雷電對變電站設備的危害及防治經驗

內蒙古新聞出版廣電局610臺 劉大慶

雷電對變電站設備的危害及防治經驗

內蒙古新聞出版廣電局610臺 劉大慶

在當今的信息時代，各類先進的電子設備，由于大量和廣泛的應用，其遭受雷擊危害幾率大大增加，尤其是變電站內有眾多電子設備，易在雷電作用下出現問題。本文就雷電理論上對變電站可能造成的危害進行分析，結合變電站現狀及雷電損害電子設備的途徑，從雷電入侵變電站的幾個方面展開分析，找到雷電損害變電站設備的原因，從而針對性解決雷電對變電站電子設備的危害。

防雷；變電站；接地；電子設備

雷電對變電站電子設備的危害主要通過雷電感應、地電位反擊、雷電二次傷害等。當前變電站在設置二次回路及二次回路中的而設備和智能化電力系統并未受到足夠重視，導致這種現象的原因主要是傳統思想根深蒂固，導致現在一些二次回路在設置過程中并未注重二次回路的改善。傳統電網保護采用的是電磁式保護裝置，對雷電等不良因素的干擾具有較強的抵抗能力。對著計算機技術和自動控制技術不但發展，當前變電站設備保護已經由傳統保護轉變為微機保護，變電站設備保護系統已經由電磁保護裝置轉變為智能保護裝置，這些智能保護設備更易受到雷電的影響。

1　雷電入侵的主要途徑

雷電對變電站系統影響較為嚴重，其影響主要由電磁脈沖通過電阻耦合、電感耦合、電場耦合等方式進入變電站電力系統。變電站實際運行過程中主要通過電線及電磁感應場等進入電子設備系統，再加上變電站接地系統存在問題導致設備儀器絕緣性降低，從而導致電位差形成較為嚴重的后果。

從現狀來看，雷電對變電站電子設備的破壞形式主要有以下幾種方式：

1.1雷電直接擊中變電站電子設備

傳統變電站電子設備系統包括極端保護系統和各運動設備，這些系統在設計時均將雷電作為其正常運行，因此在設計時考慮過避雷措施，因此遭受雷擊的可能性較小。隨著智能系統在變電站中的應用不斷深入，這些系統在傳統設備基礎上進行改造和引進，因此在設計和施工中難以考慮防雷措施，導致這些設備易被雷電直接集中，不僅導致被擊中設備被損壞，還易導致與其項鏈的其他設備。

1.2通過電源侵害電子設備

變電站電源線是連接變電站多有設備的中轉部分，雷電若擊中電源線便會通過與電源相連部分侵入到二次回路中，此過程產生的瞬時高壓會直接影響到二次設備。例如以最大電流陡度為100KA/ us計算，設單根引下線上長度為10m，電感電壓降值會達到1MV以上。變電站實際運行過程中會存在電損，因此該電壓會較理論值更低，但也足以導致變電站絕大多數設備被破壞。由此可見防止雷電經過電源線傷害二次回路連接設備是變電站防雷工作重點任務之一。從傳統設計角度來說，變電站設備已經杜絕二次回路傷害可能性，但由于后期需要會對原有設備進行重新設計和電路改造，電源線超出其原有設計范圍。另外一些人為違規造成的影響會造成雷電入侵變電站電源線，從而破壞變電站二次回路設備。基于此必須重視對該系統防雷電的保護，若因為需要必須將電源線引出，則需考慮采用防雷設備保護電源系統。

1.3感應雷侵害電子設備

雷電出現時會將電流通過大地進行釋放，在此過程中會形成一個快速變化的旋轉運動磁場，該磁場會造成其鄰近部分的電源線及弱電電纜等相對切割磁力線，從而產生感應高壓，并會產生電流陡度為90KA/us，當其環路為10M時，瞬間可以產生高達千伏的感應電壓。瞬時高壓會隨著線路進行傳輸，并擊毀與線路相連的變電站設備。當前變電站二次回路電纜大多采用電纜溝內鋪設方式，一些電纜直接沿建筑物表面進行歐舍，因此極易造成過壓導致設備受損。

