變電站二次系統(tǒng)的防雷技術(shù)分析

莊新福

【摘要】雷電一直是影響變電站安全運(yùn)行的重要危害。隨著變電站數(shù)字化改造與建設(shè)，做好變電站二次系統(tǒng)的防雷保護(hù)顯得更加重要。本文闡述了變電站二次系統(tǒng)的構(gòu)成特點(diǎn)，進(jìn)而揭示雷電危害與二次系統(tǒng)之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上對(duì)雷電危害的主要形式進(jìn)行了歸納和總結(jié)，最后提出變電站二次系統(tǒng)防雷保護(hù)的具體技術(shù)措施。

【關(guān)鍵詞】變電站防雷;二次系統(tǒng);防雷保護(hù);技術(shù)措施

Lightning Protection Technology substation secondary system analysis

Zhuang Xin-fu

（Xinjiang Yili Electric Power Survey and Design Institute of Water ConservancyYiningXinjiang835000）

【Abstract】Lightning has been an important influence endanger the safe operation of the substation. With the renovation and construction of digital substation， substation secondary lightning protection system to do is even more important. This paper describes the characteristics constitute substation secondary system， and thus reveal the relationship between lightning hazards associated with the secondary system. On this basis， the main form of lightning hazards conducted and summarized， and finally put forward specific technical measures substation secondary lightning protection system.

【Key words】Substation lightning;Secondary system;Lightning protection;Technical measures

1. 前言

隨著電力體制改革的推進(jìn)，變電站數(shù)字化改造與建設(shè)也不斷深入發(fā)展，綜合自動(dòng)化變電站的不斷增多，雷電對(duì)弱電設(shè)備的危害問(wèn)題日益突顯出來(lái)。從國(guó)內(nèi)有關(guān)報(bào)道和變電站運(yùn)行的實(shí)際來(lái)看，變電站二次設(shè)備遭受到雷擊，造成設(shè)備損壞、通信中斷、系統(tǒng)退出等情況普遍存在。這不僅嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行，而且給人們的生活帶來(lái)了諸多的不便。筆者結(jié)合工作實(shí)踐，針對(duì)變電站二次系統(tǒng)的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)雷電波危害的途徑分析，結(jié)合當(dāng)今弱電防雷的一些技術(shù)和供電局變電站的情況，探討變電站二次系統(tǒng)防雷措施。

2. 變電站二次系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）變電站二次系統(tǒng)，是指變電站的內(nèi)保護(hù)設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備、通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及監(jiān)控系統(tǒng)、交直流電源系統(tǒng)等各種二次設(shè)備的總稱。二次系統(tǒng)集中了變電站自動(dòng)化監(jiān)控管理的重要設(shè)備，其具有微機(jī)監(jiān)測(cè)、監(jiān)控、保護(hù)、小電流接地選線、故障錄波、低頻減載、“四遙”遠(yuǎn)傳等功能，在電力調(diào)度自動(dòng)化領(lǐng)域起著舉足輕重的作用。

（2）由于二次系統(tǒng)內(nèi)部連接線路縱橫交錯(cuò)，當(dāng)雷擊附近大地、架空線路和雷雨云放電時(shí)直接形成的，或者由于靜電及電磁感應(yīng)形成的沖擊過(guò)電壓，極易通過(guò)與之相連的電源線路、信號(hào)線路或接地系統(tǒng)，通過(guò)各種接口，以傳導(dǎo)、耦合、輻射等方式侵入自動(dòng)化系統(tǒng)，從而可能造成危害系統(tǒng)正常工作甚至破壞系統(tǒng)的雷擊事故。

3. 雷電放電對(duì)變電站二次系統(tǒng)的主要危害形式

雷電是自然界中強(qiáng)大的脈沖放電過(guò)程，雷電侵入地面建筑物或設(shè)備造成災(zāi)害是多途徑的，一般來(lái)說(shuō)，有直接雷擊、感應(yīng)雷擊、電磁脈沖輻射、雷電過(guò)電壓的侵入、反擊等。

（1）直接雷擊：主要破壞力在于電流特性而不在于放電所產(chǎn)生的高電位，它所產(chǎn)生強(qiáng)大的雷電流轉(zhuǎn)變成熱能將物體損壞。

（2）感應(yīng)雷擊：從雷云密布到發(fā)生閃電放電的整個(gè)過(guò)程中，雷電活動(dòng)區(qū)幾乎同時(shí)出現(xiàn)兩種物理現(xiàn)象——靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，這兩種現(xiàn)象可能造成稱之為感應(yīng)雷擊的危害形式。

