变电站二次系统的防雷技术研究

杨扬

摘 要：雷电是不可避免的自然现象，但是却给变电站造成了巨大的安全隐患，也是影响变电站供电安全的重要因素。随着变电站自动化程度的加深以及二次系统设备的增加，雷电危害带来的损失也越来越大，因此，如何防止雷电给变电站造成巨大损失，成为了变电站发展的首要问题。文章首先分析了雷电的危害以及破坏方式，根据多年的工作经验，在一次系统防雷基础上提出了变电站二次系统的防雷技术，为我国的变电站防雷研究贡献微薄的力量。

关键词：雷电；变电站；二次系统；防雷技术

1 引言

变电站是我国电力系统中的重要组成部分，也是我国国民生活用电的主要来源地，因此，保证变电站的安全性以及稳定性就变得尤为重要。由于变电站二次系统中包含了大量的电子设备，对于工作环境的要求也非常高，因此能否保证变电站二次系统的安全，影响着整个变电站的安全与稳定。文章基于雷电的破坏方式与变电站一次系统防雷技术的基础，对变电站二次系统防雷技术进行了深入的研究。

2 雷电对变电站产生的危害

雷电由于具有超高的电压与电流，因此具有极强的破坏能力，对变电站的产生的危害主要集中体现在以下几点。

2.1 闪络效应。能够引起变电站线路断电与火灾，并且可以导致断路器停止工作或毁坏绝缘子等电子设备。

2.2 电磁效应。由于雷电具有超高的电压，能够在瞬间穿透绝缘层，很容易引起火灾甚至是爆炸。

2.3 热效应。雷电具有巨大的能量，能够使受击物体瞬间发热，因此可能导致变电站导线熔断，烧毁电器设备。

2.4 机械效应。当雷电击中地面物体时，瞬间产生巨大的撞击力，从到导致高层建筑或杆塔设备倒塌，严重威胁人身安全。

3 雷电的破坏方式

雷电对于变电站二次系统的破坏方式具有多样性，但其本质是超高压转换成浪涌过电压，再以浪涌过电压的形式对变电站的二次系统及相关设备造成破坏。因此，防止雷电超高电压转换成浪涌过电压或者降低其转换率是防止变电站二次系统被破坏的主要手段。通常情况下，雷电破坏变电站的方式有以下几种。

3.1 传导雷方式。变电站附近的电力设备直接受到雷击后，雷电电流会通过被击物体传导至变电站，通过测量回路与电源后对弱电设备造成危害。此外，雷电还能通过电击避雷设备，从而迫使大地的电位升高，反过来破坏弱电设备。

3.2 感应雷方式。雷电在云层放电时，导体附近就会发生电磁感应与静电感应现象。由于感应雷与雷击距离较短，因此会产生强大的浪涌电压，导致作用范围内的电子设备遭到破坏。

3.3 直击雷方式。雷电直接破坏建筑物或电子设备，通过机械效应、热效应对被击物造成破坏。

4 变电站二次系统防雷技术研究

对变电站防雷技术进行研究，主要分为一次系统防雷和二次系统防雷两个方面。一次系统的防雷主要利用的是各种避雷设备，比如避雷针、避雷器以及接地系统等，在此不再赘述。下面将以一次系统防雷技术为基础，主要针对二次系统的防雷技术进行研究，而二次系统的防雷技术主要有二次电子设备防雷以及二次回路防雷。

4.1 二次电子设备防雷技术

二次电子设备防雷主要是保护变电站的计算机、通讯线、电话机以及UPS等，其主要技术有以下几种。

4.1.1 过电压保护技术。对变电站电子设备进行过电流、过电压保护，这是最有效也最直接的防雷技术。

4.1.2 等电位连接技术。对变电站机房内所有的金属物体，如金属管、金属外壳、金属门以及电缆等，对其进行电气连接，避免电位差对各类设备产生危害。

4.1.3 屏蔽技术。对一次系统中所有的金属导线进行屏蔽处理，比如信号线、通讯线以及电缆等，或者利用其它金属材料为机房搭建一个屏蔽帽，这样就可以有效地防止雷电对机房内的电子设备产生电磁干扰。

