變電站二次設備防雷技術探討及應用

佛山電力設計院有限公司 陳紹永

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變電站二次設備防雷技術探討及應用

佛山電力設計院有限公司 陳紹永

【摘要】隨著各種高新技術的應用，變電站二次設備的防雷技術用它獨特的優勢與特征取得了很好的應用。本文結合變電站二次設備的防雷技術，對防雷技術的應用進行了探討。

【關鍵詞】變電站；二次設備；防雷技術；應用

雷電作為典型的自然災害，我國是典型的雷電頻發國，這對電力系統的可靠運行與安全性帶來了很大的影響。隨著自動化程度的改善，以微電子為主的元件保護、控制、通信、信號與監控等設施在變電站中得到了很好的應用。雷電作為一種強烈的過電壓，雖然很少直擊站內設施，但是利用行波與二次耦合回路會產生干擾電壓。所以，在現實工作中，必須做好二次設備防雷技術研究，在保障安全運行的同時，提高綜合自動化變電站的應用效率。

1　防雷和二次防雷

1.1雷電危害

因為正負云層相撞，所以會讓大氣中的電壓得以釋放，從而出現雷電，也正是因為雷電流與瞬間性的影響，在第一次防雷中很難將所有雷電流安全接地，并且高殘壓遠超設施耐壓范圍，即：在一次避雷器動作之后的高殘壓幅值會對相關設施帶來很大的影響。特別是變電站中的芯片集成與精密儀器，性能的敏感性，對高電壓的沖擊力與承受力都會造成一定影響。因此，第一次防雷動作結束，不可能完全避免，需要繼續做好二次設備防護。

1.2雷電對變電站的影響

直擊雷是直接命中建筑設施與建筑物，低于100KA的電流值與5000KV的峰值能在瞬間帶來很大的破壞，同時對電磁波與電位飆升帶來脈沖電壓，并且損壞線路與通訊，甚至帶來激烈爆炸與火災。

傳導雷是在遠離被雷擊中的線路的同時，受電磁波感應影響形成的脈沖電壓，然后再利用通信、電源傳播，最后出現二次設施損壞。

感應雷是電磁波帶來的感應，在電極性質與云層的反復作用下相互碰撞，在反復放電的同時不斷進行電磁波反應。在和反應源相近的通訊線路和電源中，受電磁波感應的脈沖電壓影響，其最高峰值可以達到50KV。這種過電壓，可以直接擊穿半導體，在過電壓反復作用下產生熱能，這樣不僅加劇了元器件老化，在溫度到一定程度后，很可能燒毀觸點、元器件和電路，甚至帶來火災。在智能設施比較精密的狀態下，很可能出現數據丟失，通訊質量降低，在信號被干擾的情況下，出現死機、系統卡等問題，甚至造成通訊和計算機系統癱瘓。

2　變電站二次設備防雷技術的應用

2.1二次設備的防雷技術

圖1　可實施高殘壓降壓的變壓器

從圖1中可以看到：在高殘壓中和變壓器中，防雷技術處在二次設施與避雷器間，它屬于安全位置。在正常的電壓供電中，利用中間鐵圈的線圈進行串聯；在電流相反的情況下，利用L1與L2的磁通耦合，在電勢方向完全相反的情況下進行抵消，這樣也就不會對電壓構成任何威脅。在瞬時雷電電壓的影響下，中和變壓器屬于共模輸入，第一道避電器就能得到很大的引流，以此對二次設備中的防雷模式形成巨大的電勢沖擊，而感應的電壓量可以與原雷高殘壓互相抵消，最終達到減小高殘壓的根本目的和要求。

2.2變電站二次設備防雷技術的安裝和施工

從圖2可以準確的看出：因為電流輸入電源側面，所以必須進行中和變壓器安裝。雷電波自220v電流電源進入之后，避雷器a動作，然后得到雷電波殘壓。當避雷器b動作后，雷電波電流數值是0.5kv，高殘壓的雷電壓是600v，處在地面網絡的電壓變成500v，利用變電站的二次設備中的中和變壓器壓降。通過對比雷電波數值，可以發現200v是最初0.5KV的3.2%，期降幅達到96.8%（如表1所示）。

