變電站二次系統防雷保護

胡志彬

摘要：文章針對變電站二次系統防雷保護的相關信息，對其二次系統防雷保護的具體策略進行研究。首先介紹雷電對變電站二次系統的影響，并分析雷電的入侵條件；其次介紹變電站二次系統防雷保護的具體措施；最后結合實際案例，對該案例中二次系統防雷保護的方法進行研究。

關鍵詞：變電站；二次系統；防雷保護；電力系統；雷電入侵條件 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM73 文章編號：1009-2374（2016）30-0125-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.30.061

目前，隨著我國電力系統不斷發展，系統對防雷保護能力提出了更高的要求。而從當前我國電網防雷技術的發展來看，一次系統防雷基本達到了安全、可靠的目的，不會出現嚴重的雷擊事故。但隨著現代科學技術的發展，以計算機、微型電子儀器為基礎的二次系統在電網中所占的比例越來越大，而這些設備由于耐壓水平低，一旦出現雷擊事故就可能出現損壞，對電網安全運行產生嚴重影響。因此，需要重視對變電站二次系統防雷保護技術的研究，為推動變電站平穩運行奠定基礎。

1 雷擊問題研究

雷擊主要可以劃分為感應雷與直擊雷，由于當前變電站出線段、進線段都設有避雷針，因此其避雷線能有效規避雷擊危害。當前常見的防雷保護結構如圖1所示：

在一般情況下，變電站的主要雷擊事故類型為感應雷害事故：在正常情況下雷擊先擊中避雷針，有助于保護輸電線路，而雷電會在引線的干預下快速流入大地；但在實際上，雷電存在陡度大、電波峰值高等特點，可能會經過系統母線進入二次系統，導致二次系統出現電容性耦合等，再加之二次系統自身具有特殊性，因此在雷擊作用下就會出現損壞或發出錯誤動作。

感應雷過電壓、浪涌過電壓被認為是導致變電站雷擊事故的主要原因，其入侵變電站主要分為以下三種方式：

方式一：經過弱電系統信號控制入線進入。若雷電流經過導線而進入大地，此時雷電流較大，因此往往會在周圍產生電磁感應，致使導線上產生不同電壓降，最終形成過電壓。這種過電壓會影響二次系統設備，導致二次系統設備損壞。

方式二：經過弱電系統電源線進入。在發生雷擊過程中，雷電侵入波先到達變壓器，此時變壓器高壓側避雷器首先動作，將入侵的雷電流引入大地。但在這個過程中，殘壓系數較大，電壓器高壓側電壓很大，則低壓側電壓也會處于較高水平。在這種情況下，第二次系統設備絕緣水平受到影響，可能會導致設備損壞。

方式三：經過弱電系統接地線進入。在一般條件下，在雷擊發生時，雷電流會隨著地下引線進入大地。但在實際上，雷電流進入大地的過程不是一瞬間完成的，因此往往會存在一個傳播過程中。同時由于大地存在電阻，由雷電流引入點到不同點的電阻大小存在差異。雷電流幅值很大，因此往往會出現十分明顯的電位差，對變電站二次系統弱電設備產生反擊作用，導致設備損壞。總體而言，雷電侵入二次系統的結構如圖2所示：

2 防護措施研究

對于電力系統二次部分的電磁干擾防護控制，相關人員可以從控制干擾源與敏感設備耦合程度等措施進行針對性處理。

2.1 改變二次系統接地方法

變電站接地是保證電氣設備運行水平的主要技術措施，對于二次系統接地可分為危機保護裝置交流電源接地、防雷接地等，其中接地是其中的關鍵環節，無論是感應雷還是直擊雷，都需要通過接地網進入大地。因此可以判斷，有效的接地方式能避免電涌電壓對二次設備造成損害，保證二次系統安全。目前變電站地網主要采用聯合地網，當期工作頻率高于300kHz或采用長接地電纜的接地方式過程中，相關人員可以采用多點接地方式，以更好地保證二次系統安全。在具體操作過程中，多點接地設備內部電路主要以機殼為參考點，而不同設備機殼也主要以地為參考點。在經過這種方式優化后，有助于為接地結構提供更強的接地阻抗。這是因為在多點接地方法的影響下，不同接地線長度較短，并且在多根導線并聯的影響下，導體總電感得到有效控制，這有助于避免高頻狀態下接地系統駐波效應。同時多點接地方法能將所有到電梯進行接地，并建立一個統一的接地網（包括防雷接地、交流接地等），這種方法有助于進一步強化接地體性能，以更好地滿足二次系統防雷要求。在防護地點為干擾過程中，其接地技術不論在控制干擾源或在小于干擾源之間都發揮著重要作用，有助于避免雷電流干擾耦合導致敏感設備的程度，提高相關設備的抗干擾能力，均具有良好的應用價值。

