綜自變電站二次系統防雷技術措施探討

【摘要】結合近年來發生的幾起典型的二次設備雷害事故，通過雷電入侵途徑和原因的剖析，對綜自變電站的二次系統防雷提出一些見解，探討雷電入侵變電站二次系統的主要途徑以及相應的綜合防雷技術措施。

【關鍵詞】變電站；二次；防雷；措施

1.引言

近年來，廬江電網飛速發展，隨著變電站無人值班改造的深入，我公司變電站綜合自動化率已達到百分百，綜合自動化改造后，微機保護裝置替代了原來的電磁式保護，大量的高度集成的弱電子設備在變電站保護、通信以及遠動領域中得到廣泛應用，但經過一段時間運行，變電站二次設備遭受雷電沖擊而損壞的事故在我公司時有發生，雷電對變電站二次系統設備的危害越發突出，造成難以估算的經濟損失，嚴重威脅電網的安全運行。如何采取有效的防雷保護措施，保障電網正常可靠的運行，這是擺在我們面前的一個新課題。

2.案例分析

下面結合我公司近年來發生的幾起典型的二次設備雷害事故，做些淺顯的探討，通過剖析變電站綜自改造過程中二次系統防雷存在的疏漏和薄弱環節，探尋雷電入侵變電站二次系統的主要途徑以及相應的防雷技術措施。

案例1：2007年春季，我公司110千伏缺口變遭受雷擊，二樓主控室RTU總控單元（屬早期綜自裝置）損壞，一樓通信機房內光端機遠動串行通信口（RS232/422等）打壞，導致設備通訊中斷，實時監控信息無法上傳。

案例2：2008年6月某日，雷電造成35千伏湯池變5臺微機保護測控裝置黑屏，通訊總控單元通訊接口擊壞，兩只數字式計量電表燒毀，3條線路誤動跳閘，導致整座變電站通訊中斷、數條線路停電的重大損失！變電站基本癱瘓。

廬江屬丘陵地帶，地下多有礦藏，雷電頻繁，而且雷擊強度大、持續時間長，導致近年來廬江電網雷擊事故頻頻發生，造成難以估算的經濟損失，給公司帶來很壞的社會負面影響。同一變電站多次遭受雷擊重創，引起了公司領導的高度重視，責成筆者組成專題小組破解110千伏缺口變屢遭雷害的原因，攻克綜自變電站防雷的技術難題。以此契機，筆者對綜自變電站二次防雷有粗淺的見解和重新的認識：

雷電入侵綜自變電站二次設備不外乎三個途徑：

（1）雷電通過交、直流電源電路進入設備，造成微機保護測控裝置、通信系統等的電源部分燒毀，這是占比例最多的一種雷電危害。

案例3中雷電過電壓就是沿35千伏線路通過1#站用變（1#站變接在35千伏缺裴聯絡線上），經過站用變高壓側避雷器削峰平波后，其殘壓與電源電壓疊加后耦合到低壓所變屏，再經過低壓電源回路進入設備，擊壞RTU總控單元以及后臺監控機、UPS電源、空調等的的電源部分。但雷電何以通過層層障礙，直擊二次設備呢？起初，我們也一片茫然百思不得其解。我們對缺口變雷害的形成及雷電入侵的途徑作了分析、判斷和艱苦的探尋工作。

（2）感應雷過電壓通過信號線進入二次設備，造成其通訊接口部分的損壞，也是常見的一種雷電危害。

案例1就屬于類似的雷電波入侵。由于變電站綜自改造中不嚴格遵守施工規范，信號電纜無屏蔽，電力電纜也無屏蔽或屏蔽不好，兩電纜之間未遠離，信號線與強電的電力電纜平行敷設，雷電波通過電力電纜時就在信號電纜中產生感應過電壓，從而進入二次系統損壞設備。

（3）通過PT、CT以及開關量回路也是將雷電過電壓引入電力二次設備的主要途徑之一。

PT、CT一次側與變電站的高壓部分相連，高壓線路上的雷擊過電壓（高壓線路遭直接雷擊或被感應雷電所產生的過電壓）經過流變或圧變傳到二次側，進入保護測控裝置，損害電力保護、測控裝置等的對應部分，使二次設備遭雷擊誤動作或損壞。案例2的一部分保護、測控裝置以及電能表的損壞就是因為上述情況引起的。

這一方面，我們采取的防范措施是：

（1）保證PT、CT二次側可靠接地和消諧裝置的正常運行。

（2）PT、CT均處于強電回路中，其二次線從戶外高電壓場引入到主控室的各種二次設備，無有效的防雷保護措施，極易從一次系統感應雷擊，應該同電源防護一樣進行分級防護，所以，我們在電壓互感器的低壓側、電壓互感器線路進入測控屏處安裝電涌保護器。如此，經過雙層保護，使從互感器竄入的雷電流基本能夠控制在線路能夠承受的額度之內，從而保證了整個系統的正常運行。

