變電站二次系統(tǒng)的防雷技術(shù)研究

楊揚(yáng)

摘 要：雷電是不可避免的自然現(xiàn)象，但是卻給變電站造成了巨大的安全隱患，也是影響變電站供電安全的重要因素。隨著變電站自動(dòng)化程度的加深以及二次系統(tǒng)設(shè)備的增加，雷電危害帶來的損失也越來越大，因此，如何防止雷電給變電站造成巨大損失，成為了變電站發(fā)展的首要問題。文章首先分析了雷電的危害以及破壞方式，根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)，在一次系統(tǒng)防雷基礎(chǔ)上提出了變電站二次系統(tǒng)的防雷技術(shù)，為我國(guó)的變電站防雷研究貢獻(xiàn)微薄的力量。

關(guān)鍵詞：雷電；變電站；二次系統(tǒng)；防雷技術(shù)

1 引言

變電站是我國(guó)電力系統(tǒng)中的重要組成部分，也是我國(guó)國(guó)民生活用電的主要來源地，因此，保證變電站的安全性以及穩(wěn)定性就變得尤為重要。由于變電站二次系統(tǒng)中包含了大量的電子設(shè)備，對(duì)于工作環(huán)境的要求也非常高，因此能否保證變電站二次系統(tǒng)的安全，影響著整個(gè)變電站的安全與穩(wěn)定。文章基于雷電的破壞方式與變電站一次系統(tǒng)防雷技術(shù)的基礎(chǔ)，對(duì)變電站二次系統(tǒng)防雷技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。

2 雷電對(duì)變電站產(chǎn)生的危害

雷電由于具有超高的電壓與電流，因此具有極強(qiáng)的破壞能力，對(duì)變電站的產(chǎn)生的危害主要集中體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

2.1 閃絡(luò)效應(yīng)。能夠引起變電站線路斷電與火災(zāi)，并且可以導(dǎo)致斷路器停止工作或毀壞絕緣子等電子設(shè)備。

2.2 電磁效應(yīng)。由于雷電具有超高的電壓，能夠在瞬間穿透絕緣層，很容易引起火災(zāi)甚至是爆炸。

2.3 熱效應(yīng)。雷電具有巨大的能量，能夠使受擊物體瞬間發(fā)熱，因此可能導(dǎo)致變電站導(dǎo)線熔斷，燒毀電器設(shè)備。

2.4 機(jī)械效應(yīng)。當(dāng)雷電擊中地面物體時(shí)，瞬間產(chǎn)生巨大的撞擊力，從到導(dǎo)致高層建筑或桿塔設(shè)備倒塌，嚴(yán)重威脅人身安全。

3 雷電的破壞方式

雷電對(duì)于變電站二次系統(tǒng)的破壞方式具有多樣性，但其本質(zhì)是超高壓轉(zhuǎn)換成浪涌過電壓，再以浪涌過電壓的形式對(duì)變電站的二次系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備造成破壞。因此，防止雷電超高電壓轉(zhuǎn)換成浪涌過電壓或者降低其轉(zhuǎn)換率是防止變電站二次系統(tǒng)被破壞的主要手段。通常情況下，雷電破壞變電站的方式有以下幾種。

3.1 傳導(dǎo)雷方式。變電站附近的電力設(shè)備直接受到雷擊后，雷電電流會(huì)通過被擊物體傳導(dǎo)至變電站，通過測(cè)量回路與電源后對(duì)弱電設(shè)備造成危害。此外，雷電還能通過電擊避雷設(shè)備，從而迫使大地的電位升高，反過來破壞弱電設(shè)備。

3.2 感應(yīng)雷方式。雷電在云層放電時(shí)，導(dǎo)體附近就會(huì)發(fā)生電磁感應(yīng)與靜電感應(yīng)現(xiàn)象。由于感應(yīng)雷與雷擊距離較短，因此會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的浪涌電壓，導(dǎo)致作用范圍內(nèi)的電子設(shè)備遭到破壞。