4.1.4 接地技术。为了保证变电站有一个稳定的工作环境，并且有效地保护设备安全、计算机网络安全与人身安全，必须建立一个有效的接地系统，根据国际IEC标准要求，该系统的接地电阻不能超过0.5Ω，这样才能杜绝二次高压反击雷的形成。

4.2 二次回路防雷技术

变电站使用的防雷技术与普通的建筑物防雷技术不同，它除了保护变电站的建筑设施之外，还必须对二次回路及相关电子设备进行防雷保护，结合现有的防雷技术，对变电站二次回路进行防雷主要可以使用如下几种技术。

4.2.1 等电位连接技术

通过对雷击区域的电磁脉冲强度进行划分，可以划分不同的防雷区域，并对其进行接地处理。在进行接地处理时，能够直接连接的就采用直接连接技术，对于通信线路以及电力线路等不能进行直接连接的，就必须根据不同的防雷区域进行有效分析，并且根据区域的场地特点采取不同的保护等级与防雷设备。

通过实践表明，等电位连接防雷技术可以保证电压的均压连接，防止压差带来危害，是最为有效的保护措施。

4.2.2 GPS时钟天馈线防雷技术。由于GPS时钟内部具有大量精密电子构件，并且GPS时钟的准确性对于变电站的运行和维护起到了关键作用。因此，在GPS时钟天馈线的输入端必须安装相应的防雷设备，比如OBO设备等。这样就能有效地将浪涌过电压对GPS时钟的破坏程度降到最低，从而保护整个变电站二次系统的安全。

4.2.3 信号防雷技术。信号防雷技术主要是保护变电站信号部的安全，可以划分为电话线路防雷、通讯线路防雷、远动通讯线路防雷以及载波线路防雷几个部分。对于上述设备的防雷，应该根据现场的实际情况以及工作特征采取相应的防雷措施，比如RS-232通讯接口电路与外部通讯线路是直接连通的，中间没有过渡介质，导致电路抗击雷电脉冲的能力较弱，因此对其进行防雷保护时，要选择对雷电脉冲响应速度较大且能消耗大量电源的设备。

4.2.4 电源防雷技术。电源防雷主要是保护变电站电源部分的安全。通常来说，变电站的电源都是经过两台站变输入到交流屏内，然后再为变电站的控制以及保护回路供给相应的电力。因为该线路的入口一般都在室外，并且具有较大的能量，因此非常容易受到雷电的破坏。

为了降低电源线路入口的过电压，根据国际标准IEC1312可知，一般对于过电站电源部分的防雷都是采用三级防雷技术，该技术能够将雷电的能量逐级释放，这样就可以保证变电站设备承受的过电压在安全范围内，从而保证设备的安全。一级防雷要能够承受巨大的电压和电流，因此可以用将开关型SPD安装在三相源入口侧；二级防雷主要是将电源引入到对设备不会产生危害的电压水平，可以将限压型SPD安装到分配电柜线路出口；三级防雷主要是保护后台设备以及远动屏，可以将限压型SPD安装到电子设备电源进线端。

5 结束语

变电站的防雷保护是一个复杂的工程，不仅需要大量的人力物力，还需要制定科学合理的措施。要保证变电站能够正常的运行与供电，不仅要做好初期的设计工作，而且在后期的运行过程中也要做好检测与维护工作。

参考文献

[1]王大鹏，刘霞.谈对变电站防雷接地的认识[J].建设监理，2009（4）：129-131.

[2]张业峰.变电站建设一次电气问题的探讨[J].中国西部科技，2010（26）：98.

[3]邱松.110kV变电站接地系统设计及施工问题的探讨[J].中国科技信息，2009（20）：121-122.

[4]付龙海.青藏铁路输变电系统防雷及接地技術的研究[D].西南交通大学，2007.

[5]李静.变电站安全运行监控系统研究[D].华中科技大学，2005.

[6]江日洪.变电站防雷保护及应用实例[M].北京：中国电力出版社，2005：34-58.