（3）開關量回路的隔離：變電站綜合自動化系統開關量主要是斷路器、隔離開關的輔助觸點和主變壓器分頭位置等。這些斷路器和隔離開關都處于強電回路中，必然會受強電回路雷擊、操作過電壓的影響。因此，開關量回路要采取光電耦合器隔離措施。

3.二次系統綜合防雷技術措施

筆者針對我公司綜自變電站二次系統的實際情況，結合改造成果和一段時間來積累的運行經驗，對變電站的二次系統過電壓防護提出一些個人見解和粗淺的綜合防雷技術措施，與各位同行共享，以達到共同提高：

（1）提高對綜自變電站接地重要性的認識

變電站的主控室是綜自二次設備集中擺放的地方，其接地網要與主接地網可靠連接，綜自屏柜與接地槽鋼要滿焊，謹防個別屏柜接地不良，造成人身傷亡和設備的損壞。變電站電纜溝內的接地體比地埋更易腐蝕，造成接地扁鐵接地效果差、壽命短等缺陷，為防止局部電位升高，在電纜溝內要設置接地帶、在電纜溝附近要設置與電纜溝平行的水平均壓帶以改善電纜溝的電位均勻。

接地是綜自變電站防雷的關鍵所在，不要只重防雷，忽視接地，對接地的重要性必須有一個深刻的認識。

（2）建立低壓配電系統的三級防護體系

1）在低壓所變屏的進線側安裝容量足夠的浪涌保護器一套，作為電源部分的一級防護。我公司使用的是KJRX60-B/4M型浪涌保護器，技術指標為：電壓380V、保護水平2500V、通流容量80kA、8/20ms沖擊波形、響應時間≤25ns。

2）在逆變電源的輸入端安裝壓敏電阻，能對電路中出現的瞬間浪涌電壓脈沖起到削峰和箝位的作用，可以有效地防止過電壓對設備的損害。我公司綜自改造中，通信及后臺監控機等需交流電源的設備接入逆變電源，逆變電源由直流屏輸入，本身具有穩壓、隔離作用，起到又一級防護作用。

3）直流220V電源是變電站微機保護測控裝置的控制、操作電源和二次設備工作電源，因此，直流電源的可靠、穩定是變電站安全穩定運行的基礎。為從根本上解決雷擊對直流系統的損害，進而造成二次系統微機保護裝置電源、直流端口損壞，在直流屏的交流輸入端加裝一套浪涌保護器。

低壓配電系統的三級防護是建立在高壓避雷的基礎上，通過低壓電源逐級的防護，將雷電過電壓層層衰減，從而將雷電流最大限度的控制在自動化裝置允許的耐受范圍之內，以確保設備穩定運行。

（3）重視施工改造過程中的細節

1）施工改造過程中二次回路布線時，無論是信號電纜（包括網線）、控制或電力電纜均應使用屏蔽電纜，電纜的屏蔽層兩端接地，對電場耦合和磁耦合都有顯著的削弱作用。

2）充分考慮強、弱信號電纜的隔離，強、弱信號不應使用一根電纜，電纜溝或電纜豎井排布時，應將電纜分層、分壓，信號電纜應盡量避開電力電纜，盡量增大與電力電纜的距離，并盡量減少平行長度。另外，注意的細節是強、弱電電纜不能與避雷針、大樓等的接地引下線靠得太近，減少互感耦合，避免過電壓由互感耦合侵入。

3）采取隔離防范措施，隨著高度自動化、高集成的運行電壓只有數伏、信號電流僅為微安級的微機裝置的應用，雷電對變電站二次設備的影響日顯突出。變電站綜合自動化改造后，我公司變電站通信全部實現光纖化，且使用的是非金屬光纜，切斷了雷電入侵二次設備的一個主要渠道。另外，在光端機遠動RS232口、485以及CAN等數據通訊接口之間加裝光電隔離器，在通訊總控單元接入數字通道模塊等隔離措施，以起到大大削弱雷電感應電壓的作用。

4.結束語

通過以上技術措施的采取，我公司變電站組成一套完整的立體的防雷網絡，卡住雷電侵入的各種途徑，從近一段時間的運行來看，所采取的措施是得力的，成效是顯著的，大大降低綜自變電站雷電的危害，提高了我公司電網安全運行水平，達到了防雷減災的目的。

參考文獻

[1]電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規范GB50169 -92.

[2]湖南省電機工程學會.無人值班變電站的新建、改造與運行[M].北京：中國電力出版社.