2.2 安裝電涌保護器

對二次系統而言，安裝電涌保護器也是實現防雷保護的主要措施，是當前電子設備防雷保護中重要的裝置設備，簡稱為SPD。從應用效果來看，在安裝電涌保護器后，能有效地將信號傳輸線、竄入電力線的瞬時過電壓限制在系統所能承受的范圍內，最終保證系統不會受到沖擊而發生破壞。電涌保護器的工作機理為（圖3）：在出現過電壓時，瞬變電壓抑制二極管作為速度最快的元件，開始泄放電流，并在泄放電流的同時，將輸出鉗位在其截止電壓上。這種方法有助于控制過電壓對設備的損害。而施加在TVS上的放電電流會隨著幅值上升而出現變化，使GDT（充氣式放電器）兩端電壓超過其點火電壓，之后GDT產生工作，同樣開始泄放電流。當GDT泄放電流后，會處于低阻狀態，兩端電壓僅維持在10～20V的水平內，有助于避免因為電壓參數過高而導致TVS燒毀，最終達到保證二次系統的目的。

2.3 完善二次系統屏蔽技術

在二次系統保護中，屏蔽技術主要是將雷電電磁脈沖在空間感應入侵通道將其阻斷，在實際操作過程中，通過屏蔽材料能有效阻斷、減少電磁能量在空間傳輸中所產生的干擾。同時在變電站二次設備中存在大量采用集成電路、半導體設備，這些元件在高電壓條件下十分脆弱，因此需要采用屏蔽方式保證設備安全性。例如，需要加強對變電站電磁屏蔽的建設，避免在雷電活動過程中產生的靜電會干擾磁場，最終對計算機系統造成影響；也可以采用屏蔽電纜，避免雷電活動時會在二次回路上產生感應過電壓而影響二次設備安全。

3 實例分析

3.1 背景介紹

A變電站為500kV變電站，是當地電網的重要樞紐，承擔該地區與周圍地區功率轉換、連接的重要工作，對當地乃至該省的電網運行安全產生重要影響。該變電站自建成以來，出現多次雷擊事故，造成了巨大的損失。例如，某日A變電站在檢查設備過程中，發現兩處開關跳閘，中調、地調自動化系統未發生報警記錄。后經檢查發現，上述開關跳閘期間變電站附近雷電頻繁，開關跳閘時距變電站1km位置發生雷擊，雷電流幅值約為62kA。

3.2 具體措施分析

以電源系統防雷措施為例，對A變電站二次系統防雷保護措施進行研究。A變電站相關人員認為，電源防雷系統的關鍵，就是防止雷電波通過電源線路，避免雷電流對計算機及相關設備造成損害，因此A變電在電源系統防雷措施研究中，通過對市場上國內外各種品牌的性能、價格等進行詳細的調查研究后，選用德國PHOENIX電氣集團所生產的防雷產品，該集團防雷產品的主要優點是帶有自解耦功能，且支持兩種防雷器聯合使用，有助于進一步控制雷電流殘壓。

首先，在A變電高壓室的1號、2號站用屏交流僅限端各自添加一套電源一、二級防雷保護裝置，每套一級4值FLTPLUSCTRL-0.9/I模塊，同時還需要在防雷器前設置100A熔斷器，以進一步發揮過流保護的作用；其次，在A變電站通信方電源各設置1套浪涌抑制器作為防雷保護的第三級，其主要型號為VALMS-230。與上文研究內容一樣，還需要在防雷器前設置80A熔斷器，以發揮過流保護作用；最后，在A變電站直流母線系統防雷保護中，在充分考慮其直流母線的工作狀態，在防雷保護中為了避免雷電流通過（+）、（-）母線侵入到站內，因此在防雷保護中需要在（+）、（-）直流屏雙回路交流進線側設置一套浪涌抑制器，其型號為VALMS-230，以切實保證直流母線系統防雷性能，保證系統安全。

4 結語

本文主要研究了變電站二次系統防雷保護的相關內容，并從多個角度對變電站二次系統防雷保護的具體策略進行研究。總體而言，變電站二次系統防雷保護是一個復雜的工作，其技術要求水平高、涉及面廣，這就要求相關人員在實際工作中能充分了解不同技術的應用范圍與操作要點，在了解本電站二次系統防雷保護的基礎上，制定出相應的防雷保護措施，為全面提高變電站運行質量奠定基礎。

參考文獻

[1] 宋道勛.變電站二次系統過電壓及防雷保護[J].廣東科技，2008，（22）.

[2] 席佳偉，劉宏耀，劉全龍，等.變電站二次系統防雷措施的探討[J].硅谷，2011，（12）.

[3] 鄭堯溥.關于變電站二次系統的防雷保護及措施[J].科技風，2014，（19）.

[4] 王賀新，劉念，劉航宇，等.浪涌保護器在變電站二次系統防雷保護中的應用[J].四川電力技術，2015，（3）.

[5] 仝瑞新.論變電站二次系統的防雷保護問題及措施[J].山東工業技術，2013，（15）.