箱站中防雷技術(shù)的應(yīng)用

張 敏

（河北電力裝備有限公司，河北 邯鄲 056004）

在變電站的日常運行中，時有遭受雷擊而導致變電站設(shè)備損壞的情況。在以往的一些例證中，有的一次斷路器損壞，有的保護設(shè)備損壞，有的通訊網(wǎng)絡(luò)被擊穿，使變電站不能正常運行供電中斷，造成經(jīng)濟損失和不良的社會影響。在箱站中也存在著雷擊問題，必須采取防雷措施才能保證箱站的正常運行。

雷電是一種自古以來便有的大氣物理現(xiàn)象，它經(jīng)常侵襲電力系統(tǒng)設(shè)備和現(xiàn)代電子設(shè)備及通訊設(shè)備，造成一個或多個電子設(shè)備損壞，通訊中斷，造成不可估量的損失，它是電子信息時代的一大公害。國外通行的概念，將雷擊分為兩種——直擊雷和感應(yīng)雷。在我國國內(nèi)，一直以來對直擊雷的發(fā)生采取了許多有效的防護措施，如避雷針、避雷器、避雷線等。在箱站中由于一次設(shè)備通過電纜或架空線與外部相連，必須在每路出線和母線以及重要的設(shè)備旁裝設(shè)避雷器，以防止直擊雷落在架空線或電纜上引起箱站中一次設(shè)備的損壞。為了在箱站這個特殊環(huán)境中應(yīng)用和安裝方便，特選用金屬氧化物（氧化鋅）避雷器，氧化鋅避雷器具有優(yōu)異的非線性伏安特性，殘壓隨沖擊電流波頭時間的變化特性平穩(wěn)，陡波響應(yīng)特性好，沒有間隙的擊穿特性和滅弧問題。

感應(yīng)雷指雷擊引致設(shè)備電源線或信號線上的感應(yīng)電流而產(chǎn)生的瞬間過電壓，即在微秒至毫秒之內(nèi)所產(chǎn)生的尖峰沖擊電壓。但感應(yīng)雷的破壞性在近期才引起重視，事實上，感應(yīng)雷的破壞同樣造成每年各系統(tǒng)為數(shù)不小的損失。目前電力系統(tǒng)信息多通過計算機網(wǎng)絡(luò)通信傳送，一旦受到感應(yīng)雷破壞，后果十分嚴重。根據(jù)多種世界認可研究標準，一般電源線上的感應(yīng)電流在3000安培左右，絕不超過10000安培，電壓則不超過6000伏。在數(shù)據(jù)／訊號線及電話線上，感應(yīng)電壓一般在5000伏左右，感應(yīng)電流則大約為數(shù)百安培。

1971年美國通用研究公司R.D希爾曾用仿真試驗建立模型證明，由于雷電活動，當磁感應(yīng)強度Bm=0.07GS時，無屏蔽的計算機會發(fā)生誤動作，而Bm=2.4GS時，計算機發(fā)生永久性損壞。IEC（國際電工委員會IEC）文件指出“雷電閃擊通過（1）直擊到電力系統(tǒng)上，如變壓器及線路上。（2）閃擊到鄰近物體，產(chǎn)生電感耦合。（3）直擊到戶內(nèi)終端設(shè)備，則可能通過電感耦合和注入電流進入配電系統(tǒng)。因此這三種類型對低壓配電系統(tǒng)或信號、通信系統(tǒng)產(chǎn)生系統(tǒng)過電壓，使敏感設(shè)備易于擊穿或燒毀。

為了保護箱站內(nèi)保護設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)及電子通信設(shè)備免受雷電損害，在箱站內(nèi)的配電系統(tǒng)和信號傳輸中增加防雷保護器。要發(fā)揮最有效、最完整的避雷功能，使電子設(shè)備免受感應(yīng)雷或開關(guān)動作而產(chǎn)生的瞬間過電壓所破壞，必須考慮各類傳輸線，包括：電源進出入線、數(shù)據(jù)、信號及電話線，并且一個防雷器必須具備以下各點：