3.3 直擊雷方式。雷電直接破壞建筑物或電子設(shè)備，通過機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)對(duì)被擊物造成破壞。

4 變電站二次系統(tǒng)防雷技術(shù)研究

對(duì)變電站防雷技術(shù)進(jìn)行研究，主要分為一次系統(tǒng)防雷和二次系統(tǒng)防雷兩個(gè)方面。一次系統(tǒng)的防雷主要利用的是各種避雷設(shè)備，比如避雷針、避雷器以及接地系統(tǒng)等，在此不再贅述。下面將以一次系統(tǒng)防雷技術(shù)為基礎(chǔ)，主要針對(duì)二次系統(tǒng)的防雷技術(shù)進(jìn)行研究，而二次系統(tǒng)的防雷技術(shù)主要有二次電子設(shè)備防雷以及二次回路防雷。

4.1 二次電子設(shè)備防雷技術(shù)

二次電子設(shè)備防雷主要是保護(hù)變電站的計(jì)算機(jī)、通訊線、電話機(jī)以及UPS等，其主要技術(shù)有以下幾種。

4.1.1 過電壓保護(hù)技術(shù)。對(duì)變電站電子設(shè)備進(jìn)行過電流、過電壓保護(hù)，這是最有效也最直接的防雷技術(shù)。

4.1.2 等電位連接技術(shù)。對(duì)變電站機(jī)房?jī)?nèi)所有的金屬物體，如金屬管、金屬外殼、金屬門以及電纜等，對(duì)其進(jìn)行電氣連接，避免電位差對(duì)各類設(shè)備產(chǎn)生危害。

4.1.3 屏蔽技術(shù)。對(duì)一次系統(tǒng)中所有的金屬導(dǎo)線進(jìn)行屏蔽處理，比如信號(hào)線、通訊線以及電纜等，或者利用其它金屬材料為機(jī)房搭建一個(gè)屏蔽帽，這樣就可以有效地防止雷電對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)的電子設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。

4.1.4 接地技術(shù)。為了保證變電站有一個(gè)穩(wěn)定的工作環(huán)境，并且有效地保護(hù)設(shè)備安全、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全與人身安全，必須建立一個(gè)有效的接地系統(tǒng)，根據(jù)國(guó)際IEC標(biāo)準(zhǔn)要求，該系統(tǒng)的接地電阻不能超過0.5Ω，這樣才能杜絕二次高壓反擊雷的形成。

4.2 二次回路防雷技術(shù)

變電站使用的防雷技術(shù)與普通的建筑物防雷技術(shù)不同，它除了保護(hù)變電站的建筑設(shè)施之外，還必須對(duì)二次回路及相關(guān)電子設(shè)備進(jìn)行防雷保護(hù)，結(jié)合現(xiàn)有的防雷技術(shù)，對(duì)變電站二次回路進(jìn)行防雷主要可以使用如下幾種技術(shù)。

4.2.1 等電位連接技術(shù)

通過對(duì)雷擊區(qū)域的電磁脈沖強(qiáng)度進(jìn)行劃分，可以劃分不同的防雷區(qū)域，并對(duì)其進(jìn)行接地處理。在進(jìn)行接地處理時(shí)，能夠直接連接的就采用直接連接技術(shù)，對(duì)于通信線路以及電力線路等不能進(jìn)行直接連接的，就必須根據(jù)不同的防雷區(qū)域進(jìn)行有效分析，并且根據(jù)區(qū)域的場(chǎng)地特點(diǎn)采取不同的保護(hù)等級(jí)與防雷設(shè)備。

