浮著，并經(jīng)其他設(shè)備實(shí)現(xiàn)接地。在電壓雷擊情況下，有大電流進(jìn)入地網(wǎng)時(shí)，在接地網(wǎng)的高阻抗作用下，注入大地電流迅速衰減，到達(dá)屏蔽電纜接地點(diǎn)的感應(yīng)電壓不會(huì)太大，經(jīng)電纜外皮的感應(yīng)耦合到電纜電纜芯線的感應(yīng)電壓也很小，從而保護(hù)二次系統(tǒng)設(shè)備。雙端接地是在改善地網(wǎng)電位分布的基礎(chǔ)上，為限制屏蔽電纜兩接地端電位而采用嚴(yán)格的等電位接地方式，使電纜兩接地端之間不能產(chǎn)生較大電位差而避免相互干擾。

3結(jié)論

變電站二次回路防雷問(wèn)題關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須要引起足夠的重視。除了從電源防雷、有效接地外，還要注重信號(hào)防雷、抗干擾等問(wèn)題進(jìn)行深入的探討，并在實(shí)踐中檢驗(yàn)，促進(jìn)電力技術(shù)健康發(fā)展。

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