1.4高壓反擊雷對電子設備的侵害

為保護變電站設備，很多變電站均埋設避雷針，其作用是通過避雷針尖端引雷并將其通入大地，從而避免雷電擊中變電站設備。由于地面存在阻力，因此地面電荷并不能在瞬間將雷電電荷完全中和，此時必然引起局部地區電位上升，從而導致電勢差。電勢差可能會造成二次高壓反擊，當產生二次高壓出與變電站設備間距離小于安全距離時便會受到影響。其次避雷針通過金屬導體與地面相連，由于導體與土壤電阻率存在差異，也會導致二次高壓反擊的出現，并破壞變電站設備。尤其是出現劣質材料導致電阻不和標準或避雷針在埋設過程中由于操作不當導致其作用降低，會產生買充電壓，該脈沖電壓會造成變電站設備被破壞，該種破壞一般是地方性的，例如傳感器模塊、測量模塊、絕緣模塊等。當電纜的絕緣性降低時便會導致各種雷電傷害加劇。由于雷電對目標是否擊中存在一定偶然性，因此其對破壞性可能影響到任意模塊，或者對系統中連接任意模塊的電纜線造成破壞。

2　變電站電子設備防雷的具體經驗

結合國內外變電站在防雷上的經驗，要做好變電站防雷工作的關鍵就是需貫徹防雷工作的幾個原則，就是采用分流、均壓、接地、屏蔽、保護幾個技術。

分流就是通過并聯電路干路電流等于支路電流之和，因此在避雷過程中可通過增加接地引線的數目，這樣每根電線分到的電流就會減少，其感應范圍也較小；

均壓是指將變電站中所有被保護設備構成等電位，以此杜絕因為電位差導致的電子設備損傷；

接地時當前變電站設備常用方法之一，也是一項重要的防雷手段，通過接地可保證二次高壓反擊雷造成的變電站設備損壞；

屏蔽是防止雷電發生時產生的雷電脈沖對設備造成的損傷；

保護的作用就是防止過壓和過流等對變電站電子設備造成的影響，也是當前變電站設備最重要的保護措施之一。變電站防雷與建筑物防雷有一定差別。通過對變電站防雷系統進行深入研究，發現當前變電站在防雷過程中較易忽略的就是屏蔽保護，尤其在變電站二次回路防雷中極易忽略此項工作。基于此需結合前文介紹的幾種形式，對變電站設備進行充分保護。

2.1杜絕雷電從電源侵入

當前變電站在引入新設備或對原有系統進行改造過程中，需將電源線引到其他地方，此時極易忽略對電源線雷電的防護。電源線缺乏保護便為雷電入侵變電站電子設備提供新的可能。基于此在變電站改造或引進新設備進行電路二次連接時必須對電源及電源線進行保護，防止雷電產生的電流脈沖通過電源引出線侵入電源系統導致設備被損傷。

2.2做好屏蔽，削弱感應雷的影響

變電站內電纜錯綜復雜，在電纜鋪設過程中應該保證電纜溝內電纜合理鋪設，且不同系統在電纜溝內需要分開鋪設，如有條件需將不同電纜通過屏蔽分開，或者讓電纜通過金屬管。當雷電入侵到變電站系統中便不會對其他系統造成干擾。當前變電站的微機系統及運動系統的數據傳輸及采集電纜均需對其進行屏蔽處理，且需保證電纜屏蔽層接地。

2.3做好接地，杜絕二次反擊雷的影響

接地的主要作用就是講雷電產生的電荷導入大地，從而將雷電造成的不良影響降到最低。接地時最為有效的防雷措施之一，尤其對雷電二次反擊對變電站電子設備造成的影響有明顯作用。變電站設備在進行接地網建設時需確保其接地電阻滿足實際需求，并且需對變電站接地電阻進行有效檢測，保證變電站設備安全運行。

2.4合理配置避雷針、避雷器，嚴防直接雷的危害

避雷針是變電站最常用的防雷設施，通過避雷正可保護變電站電子設備不被雷電正面集中。變電站高壓線避雷正可保護高壓電線受到雷電入侵時損傷到變電站內部電子設備。當前變電站內部在改造過程中需新增智能化系統，該系統的防雷建設往往被忽略。因此變電站應該講設備安裝位置及電纜鋪設置于防雷系統保護范圍內，確保變電站電子系統不受到雷電的影響。變電站系統弱電電纜應該采用相應電涌保護器對其進行保護，以此降低二次雷電反擊對設備造成的侵害。

3　結束語

變電站電力系統防雷工作是一項復雜工程，為保證變電站設備的有效運行，必須做好變電站防雷工作。變電站防雷工作需要工設計階段就開始將其作為一項基本理念，注重防雷細節工作。變電站運行過程中定期對防雷系統進行功能檢測，為電子設備的有效運行奠定堅實基礎。

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劉大慶（1967—），山西大同人，大學本科，內蒙古新聞出版廣電局610臺高級工程師，研究方向：中波廣播發射。