自动化电力设备防雷措施研究

韩飞，杨斌

（1.青岛祺和工程咨询有限公司，山东 青岛 266000；2.烟台宋和科技股份有限公司，山东 烟台 264006）

信息化浪潮席卷电力行业促使电力设备的自动化水平得到了飞快提升，计算机、微电子设备等越来越多地装配到电力运行系统中，虽然有效地提高了电力企业的工作条件和工作效率，但一旦出现恶劣的雷电天气，其容易损坏现有的电力设备，不仅使电力企业经济受损，也给人们的生产生活带来不便。那么，该布置怎样的防雷措施来减小损失、提升电网运行的安全性和稳定性呢？

1 对雷击和防雷器件的概述

1.1 雷击的破坏原理

众所周知，雷电是自然界中常见的极端自然现象，雷击本身带着巨大的电流能量并瞬间释放出来，给物体造成极强的损害。以感应雷为例，不管是放电过程中静电荷生产的静电感应，还是瞬变电磁场在电路中生成的电磁感应，都能在传播中对自动化电力设备造成巨大破坏。而且集成化程度越高的电子设备，其抵抗雷击电流的能力越弱，感应雷一旦出现，就会损伤集成电路的核心器件，以及自动化电力设备和外界连接时必须用到距离较长的电缆线路，还有各种系统中的各个接口，造成无法挽回的破坏。

1.2 防雷器件的工作原理

按照工作方式分类，防雷器件大致可以分为断开电路和对地短路两种。所谓的断开电路方式，是指防雷装置感应到雷电通过的瞬间就自动断开电路，将电子设备隔离保护起来；而对地短路方式则是将瞬间的雷电流导入大地，达到保护电子设备的目的。基于经济性、防雷性等多方面综合考虑，目前使用较多的是对地短路防雷方式。

2 自动化电力设备的具体防雷措施

2.1 微电子设备的防雷措施

微电子器件是自动化电力设备的重要组成部分，但其耐冲击水平不高，也是雷击时容易损伤的部件。一般来说，当电压冲击达到10V、30ns时，电路就会被击坏，如若雷击时电流磁场＞0.07×104T或＞1km，就有可能造成电子设备的误动。正是因为微电子设备容易受影响，其防雷措施主要有3种。

一是选用TVS管。微电子器件在遇到高瓦数浪涌脉冲时极容易受到损坏，这是如果安装了TVS管，也就是瞬态电压抑制器，能够以极快的速度改变两极间的阻抗，瞬间吸收高能量的电流冲击，稳定电压，避免受破坏。正是因为TVS管具有速度快、吸收量极高、好控制等非常明显的防雷优势，所以越来越多的电力企业将其定为微电子器件的防雷首选。

二是设置过敏电阻。以氧化锌避雷器为例，一旦出现雷击，避雷器能够产生比微电子器件近乎四倍高的保护电压，这样就能消减雷击的电压冲击，保护微电子器件不受损害。

三是使用中和变压器。这是当前新研发出来、效果颇佳的防雷措施。在防雷装置设置好工作状态后，如果出现雷击现象，电压冲击通过微电子电路时产生的强大电流能量，中和变压器一方面能够释放这些电流能量，防止雷击造成的器件损害，另一方面能够消除雷电电流残余的电压，起到降压保护作用。

2.2 载波机的过电压防雷措施

作为一种通信传播设备，载波机是自动化电力设备必不可少的一环。当遇到雷击时，载波机有三个部件极容易受损：

（1）高频电路盘。安装放电管是高频电路盘提升自身抗雷击水平的一个重要举措，放电管能够将瞬间过电压导出高频电路盘，使其在一定程度上产生耐雷性，提高耐雷水准。

（2）电源盘。电源盘也可以采用安装放电管的防雷方式，使电源盘的耐雷水平得到提升，载波机的运行稳定性得到保障。

（3）用户话路盘。因为通过用户话路盘的两股电压有差异，所以防雷装置要进行特殊设计，可将其放置在载波机里，以达到不管哪股电压通过都能得到有效保护的目的。

2.3 屏蔽与接地保护措施

（1）接地保护措施。因对地短路是目前使用较广泛的防雷装置的工作原理，所以，接地设计乃是防雷措施的关键点。一般来说，可以将构筑物接地，也可以设计配电系统和强电设备接地，还可以将计算机自控系统设计成接地方式，若能将三种方式统一起来配合使用，则能大幅度提升电力设备的耐雷水平，降低或完全消除对系统和设备的损害情况。不管是哪一种接地方式，在考虑经济成本的同时都要最低限度地降低接地电阻，使得过电压值无限降低，且具备较好的泄流能力，才能达到最好的防雷效果。

（2）屏蔽保护措施。为了减弱或消除雷击电流放电时产生的巨大能量或是施加在电子设备上的电磁干扰，需要设置一些金属屏蔽体达到屏蔽保护目的。以计算机系统为例，屏蔽体由建筑物、设备本身、线缆管道等多个部分组成，通信机房等建筑物的钢筋、金属门窗、各种金属房屋构架、地板等都是有一定作用的屏蔽体，可以将他们连接或焊接起来，这就是一个具有很好保护作用的法拉第笼，也就形成了第一步的屏蔽网。设备屏蔽首先要排查其耐电压能力，按照不同等级设置不同级别的屏蔽措施，如高等级屏蔽，就要敷设金属屏蔽网，将其与机房内的接地母线连接起来，形成较严密的第二步屏蔽网。对于电线电缆及其管道的屏蔽层，一是要在两端都要做好良好的接地措施，二是在即将进入室内时接上压敏电阻，将会产生更强的防雷效果。

2.4 多种防雷技术综合运用

（1）从整体着眼，设置全面覆盖的综合防雷系统。自动化电力设备的防雷措施不是“头痛医头、脚痛医脚”的单个手段，而是要从电力系统的整体性出发，站在全局的高度将多种防雷技术结合起来，设置全覆盖的综合防雷系统。为此，首先，就要对防雷装置进行系统规划，设备外部要安装什么、内部安装什么、什么装置放在何处、发挥什么作用，都要心中有数，将不同的防雷器件组合放置，实现防雷效果的最优化；其次，具体部位的防雷装置要有针对性地安装，比如电力设备外部安装避雷针，将雷电电流导入地下，以免损害电力基础设施或引发其他意外事故，而设备内部则要在电磁屏蔽、接地系统等方面下功夫，将过电压有效释放给大地，达到保护自动化电力设备的目的。

（2）对配电系统做好多级防护。配电系统是自动化电力设备正常运转的必要条件，也是雷击经常“光顾”的地方，因此，配电系统的防雷措施也是不容忽视的重要一点。以往配电系统的防雷措施多是单一且与整个防雷系统割裂开的，导致防雷效果并不理想，致使配电系统受损，整个自动化电力设备无法运行的状况屡屡出现。为此，要将配电系统的防雷措施并入整个综合防雷系统，并实施多级保护措施，如在容易受到雷击的不同部位安装不同型号的电压保护器，形成一个整体防护网，相互配合、相得益彰，防雷效果自然不错。

3 结语

总之，自动化电力设备的防雷措施是复杂且繁琐的工作，我们首先要在思想上重视起来，其次要结合已有经验和实际情况不断钻研防雷的具体措施，解决实践中遇到的各种问题，力争将防雷工作带上一个新台阶。