变电站二次系统防雷保护

胡志彬

摘要：文章针对变电站二次系统防雷保护的相关信息，对其二次系统防雷保护的具体策略进行研究。首先介绍雷电对变电站二次系统的影响，并分析雷电的入侵条件；其次介绍变电站二次系统防雷保护的具体措施；最后结合实际案例，对该案例中二次系统防雷保护的方法进行研究。

关键词：变电站；二次系统；防雷保护；电力系统；雷电入侵条件 文献标识码：A

中图分类号：TM73 文章编号：1009-2374（2016）30-0125-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.30.061

目前，随着我国电力系统不断发展，系统对防雷保护能力提出了更高的要求。而从当前我国电网防雷技术的发展来看，一次系统防雷基本达到了安全、可靠的目的，不会出现严重的雷击事故。但随着现代科学技术的发展，以计算机、微型电子仪器为基础的二次系统在电网中所占的比例越来越大，而这些设备由于耐压水平低，一旦出现雷击事故就可能出现损坏，对电网安全运行产生严重影响。因此，需要重视对变电站二次系统防雷保护技术的研究，为推动变电站平稳运行奠定基础。

1 雷击问题研究

雷击主要可以划分为感应雷与直击雷，由于当前变电站出线段、进线段都设有避雷针，因此其避雷线能有效规避雷击危害。当前常见的防雷保护结构如图1所示：

在一般情况下，变电站的主要雷击事故类型为感应雷害事故：在正常情况下雷击先击中避雷针，有助于保护输电线路，而雷电会在引线的干预下快速流入大地；但在实际上，雷电存在陡度大、电波峰值高等特点，可能会经过系统母线进入二次系统，导致二次系统出现电容性耦合等，再加之二次系统自身具有特殊性，因此在雷击作用下就会出现损坏或发出错误动作。

感应雷过电压、浪涌过电压被认为是导致变电站雷击事故的主要原因，其入侵变电站主要分为以下三种方式：

方式一：经过弱电系统信号控制入线进入。若雷电流经过导线而进入大地，此时雷电流较大，因此往往会在周围产生电磁感应，致使导线上产生不同电压降，最终形成过电压。这种过电压会影响二次系统设备，导致二次系统设备损坏。

方式二：经过弱电系统电源线进入。在发生雷击过程中，雷电侵入波先到达变压器，此时变压器高压侧避雷器首先动作，将入侵的雷电流引入大地。但在这个过程中，残压系数较大，电压器高压侧电压很大，则低压侧电压也会处于较高水平。在这种情况下，第二次系统设备绝缘水平受到影响，可能会导致设备损坏。

方式三：经过弱电系统接地线进入。在一般条件下，在雷击发生时，雷电流会随着地下引线进入大地。但在实际上，雷电流进入大地的过程不是一瞬间完成的，因此往往会存在一个传播过程中。同时由于大地存在电阻，由雷电流引入点到不同点的电阻大小存在差异。雷电流幅值很大，因此往往会出现十分明显的电位差，对变电站二次系统弱电设备产生反击作用，导致设备损坏。总体而言，雷电侵入二次系统的结构如图2所示：

2 防护措施研究

对于电力系统二次部分的电磁干扰防护控制，相关人员可以从控制干扰源与敏感设备耦合程度等措施进行针对性处理。

2.1 改变二次系统接地方法

变电站接地是保证电气设备运行水平的主要技术措施，对于二次系统接地可分为危机保护装置交流电源接地、防雷接地等，其中接地是其中的关键环节，无论是感应雷还是直击雷，都需要通过接地网进入大地。因此可以判断，有效的接地方式能避免电涌电压对二次设备造成损害，保证二次系统安全。目前变电站地网主要采用联合地网，当期工作频率高于300kHz或采用长接地电缆的接地方式过程中，相关人员可以采用多点接地方式，以更好地保证二次系统安全。在具体操作过程中，多点接地设备内部电路主要以机壳为参考点，而不同设备机壳也主要以地为参考点。在经过这种方式优化后，有助于为接地结构提供更强的接地阻抗。这是因为在多点接地方法的影响下，不同接地线长度较短，并且在多根导线并联的影响下，导体总电感得到有效控制，这有助于避免高频状态下接地系统驻波效应。同时多点接地方法能将所有到电梯进行接地，并建立一个统一的接地网（包括防雷接地、交流接地等），这种方法有助于进一步强化接地体性能，以更好地满足二次系统防雷要求。在防护地点为干扰过程中，其接地技术不论在控制干扰源或在小于干扰源之间都发挥着重要作用，有助于避免雷电流干扰耦合导致敏感设备的程度，提高相关设备的抗干扰能力，均具有良好的应用价值。

