淺談水電廠二次系統中的防雷保護及改造

吳家雷 全敏

摘要：水電廠的二次系統在運行時會帶有微弱的電流，此時如果出現雷擊，它們容易受到雷電的沖擊，雷電能讓二次設備受到極大的損傷。水電廠通常會針對雷擊現象做出防護措施，然而要避免二次設備受到損傷，則需要進一步做好防雷措施，使二次系統得到有效的保護。

關鍵詞：水電廠；二次系統；防雷保護

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）35-0133-02

1 概述

雷電是一種自然現象，它容易在出現積雨云的時候產生。積雨云是指天上的空氣濕度很大，它凝成一種接近水滴的氣體。積雨云的特色是上層和下層出現電位差，一旦電位差不斷地擴大，它就會以釋放能量的方式平衡電位差，從而形成雷電現象。雷電現象形成的沖擊力極強，如果雷電直接擊中事物，而該事物沒有做好絕緣措施，將會被強烈的電流形成的能量燒毀；即使雷電不直接擊中事物，它所引導的余電電流仍會對周圍產生影響。通常水電廠建立時，會防止雷電給水電廠帶來的沖擊而做好各種防雷、避雷措施，然而水電廠的二次系統即使停止運行時，它們四周也會形成微小的電流。如果二次系統微小的電流與雷電的余電流形成相互感應，雷電產生的電流將會入侵二次系統，讓二次系統受到強烈的電磁影響，它的功能可能從此受到影響，或者設備因無法承受電流的沖擊而損毀。

2 雷擊的類型

2.1 直擊雷

直擊雷是指雷電直接擊中某樣物品上，此時雷電會產生幾萬V到幾百萬V的高擊電，能直接擊毀人或物品。為了避免直擊雷造成的損毀。雷電雖然被防雷設備引入地下，然而雷電被導入地下形成一種電流，它與二次設備的弱電形成一種電位差，這種電位差會形成電流與電流之間的交流，它所形成的新的電流，會損傷二次設備。此時的直擊雷雖然無法直接擊中二次設備，卻會形成感應雷給二次設備帶來威脅。

2.2 感應雷

所謂的感應雷是指雷電擊中水電廠某一處，雷電產生的余電與水電廠的電磁產生二次反應。水電廠的二次設備雖然已經都經過特殊處理，外殼都設有絕緣裝置，然而二次設備運行時，本身依然會有弱電反應。如果感應雷的余電與二次設備的弱電相互感應，它將會變成新的電磁場，強大的電磁場形成的過電壓會給二次設備帶來極大的沖擊。感應雷波及的面極廣，且水電廠二次設備運行時很難不帶有弱電，因此感應雷是水電廠二次設備防雷的重點防護對象。

感應雷對水電廠二次設備造成的損傷，總體來說有三個途徑：

2.2.1 配電線路與雷電的感應：水電廠的配電線路如果與雷電產生感應，它將雷電傳入室內，此時水電廠的變壓器會對雷電做出反應，然而變壓器不能完成消除雷電造成的電壓高壓，此時雷電死黨會殘余有20kV左右的電壓，對水電廠的二次設備來說，這樣的高壓讓它們產生額外的負擔，因此二次設備會引導老化現象。

2.2.2 通信線路與雷電的感應：水電廠的二次設備已經全面實現集成化，它們通常接有通信線路，如果雷電與通信線路相感應，它將與線路的耦合阻抗做出反應，從耦合反應的公式可以看到U1=RK·I，假設此時通信設備有300m，即使通信設備有2.5kV的屏蔽層，然而出現雷擊的感應電流時，它會造成675V的電壓。該電壓已經超過水電廠二次設備接口的耐受強度，因此感應雷通過通訊設備能燒毀設備的接口。

2.2.3 電磁脈沖與雷電的反應：在水電廠的二次設備中，它們運行時產生的微弱電流會產生一個電磁場，如果感應雷與電磁場相互感應，會形成一種新的電磁場，它形成一種脈沖電流，如果二次設備無法抗抵外沖電流，將會造成永久性的損傷；如果二次設備的部分功能被磁電脈沖影響，它們的功能有可能受到強烈脈沖的影響產生數值偏移現象。雷電脈沖造成的電磁反應是造成水電廠二次設備損傷的重要途徑。

