变电站自动化系统的防雷保护

冯婧

（山西焦煤西山煤电发电分公司电力公司 山西省太原市 030053）

以往变电站主要采取应用避雷器、避雷针、自动合闸等措施来实现防雷保护。而新时期，伴随着大量自动化设备在变电站中的普及应用，变电站防雷保护的复杂程度大幅度提升，尤其是瞬间过电压承受能力较弱的集成化设备，非常容易受到电磁干扰、操作过电压、雷电过电压等因素的影响而发生损坏，导致设备的保护误动、继电拒动，威胁电网正常运行。鉴于此，有必要加大对变电站自动化系统防雷保护措施的研究。

1 变电站自动化系统的防雷保护

1.1 电源部分的防雷保护

有研究指出，60%的雷击事故，是由电源部分防雷保护不到位所致。鉴于此，自动化系统防雷保护中，应高度重视电源部分的防雷保护。根据相关标准规范中的要求，针对变电站低压配电系统，可以应用3 级电涌保护器来实现防雷保护，借助电涌保护器，在纳秒级时间里将大级量雷电流泄放至大地，避免设备遭受雷电冲击。同时，电涌保护器还可以吸收电源的误输入电压、开关高压送电线路的时候出现的浪涌电压。自动化系统电源部分的防雷保护措施如下：

（1）1 级电源保护。对于10kV/380V 变电站，将大容量DXH01-FA 三相电涌保护器安装在变压器低压侧，工作电压为380V，最大通流容量为100kA，响应时间<100ns。

（2）2 级电源保护。将两套SDY-Pp5 型直流电源防雷器安装在直流110V 输入端，标称电压、持续工作电压分别为110VAC、150VDC，最大通流容量为20kA；将两套SDY-Pp1 型交流电源防雷器安装在UPS 的交流220V 输入端，标称电压、持续工作电压分别为220VAC、385VDC，极限通流容量、最大通流容量分别为40kA、20kA。

（3）3 级电源保护。将一套SDY-Pp5 型直流电源防雷器、一套SDY-Pp1 型交流电源防雷器分别安装在各屏柜远动设备的直流电源进线、工作交流电源位置。采取上述3 级防护，可最大限度上将雷电流控制在设备允许耐受范围内，保障系统的安全稳定运行。

1.2 信号部分的防雷保护

针对自动化系统的信号部分，可采取如下防雷保护措施：第一，通信线引入雷电所产生的感应过电压，会导致设备、通信线之间出现电位差，直接对通信口造成影响，导致运动通信装置受损。为预防这样的问题，可将两套SDY-A1 型模拟通道防雷器安装在主控室内远动工作站至通信机房的两路模拟通道。第二，针对全部测控装置，对开入量信号电源进行独立供给，并对控制输出电源进行独立供给，将一套SDY-Pp5 型直流电源防雷器安装在电源进线处。第三，五防计算机、后台监控微机间的信号传输采用串口来实现，将RS-232 型串口光隔离器安装在端口前，光隔离电压≥500V，隔离电阻>10MΩ，瞬时隔离电压≥7 000V。串口光隔离器可以有效隔离两台设备，因此能够实现对设备接口的有效保护。第四，针对敏感度较高的通信设备网络线路，如集线器、路由器、交换机以及计算机网络设备等，为预防其受到静电放电、电源干扰、雷电感应过电压等因素的影响而发生损坏，可将网络防雷器安装在网络线两端。第五，在安装GPS 接收天线的时候，应做到以下几点：确保其所在位置可以正常接收卫星信号，为后续运行、维护奠定良好基础；安装完成后，应使用金属支架对GPS 接收天线进行妥善固定，金属支架应接地；应在充分考虑雷击影响的基础上，对GPS 接收天线的位置进行确定。在建筑物防雷带内安装GPS 接收天线的时候，应确保两者之间的水平距离>2m；在建筑物防雷带外安装GPS 接收天线的时候，GPS 接收天线要比防雷带低2m；原则上来说，GPS 接收天线线缆不可横向穿过建筑物防雷带，并要加装金属套管，确保套管两端接地。

