箱站中防雷技術的應用

張 敏

（河北電力裝備有限公司，河北 邯鄲 056004）

在變電站的日常運行中，時有遭受雷擊而導致變電站設備損壞的情況。在以往的一些例證中，有的一次斷路器損壞，有的保護設備損壞，有的通訊網(wǎng)絡被擊穿，使變電站不能正常運行供電中斷，造成經(jīng)濟損失和不良的社會影響。在箱站中也存在著雷擊問題，必須采取防雷措施才能保證箱站的正常運行。

雷電是一種自古以來便有的大氣物理現(xiàn)象，它經(jīng)常侵襲電力系統(tǒng)設備和現(xiàn)代電子設備及通訊設備，造成一個或多個電子設備損壞，通訊中斷，造成不可估量的損失，它是電子信息時代的一大公害。國外通行的概念，將雷擊分為兩種——直擊雷和感應雷。在我國國內(nèi)，一直以來對直擊雷的發(fā)生采取了許多有效的防護措施，如避雷針、避雷器、避雷線等。在箱站中由于一次設備通過電纜或架空線與外部相連，必須在每路出線和母線以及重要的設備旁裝設避雷器，以防止直擊雷落在架空線或電纜上引起箱站中一次設備的損壞。為了在箱站這個特殊環(huán)境中應用和安裝方便，特選用金屬氧化物（氧化鋅）避雷器，氧化鋅避雷器具有優(yōu)異的非線性伏安特性，殘壓隨沖擊電流波頭時間的變化特性平穩(wěn)，陡波響應特性好，沒有間隙的擊穿特性和滅弧問題。

感應雷指雷擊引致設備電源線或信號線上的感應電流而產(chǎn)生的瞬間過電壓，即在微秒至毫秒之內(nèi)所產(chǎn)生的尖峰沖擊電壓。但感應雷的破壞性在近期才引起重視，事實上，感應雷的破壞同樣造成每年各系統(tǒng)為數(shù)不小的損失。目前電力系統(tǒng)信息多通過計算機網(wǎng)絡通信傳送，一旦受到感應雷破壞，后果十分嚴重。根據(jù)多種世界認可研究標準，一般電源線上的感應電流在3000安培左右，絕不超過10000安培，電壓則不超過6000伏。在數(shù)據(jù)／訊號線及電話線上，感應電壓一般在5000伏左右，感應電流則大約為數(shù)百安培。

1971年美國通用研究公司R.D希爾曾用仿真試驗建立模型證明，由于雷電活動，當磁感應強度Bm=0.07GS時，無屏蔽的計算機會發(fā)生誤動作，而Bm=2.4GS時，計算機發(fā)生永久性損壞。IEC（國際電工委員會IEC）文件指出“雷電閃擊通過（1）直擊到電力系統(tǒng)上，如變壓器及線路上。（2）閃擊到鄰近物體，產(chǎn)生電感耦合。（3）直擊到戶內(nèi)終端設備，則可能通過電感耦合和注入電流進入配電系統(tǒng)。因此這三種類型對低壓配電系統(tǒng)或信號、通信系統(tǒng)產(chǎn)生系統(tǒng)過電壓，使敏感設備易于擊穿或燒毀。

為了保護箱站內(nèi)保護設備、網(wǎng)絡及電子通信設備免受雷電損害，在箱站內(nèi)的配電系統(tǒng)和信號傳輸中增加防雷保護器。要發(fā)揮最有效、最完整的避雷功能，使電子設備免受感應雷或開關動作而產(chǎn)生的瞬間過電壓所破壞，必須考慮各類傳輸線，包括：電源進出入線、數(shù)據(jù)、信號及電話線，并且一個防雷器必須具備以下各點：