（3）電磁脈沖輻射：當(dāng)閃電放電時(shí)，其電流是隨時(shí)間而非均勻變化，脈沖電流向外輻射電磁波，這種電磁脈沖輻射雖然隨著距離的增大而減小，但卻比較緩慢，閃電的電磁脈沖輻射通過(guò)空間以電磁波的形式耦合到對(duì)瞬間電磁脈沖極其敏感的現(xiàn)代電子設(shè)備上，造成設(shè)備的損壞。

（4）雷電過(guò)電壓的侵入：直接雷擊或感應(yīng)雷都可以使導(dǎo)線或金屬管道產(chǎn)生過(guò)電壓，這種過(guò)電壓沿導(dǎo)線或金屬管道從遠(yuǎn)處雷區(qū)或防雷區(qū)域外傳來(lái)，侵入建筑物內(nèi)部或設(shè)備內(nèi)部。

（5）反擊：在雷暴活動(dòng)區(qū)域內(nèi)，當(dāng)雷電閃擊到建筑物的接閃裝置上時(shí)，盡管接閃裝置的接地系統(tǒng)十分良好，其接地電阻也很小，但由于雷電流幅值大，波頭陡度高，雷電流流過(guò)時(shí)也會(huì)使接地引下線和接地裝置的電位驟升到上百千伏。

4. 變電站二次系統(tǒng)進(jìn)行防雷保護(hù)的技術(shù)措施分析

弱電設(shè)備抗過(guò)電壓能力低，在雷雨季節(jié)極易受到雷電波的侵害，造成設(shè)備的損壞和誤動(dòng)作。弱電設(shè)備的電源系統(tǒng)可能受到侵入過(guò)電壓和感應(yīng)過(guò)電壓的危害，在實(shí)際運(yùn)用中應(yīng)加裝電源防雷保護(hù)器SPD進(jìn)行多級(jí)保護(hù)，將過(guò)電壓降低到無(wú)危害的水平，對(duì)于引入控制室的信號(hào)線，網(wǎng)絡(luò)線和微波饋線，均應(yīng)加裝信號(hào)防雷保護(hù)器，保證自動(dòng)化系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及通信的正常工作。對(duì)于弱電設(shè)備的防雷保護(hù)，總體來(lái)說(shuō)是一個(gè)綜合性的問(wèn)題，長(zhǎng)期的防雷實(shí)踐告訴我們，在防雷中從直擊雷防護(hù)到接地、均壓、屏蔽、限幅、分流、隔離等多個(gè)環(huán)節(jié)都要認(rèn)真對(duì)待，才能確保設(shè)備的安全。

4.1接地與均壓。

（1）接地是提高二次設(shè)備防雷水平最直接、最有效的一個(gè)措施，所有雷擊電流均可以通過(guò)接地網(wǎng)引入大地，可靠的接地可以有效的避免電涌電壓對(duì)二次設(shè)備造成危害。防雷規(guī)范對(duì)不同接地網(wǎng)規(guī)定有不同的電阻值，在經(jīng)濟(jì)合理的前提下，應(yīng)盡可能降低接地電阻，能夠有效限制地電位的升高。

（2）接地與均壓是相輔相成的，所謂均壓就是要在同一層面、同一房間內(nèi)的四周設(shè)置一閉環(huán)的接地母線帶，在同一房間里的所有儀器、設(shè)備的殼體、電力電纜、信號(hào)電纜的外皮和金屬管道等應(yīng)分別直接就近連接到接地母線上，并連接牢固，以保證各個(gè)接地點(diǎn)的等電位。雷電流的幅值非常大，陡度很高，其流過(guò)之處相對(duì)零電位的大地立即升至高電位，周圍尚處于大地零電位的物體會(huì)產(chǎn)生旁側(cè)閃絡(luò)放電。這種旁側(cè)閃絡(luò)不僅會(huì)導(dǎo)致裝有易燃易爆物的建筑物失火和爆炸，而且其放電過(guò)程所伴隨的脈沖電磁場(chǎng)會(huì)對(duì)室內(nèi)電子設(shè)備造成感應(yīng)電位，使其受到損害。完善的等電位可有效防止非等電位體間電位差造成事故。

4.2屏蔽。

（1）屏蔽指的是采用屏蔽電纜、各種人工的屏蔽箱、盒、法拉第屏蔽籠和各種可利用的自然屏蔽體來(lái)阻擋、衰減施加在電子設(shè)備上的電磁脈沖干擾，需強(qiáng)調(diào)的是屏蔽體外殼必須有效接地，進(jìn)入屏蔽室的各種電源線、信號(hào)線都必須采取有效的電磁脈沖隔離和高頻電磁波濾波裝置過(guò)濾，否則一根來(lái)自干擾源環(huán)境中未經(jīng)過(guò)濾波器或隔離的導(dǎo)線，都將使屏蔽籠失去屏蔽作用。

