自動化電力設備防雷措施研究

韓飛，楊斌

（1.青島祺和工程咨詢有限公司，山東 青島 266000；2.煙臺宋和科技股份有限公司，山東 煙臺 264006）

信息化浪潮席卷電力行業促使電力設備的自動化水平得到了飛快提升，計算機、微電子設備等越來越多地裝配到電力運行系統中，雖然有效地提高了電力企業的工作條件和工作效率，但一旦出現惡劣的雷電天氣，其容易損壞現有的電力設備，不僅使電力企業經濟受損，也給人們的生產生活帶來不便。那么，該布置怎樣的防雷措施來減小損失、提升電網運行的安全性和穩定性呢？

1 對雷擊和防雷器件的概述

1.1 雷擊的破壞原理

眾所周知，雷電是自然界中常見的極端自然現象，雷擊本身帶著巨大的電流能量并瞬間釋放出來，給物體造成極強的損害。以感應雷為例，不管是放電過程中靜電荷生產的靜電感應，還是瞬變電磁場在電路中生成的電磁感應，都能在傳播中對自動化電力設備造成巨大破壞。而且集成化程度越高的電子設備，其抵抗雷擊電流的能力越弱，感應雷一旦出現，就會損傷集成電路的核心器件，以及自動化電力設備和外界連接時必須用到距離較長的電纜線路，還有各種系統中的各個接口，造成無法挽回的破壞。

1.2 防雷器件的工作原理

按照工作方式分類，防雷器件大致可以分為斷開電路和對地短路兩種。所謂的斷開電路方式，是指防雷裝置感應到雷電通過的瞬間就自動斷開電路，將電子設備隔離保護起來；而對地短路方式則是將瞬間的雷電流導入大地，達到保護電子設備的目的。基于經濟性、防雷性等多方面綜合考慮，目前使用較多的是對地短路防雷方式。

2 自動化電力設備的具體防雷措施

2.1 微電子設備的防雷措施

微電子器件是自動化電力設備的重要組成部分，但其耐沖擊水平不高，也是雷擊時容易損傷的部件。一般來說，當電壓沖擊達到10V、30ns時，電路就會被擊壞，如若雷擊時電流磁場＞0.07×104T或＞1km，就有可能造成電子設備的誤動。正是因為微電子設備容易受影響，其防雷措施主要有3種。

一是選用TVS管。微電子器件在遇到高瓦數浪涌脈沖時極容易受到損壞，這是如果安裝了TVS管，也就是瞬態電壓抑制器，能夠以極快的速度改變兩極間的阻抗，瞬間吸收高能量的電流沖擊，穩定電壓，避免受破壞。正是因為TVS管具有速度快、吸收量極高、好控制等非常明顯的防雷優勢，所以越來越多的電力企業將其定為微電子器件的防雷首選。

二是設置過敏電阻。以氧化鋅避雷器為例，一旦出現雷擊，避雷器能夠產生比微電子器件近乎四倍高的保護電壓，這樣就能消減雷擊的電壓沖擊，保護微電子器件不受損害。

三是使用中和變壓器。這是當前新研發出來、效果頗佳的防雷措施。在防雷裝置設置好工作狀態后，如果出現雷擊現象，電壓沖擊通過微電子電路時產生的強大電流能量，中和變壓器一方面能夠釋放這些電流能量，防止雷擊造成的器件損害，另一方面能夠消除雷電電流殘余的電壓，起到降壓保護作用。