1）相容性：一個理想的防雷器應不會對其所保護的設備或線路造成任何干擾及中斷現(xiàn)象。

2）能承受高電流：雖然雷電電流可高達20萬安培，但一般二次感應電流不會超過10000安培，因此防雷器必須能承受最少10000安培的瞬間電流通過。

3）低“通過”電壓：防雷器必須能把瞬間尖峰電壓降至一般電子設備所能承受的范圍，即低于二倍于設備的尖峰電壓(約700V)。

4）全面保護電源：防雷器必須能提供以下每一種的保護作用：相對地、中對地及相對中。

5）操作狀態(tài)顯示：無論是在正常工作狀態(tài)、功能減退狀態(tài)或發(fā)生故障時，都應能在面板上清楚顯示出來。

6）遙測功能：當防雷器發(fā)生故障時能透過遙測干觸點把故障狀態(tài)通知遠端的監(jiān)察中心。

7）反復使用及長壽命：在正常使用情況下可經(jīng)受多次雷擊后仍能反復使用，而且其自身工作壽命必須長達20年以上。

根據(jù)以上特點和原則，在箱站中電源防雷部分采用具有成熟技術的OBO電源防雷器。依據(jù)IEC（國際電工委員會）標準的分區(qū)防雷理論，OBO電源防雷器采用的是B、C、D三級防雷的方式，第一級保護（B級）常選用OBO LA系列的產(chǎn)品，一般安裝在建筑物輸入電源總配電室配電柜上，或樓內(nèi)單位輸入電源的主配電盤上，主要用于保護整幢建筑物用電設備或單位的主要用電設備。第二級保護（C級）通常選用 OBO V20-C，它響應時間小于 25ns、允通電流 40kA（8-20μS），主要應用于建筑物內(nèi)的分路電源配電柜上，安裝在機房配電柜上，保護機房內(nèi)UPS機房空調(diào)、照明等用電設備。第三級保護主要安裝于各個計算機設備的電源配線端，用于保護最終的設備。通常選用OBO的SNS-D或EP220-D，允通電流可達6.5kA，殘壓為700V左右。

實際應用中，采用OBO V20-C積木式結(jié)構(gòu)的防雷器，用作第二級保護，每只為單相防護，可搭接成兩相或三相防護器。V20-C型防雷器在相線與零線之間的限壓采用氧化鋅壓敏電阻的C/0模塊，利用氧化鋅變阻器作為相線和中線之間過電壓保護器件，因此可獲得極低的保護電壓，高放電電流和很短的響應時間；在零線和地線之間的保護，采用一個高能量石墨放電極的NPE模塊來限制零地之間的過電壓。中線與接地導體之間用高能放電間隙保護。當由于過負荷變阻器劣化時，內(nèi)置的斷路器會切除失效模塊，因此就不會產(chǎn)生相線和接地導體之間的故障電流，相應也不會產(chǎn)生過電壓（由于接地電阻的存在）。在這種情況下，指示窗由綠變紅，可以通過監(jiān)控系統(tǒng)方便實現(xiàn)遙信功能。

為了增強防雷的效果，將防雷器OBO V20-C并聯(lián)安裝在UPS前端的母線上，將其卡在箱站的交流電源柜內(nèi)的35mm卡軌上。由于變阻器裝于相線和中線之間，且避雷器的短路故障影響電源供電，發(fā)熱嚴重時會燒毀導線，需要保護報警電路來確保供電安全，可以在防雷器之前裝設斷路器防止短路故障。防雷器的另一端用銅母線連接在一起接地，至少使用一個M6螺栓用于接地，接地線的截面面積必須大于或等于16mm2。這樣當雷落在配電系統(tǒng)中或產(chǎn)生過電壓時，防雷器就會起保護作用，保護箱站內(nèi)的電源系統(tǒng)、保護設備及電子元器件。

感應雷還對箱站中的通信線路和網(wǎng)絡產(chǎn)生破壞作用。通信線路防雷器的技術要求較高，因為除了滿足防雷技術要求外，還須保證傳輸指標符合要求。加上與通信線路相連的設備耐壓很低，對防雷器件的殘壓要求嚴格。理想的通信線路防雷器件應是電容小、殘壓低、通流大、響應快。根據(jù)殘壓波形的特點，可將避雷器分為開關型和限壓型，也可以將兩種復合在一起，揚長避短。由于在箱站中通信網(wǎng)絡線采用的是屏蔽雙絞線，所以選用OBO的雙絞線保護器FLD48，其最大容通電流可達10kA，動作時間小于10ns。信號防雷器的使用，很好地解決了通訊防雷的問題，使箱站內(nèi)的通訊更加可靠、穩(wěn)定。

在箱站的設計生產(chǎn)過程中，防雷技術的應用，使箱站的一次設備得到了保護，使變電站自動化系統(tǒng)在箱式變電站中運行穩(wěn)定、可靠，使箱站設備在運行中遭雷擊時免受破壞，取得了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。

［1］標準 IEC1312《雷電電磁脈沖的防護》、VDE0675《過電壓保護器》、GB50057-94《建筑物防雷規(guī)范》、GA173—1998《計算機信息系統(tǒng)防雷保安器》[S].

［2］招磊鳴，王振明.計算機網(wǎng)絡機房防雷技術淺析[J].電氣資訊,2001年6期.