关于变电站二次系统的防雷保护及措施

张碧其

摘 要：随着变电站自动化设备越来越先进，其精密程度越来越高，但从防雷角度来说，其防雷电电磁脉冲侵害的能力却明显下降，当有雷电电磁脉冲入侵时，很容易对二次设备和系统造成损坏。近年来，电力二次系统遭雷击灾害的事故也时有发生；因此对变电站二次系统实施防雷保护措施非常重要。文章主要根据变电站二次系统防雷能力比较薄弱，提出了关于变电站二次系统的防雷保护与措施。

关键词：变电站二次系统；雷电；防雷措施

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）30-0001-02

变电站是个包括高压场地（部分是室内高压）及以中控室为主的建筑物，二次系统及二次设备主要集中在中控室（部分站还有通信楼）。变电站虽然楼层不高，但有自带高压、外露金属线多的特点，因此，雷击几率及强度都很大，同时二次系统也是最容易受到雷电波入侵的一个部分。通常在整个变电站中，一次设备都具有比较完善的防雷系统，但二次设备的防雷能力却比较薄弱，很容易受到外界的干扰而影响正常的工作，严重时甚至会直接损坏设备。一旦变电站的二次系统受到雷电波的入侵而产生的损坏，将会对当地电力供应造成极大的影响，因此加强变电站二次系统的防雷保护有很重要的意义。

1 二次系统雷电入侵分析

变电站二次系统处在一个强电和弱电系统形成的错综复杂的电磁环境中，雷电闪击可能通过各种耦合进入二次系统形成浪涌和过电压。其中雷击在线路上引起的上万伏的过电压、过电流及极强的交变电磁场是损坏二次系统的主要原因，而雷电入侵的途径可以通过配电线路、通信线路、雷击电磁场等途径。据IEEE等标准电源线路上的雷击过电压可达20 kV，雷电流可达20 kA；通信线路上的雷击过电压可达10 kV，雷电流可达1 kA，该过电压沿电源或通信线路直接传到设备，并可能将二次设备损坏。当直接雷击发生时，附近有很强的电磁场，由于静电感应与电磁感应引起的过电压，如图1所示。其主要破坏对象是电子设备，所以，电力二次设备防护是感应雷击防护。

龙川县位于广东省东北部，属中亚热带季风气候，地处山区，山高林密，局地气候的差异明显。近几年来，龙川县雷灾频繁，据气象部门统计，多年平均雷暴日数为67.3 d，其中雷暴日最多为98 d/a，最少年份为44 d/a。变电站综合自动化水平越来越高，应用的微机化二次设备也越多，精度也越高，至2014年，辖区11座110 kV变电站、1座35 kV变电站实现综合自动化全覆盖。多年来，我局通信自动化班在二次设备维护发现网络接口设备、计算机控制端口、CPU控制模块、数据采集、通信接口电路以及UPS电源被雷击损坏的事故时有发生，这表明计算机、控制端口及网络设备的接口是雷电浪涌侵入的薄弱环节。所以必须相应的加强变电二次设备的防雷保护措施，以确保变电站二次设备的安全稳定运行。

2 防雷保护措施

2.1 接地与屏蔽

高压场地有很多各种二次回路，如交流电压、电流回流、直流控制及信号回路等线路经布线层到中控室，这些线路虽然大多数有屏蔽层，但因雷电能量集中在中低频，一般的屏蔽措施效果不显著，因此，这些二次回路会感应到雷电，并传到站内二次设备。所以二次设备必须具备优良的接地，此举是二次系统的防雷保护措施的其中最重要的一个步骤，而要加强变电站二次系统的防雷能力，改变二次系统的接地方式对提升二次系统的防雷能力非常重要。通常变电站二次系统的接地方式主要有危及保护装置的交流电源接地、设备的安全接地以及防雷接地三种。因此接地是防止雷击破坏二次系统最重要的步骤，有效的接地可以很好的避免雷电波破坏二次设备。通常变电站的地网一般是联合地网，但是当工作的频率超过300 kHz时，最好是采用多点接地。多点接地的结构中，因为每条底线都比较短，通过多条导线并联就能够有效的降低接地导体的总电感，从而避免高频是接地系统中的驻波效应，在整个变电中将所有的导电体进行接地形成一个完善统一的接地网，就能够有效的提高二次系统的防雷能力，多点接地的方式，如图2所示。

2.2 安装电涌保护器

电涌保护器（SPD）是电子设备中一种非常有效的防雷装置，也有人们管这种防雷装置叫做“避雷器”与“过电压保护器”，SPD能够将电路中的窜入的电力线与信号传输线的瞬间过电压限制在系统所能够承受的电压范围之内，将过大的雷电流都导入的到大地，从而实现保护电力设备与电力系统的作用。SPD的工作原理，如图3所示，在电压过强时，瞬变电话会对二极管进行抑制，开始泄放电流，同时将输出钳位作用在截止电压上，从而有效的避免了过电压对电力设备的损坏。同时当TVS上的放电电流在不断上升时，会使得充气式放电器（GDT）的电压超过点火电压Uc，GDP会自动泄放电流，从而降低电压保护电路设备。

SPD是电力二次设备雷击过电压防护中须采用的主要防护设备，电力的二次设备比任何一个系统的设备都复杂，它是一个包含了自动化、通信、计算机等多种弱电设备在内的复杂的系统。SPD不但要求能保护这些二次设备的安全，同时不能影响这些设备的正常运行，在PT线路SPD应确保不短路，CT线路SPD应确保不开路。在可能引入雷电过电压的各种主要线路安装相应的SPD，如图4所示，做好等电位连接。

交流电源防雷措施，交流屏是变电站内设备用电的交流总配电，作为交流用电的设备的防雷总保护，应在交流屏输入端安装SPD，将雷电在入口处尽量通过地网泄放入大地，减少室内雷电电磁场。PT、CT交流回路是保护装置、测控装置、监测装置的采样源，取自于高压场地或高压室，防雷效果将直接危及到这些设备的安全，在回路接入端安装SPD。

直流电源防雷措施，二次设备用电通常都是采用直流供电，其次，控制回路、合闸回路等都是采用直流电源，在直流屏、通信电源屏、UPS、主控屏等交流配电输入端应安装SPD，其作用有二，一是抑制室内电源线路上感应的过电压，二是作为重要设备的双重保护。

弱电设备防雷措施，通信设备（如载波通信、GPS户外天线）通过户外进行信号传输，非常容易受到感应雷电的入侵，造成设备的损坏。在载波通道进出两侧、GPS天线引入侧、变电站外台监控机网线等安装SPD，抑制通信线路上感应的过电压。

3 结 语

二次系统的安全稳定运行关系到变电站一次设备的安全及电网安全，二次系统的防雷保护措施是其中最重要的工作内容之一，而要想加强变电站二次系统的防雷保护，可以综合应用电压防护技术、通讯设备的过电压保护技术以及抗干扰技术。变电站的二次系统一旦受到雷电波的入侵，会对整个电力系统的正常运行造成很大的影響，也是电力事故的常发点，做好这方面的防护工作对电网安全稳定运行和电力的有供序供应提供有力保障。

参考文献：

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