圖2　某變電站蒸餾系統的防雷示意圖

表1　220V系統安裝期間的避雷器

3　二次防雷技術的應用實例

隨著220KV為代表的綜合自動化變電站投入運營，防雷工作越來越被二次弱電相關設施重視。根據相關數據顯示，在綜自改造之前，該地所轄電站經常由于雷擊讓相關設施出現缺陷、損壞，甚至影響了二次設施的穩定運行。在此次變電站二次防雷設計中，主要對變電站二次系統中容易損壞的設施加裝保護設施，更多的是在內部加裝電涌保護器（SPD），當設施遭到電壓侵襲后，讓該裝置快速動作并且釋放能量，同時讓泄放后的殘壓小于保護設施絕緣要求，讓保護設施避免受損。

在浪涌保護設施選型中，需要做好最大放電的電流選擇，BC級可以選擇40KA，D級可以考慮插座避雷器。在最大持續耐壓選型中，考慮到很可能發生電網單相接地與被動電壓等情況，B級防雷器的電壓最好超過385V，事實上使用的是440V，C級防雷器的持續耐壓為320V。

在交流電源防護工作中，先將一二級防雷保護設施加裝在380VAC兩路交流前端，工作原理和二級VAL-MS320/3+1組合防雷模塊共同應對雷擊。C級的VAL-MS320/3+1組合對雷擊的反映非常敏銳，如果出現雷擊，它將迅速變成鉗壓，然后再配合一級點火，讓雷電流導通泄放。在高頻開關電源中，分布配置380VAC兩路交流，為避免一二級泄放之后的殘余雷電接地或者侵入成為反擊雷，為交流進線分別裝置VAL-MS320/3+1三級組合防雷模塊。合閘母線電源必須通過戶外開關進行，所以合母必須增強一二級防雷。在此次防雷中，二次防雷得到了很好的成效，設施損壞、保護告警的情況明顯下降。

4　防雷措施

在電源線路防護中，通常使用雙電源自動切換的方式進行，在雙電源切換裝置屏的AC380V中安裝三相電源防雷器，以避免雷擊電壓利用變壓器引入雙電源進行設備切換與后續使用。

在充電屏的AC380V進線上安裝三相電源防雷器，避免雙電源自動切換裝置屏與充電屏間在電纜層受雷電領域或者其他線路的影響。

在饋電屏工作中，在饋電屏的直流電源上分別安裝直流電源，通過電源吸收，對電壓反饋進行電屏回充，避免KM直流電源對主控電纜與其他電纜的不利影響。

在公用屏中，分別在1號、2號公用屏與AC20V交流電源、KM直流電源上安裝直流與交流電源防雷器，以避免直流與交流輸入對電纜層帶來雷擊的影響。

在電能計量屏工作中，先并聯安裝交流電源防雷器、輸入線路，以避免過電壓對二次設施構成不良影響。

5　結語

變電站二次設備的防雷技術關系著電力系統能否正常運行，避雷器動作后的高殘壓會對二次設施帶來嚴重的影響，在對變電站二次防雷設施研究中：中和變電器的應用能有效減小高殘壓。本文通過二次防雷技術安裝以及應用實例，對二次防雷技術研究提供了很好的現實依據。在二次防雷技術應用中，同時也面臨參數與技術要求，此時就要二次防雷設施整合對應的設施與相關特性，如：屏蔽靜謐儀器，將電磁感應絕緣應用在通訊電源上等。在二次防雷設施上，必須努力做好技術普及與應用，不斷提高電網安全與供電質量。

參考文獻

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作者簡介：

陳紹永（1981—），男，廣東南海人，大學本科，現供職于佛山電力設計院有限公司，研究方向：電氣二次設計。