綜合自動(dòng)化變電站二次設(shè)備的防雷保護(hù)研究

【摘 要】本文主要就自動(dòng)化變電站內(nèi)部的二次設(shè)備受到雷擊的作用時(shí)，其實(shí)際情況進(jìn)行簡單的分析，并且在本文中提出了綜合型的自動(dòng)化變電站內(nèi)部二次設(shè)備的雷電防護(hù)措施，希望可供同行參考。

【關(guān)鍵詞】防雷；綜合自動(dòng)化；方案

1、前言

對(duì)于微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而言，其沖擊抵抗能力以及干擾抵抗能力是其在輸變電行業(yè)極其惡劣的環(huán)境下進(jìn)行應(yīng)用的過程中最薄弱的兩個(gè)環(huán)節(jié)。并且雷電因?yàn)槠浔旧淼牟豢深A(yù)測性以及超高的電壓幅值，使其成為了現(xiàn)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)最可怕的“天敵”。當(dāng)整個(gè)雷電降落在輸電線路的周邊區(qū)域時(shí)，會(huì)使得輸電線路中形成高達(dá)數(shù)千伏的瞬態(tài)電壓，并且這股電壓會(huì)隨著輸電線路對(duì)變電站內(nèi)部造成極為可怕的毀滅性打擊。在下文中，筆者就自動(dòng)化變電站內(nèi)部的二次設(shè)備受到雷擊的作用實(shí)際的情況進(jìn)行簡單的分析，并且對(duì)相應(yīng)的防雷措施進(jìn)行簡單的說明。

2、遭受雷電攻擊最為主要的原因分析

（1）簡析：雷電波侵入全過程

對(duì)于雷電波而言，其一般情況下是通過變電站內(nèi)部的線路（10kV）實(shí)現(xiàn)對(duì)母線（10kV）的入侵，其次再經(jīng)由10kV使用的變壓器低壓繞組以及高壓繞組之間的電磁進(jìn)行耦合以后，成功的闖進(jìn)低壓，并出現(xiàn)浪涌。在整個(gè)過程匯總，經(jīng)過了線路（10kV）避雷器，母線上的避雷器以及所有的變避雷器的三級(jí)削峰，其次再一次的經(jīng)過變低壓饋線所產(chǎn)生的拼搏作用，雖然相應(yīng)的電壓幅值在這個(gè)時(shí)候得到一定程度的降低，很大一部分雷電本身的能量都得到了一定程度的消除，但是雷電波本身的能量都極高，電壓也極高，并且因?yàn)樵诒芾灼鞯认嚓P(guān)的設(shè)備在技術(shù)上還存在一定的局限性以及不完善，使得雷電波仍然可能通過尖峰脈沖（幅度高、作用時(shí)間比較短、能量較低）的形式，利用低壓饋線的途徑，施加到變電站站內(nèi)所有交流回路（220V）當(dāng)中。

除此之外，還有一種比較特殊的情況，即感應(yīng)類型的雷電波通過信號(hào)采集以及rtu設(shè)備的二次電纜進(jìn)行入侵，同時(shí)以極高的電壓，將能量直接施加到相應(yīng)的遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中的傳送端以及信號(hào)端上，從而致使型號(hào)的接發(fā)端口的模塊受到毀壞性傷害。

（2）簡析：為什么微機(jī)設(shè)備最容易受到雷電的攻擊

對(duì)于變電站而言，其合閘電源、變電保護(hù)、整流充電系統(tǒng)以及直流系統(tǒng)本身的容量都很大，相應(yīng)的耐電能力也很優(yōu)秀，并且因?yàn)槿萘看蟮脑颍蛊鋵?duì)尖峰脈沖的吸收能力也較好，還有一定的平波作用，使得施加到保護(hù)裝置上面的脈沖電壓大小得到極大程度的降低，并且一般情況下的電磁保護(hù)裝置本身的元件多數(shù)都為單元件的電容、電阻等等，其實(shí)際耐熱的空間極大，對(duì)于尖峰脈沖相應(yīng)的承受能力也極為突出，所以能夠成功、安全的度過暫態(tài)過程。但是針對(duì)一些規(guī)模極大的集成電流而言，其實(shí)際運(yùn)行電壓只有幾伏，而相應(yīng)的信號(hào)電流僅僅還是μA級(jí)別的微型計(jì)算機(jī)設(shè)備來講，就很難能夠承受得住。這就是為什么一般情況下微機(jī)裝置被損害后，常規(guī)的保護(hù)裝置還能夠繼續(xù)安全運(yùn)行最為關(guān)鍵的原因了。

