箱站中防雷技术的应用

张 敏

（河北电力装备有限公司，河北 邯郸 056004）

在变电站的日常运行中，时有遭受雷击而导致变电站设备损坏的情况。在以往的一些例证中，有的一次断路器损坏，有的保护设备损坏，有的通讯网络被击穿，使变电站不能正常运行供电中断，造成经济损失和不良的社会影响。在箱站中也存在着雷击问题，必须采取防雷措施才能保证箱站的正常运行。

雷电是一种自古以来便有的大气物理现象，它经常侵袭电力系统设备和现代电子设备及通讯设备，造成一个或多个电子设备损坏，通讯中断，造成不可估量的损失，它是电子信息时代的一大公害。国外通行的概念，将雷击分为两种——直击雷和感应雷。在我国国内，一直以来对直击雷的发生采取了许多有效的防护措施，如避雷针、避雷器、避雷线等。在箱站中由于一次设备通过电缆或架空线与外部相连，必须在每路出线和母线以及重要的设备旁装设避雷器，以防止直击雷落在架空线或电缆上引起箱站中一次设备的损坏。为了在箱站这个特殊环境中应用和安装方便，特选用金属氧化物（氧化锌）避雷器，氧化锌避雷器具有优异的非线性伏安特性，残压随冲击电流波头时间的变化特性平稳，陡波响应特性好，没有间隙的击穿特性和灭弧问题。

感应雷指雷击引致设备电源线或信号线上的感应电流而产生的瞬间过电压，即在微秒至毫秒之内所产生的尖峰冲击电压。但感应雷的破坏性在近期才引起重视，事实上，感应雷的破坏同样造成每年各系统为数不小的损失。目前电力系统信息多通过计算机网络通信传送，一旦受到感应雷破坏，后果十分严重。根据多种世界认可研究标准，一般电源线上的感应电流在3000安培左右，绝不超过10000安培，电压则不超过6000伏。在数据／讯号线及电话线上，感应电压一般在5000伏左右，感应电流则大约为数百安培。

1971年美国通用研究公司R.D希尔曾用仿真试验建立模型证明，由于雷电活动，当磁感应强度Bm=0.07GS时，无屏蔽的计算机会发生误动作，而Bm=2.4GS时，计算机发生永久性损坏。IEC（国际电工委员会IEC）文件指出“雷电闪击通过（1）直击到电力系统上，如变压器及线路上。（2）闪击到邻近物体，产生电感耦合。（3）直击到户内终端设备，则可能通过电感耦合和注入电流进入配电系统。因此这三种类型对低压配电系统或信号、通信系统产生系统过电压，使敏感设备易于击穿或烧毁。

为了保护箱站内保护设备、网络及电子通信设备免受雷电损害，在箱站内的配电系统和信号传输中增加防雷保护器。要发挥最有效、最完整的避雷功能，使电子设备免受感应雷或开关动作而产生的瞬间过电压所破坏，必须考虑各类传输线，包括：电源进出入线、数据、信号及电话线，并且一个防雷器必须具备以下各点：

1）相容性：一个理想的防雷器应不会对其所保护的设备或线路造成任何干扰及中断现象。

2）能承受高电流：虽然雷电电流可高达20万安培，但一般二次感应电流不会超过10000安培，因此防雷器必须能承受最少10000安培的瞬间电流通过。

3）低“通过”电压：防雷器必须能把瞬间尖峰电压降至一般电子设备所能承受的范围，即低于二倍于设备的尖峰电压(约700V)。

4）全面保护电源：防雷器必须能提供以下每一种的保护作用：相对地、中对地及相对中。

5）操作状态显示：无论是在正常工作状态、功能减退状态或发生故障时，都应能在面板上清楚显示出来。

6）遥测功能：当防雷器发生故障时能透过遥测干触点把故障状态通知远端的监察中心。

7）反复使用及长寿命：在正常使用情况下可经受多次雷击后仍能反复使用，而且其自身工作寿命必须长达20年以上。

根据以上特点和原则，在箱站中电源防雷部分采用具有成熟技术的OBO电源防雷器。依据IEC（国际电工委员会）标准的分区防雷理论，OBO电源防雷器采用的是B、C、D三级防雷的方式，第一级保护（B级）常选用OBO LA系列的产品，一般安装在建筑物输入电源总配电室配电柜上，或楼内单位输入电源的主配电盘上，主要用于保护整幢建筑物用电设备或单位的主要用电设备。第二级保护（C级）通常选用 OBO V20-C，它响应时间小于 25ns、允通电流 40kA（8-20μS），主要应用于建筑物内的分路电源配电柜上，安装在机房配电柜上，保护机房内UPS机房空调、照明等用电设备。第三级保护主要安装于各个计算机设备的电源配线端，用于保护最终的设备。通常选用OBO的SNS-D或EP220-D，允通电流可达6.5kA，残压为700V左右。

实际应用中，采用OBO V20-C积木式结构的防雷器，用作第二级保护，每只为单相防护，可搭接成两相或三相防护器。V20-C型防雷器在相线与零线之间的限压采用氧化锌压敏电阻的C/0模块，利用氧化锌变阻器作为相线和中线之间过电压保护器件，因此可获得极低的保护电压，高放电电流和很短的响应时间；在零线和地线之间的保护，采用一个高能量石墨放电极的NPE模块来限制零地之间的过电压。中线与接地导体之间用高能放电间隙保护。当由于过负荷变阻器劣化时，内置的断路器会切除失效模块，因此就不会产生相线和接地导体之间的故障电流，相应也不会产生过电压（由于接地电阻的存在）。在这种情况下，指示窗由绿变红，可以通过监控系统方便实现遥信功能。

为了增强防雷的效果，将防雷器OBO V20-C并联安装在UPS前端的母线上，将其卡在箱站的交流电源柜内的35mm卡轨上。由于变阻器装于相线和中线之间，且避雷器的短路故障影响电源供电，发热严重时会烧毁导线，需要保护报警电路来确保供电安全，可以在防雷器之前装设断路器防止短路故障。防雷器的另一端用铜母线连接在一起接地，至少使用一个M6螺栓用于接地，接地线的截面面积必须大于或等于16mm2。这样当雷落在配电系统中或产生过电压时，防雷器就会起保护作用，保护箱站内的电源系统、保护设备及电子元器件。

感应雷还对箱站中的通信线路和网络产生破坏作用。通信线路防雷器的技术要求较高，因为除了满足防雷技术要求外，还须保证传输指标符合要求。加上与通信线路相连的设备耐压很低，对防雷器件的残压要求严格。理想的通信线路防雷器件应是电容小、残压低、通流大、响应快。根据残压波形的特点，可将避雷器分为开关型和限压型，也可以将两种复合在一起，扬长避短。由于在箱站中通信网络线采用的是屏蔽双绞线，所以选用OBO的双绞线保护器FLD48，其最大容通电流可达10kA，动作时间小于10ns。信号防雷器的使用，很好地解决了通讯防雷的问题，使箱站内的通讯更加可靠、稳定。

在箱站的设计生产过程中，防雷技术的应用，使箱站的一次设备得到了保护，使变电站自动化系统在箱式变电站中运行稳定、可靠，使箱站设备在运行中遭雷击时免受破坏，取得了很好的经济效益和社会效益。

［1］标准 IEC1312《雷电电磁脉冲的防护》、VDE0675《过电压保护器》、GB50057-94《建筑物防雷规范》、GA173—1998《计算机信息系统防雷保安器》[S].

［2］招磊鸣，王振明.计算机网络机房防雷技术浅析[J].电气资讯,2001年6期.