1）相容性：一個理想的防雷器應(yīng)不會對其所保護的設(shè)備或線路造成任何干擾及中斷現(xiàn)象。

2）能承受高電流：雖然雷電電流可高達20萬安培，但一般二次感應(yīng)電流不會超過10000安培，因此防雷器必須能承受最少10000安培的瞬間電流通過。

3）低“通過”電壓：防雷器必須能把瞬間尖峰電壓降至一般電子設(shè)備所能承受的范圍，即低于二倍于設(shè)備的尖峰電壓(約700V)。

4）全面保護電源：防雷器必須能提供以下每一種的保護作用：相對地、中對地及相對中。

5）操作狀態(tài)顯示：無論是在正常工作狀態(tài)、功能減退狀態(tài)或發(fā)生故障時，都應(yīng)能在面板上清楚顯示出來。

6）遙測功能：當防雷器發(fā)生故障時能透過遙測干觸點把故障狀態(tài)通知遠端的監(jiān)察中心。

7）反復(fù)使用及長壽命：在正常使用情況下可經(jīng)受多次雷擊后仍能反復(fù)使用，而且其自身工作壽命必須長達20年以上。

根據(jù)以上特點和原則，在箱站中電源防雷部分采用具有成熟技術(shù)的OBO電源防雷器。依據(jù)IEC（國際電工委員會）標準的分區(qū)防雷理論，OBO電源防雷器采用的是B、C、D三級防雷的方式，第一級保護（B級）常選用OBO LA系列的產(chǎn)品，一般安裝在建筑物輸入電源總配電室配電柜上，或樓內(nèi)單位輸入電源的主配電盤上，主要用于保護整幢建筑物用電設(shè)備或單位的主要用電設(shè)備。第二級保護（C級）通常選用 OBO V20-C，它響應(yīng)時間小于 25ns、允通電流 40kA（8-20μS），主要應(yīng)用于建筑物內(nèi)的分路電源配電柜上，安裝在機房配電柜上，保護機房內(nèi)UPS機房空調(diào)、照明等用電設(shè)備。第三級保護主要安裝于各個計算機設(shè)備的電源配線端，用于保護最終的設(shè)備。通常選用OBO的SNS-D或EP220-D，允通電流可達6.5kA，殘壓為700V左右。

實際應(yīng)用中，采用OBO V20-C積木式結(jié)構(gòu)的防雷器，用作第二級保護，每只為單相防護，可搭接成兩相或三相防護器。V20-C型防雷器在相線與零線之間的限壓采用氧化鋅壓敏電阻的C/0模塊，利用氧化鋅變阻器作為相線和中線之間過電壓保護器件，因此可獲得極低的保護電壓，高放電電流和很短的響應(yīng)時間；在零線和地線之間的保護，采用一個高能量石墨放電極的NPE模塊來限制零地之間的過電壓。中線與接地導體之間用高能放電間隙保護。當由于過負荷變阻器劣化時，內(nèi)置的斷路器會切除失效模塊，因此就不會產(chǎn)生相線和接地導體之間的故障電流，相應(yīng)也不會產(chǎn)生過電壓（由于接地電阻的存在）。在這種情況下，指示窗由綠變紅，可以通過監(jiān)控系統(tǒng)方便實現(xiàn)遙信功能。

為了增強防雷的效果，將防雷器OBO V20-C并聯(lián)安裝在UPS前端的母線上，將其卡在箱站的交流電源柜內(nèi)的35mm卡軌上。由于變阻器裝于相線和中線之間，且避雷器的短路故障影響電源供電，發(fā)熱嚴重時會燒毀導線，需要保護報警電路來確保供電安全，可以在防雷器之前裝設(shè)斷路器防止短路故障。防雷器的另一端用銅母線連接在一起接地，至少使用一個M6螺栓用于接地，接地線的截面面積必須大于或等于16mm2。這樣當雷落在配電系統(tǒng)中或產(chǎn)生過電壓時，防雷器就會起保護作用，保護箱站內(nèi)的電源系統(tǒng)、保護設(shè)備及電子元器件。

感應(yīng)雷還對箱站中的通信線路和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生破壞作用。通信線路防雷器的技術(shù)要求較高，因為除了滿足防雷技術(shù)要求外，還須保證傳輸指標符合要求。加上與通信線路相連的設(shè)備耐壓很低，對防雷器件的殘壓要求嚴格。理想的通信線路防雷器件應(yīng)是電容小、殘壓低、通流大、響應(yīng)快。根據(jù)殘壓波形的特點，可將避雷器分為開關(guān)型和限壓型，也可以將兩種復(fù)合在一起，揚長避短。由于在箱站中通信網(wǎng)絡(luò)線采用的是屏蔽雙絞線，所以選用OBO的雙絞線保護器FLD48，其最大容通電流可達10kA，動作時間小于10ns。信號防雷器的使用，很好地解決了通訊防雷的問題，使箱站內(nèi)的通訊更加可靠、穩(wěn)定。

在箱站的設(shè)計生產(chǎn)過程中，防雷技術(shù)的應(yīng)用，使箱站的一次設(shè)備得到了保護，使變電站自動化系統(tǒng)在箱式變電站中運行穩(wěn)定、可靠，使箱站設(shè)備在運行中遭雷擊時免受破壞，取得了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。

［1］標準 IEC1312《雷電電磁脈沖的防護》、VDE0675《過電壓保護器》、GB50057-94《建筑物防雷規(guī)范》、GA173—1998《計算機信息系統(tǒng)防雷保安器》[S].

［2］招磊鳴，王振明.計算機網(wǎng)絡(luò)機房防雷技術(shù)淺析[J].電氣資訊,2001年6期.