（2）一般來(lái)說(shuō)，為減少外界雷電電磁干擾，通信機(jī)房及通信調(diào)度綜合樓的建筑鋼筋、金屬地板構(gòu)架等均應(yīng)相互焊接，形成等電位法拉第籠。設(shè)備對(duì)屏蔽有較高要求時(shí)，機(jī)房六面應(yīng)敷設(shè)金屬屏蔽網(wǎng)，將屏蔽網(wǎng)與機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)行接地母線均勻多點(diǎn)相連。

4.3分流與隔離。

（1）分流的主要作用是把可能的直擊雷用接閃器經(jīng)多根分散的接地引下線直接連到接地裝置，將雷電流分流散入地下，以免在每根接地引下線上流過(guò)過(guò)大的雷電流以及周圍產(chǎn)生的強(qiáng)大電磁場(chǎng)造成大的干擾。由接地引下線將直擊雷的雷電流有效引入地下，而非竄入弱電設(shè)備工作區(qū)域。需要強(qiáng)調(diào)的是，建筑物頂部各種裝置（如微波接收器等）的外殼都應(yīng)與主接地引下線或接地帶呈放射性連接，且設(shè)備的外殼不應(yīng)有串接之處，前者是避免雷電流在非接地引下線上產(chǎn)生強(qiáng)感應(yīng)電位，而后者是避免雷電流串入設(shè)備后造成設(shè)備損壞，為保證散流效果，接地引下線要有足夠的面積，特別要防止接地引下線中途腐蝕斷裂或中途串有設(shè)備。要經(jīng)常性對(duì)接地引下線及地網(wǎng)進(jìn)行測(cè)量和檢查。

（2）對(duì)于不同接地網(wǎng)之間的通信線宜采取防止高、低電位反擊的隔離措施，如光電隔離、變壓器隔離等。在電力調(diào)度通信綜合樓內(nèi)，需另設(shè)接地網(wǎng)的特殊設(shè)備，其接地網(wǎng)與大樓主接地網(wǎng)之間可通過(guò)擊穿保險(xiǎn)器或放電器連接，可用地電位均衡器或220V低壓氧化鋅避雷器（箱），通流容量應(yīng)大于10kA，殘壓不超過(guò)1.5KV。以保證正常時(shí)隔離，雷擊時(shí)均衡電位。

4.4限幅。

（1）在過(guò)電壓可能侵入的所有端口，設(shè)置必要的保護(hù)裝置。在弱電系統(tǒng)的信號(hào)出入線上裝設(shè)多級(jí)防雷保護(hù)裝置，將侵入弱電系統(tǒng)的沖擊過(guò)電壓抑制在系統(tǒng)允許的程度內(nèi)。并且，各種低壓防雷器但應(yīng)遵循接線盡量短的原則，直接裝于被保護(hù)的電路點(diǎn)上。

（2）電源線路侵入波過(guò)電壓可能是電源配電線路遭直擊雷，也可能是空間雷電電磁脈沖在電源配電線路上感應(yīng)的過(guò)電壓。對(duì)于變電站站用低壓電源線路或220V直流電源線路侵入波過(guò)電壓應(yīng)按照電源分級(jí)保護(hù)、逐級(jí)泄流原則，進(jìn)行四級(jí)防雷保護(hù)設(shè)置，采用三相電源防雷箱、單相交直流防雷器、防雷插排等防護(hù)措施，在電源進(jìn)入弱電設(shè)備前，全面限制電源線路侵入波過(guò)電壓。

（3）對(duì)于裝置之間到通信管理機(jī)485通信控制線、到調(diào)度及后臺(tái)通信控制線、載波高頻通信電纜、電話線等信號(hào)線路防雷采用全面攔截原則，分別采用控制信號(hào)防雷器、過(guò)電壓保護(hù)器等相應(yīng)的防雷設(shè)備。當(dāng)信號(hào)線路感應(yīng)到過(guò)電壓產(chǎn)生過(guò)電流時(shí)通過(guò)信號(hào)浪涌保護(hù)器將電流泄放到大地，從而達(dá)到保護(hù)后端設(shè)備的目的。

5. 結(jié)束語(yǔ)

由于變電站微機(jī)保護(hù)設(shè)備種類繁多，它們的耐過(guò)壓能力也各有差別，系統(tǒng)遭受雷擊危害機(jī)率大大增加。通過(guò)采取上述措施，變電站二次控制系統(tǒng)遭雷擊現(xiàn)象明顯減少，但不能完全根除，只能不斷采取防范，將雷害事故和干擾減少到最低程度。