3、雷電攻擊防范辦法概述

對(duì)于交流電源回路采用電源防雷器（SPD，surge protectiVe deVices）。電源防雷器（Power lightning arrester）是浪涌保護(hù)器中最常用的一種，主要是針對(duì)電源系統(tǒng)所選用的浪涌保護(hù)。電源防雷器包括電源防雷模塊、電源防雷箱、電源防雷插座等。電源防雷器能在最短時(shí)間釋放電路上因感應(yīng)雷擊而產(chǎn)生的大量脈沖能量到安全地線上，從而保護(hù)電路上的設(shè)備。其工作原理如下：在正常情況下，防雷器處于高阻狀態(tài)，當(dāng)電源由于雷擊或開關(guān)操作出現(xiàn)瞬間脈沖電壓時(shí)，防雷器立即在納秒級(jí)時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，將該脈沖電壓短路到大地泄放，從而保護(hù)連接于電源上的設(shè)備。該脈沖電壓流過防雷器后，防雷器又變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，從而不影響設(shè)備的供電。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備采用數(shù)據(jù)線浪涌抑制器，它可以防止浪涌通過數(shù)據(jù)線間接地進(jìn)入電子設(shè)備?？偟膩碚f，很大一部分的浪涌事件是由交流電源線的浪涌引起，并導(dǎo)致主板、調(diào)制解調(diào)器串并行接口與其它設(shè)備的損壞。在RS-232的串并行接口的標(biāo)準(zhǔn)中，用于泄放高能浪涌和故障電流的地線與數(shù)據(jù)信號(hào)的返回路徑共享一條線路，從而小至幾十伏的瞬態(tài)電壓都有可能通過這些串并行接口損壞設(shè)備，而電話線則更能直接將電源線上的瞬態(tài)浪涌傳進(jìn)來。

所以，在變電站內(nèi)部的自動(dòng)化二次設(shè)備進(jìn)行防雷保護(hù)研究的過程中，必須針對(duì)變電站內(nèi)部的綜合型自動(dòng)化設(shè)備主要就是對(duì)其信號(hào)以及電源進(jìn)行考慮，筆者建議我們可以采用下面的辦法對(duì)其進(jìn)行雷電防護(hù)設(shè)計(jì)：

在變電站中所使用的點(diǎn)屏上進(jìn)行相關(guān)的電源防雷保護(hù)器的安裝，其主要的特點(diǎn)如下所示：

其是一個(gè)可以進(jìn)行不同點(diǎn)變換的、相位模件單一的模塊式設(shè)施；并且還是一個(gè)最大過載電流達(dá)到了100kA的大通流容量設(shè)施；使動(dòng)作反應(yīng)速度可以保持在25ns以內(nèi)的高速設(shè)施；并且是具有多種類型可供選擇的可選件設(shè)施。其主要的調(diào)度通信回路所采用的保護(hù)器為德國德和盛（DEHN+SOEHNE）雙圈絞線型的信息雷電防護(hù)設(shè)備，并且可以有效地防止電話線將電源線上存在的瞬態(tài)浪涌直接傳進(jìn)來。

使用德國德和盛雙圈絞線信息類型的線路相關(guān)的過電壓保護(hù)器對(duì)于pc以及DB9串行口進(jìn)行保護(hù)，其峰值電壓數(shù)值保持在±6000V，可以有效的防止浪涌經(jīng)過數(shù)據(jù)線直接或者間接的進(jìn)入到電子設(shè)備的內(nèi)部。

主要的注意事項(xiàng)概述：在電源相關(guān)的避雷設(shè)施中，其熱熔保險(xiǎn)絲以及相關(guān)的電容器的選擇也是十分的重要。對(duì)于電源上的雷電防護(hù)設(shè)備而言，其長時(shí)間的在電網(wǎng)中運(yùn)行，因?yàn)殡娙萜鞅旧淼馁|(zhì)量問題所導(dǎo)致的電源避雷設(shè)施的損壞，屢見不鮮，所以，對(duì)于電容器實(shí)際的電壓耐力的選擇也十分的重要，特別是對(duì)其對(duì)于脈沖高壓電實(shí)際的沖擊能力的選擇。

電源避雷器中的熱熔保險(xiǎn)絲的作用是當(dāng)雷電流超過電源避雷器最大承受能力時(shí)，由于過流作用，可使保險(xiǎn)絲斷開，同時(shí)由于過載使氧化鋅壓敏電阻溫度上升亦可使保險(xiǎn)絲斷開，起到過流和溫度雙重保護(hù)作用。由于電源避雷器常態(tài)工作條件下，電流非常小，只是在雷電沖擊或脈沖電壓沖擊時(shí)，在瞬態(tài)條件下起保護(hù)作用，因此與常規(guī)熱熔保險(xiǎn)絲的使用條件有所區(qū)別，所以，電源避雷器中的熱熔保險(xiǎn)絲應(yīng)有獨(dú)特性能，即在瞬態(tài)條件下的熔斷特性。

同時(shí)還應(yīng)特別注意以下問題：當(dāng)RTU出線電纜較長時(shí)應(yīng)使用屏蔽電纜，屏蔽層兩端接地；使用帶防雷功能的UPS；使用高質(zhì)量的金屬氧化物低壓避雷器；安裝良好的接地系統(tǒng)，防雷器的交直流電源必須獨(dú)立設(shè)置等，這樣才能建立完善有效的防雷系統(tǒng)。

4、結(jié)束語

綜合相應(yīng)的自動(dòng)化變電站相應(yīng)的雷電防護(hù)措施而言，其本身屬于預(yù)防性的雷電防護(hù)措施，在進(jìn)行雷電攻擊事故發(fā)生以前，大多數(shù)人對(duì)其的存在性要求不是很高，甚至是可有可無的存在，但是，當(dāng)雷擊事故真正發(fā)生的時(shí)候，才感受到追悔莫及。在上文中，對(duì)變電站實(shí)行了SPD加裝工作，并且經(jīng)過最近幾年的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果看來，并沒有再一次的因?yàn)槔纂娛鹿实脑蚨鴮?dǎo)致自動(dòng)化設(shè)備再一次受到損壞。所以，我們必須樹立相應(yīng)的雷電防患意識(shí)，通過小投資的防雷設(shè)施建設(shè)，而防止大消耗的事故后修復(fù)以及人身安全問題的發(fā)生。