綜自變電站二次系統(tǒng)防雷技術(shù)措施探討

【摘要】結(jié)合近年來發(fā)生的幾起典型的二次設(shè)備雷害事故，通過雷電入侵途徑和原因的剖析，對綜自變電站的二次系統(tǒng)防雷提出一些見解，探討雷電入侵變電站二次系統(tǒng)的主要途徑以及相應(yīng)的綜合防雷技術(shù)措施。

【關(guān)鍵詞】變電站；二次；防雷；措施

1.引言

近年來，廬江電網(wǎng)飛速發(fā)展，隨著變電站無人值班改造的深入，我公司變電站綜合自動(dòng)化率已達(dá)到百分百，綜合自動(dòng)化改造后，微機(jī)保護(hù)裝置替代了原來的電磁式保護(hù)，大量的高度集成的弱電子設(shè)備在變電站保護(hù)、通信以及遠(yuǎn)動(dòng)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，但經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行，變電站二次設(shè)備遭受雷電沖擊而損壞的事故在我公司時(shí)有發(fā)生，雷電對變電站二次系統(tǒng)設(shè)備的危害越發(fā)突出，造成難以估算的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行。如何采取有效的防雷保護(hù)措施，保障電網(wǎng)正常可靠的運(yùn)行，這是擺在我們面前的一個(gè)新課題。

2.案例分析

下面結(jié)合我公司近年來發(fā)生的幾起典型的二次設(shè)備雷害事故，做些淺顯的探討，通過剖析變電站綜自改造過程中二次系統(tǒng)防雷存在的疏漏和薄弱環(huán)節(jié)，探尋雷電入侵變電站二次系統(tǒng)的主要途徑以及相應(yīng)的防雷技術(shù)措施。

案例1：2007年春季，我公司110千伏缺口變遭受雷擊，二樓主控室RTU總控單元（屬早期綜自裝置）損壞，一樓通信機(jī)房內(nèi)光端機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)串行通信口（RS232/422等）打壞，導(dǎo)致設(shè)備通訊中斷，實(shí)時(shí)監(jiān)控信息無法上傳。

案例2：2008年6月某日，雷電造成35千伏湯池變5臺微機(jī)保護(hù)測控裝置黑屏，通訊總控單元通訊接口擊壞，兩只數(shù)字式計(jì)量電表燒毀，3條線路誤動(dòng)跳閘，導(dǎo)致整座變電站通訊中斷、數(shù)條線路停電的重大損失！變電站基本癱瘓。

廬江屬丘陵地帶，地下多有礦藏，雷電頻繁，而且雷擊強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間長，導(dǎo)致近年來廬江電網(wǎng)雷擊事故頻頻發(fā)生，造成難以估算的經(jīng)濟(jì)損失，給公司帶來很壞的社會負(fù)面影響。同一變電站多次遭受雷擊重創(chuàng)，引起了公司領(lǐng)導(dǎo)的高度重視，責(zé)成筆者組成專題小組破解110千伏缺口變屢遭雷害的原因，攻克綜自變電站防雷的技術(shù)難題。以此契機(jī)，筆者對綜自變電站二次防雷有粗淺的見解和重新的認(rèn)識：

雷電入侵綜自變電站二次設(shè)備不外乎三個(gè)途徑：

（1）雷電通過交、直流電源電路進(jìn)入設(shè)備，造成微機(jī)保護(hù)測控裝置、通信系統(tǒng)等的電源部分燒毀，這是占比例最多的一種雷電危害。

案例3中雷電過電壓就是沿35千伏線路通過1#站用變（1#站變接在35千伏缺裴聯(lián)絡(luò)線上），經(jīng)過站用變高壓側(cè)避雷器削峰平波后，其殘壓與電源電壓疊加后耦合到低壓所變屏，再經(jīng)過低壓電源回路進(jìn)入設(shè)備，擊壞RTU總控單元以及后臺監(jiān)控機(jī)、UPS電源、空調(diào)等的的電源部分。但雷電何以通過層層障礙，直擊二次設(shè)備呢？起初，我們也一片茫然百思不得其解。我們對缺口變雷害的形成及雷電入侵的途徑作了分析、判斷和艱苦的探尋工作。

