變電站二次系統的防雷技術研究

楊揚

摘 要：雷電是不可避免的自然現象，但是卻給變電站造成了巨大的安全隱患，也是影響變電站供電安全的重要因素。隨著變電站自動化程度的加深以及二次系統設備的增加，雷電危害帶來的損失也越來越大，因此，如何防止雷電給變電站造成巨大損失，成為了變電站發展的首要問題。文章首先分析了雷電的危害以及破壞方式，根據多年的工作經驗，在一次系統防雷基礎上提出了變電站二次系統的防雷技術，為我國的變電站防雷研究貢獻微薄的力量。

關鍵詞：雷電；變電站；二次系統；防雷技術

1 引言

變電站是我國電力系統中的重要組成部分，也是我國國民生活用電的主要來源地，因此，保證變電站的安全性以及穩定性就變得尤為重要。由于變電站二次系統中包含了大量的電子設備，對于工作環境的要求也非常高，因此能否保證變電站二次系統的安全，影響著整個變電站的安全與穩定。文章基于雷電的破壞方式與變電站一次系統防雷技術的基礎，對變電站二次系統防雷技術進行了深入的研究。

2 雷電對變電站產生的危害

雷電由于具有超高的電壓與電流，因此具有極強的破壞能力，對變電站的產生的危害主要集中體現在以下幾點。

2.1 閃絡效應。能夠引起變電站線路斷電與火災，并且可以導致斷路器停止工作或毀壞絕緣子等電子設備。

2.2 電磁效應。由于雷電具有超高的電壓，能夠在瞬間穿透絕緣層，很容易引起火災甚至是爆炸。

2.3 熱效應。雷電具有巨大的能量，能夠使受擊物體瞬間發熱，因此可能導致變電站導線熔斷，燒毀電器設備。

2.4 機械效應。當雷電擊中地面物體時，瞬間產生巨大的撞擊力，從到導致高層建筑或桿塔設備倒塌，嚴重威脅人身安全。

3 雷電的破壞方式

雷電對于變電站二次系統的破壞方式具有多樣性，但其本質是超高壓轉換成浪涌過電壓，再以浪涌過電壓的形式對變電站的二次系統及相關設備造成破壞。因此，防止雷電超高電壓轉換成浪涌過電壓或者降低其轉換率是防止變電站二次系統被破壞的主要手段。通常情況下，雷電破壞變電站的方式有以下幾種。

3.1 傳導雷方式。變電站附近的電力設備直接受到雷擊后，雷電電流會通過被擊物體傳導至變電站，通過測量回路與電源后對弱電設備造成危害。此外，雷電還能通過電擊避雷設備，從而迫使大地的電位升高，反過來破壞弱電設備。

3.2 感應雷方式。雷電在云層放電時，導體附近就會發生電磁感應與靜電感應現象。由于感應雷與雷擊距離較短，因此會產生強大的浪涌電壓，導致作用范圍內的電子設備遭到破壞。

3.3 直擊雷方式。雷電直接破壞建筑物或電子設備，通過機械效應、熱效應對被擊物造成破壞。

4 變電站二次系統防雷技術研究

對變電站防雷技術進行研究，主要分為一次系統防雷和二次系統防雷兩個方面。一次系統的防雷主要利用的是各種避雷設備，比如避雷針、避雷器以及接地系統等，在此不再贅述。下面將以一次系統防雷技術為基礎，主要針對二次系統的防雷技術進行研究，而二次系統的防雷技術主要有二次電子設備防雷以及二次回路防雷。