3 防雷保護的措施及改造

3.1 直擊雷的保護措施

通過以上雷電對水電廠二次設雷造成的損傷，可以看到如果要避免雷電對二次設備造成的直擊雷沖擊，可以從以下三個方面保護：

3.1.1 安裝均壓環：從以上雷電的反應能看到，水電廠的二次設備在出現雷擊時，有可能會產生低位的電位差，雷電產生的原因是由于高電位與低電位的對流，如果出現低電位差，將會形成雷電直擊。要預防雷電直擊，則要消除電位的差異。因此對于弱電設備，要給它們安裝均壓環，它將弱電設位連接起來，與水電廠的地網連接，形成均壓的效果。由于均壓的效果，雷電將不能開成直擊。

3.1.2 安裝屏蔽套：直擊雷會產生一種強大的電流，它會對通信線路產生強大的沖擊。如果直擊雷直接沖擊到通信線路的屏蔽套上，而通信線路的絕緣效果不夠良好，它可能會造成通信設備的絕緣設備線路的毀損。如果通信設備的絕緣狀態良好能抵抗雷電的直接沖擊，那么它所形成的感應電流能引起通信線路的耦合反應。要想減少雷電對通信線路的最直接的干擾，就要安裝功能強大的屏蔽套，讓屏蔽器減少直擊雷的直接沖擊。水電廠要將所有的通信線路與電纜都裝上屏蔽套，通過有效的屏蔽避免直擊雷的沖擊且減輕讓通信線路引起的耦合反應減輕，使通信設備的接口盡可能減少沖擊。

3.1.3 安裝防雷導體：水電廠的二次設備運行時帶有微弱電流或者它們本身就由于金屬導體制成，易導電的特質也使它們可能會形成電位差引起直擊雷，要避免直擊雷的損傷，需要將設備連上金屬導線，將它與防雷系統連接起來。由于金屬導體將流導引到防雷系統中，水電廠設備形成的電流與防雷系統的電流形成一種交流的狀態，水電廠的二次設備不會形成電位差，因此也能使二次設備避免雷擊的直接毀傷。

3.2 預防落雷的保護措施

3.2.1 安裝保護器：落雷容易對配電線路造成沖擊，它是引起設備老化、設備損傷的重要原因，要對二次設備進行保護就要對落雷沖擊配電線路的問題進行優化。只有減少雷電對配電線路的影響才能有效地保護二次設備。對二次設備安裝保護器是有效的保護方法之一。比如在水電廠的二次設備機房中安裝直流48V的保護器，它就能抵抗一定程度的雷電沖擊，通過保護器對配電線路的保護，二次設備就不容易受到損傷。

3.2.2 安裝信號避雷器：感應雷能使通信設備產生耦合反應，它能對設備的接口產生強大的沖擊。然而如果給設備接上信號避雷器，那么通信設備引導的耦合反應沖擊設備接口時，它能形成一個有效的緩沖，使電流明顯減弱。通過安裝信號避雷器，水電廠的二次設備能抵抗一定程度的耦合反應沖擊，二次設備受到有效保護，就不會遭受雷擊沖擊的損傷。

3.2.3 加強二次回路的防雷設計：為了減輕感應雷產生的電磁脈沖，水電廠的二次設備必須使用有二次回路防雷設計的設備，以免造成感應雷損傷，比如使用電抗器防雷隔離措施、光耦防雷隔離措施等，水電廠的二次設備要使用本身做好對防雷的優化設計的施備，讓它們具有在一定程度上防止脈沖沖擊的功能或者對舊有設備進行改造，讓設備具有防雷電脈沖的功能。

4 結語

水電廠里的電器二次設備多且設備設計非常繁復，二次設備的設計本身是它們極易受到雷電的影響。如果出現雷擊現象，將對水電廠的二次設備造成嚴重的沖擊。要對水電廠的二次設備進行改造就需要了解雷電對二次設備造成損傷的途徑，針對造成損傷的原因進行有效改造，使二次設備能避免雷電沖擊。

參考文獻

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作者簡介：吳家雷，男，湖南東江水力發電廠沙田電站技術員，助理工程師；全敏，男，湖南東江水力發電廠沙田電站技術員，助理工程師。