（2）感應(yīng)雷過電壓通過信號線進(jìn)入二次設(shè)備，造成其通訊接口部分的損壞，也是常見的一種雷電危害。

案例1就屬于類似的雷電波入侵。由于變電站綜自改造中不嚴(yán)格遵守施工規(guī)范，信號電纜無屏蔽，電力電纜也無屏蔽或屏蔽不好，兩電纜之間未遠(yuǎn)離，信號線與強(qiáng)電的電力電纜平行敷設(shè)，雷電波通過電力電纜時(shí)就在信號電纜中產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，從而進(jìn)入二次系統(tǒng)損壞設(shè)備。

（3）通過PT、CT以及開關(guān)量回路也是將雷電過電壓引入電力二次設(shè)備的主要途徑之一。

PT、CT一次側(cè)與變電站的高壓部分相連，高壓線路上的雷擊過電壓（高壓線路遭直接雷擊或被感應(yīng)雷電所產(chǎn)生的過電壓）經(jīng)過流變或圧變傳到二次側(cè)，進(jìn)入保護(hù)測控裝置，損害電力保護(hù)、測控裝置等的對應(yīng)部分，使二次設(shè)備遭雷擊誤動(dòng)作或損壞。案例2的一部分保護(hù)、測控裝置以及電能表的損壞就是因?yàn)樯鲜銮闆r引起的。

這一方面，我們采取的防范措施是：

（1）保證PT、CT二次側(cè)可靠接地和消諧裝置的正常運(yùn)行。

（2）PT、CT均處于強(qiáng)電回路中，其二次線從戶外高電壓場引入到主控室的各種二次設(shè)備，無有效的防雷保護(hù)措施，極易從一次系統(tǒng)感應(yīng)雷擊，應(yīng)該同電源防護(hù)一樣進(jìn)行分級防護(hù)，所以，我們在電壓互感器的低壓側(cè)、電壓互感器線路進(jìn)入測控屏處安裝電涌保護(hù)器。如此，經(jīng)過雙層保護(hù)，使從互感器竄入的雷電流基本能夠控制在線路能夠承受的額度之內(nèi)，從而保證了整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（3）開關(guān)量回路的隔離：變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)開關(guān)量主要是斷路器、隔離開關(guān)的輔助觸點(diǎn)和主變壓器分頭位置等。這些斷路器和隔離開關(guān)都處于強(qiáng)電回路中，必然會受強(qiáng)電回路雷擊、操作過電壓的影響。因此，開關(guān)量回路要采取光電耦合器隔離措施。

3.二次系統(tǒng)綜合防雷技術(shù)措施

筆者針對我公司綜自變電站二次系統(tǒng)的實(shí)際情況，結(jié)合改造成果和一段時(shí)間來積累的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對變電站的二次系統(tǒng)過電壓防護(hù)提出一些個(gè)人見解和粗淺的綜合防雷技術(shù)措施，與各位同行共享，以達(dá)到共同提高：

（1）提高對綜自變電站接地重要性的認(rèn)識

變電站的主控室是綜自二次設(shè)備集中擺放的地方，其接地網(wǎng)要與主接地網(wǎng)可靠連接，綜自屏柜與接地槽鋼要滿焊，謹(jǐn)防個(gè)別屏柜接地不良，造成人身傷亡和設(shè)備的損壞。變電站電纜溝內(nèi)的接地體比地埋更易腐蝕，造成接地扁鐵接地效果差、壽命短等缺陷，為防止局部電位升高，在電纜溝內(nèi)要設(shè)置接地帶、在電纜溝附近要設(shè)置與電纜溝平行的水平均壓帶以改善電纜溝的電位均勻。