4.1 二次電子設備防雷技術

二次電子設備防雷主要是保護變電站的計算機、通訊線、電話機以及UPS等，其主要技術有以下幾種。

4.1.1 過電壓保護技術。對變電站電子設備進行過電流、過電壓保護，這是最有效也最直接的防雷技術。

4.1.2 等電位連接技術。對變電站機房內所有的金屬物體，如金屬管、金屬外殼、金屬門以及電纜等，對其進行電氣連接，避免電位差對各類設備產生危害。

4.1.3 屏蔽技術。對一次系統中所有的金屬導線進行屏蔽處理，比如信號線、通訊線以及電纜等，或者利用其它金屬材料為機房搭建一個屏蔽帽，這樣就可以有效地防止雷電對機房內的電子設備產生電磁干擾。

4.1.4 接地技術。為了保證變電站有一個穩定的工作環境，并且有效地保護設備安全、計算機網絡安全與人身安全，必須建立一個有效的接地系統，根據國際IEC標準要求，該系統的接地電阻不能超過0.5Ω，這樣才能杜絕二次高壓反擊雷的形成。

4.2 二次回路防雷技術

變電站使用的防雷技術與普通的建筑物防雷技術不同，它除了保護變電站的建筑設施之外，還必須對二次回路及相關電子設備進行防雷保護，結合現有的防雷技術，對變電站二次回路進行防雷主要可以使用如下幾種技術。

4.2.1 等電位連接技術

通過對雷擊區域的電磁脈沖強度進行劃分，可以劃分不同的防雷區域，并對其進行接地處理。在進行接地處理時，能夠直接連接的就采用直接連接技術，對于通信線路以及電力線路等不能進行直接連接的，就必須根據不同的防雷區域進行有效分析，并且根據區域的場地特點采取不同的保護等級與防雷設備。

通過實踐表明，等電位連接防雷技術可以保證電壓的均壓連接，防止壓差帶來危害，是最為有效的保護措施。

4.2.2 GPS時鐘天饋線防雷技術。由于GPS時鐘內部具有大量精密電子構件，并且GPS時鐘的準確性對于變電站的運行和維護起到了關鍵作用。因此，在GPS時鐘天饋線的輸入端必須安裝相應的防雷設備，比如OBO設備等。這樣就能有效地將浪涌過電壓對GPS時鐘的破壞程度降到最低，從而保護整個變電站二次系統的安全。

4.2.3 信號防雷技術。信號防雷技術主要是保護變電站信號部的安全，可以劃分為電話線路防雷、通訊線路防雷、遠動通訊線路防雷以及載波線路防雷幾個部分。對于上述設備的防雷，應該根據現場的實際情況以及工作特征采取相應的防雷措施，比如RS-232通訊接口電路與外部通訊線路是直接連通的，中間沒有過渡介質，導致電路抗擊雷電脈沖的能力較弱，因此對其進行防雷保護時，要選擇對雷電脈沖響應速度較大且能消耗大量電源的設備。

4.2.4 電源防雷技術。電源防雷主要是保護變電站電源部分的安全。通常來說，變電站的電源都是經過兩臺站變輸入到交流屏內，然后再為變電站的控制以及保護回路供給相應的電力。因為該線路的入口一般都在室外，并且具有較大的能量，因此非常容易受到雷電的破壞。

為了降低電源線路入口的過電壓，根據國際標準IEC1312可知，一般對于過電站電源部分的防雷都是采用三級防雷技術，該技術能夠將雷電的能量逐級釋放，這樣就可以保證變電站設備承受的過電壓在安全范圍內，從而保證設備的安全。一級防雷要能夠承受巨大的電壓和電流，因此可以用將開關型SPD安裝在三相源入口側；二級防雷主要是將電源引入到對設備不會產生危害的電壓水平，可以將限壓型SPD安裝到分配電柜線路出口；三級防雷主要是保護后臺設備以及遠動屏，可以將限壓型SPD安裝到電子設備電源進線端。

5 結束語

變電站的防雷保護是一個復雜的工程，不僅需要大量的人力物力，還需要制定科學合理的措施。要保證變電站能夠正常的運行與供電，不僅要做好初期的設計工作，而且在后期的運行過程中也要做好檢測與維護工作。

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