2.2 載波機的過電壓防雷措施

作為一種通信傳播設備，載波機是自動化電力設備必不可少的一環。當遇到雷擊時，載波機有三個部件極容易受損：

（1）高頻電路盤。安裝放電管是高頻電路盤提升自身抗雷擊水平的一個重要舉措，放電管能夠將瞬間過電壓導出高頻電路盤，使其在一定程度上產生耐雷性，提高耐雷水準。

（2）電源盤。電源盤也可以采用安裝放電管的防雷方式，使電源盤的耐雷水平得到提升，載波機的運行穩定性得到保障。

（3）用戶話路盤。因為通過用戶話路盤的兩股電壓有差異，所以防雷裝置要進行特殊設計，可將其放置在載波機里，以達到不管哪股電壓通過都能得到有效保護的目的。

2.3 屏蔽與接地保護措施

（1）接地保護措施。因對地短路是目前使用較廣泛的防雷裝置的工作原理，所以，接地設計乃是防雷措施的關鍵點。一般來說，可以將構筑物接地，也可以設計配電系統和強電設備接地，還可以將計算機自控系統設計成接地方式，若能將三種方式統一起來配合使用，則能大幅度提升電力設備的耐雷水平，降低或完全消除對系統和設備的損害情況。不管是哪一種接地方式，在考慮經濟成本的同時都要最低限度地降低接地電阻，使得過電壓值無限降低，且具備較好的泄流能力，才能達到最好的防雷效果。

（2）屏蔽保護措施。為了減弱或消除雷擊電流放電時產生的巨大能量或是施加在電子設備上的電磁干擾，需要設置一些金屬屏蔽體達到屏蔽保護目的。以計算機系統為例，屏蔽體由建筑物、設備本身、線纜管道等多個部分組成，通信機房等建筑物的鋼筋、金屬門窗、各種金屬房屋構架、地板等都是有一定作用的屏蔽體，可以將他們連接或焊接起來，這就是一個具有很好保護作用的法拉第籠，也就形成了第一步的屏蔽網。設備屏蔽首先要排查其耐電壓能力，按照不同等級設置不同級別的屏蔽措施，如高等級屏蔽，就要敷設金屬屏蔽網，將其與機房內的接地母線連接起來，形成較嚴密的第二步屏蔽網。對于電線電纜及其管道的屏蔽層，一是要在兩端都要做好良好的接地措施，二是在即將進入室內時接上壓敏電阻，將會產生更強的防雷效果。

2.4 多種防雷技術綜合運用

（1）從整體著眼，設置全面覆蓋的綜合防雷系統。自動化電力設備的防雷措施不是“頭痛醫頭、腳痛醫腳”的單個手段，而是要從電力系統的整體性出發，站在全局的高度將多種防雷技術結合起來，設置全覆蓋的綜合防雷系統。為此，首先，就要對防雷裝置進行系統規劃，設備外部要安裝什么、內部安裝什么、什么裝置放在何處、發揮什么作用，都要心中有數，將不同的防雷器件組合放置，實現防雷效果的最優化；其次，具體部位的防雷裝置要有針對性地安裝，比如電力設備外部安裝避雷針，將雷電電流導入地下，以免損害電力基礎設施或引發其他意外事故，而設備內部則要在電磁屏蔽、接地系統等方面下功夫，將過電壓有效釋放給大地，達到保護自動化電力設備的目的。

（2）對配電系統做好多級防護。配電系統是自動化電力設備正常運轉的必要條件，也是雷擊經常“光顧”的地方，因此，配電系統的防雷措施也是不容忽視的重要一點。以往配電系統的防雷措施多是單一且與整個防雷系統割裂開的，導致防雷效果并不理想，致使配電系統受損，整個自動化電力設備無法運行的狀況屢屢出現。為此，要將配電系統的防雷措施并入整個綜合防雷系統，并實施多級保護措施，如在容易受到雷擊的不同部位安裝不同型號的電壓保護器，形成一個整體防護網，相互配合、相得益彰，防雷效果自然不錯。

3 結語

總之，自動化電力設備的防雷措施是復雜且繁瑣的工作，我們首先要在思想上重視起來，其次要結合已有經驗和實際情況不斷鉆研防雷的具體措施，解決實踐中遇到的各種問題，力爭將防雷工作帶上一個新臺階。