接地是綜自變電站防雷的關(guān)鍵所在，不要只重防雷，忽視接地，對接地的重要性必須有一個(gè)深刻的認(rèn)識。

（2）建立低壓配電系統(tǒng)的三級防護(hù)體系

1）在低壓所變屏的進(jìn)線側(cè)安裝容量足夠的浪涌保護(hù)器一套，作為電源部分的一級防護(hù)。我公司使用的是KJRX60-B/4M型浪涌保護(hù)器，技術(shù)指標(biāo)為：電壓380V、保護(hù)水平2500V、通流容量80kA、8/20ms沖擊波形、響應(yīng)時(shí)間≤25ns。

2）在逆變電源的輸入端安裝壓敏電阻，能對電路中出現(xiàn)的瞬間浪涌電壓脈沖起到削峰和箝位的作用，可以有效地防止過電壓對設(shè)備的損害。我公司綜自改造中，通信及后臺監(jiān)控機(jī)等需交流電源的設(shè)備接入逆變電源，逆變電源由直流屏輸入，本身具有穩(wěn)壓、隔離作用，起到又一級防護(hù)作用。

3）直流220V電源是變電站微機(jī)保護(hù)測控裝置的控制、操作電源和二次設(shè)備工作電源，因此，直流電源的可靠、穩(wěn)定是變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。為從根本上解決雷擊對直流系統(tǒng)的損害，進(jìn)而造成二次系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)裝置電源、直流端口損壞，在直流屏的交流輸入端加裝一套浪涌保護(hù)器。

低壓配電系統(tǒng)的三級防護(hù)是建立在高壓避雷的基礎(chǔ)上，通過低壓電源逐級的防護(hù)，將雷電過電壓層層衰減，從而將雷電流最大限度的控制在自動(dòng)化裝置允許的耐受范圍之內(nèi)，以確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）重視施工改造過程中的細(xì)節(jié)

1）施工改造過程中二次回路布線時(shí)，無論是信號電纜（包括網(wǎng)線）、控制或電力電纜均應(yīng)使用屏蔽電纜，電纜的屏蔽層兩端接地，對電場耦合和磁耦合都有顯著的削弱作用。

2）充分考慮強(qiáng)、弱信號電纜的隔離，強(qiáng)、弱信號不應(yīng)使用一根電纜，電纜溝或電纜豎井排布時(shí)，應(yīng)將電纜分層、分壓，信號電纜應(yīng)盡量避開電力電纜，盡量增大與電力電纜的距離，并盡量減少平行長度。另外，注意的細(xì)節(jié)是強(qiáng)、弱電電纜不能與避雷針、大樓等的接地引下線靠得太近，減少互感耦合，避免過電壓由互感耦合侵入。

3）采取隔離防范措施，隨著高度自動(dòng)化、高集成的運(yùn)行電壓只有數(shù)伏、信號電流僅為微安級的微機(jī)裝置的應(yīng)用，雷電對變電站二次設(shè)備的影響日顯突出。變電站綜合自動(dòng)化改造后，我公司變電站通信全部實(shí)現(xiàn)光纖化，且使用的是非金屬光纜，切斷了雷電入侵二次設(shè)備的一個(gè)主要渠道。另外，在光端機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)RS232口、485以及CAN等數(shù)據(jù)通訊接口之間加裝光電隔離器，在通訊總控單元接入數(shù)字通道模塊等隔離措施，以起到大大削弱雷電感應(yīng)電壓的作用。

4.結(jié)束語

通過以上技術(shù)措施的采取，我公司變電站組成一套完整的立體的防雷網(wǎng)絡(luò)，卡住雷電侵入的各種途徑，從近一段時(shí)間的運(yùn)行來看，所采取的措施是得力的，成效是顯著的，大大降低綜自變電站雷電的危害，提高了我公司電網(wǎng)安全運(yùn)行水平，達(dá)到了防雷減災(zāi)的目的。

參考文獻(xiàn)

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[2]湖南省電機(jī)工程學(xué)會.無人值班變電站的新建、改造與運(yùn)行[M].北京：中國電力出版社.