1.3 接地部分的防雷保护

若是接地电阻质量不合格或者是接地不规范，则遭遇雷电的时候，不同接地点可能会产生较高的电位差，形成电磁干扰，给远动设备的正常运行造成严重影响。同时，雷电会导致电位升高，经设备接地线传输到远动装置之后，便会导致远动装置模板受到损坏。变电站的自动化设备，通常是采取外壳接地的方法，来实现安全保护接地，预防静电放电、电击造成的危害。接地网一般为一次设备的接地网。在确保接地线可靠性的基础上，应尽量缩短，以降低瞬时过电压。自动化系统的接地部分防雷保护原则包括：打印机、计算机、屏柜体等设备，金属外壳应可靠接地；信号接地不可与交流接地、安全保护接地混接，信号地应与交流接地、安全保护接地严格绝缘，汇集在接地母排之后，再与接地网连接起来；自动化设备应共用接地，并要确保接地电阻R ≤2000/I；采取等电位连接，以便于遭受雷电等过电压的时候，确保全部电子插件不会出现明显电位差，避免电子插件受损。

2 实例分析

2.1 变电站基本情况

某35kV 变电站，有2 台主变，一台主变容量为6 300kVA，另一台主变容量为5 000 kVA；35kV 设备位于户外，35kV 线路采取架空形式，一进一出；10kV 配电装置采取户内开关柜，出线6 回；进线塔上设置了一根总高度为30m 的避雷针，保护范围覆盖全站。

该变电站内，存在由计算机、网络设备以及交直流逆变电源等组成的自动化系统，具有小电流接地选线、监控、微机监测、低频减载、故障录波、四遥远传、保护等多样化功能，在变电站的电力调度通信、监控管理中发挥着重要作用。但在该自动化系统的内部，连接线路非常复杂，雷雨云放电或雷击架空线路、雷击附近大地时直接产生的冲击过电压，电磁感应、静电间接产生的冲击过电压，均有可能通过与系统相连的接地系统、信号线路、电源线路，经过各种接口，以辐射、耦合、传导等形式入侵到系统内，造成严重雷击事故。所以，应做好对自动化系统的防雷保护。

表1：4 级防雷保护

表2：电源防雷输入端引线、输出对地引线的线径

2.2 防雷保护措施

（1）供电系统的防雷保护。将电源SPD 安装在供电线路上，雷击发生的时候，其可以将雷电流直接泄放入地，且能将线路上的瞬间过电压控制在安全范围内。为确保防雷保护效果，该变电站采取了4 级防雷保护措施，具体见表1。

（2）直流屏的防雷保护。在高频通信电源屏前端处安装电源防雷模块。

（3）网络信号的防雷保护。将信号SPD 安装在信号线路上，以实现防雷保护。雷击发生的时候，网络防雷模块能够将雷击电流泄放入地，并能将线路上的瞬间过电压控制在安全范围内。电话线防雷，目的在于预防雷电流经电话线，损坏电话及其他设备，借助电话防雷模块，防雷器可以在雷电流经过电话线的时候将其泄放入地。此外，也要做好对视频监控系统的防雷保护，重点做好室外摄像机的保护，可应用视频三合一防雷器。实际安装的时候，应确保电源第一级SPD、第二级SPD 的距离>10m，第二级SPD、第三级SPD 的距离>5m。在防雷模块之前应当采取串联方式与熔断丝、断路器连接起来以达到保护效果，避免防雷器失效的时候主电路对地短路问题的出现。熔断丝、断路器的整定电流：一级、二级、三级分别为63A、32A、16 A。必须在主电路断路设备的输出端连接电源防雷器，且要采取对地并联的连接方式。电源防雷器应使用<0.5m 的连接引线，确保连接引线短而平直。此外，应对电源防雷输入端引线、输出对地引线的线径进行严格控制，具体见表2。

2.3 接地技术措施

该变电站，按照“共网不共线”的方法进行接地，采取主接地网，技术指标：防雷接地<4Ω，在共用接地的时候<1Ω。对于不同线路的接地线，包括电源PE 接地、工作接地、信号接地、保护接地等，均是应用独立地线分别引到主接地网。

3 结语

综上，变电站自动化系统的防雷保护是一个复杂、系统的工程，涉及到电源部分、信号部分已经接地部分。实践中，应充分考虑变电站的实际情况，确保各部分防雷保护的有效性，才能减少雷击事故的出现，确保变电站自动化系统的安全运行。