变电站二次设备防雷保护措施探讨

黄新楠

摘要:文章从电源系统防雷保护和二次设备保护措施对变电站二次设备防雷技术的探讨，提出在电力变压器低压侧加装避雷器、将浪涌保护器加装至电源入口端、单端接地和双端接地两种方式将屏蔽电缆有效接地等措施，为一线电力工程人员提供参考。

关键词：变电站；二次设备；防雷保护

0引言

雷电灾害是十大自然灾害之一，我国是雷电活动非常频繁的国家，对电力系统安全可靠运行构成严重的威胁。随着电力系统自动化程度不断提高，以微笑电子为主要元件的控制、保护、信号、通信、监控等设备在变电站中得到广泛的应用。常规的电磁保护装置单元以电阻、电容、电感为主，而热容量较大，能承受较强的尖锋脉冲，对雷电暂态冲击承受能力较强。但对于微安级二次设备来说，就不一定承受得起。面对雷害多二维空间侵入转变为三维空间侵入，雷害对象也主要集中在微笑电子器件等这些敏感的电子器件设备上，对二次设备造成较大的干扰。因此，变电变二次设备防雷保护是关系到电网安全稳定运行的重要因素，需要对其保护措施进行深入探究。

1电源系统防雷保护措施

变电站在高压系统防雷保护措施一般都较为完善，如110kV及以上线路有架空地线保护，35kV线路有进线段保护，10kV线路有出线避雷器保护，各级母线还有避雷器保护，但400V低压系统往往防雷保护措施较弱甚至没有任何的保护措施，这样使得过电压涉及整个低压弱电系统，尤其是计算机监控系统和微机保护等弱电设备绝缘薄弱，很容易造成击穿与烧坏，破坏综合自动化系统直流电源模块。电源系统防雷保护要从三方面着手：

1.1在电力变压器低压侧装设避雷器

在电力变压器低压侧加装避雷局，要实现两点功能：一是限制避雷器残压，二是要把侵入波的陡度控制在一定的值以内。因此，避雷器与变压器之间的最大距离lmax，对于一路进线应当满足下式： ,其中，表示变压器冲击电压最大值，表示避雷器残压，表示雷电波陡度，v表示雷电波速度，表示变压器入口电容，表示避雷器到变压器连线单位长度的电容。对于两路进线，应当满足，式中k1>1，且k1是随着回路增加而增大的。如果避雷器与变压器的距离大于就应当考虑在变压器附近再增装一组避雷器以保证直流电源模块的安全。

1.2将浪涌保护器加装至电源入口端

浪涌保护器采用LC低通滤波器和压敏电阻，使得通过其中的雷电波信号部分的高频分量和较高的能量被有效吸收，使得电压钳位到安全范围内，从而实现对电源系统的保护。

变电站内雷电干扰频率范围为100KHz~10MHz，要保证二次设备正常工作，就需要将这个范围内的高频分量过滤掉，由公式可知，电感L和电容C参数的选择成为浪涌保护器的关键。考虑到“技术经济比”原则，选择较小的电感以缩小体积，降低造价。从波过程原理可知，均匀单根无穷长无损导线，电压波与电流波都是沿线路流动传播，波的阻抗为，当波沿传输线路传输时，在某个节点参数发生变化时会产生折射和反射。行波通过串联电感后，直角波便变成了指数波，在陡度上出现明显的下降。由于电感中电流不能突变，在行波到达某节点后，部分折射电压与电感电流处于正相关关系，而另一部分电压波则沿线路反射回去。同理，并联电容，也减小波的陡度。因此，在电感与电容的双重作用下，雷电波得到极大限制的削弱，从而达到保护电源板的目的。

2变电站二次设备可靠接地

变电站通信与控制系统中的二次设备所在的长方形机房的六个面敷设金属屏蔽网，并与机房的内环形接地母线连接，接地点以短线为主，设备之间的连接也采用较短的导线连接，使得导线上难以形成较大的雷电感应电压幅值，从而避免对二次设备的干扰。具体来说，注意以下五点：

一是二次系统设备如外壳、箱体、机架等金属部件与共用接地系统等电位相连接，且以星形结构和网型结构两种方式；

二是根据二次系统设备各个外露可导部件情况建立起连接网络，所有等电位连接网络都应当可靠接地；

三是对于局部封闭且相对小的二次系统可以选择用星型结构连接网络，并与共同接地系统部件有足够的绝缘；

四是对于较大的开放型二次系统采用网型结构等电位连接网络，并通过多点接地并入共用接地系统中，形成网型结构等电位连接网络。

五是考虑到等电位连接网络流过高频电流，又有明显的趋肤效应，不仅要求材料满足截面积需要，还要满足表面需要。

屏蔽电缆必须要可靠接地，基本就有单端接地和双端接地两种。单端接地是电缆一端在被迫设备处悬浮着，并经其他设备实现接地。在电压雷击情况下，有大电流进入地网时，在接地网的高阻抗作用下，注入大地电流迅速衰减，到达屏蔽电缆接地点的感应电压不会太大，经电缆外皮的感应耦合到电缆电缆芯线的感应电压也很小，从而保护二次系统设备。双端接地是在改善地网电位分布的基础上，为限制屏蔽电缆两接地端电位而采用严格的等电位接地方式，使电缆两接地端之间不能产生较大电位差而避免相互干扰。

3结论

变电站二次回路防雷问题关系到电力系统的安全稳定运行，必须要引起足够的重视。除了从电源防雷、有效接地外，还要注重信号防雷、抗干扰等问题进行深入的探讨，并在实践中检验，促进电力技术健康发展。

参考文献：

[1]余兆忠.变电所电子设备的防雷[J].农村电气化,2005(10)：32-33.

[2]风华.弱电设备的浪涌保护[J].农村电气化,2005(10):55-56.

[3]殷剑旺.浅谈雷击对自动化设备的危害及防护措施[J].广东科技,2008(06):113-115.

[4]王建国.胡绍庸.周文俊等.弱电设备电气连线等的雷电流耐受能力[J].高电压技术,2001(02):161-163.endprint