變電站二次設備雷擊危害及其防雷措施研究

章建輝

摘 要二次設備主要是指對直接參與變電的一次設備運行狀態進行進行檢測、控制等附屬元件附屬元件，是變電站實現安全運行關鍵。二次設備在面對雷擊時往往表現的比一次設備更為脆弱，因此需要建立合規的防雷措施予以保護。本文系統總結二次設備的具體特征，分析二次設備雷擊危害，并對現階段主要實行的防雷措施進行分析和總結，希望能夠為變電站的安全運行以及后續的設計與建設提供指導性意見。

【關鍵詞】變電站 二次設備 雷擊危害 防雷措施

變電站是電力傳輸的核心樞紐，二次設備關系到變電站的安全運行。變電站內設備自身電壓較高，在引雷方面具有一定的劣勢。發生雷擊事故容易造成二次設備損壞，造成保護失效或引起一次設備誤動等后果，威脅變電站供電安全。如何形成有效的防雷擊危害規避，提高變電站供電可靠性是變電站建設和運行過程中的重要課題。本文以此為出發點，在總結其可能危害的基礎上對現階段的主要防雷措施進行總結，為后續的相關設計與施工建設以及安全運行積累經驗。

1 變電站二次設備特征

針對變電站主體功能的檢測、測量與自動化保護等一系列設備體系被稱之為是二次設備。二次回路不直接參與變電工作，但是對變電功能組件的控制與保護卻是必不可少的。從設計以及施工實踐的角度來看，二次設備在實際的應用過程中往往為低壓設備，甚至是基于直流或者感應電壓而工作的電氣元件。此種情況導致其對于電壓的變化更為敏感，而對于電壓或電流的過載極限要求更為苛刻。在同等的雷擊條件下（包括感應雷擊），如果不存在有效的保護措施，則二次設備的損毀程度更為明顯。因此有必要采取措施來強化對二次設備的防雷保護。

與此同時，由于其與一次設備之間存在顯著的關聯，對于一次設備的保護變相也會影響到二次設備的總體有效性與安全性。這一特性也進一步增加了變電站二次防雷措施的難度與實施質量要求。

2 二次設備雷擊危害

針對二次設備的基本特征，在面對雷擊的過程中，其往往表現為更大的脆弱性以及更大的危害。從實際的危害角度來看，二次系統雷擊危害主要分為三個方面：

2.1 脆弱性帶來的二次系統功能失效

二次設備主要擔負了變電站的控制、監控、通訊等重要功能。二次設備在非直接雷擊中其也容易受到較大的感應電流的影響，從而使得具體功能失準。如繼電器體系中的最大闕值的變化、通訊系統訊號延遲增加、監控系統輸出信號分辨率降低等問題。上述的問題雖然不至主體功能喪失，卻能夠在一定程度上使得相關的功能弱化，進而造成其對于變電站的監控效能降低。且存在由于控制系統時效性較差而產生更大的生產事故以及損失等現象的可能。

2.2 造成較大的經濟損失

二次設備與一次設備相比，其功能更為復雜。而復雜的功能背后往往是設備成本的增加。以自動控制交換機為例，其工程造價成本超過3萬元人民幣，全套設備及其輔助傳感器在變電站工程成本占比超過20%。由此可見，在雷擊的情況下容易形成對二次設備的損壞，且形成更大的經濟損失。除了上述因素之外，二次設備在恢復的過程中也存在更大的成本支出。與一次設備的獨立設備損壞后直接修復不同。二次設備在雷擊后很難存在修復現象，往往只能夠通過換新來達到功能恢復的效果。而在實際的換新過程中也會由于設備之間的匹配程度等方面問題進行全套設備換新或者更長的調試周期等問題，客觀上增加了雷擊的間接經濟損失。

2.3 雷擊事故中二次設備損壞比重較大

從對變電站進行監控與分析的過程中，我們發現二次設備收到雷擊的威脅更重。以其故障率為基本表示，在兩年內一次設備由于雷擊而出現的損壞情況占比僅為17.2%；而相比而言二次設備的總體所占比例超過了80%。從具體的二次設備電氣元件的角度來看，電源、通訊以及后臺主機占比更大。故而二次設備是變電站雷擊危害的主要來源。

3 二次設備防雷措施研究

變電站二次設備由于其主要功能與組成等方面的原因而造成了更為容易受到雷擊影響的現狀。并在雷擊危害產生后對電力系統的安全運行帶來巨大威脅 ，并造成嚴重的經濟損失。基于上述兩方面原因，我們有必要對其防雷措施進行重點建設。從其運行狀態以及防雷實踐中來看，其防雷措施主要可以分為兩個方面：

一方面是對一次設備進行防雷構建。二次設備由于感應及控制需要常常與一次設備進行直接連接。而當一次設備存在雷擊情況時，其電能的負載會形成對二次設備傳感器的直接破壞。或者通過相關電路及感應電流等方式對其主體設備產生影響。為此，在實際的建設過程中首要通過氧化鋅及主體設備接地等方式導入在雷擊發生時的一次設備不良負載。通過此種模式達到對二次設備的防雷保護。

另一方面是對二次設備自身進行防雷構建。落實到二次設備自身的保護體系中來，其大致可以分為如下三種模式。一是完善二次設備防雷系統的設計，根據變電站所處地區的氣候、地質狀況以及變電站二次設備的運行環境等，進行全面的系統的雷擊風險評估，然后根據評估結果設計全面的二次設備防雷方案；二是選用恰當的電力設備。安全運行是變電站安全運行的首要目標，電力設備選型要求質量可靠、性能穩定。在二次設備防雷系統中應選用已有多年成功應用經驗的成熟產品。根據二次設備防雷方案，選用匹配的一體化防雷設備，所選用設備的性能參數必須滿足二次設備防雷要求，其中交流電源浪涌保護器的殘壓必須低于700V；三是建立必須的全保護模式，按照其遠近端分類標準對其進行綜合保護。

通過科學系統的二次設備防雷技術體系建設，可以將雷電危害對于變電站二次設備的損壞降到最低。排除掉設計以及施工過程中可能存在的不遵從現象因素，由于雷電所造成的損壞比例可以降低到5%以下。這一指標完全滿足現階段我國變電站建設防雷標準，保障了防雷體系的有效性。

4 總結

變電站的二次設備由于其自身的脆弱性而導致其在防雷方面的建設水平要求更高。基于此種現象，本文首先分析了變電站二次設備的功能及其特征；然后以特征為基礎探究其在雷擊過程中的具體危害，確定其防雷重點；最后，按照一次設備以及二次設備自身的防雷需求，探究后續防雷體系的具體建設過程。希望能夠為后續的相關設計與實現提供必要幫助。

參考文獻

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作者單位

國家新聞出版廣電總局五六一臺 江西省南昌市 330000