通過實(shí)踐表明，等電位連接防雷技術(shù)可以保證電壓的均壓連接，防止壓差帶來危害，是最為有效的保護(hù)措施。

4.2.2 GPS時(shí)鐘天饋線防雷技術(shù)。由于GPS時(shí)鐘內(nèi)部具有大量精密電子構(gòu)件，并且GPS時(shí)鐘的準(zhǔn)確性對(duì)于變電站的運(yùn)行和維護(hù)起到了關(guān)鍵作用。因此，在GPS時(shí)鐘天饋線的輸入端必須安裝相應(yīng)的防雷設(shè)備，比如OBO設(shè)備等。這樣就能有效地將浪涌過電壓對(duì)GPS時(shí)鐘的破壞程度降到最低，從而保護(hù)整個(gè)變電站二次系統(tǒng)的安全。

4.2.3 信號(hào)防雷技術(shù)。信號(hào)防雷技術(shù)主要是保護(hù)變電站信號(hào)部的安全，可以劃分為電話線路防雷、通訊線路防雷、遠(yuǎn)動(dòng)通訊線路防雷以及載波線路防雷幾個(gè)部分。對(duì)于上述設(shè)備的防雷，應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況以及工作特征采取相應(yīng)的防雷措施，比如RS-232通訊接口電路與外部通訊線路是直接連通的，中間沒有過渡介質(zhì)，導(dǎo)致電路抗擊雷電脈沖的能力較弱，因此對(duì)其進(jìn)行防雷保護(hù)時(shí)，要選擇對(duì)雷電脈沖響應(yīng)速度較大且能消耗大量電源的設(shè)備。

4.2.4 電源防雷技術(shù)。電源防雷主要是保護(hù)變電站電源部分的安全。通常來說，變電站的電源都是經(jīng)過兩臺(tái)站變輸入到交流屏內(nèi)，然后再為變電站的控制以及保護(hù)回路供給相應(yīng)的電力。因?yàn)樵摼€路的入口一般都在室外，并且具有較大的能量，因此非常容易受到雷電的破壞。

為了降低電源線路入口的過電壓，根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC1312可知，一般對(duì)于過電站電源部分的防雷都是采用三級(jí)防雷技術(shù)，該技術(shù)能夠?qū)⒗纂姷哪芰恐鸺?jí)釋放，這樣就可以保證變電站設(shè)備承受的過電壓在安全范圍內(nèi)，從而保證設(shè)備的安全。一級(jí)防雷要能夠承受巨大的電壓和電流，因此可以用將開關(guān)型SPD安裝在三相源入口側(cè)；二級(jí)防雷主要是將電源引入到對(duì)設(shè)備不會(huì)產(chǎn)生危害的電壓水平，可以將限壓型SPD安裝到分配電柜線路出口；三級(jí)防雷主要是保護(hù)后臺(tái)設(shè)備以及遠(yuǎn)動(dòng)屏，可以將限壓型SPD安裝到電子設(shè)備電源進(jìn)線端。

5 結(jié)束語

變電站的防雷保護(hù)是一個(gè)復(fù)雜的工程，不僅需要大量的人力物力，還需要制定科學(xué)合理的措施。要保證變電站能夠正常的運(yùn)行與供電，不僅要做好初期的設(shè)計(jì)工作，而且在后期的運(yùn)行過程中也要做好檢測(cè)與維護(hù)工作。

參考文獻(xiàn)

[1]王大鵬，劉霞.談對(duì)變電站防雷接地的認(rèn)識(shí)[J].建設(shè)監(jiān)理，2009（4）：129-131.

[2]張業(yè)峰.變電站建設(shè)一次電氣問題的探討[J].中國(guó)西部科技，2010（26）：98.

[3]邱松.110kV變電站接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工問題的探討[J].中國(guó)科技信息，2009（20）：121-122.

[4]付龍海.青藏鐵路輸變電系統(tǒng)防雷及接地技術(shù)的研究[D].西南交通大學(xué)，2007.

[5]李靜.變電站安全運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].華中科技大學(xué)，2005.

[6]江日洪.變電站防雷保護(hù)及應(yīng)用實(shí)例[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005：34-58.