2.2 安装电涌保护器

对二次系统而言，安装电涌保护器也是实现防雷保护的主要措施，是当前电子设备防雷保护中重要的装置设备，简称为SPD。从应用效果来看，在安装电涌保护器后，能有效地将信号传输线、窜入电力线的瞬时过电压限制在系统所能承受的范围内，最终保证系统不会受到冲击而发生破坏。电涌保护器的工作机理为（图3）：在出现过电压时，瞬变电压抑制二极管作为速度最快的元件，开始泄放电流，并在泄放电流的同时，将输出钳位在其截止电压上。这种方法有助于控制过电压对设备的损害。而施加在TVS上的放电电流会随着幅值上升而出现变化，使GDT（充气式放电器）两端电压超过其点火电压，之后GDT产生工作，同样开始泄放电流。当GDT泄放电流后，会处于低阻状态，两端电压仅维持在10～20V的水平内，有助于避免因为电压参数过高而导致TVS烧毁，最终达到保证二次系统的目的。

2.3 完善二次系统屏蔽技术

在二次系统保护中，屏蔽技术主要是将雷电电磁脉冲在空间感应入侵通道将其阻断，在实际操作过程中，通过屏蔽材料能有效阻断、减少电磁能量在空间传输中所产生的干扰。同时在变电站二次设备中存在大量采用集成电路、半导体设备，这些元件在高电压条件下十分脆弱，因此需要采用屏蔽方式保证设备安全性。例如，需要加强对变电站电磁屏蔽的建设，避免在雷电活动过程中产生的静电会干扰磁场，最终对计算机系统造成影响；也可以采用屏蔽电缆，避免雷电活动时会在二次回路上产生感应过电压而影响二次设备安全。

3 实例分析

3.1 背景介绍

A变电站为500kV变电站，是当地电网的重要枢纽，承担该地区与周围地区功率转换、连接的重要工作，对当地乃至该省的电网运行安全产生重要影响。该变电站自建成以来，出现多次雷击事故，造成了巨大的损失。例如，某日A变电站在检查设备过程中，发现两处开关跳闸，中调、地调自动化系统未发生报警记录。后经检查发现，上述开关跳闸期间变电站附近雷电频繁，开关跳闸时距变电站1km位置发生雷击，雷电流幅值约为62kA。

3.2 具体措施分析

以电源系统防雷措施为例，对A变电站二次系统防雷保护措施进行研究。A变电站相关人员认为，电源防雷系统的关键，就是防止雷电波通过电源线路，避免雷电流对计算机及相关设备造成损害，因此A变电在电源系统防雷措施研究中，通过对市场上国内外各种品牌的性能、价格等进行详细的调查研究后，选用德国PHOENIX电气集团所生产的防雷产品，该集团防雷产品的主要优点是带有自解耦功能，且支持两种防雷器联合使用，有助于进一步控制雷电流残压。

首先，在A变电高压室的1号、2号站用屏交流仅限端各自添加一套电源一、二级防雷保护装置，每套一级4值FLTPLUSCTRL-0.9/I模块，同时还需要在防雷器前设置100A熔断器，以进一步发挥过流保护的作用；其次，在A变电站通信方电源各设置1套浪涌抑制器作为防雷保护的第三级，其主要型号为VALMS-230。与上文研究内容一样，还需要在防雷器前设置80A熔断器，以发挥过流保护作用；最后，在A变电站直流母线系统防雷保护中，在充分考虑其直流母线的工作状态，在防雷保护中为了避免雷电流通过（+）、（-）母线侵入到站内，因此在防雷保护中需要在（+）、（-）直流屏双回路交流进线侧设置一套浪涌抑制器，其型号为VALMS-230，以切实保证直流母线系统防雷性能，保证系统安全。

4 结语

本文主要研究了变电站二次系统防雷保护的相关内容，并从多个角度对变电站二次系统防雷保护的具体策略进行研究。总体而言，变电站二次系统防雷保护是一个复杂的工作，其技术要求水平高、涉及面广，这就要求相关人员在实际工作中能充分了解不同技术的应用范围与操作要点，在了解本电站二次系统防雷保护的基础上，制定出相应的防雷保护措施，为全面提高变电站运行质量奠定基础。

参考文献

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