變電所低壓二次系統的防雷保護的應用研究

田自明

神寧集團公司靈武礦區水電分公司，寧夏 靈武 751410

0 引言

近年來，隨著煤礦電力系統的不斷改造及科學技術的發展，特別是計算機技術的發展，變電站微機綜合自動化系統以其獨特的優勢在電力系統中被廣泛接納和應用。變電站實現綜合自動化不僅為變電站實現無人值守和配電網實現自動化奠定的基礎，而且也為煤礦提供更安全、經濟、可靠和高質量的電能創造的條件。

變電站實現綜合自動化是傳統變電所二次系統的重大變革，其裝置形式、功能配置以及操作方法都發生了根本變化。利用多臺計算機和大規模集成電路裝置組成的自動化系統，代替常規的測量和監視儀表，代替了常規的控制屏、中央信號系統和遠動屏及常規的繼電保護。但是，對于使用超大規模集成電路、運行電壓只有數伏、信號電流僅為微安級的微機裝置，與以往電磁式保護裝置相比，耐熱容量要小，對尖峰脈沖的耐受能力比較脆弱，特別是雷擊過電壓的暫態沖擊會造成變電所二次系統嚴重損壞，甚至造成監控系統癱瘓，嚴重威脅電網的安全運行。

1 低壓二次系統存在的問題

神寧集團公司靈武礦區水電分公司管轄的電網由110kV變電站4座，35kV等級的變電所18座。由于變電所原來是按常規所設計，標準比較低，設計未考慮低壓系統防雷。近幾年以來，變電所低壓系統、綜自系統、后臺系統不同程度遭受到二次雷電波的侵襲，造成低壓二次設備燒壞。比較嚴重的就先后發生了四次由于雷電波通過所用變低壓側和兩路引出的通信電纜入侵，致使調度通道機、遠動柜的電源插件、RTU信號插件、UPS和后臺監控微機都受到了不同程度的損壞，已經影響到系統的安全運行。而雷擊事件由于其極高的電壓幅值和不可預測性更是微機系統的“天敵”。

2 原因分析

隨著電子技術的迅速發展，雷電及各種浪涌信號通過供配電線路和網絡通訊傳輸線路造成的危害越來越大。由于在網絡系統內集中了大量的微電子設備，而微電子設備所固有的特殊性，比如速度快、精度高、但抗干擾能力差，過壓、過流保護能力極其脆弱，對其工作環境的要求越來越高。雷電以及大型設備的瞬間過電壓（流）會通過電源線、信號傳輸線等導體，使儲存的信號或數據受到干擾或丟失，甚至使電子設備產生誤動或暫時癱瘓，系統停頓，數據圖像傳輸暫停，網絡遭到破壞。

雷電和浪涌并非只是在遭受雷擊時才會出現危害，實際上感應雷和強浪涌是經常發生的，如網絡系統鄰近區域內大負載用電產生的開關閉合以及大量設備開關而產生的浪涌（操作過電壓、過電流）對于脆弱的電子設備始終都存在著潛在的威脅。據統計，設備遭受感應雷擊和雷電流侵入的事故要比設備遭受直擊雷事故多70%以上。雷擊往往造成通信線路完全中斷或通信質量明顯下降。因此，必須重視雷電對通信網絡線路的危害，并及時采取有效的防雷措施，確保通信暢通。因公司所轄區域變電站屬寧夏雷電流易發區，極易遭到感應雷擊而擊毀設備，造成系統癱瘓。雷電防護就是要切斷雷電和浪涌進入的途徑，也就是從供電和通訊兩條途徑（即線路）切斷侵入網絡的強浪涌；對于實際情況 ，通過分析雷電入侵途徑，有必要對變電所低壓電源系統的雷電干擾進行系統、深入的研究，找出在低壓電源系統防雷方面存在的問題和不足，并進行改造和完善。

公司所轄變電所在高壓系統的防雷保護方面是比較完善的，防直擊雷有避雷針；110kV及以上線路 架空地線保護；35kV線路有進線段保護；10kV線路有出線避雷器保護，變電所還有各級母線避雷器保護；這些構成了基本完善的防雷保護體系。但在400V低壓系統上的防雷保護措施都不夠完善，存在較多的問題和不足，如低壓交流、直流配電線路是雷電及過電壓進入電子設備的主要途徑，并未采取安全、可靠的防雷保護措施；通信線路上感應雷擊強度雖然比電力線上的要低，但通信接口（GPS天饋線、RS232、RJ45、RJ11T等）的耐過流能力較低，仍然存在很大的感應雷擊隱患；交流采樣、開關量回路TV和TA二次線從戶外高壓場引入到主控室的各種二次設備，沒有防雷保護措施，極易從一次系統感應雷擊，還有開關場的開關量經直流220V或48V引入到保護裝置或監控后臺機，提供開關、刀閘等開關量給保護裝置和監控及五防使用，該引線較易感應到雷電流，感應雷電的幾率較大，也無防雷保護措施，以及部分自動化控制設備接地不符合規范要求。

3 解決方案及對策

在二次系統易遭受雷擊的變電所低壓交流系統加裝三級防雷模塊；在直流系統總饋線開關加裝防雷模塊；在在信號傳輸線路連接的設備通信口側安裝信號浪涌保護器（SPD）進行防雷保護。

交流電源系統SPD基本配置：考慮到公司下轄的變電站的雷暴環境和其他因素，在低壓交流電源的SPD配置采用2-3級保護，每個SPD保護范圍一般不超過30m，超過則需再設置SPD。一般第1級標稱放電電流最大，裝設了帶雷擊計數功能的SPD；各級SPD宜具有劣化指示功能。第I級安裝于三相交流配電總屏（進線柜）內，主要是泄放大部分侵入變電站的雷電流；第2級安裝于二次交流分屏（包括整流屏）內，主要用于限制雷擊引起的瞬態過電壓；第3級安裝于重要設備交流電源入庫處，主要是當前端安裝的SPD所得到的電壓保護水平加上其兩端引線的感應過電壓以及反射波效應不足以保護遠端設備時，在該遠端設備處加裝了第三級防雷裝置，保護該設備。

信號系統防雷配置：在信號傳輸線路連接的設備通信口側安裝信號浪涌保護器（SPD）進行防雷保護。通信線防雷：在通信線進入設備之前串聯安裝了過電壓保護器，抑制沿線路傳導的過電壓對設備造成危害，可滿足ADSL，ISDN，DDN幀中繼、模擬電話線等多種通信線路的防雷保護。

直流電源SPD基本配置：在低壓交流側安裝SPD后，根據規范要求，在直流側各總饋出開關處也安裝SPD。

4 結論

通過將近一年多的實踐檢驗，自公司在低壓二次系統安裝了浪涌保護器、防雷插座等防雷模塊后，該四個變電所系統運行正常，再未發生過調度通道機、遠動柜的電源插件、RTU信號插件、UPS和后臺監控微機遭到雷擊而損壞的現象。公司將逐步實施，在一些重要機房的低壓二次系統全部裝設防雷模塊，確保低壓二次系統的正常運行。為礦井提供安全、可靠、穩定的電源，確保礦井安全生產。

[1]電力系統二次設備SPD防雷技術規范.

[2]安全防范系統雷電浪涌防護技術要求 GA/T 670-2006.