關(guān)于變電站二次系統(tǒng)的防雷保護(hù)及措施

張碧其

摘 要：隨著變電站自動(dòng)化設(shè)備越來(lái)越先進(jìn)，其精密程度越來(lái)越高，但從防雷角度來(lái)說(shuō)，其防雷電電磁脈沖侵害的能力卻明顯下降，當(dāng)有雷電電磁脈沖入侵時(shí)，很容易對(duì)二次設(shè)備和系統(tǒng)造成損壞。近年來(lái)，電力二次系統(tǒng)遭雷擊災(zāi)害的事故也時(shí)有發(fā)生；因此對(duì)變電站二次系統(tǒng)實(shí)施防雷保護(hù)措施非常重要。文章主要根據(jù)變電站二次系統(tǒng)防雷能力比較薄弱，提出了關(guān)于變電站二次系統(tǒng)的防雷保護(hù)與措施。

關(guān)鍵詞：變電站二次系統(tǒng)；雷電；防雷措施

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）30-0001-02

變電站是個(gè)包括高壓場(chǎng)地（部分是室內(nèi)高壓）及以中控室為主的建筑物，二次系統(tǒng)及二次設(shè)備主要集中在中控室（部分站還有通信樓）。變電站雖然樓層不高，但有自帶高壓、外露金屬線多的特點(diǎn)，因此，雷擊幾率及強(qiáng)度都很大，同時(shí)二次系統(tǒng)也是最容易受到雷電波入侵的一個(gè)部分。通常在整個(gè)變電站中，一次設(shè)備都具有比較完善的防雷系統(tǒng)，但二次設(shè)備的防雷能力卻比較薄弱，很容易受到外界的干擾而影響正常的工作，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)苯訐p壞設(shè)備。一旦變電站的二次系統(tǒng)受到雷電波的入侵而產(chǎn)生的損壞，將會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)仉娏?yīng)造成極大的影響，因此加強(qiáng)變電站二次系統(tǒng)的防雷保護(hù)有很重要的意義。

1 二次系統(tǒng)雷電入侵分析

變電站二次系統(tǒng)處在一個(gè)強(qiáng)電和弱電系統(tǒng)形成的錯(cuò)綜復(fù)雜的電磁環(huán)境中，雷電閃擊可能通過(guò)各種耦合進(jìn)入二次系統(tǒng)形成浪涌和過(guò)電壓。其中雷擊在線路上引起的上萬(wàn)伏的過(guò)電壓、過(guò)電流及極強(qiáng)的交變電磁場(chǎng)是損壞二次系統(tǒng)的主要原因，而雷電入侵的途徑可以通過(guò)配電線路、通信線路、雷擊電磁場(chǎng)等途徑。據(jù)IEEE等標(biāo)準(zhǔn)電源線路上的雷擊過(guò)電壓可達(dá)20 kV，雷電流可達(dá)20 kA；通信線路上的雷擊過(guò)電壓可達(dá)10 kV，雷電流可達(dá)1 kA，該過(guò)電壓沿電源或通信線路直接傳到設(shè)備，并可能將二次設(shè)備損壞。當(dāng)直接雷擊發(fā)生時(shí)，附近有很強(qiáng)的電磁場(chǎng)，由于靜電感應(yīng)與電磁感應(yīng)引起的過(guò)電壓，如圖1所示。其主要破壞對(duì)象是電子設(shè)備，所以，電力二次設(shè)備防護(hù)是感應(yīng)雷擊防護(hù)。

龍川縣位于廣東省東北部，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，地處山區(qū)，山高林密，局地氣候的差異明顯。近幾年來(lái)，龍川縣雷災(zāi)頻繁，據(jù)氣象部門(mén)統(tǒng)計(jì)，多年平均雷暴日數(shù)為67.3 d，其中雷暴日最多為98 d/a，最少年份為44 d/a。變電站綜合自動(dòng)化水平越來(lái)越高，應(yīng)用的微機(jī)化二次設(shè)備也越多，精度也越高，至2014年，轄區(qū)11座110 kV變電站、1座35 kV變電站實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化全覆蓋。多年來(lái)，我局通信自動(dòng)化班在二次設(shè)備維護(hù)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備、計(jì)算機(jī)控制端口、CPU控制模塊、數(shù)據(jù)采集、通信接口電路以及UPS電源被雷擊損壞的事故時(shí)有發(fā)生，這表明計(jì)算機(jī)、控制端口及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接口是雷電浪涌侵入的薄弱環(huán)節(jié)。所以必須相應(yīng)的加強(qiáng)變電二次設(shè)備的防雷保護(hù)措施，以確保變電站二次設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 防雷保護(hù)措施

2.1 接地與屏蔽

高壓場(chǎng)地有很多各種二次回路，如交流電壓、電流回流、直流控制及信號(hào)回路等線路經(jīng)布線層到中控室，這些線路雖然大多數(shù)有屏蔽層，但因雷電能量集中在中低頻，一般的屏蔽措施效果不顯著，因此，這些二次回路會(huì)感應(yīng)到雷電，并傳到站內(nèi)二次設(shè)備。所以二次設(shè)備必須具備優(yōu)良的接地，此舉是二次系統(tǒng)的防雷保護(hù)措施的其中最重要的一個(gè)步驟，而要加強(qiáng)變電站二次系統(tǒng)的防雷能力，改變二次系統(tǒng)的接地方式對(duì)提升二次系統(tǒng)的防雷能力非常重要。通常變電站二次系統(tǒng)的接地方式主要有危及保護(hù)裝置的交流電源接地、設(shè)備的安全接地以及防雷接地三種。因此接地是防止雷擊破壞二次系統(tǒng)最重要的步驟，有效的接地可以很好的避免雷電波破壞二次設(shè)備。通常變電站的地網(wǎng)一般是聯(lián)合地網(wǎng)，但是當(dāng)工作的頻率超過(guò)300 kHz時(shí)，最好是采用多點(diǎn)接地。多點(diǎn)接地的結(jié)構(gòu)中，因?yàn)槊織l底線都比較短，通過(guò)多條導(dǎo)線并聯(lián)就能夠有效的降低接地導(dǎo)體的總電感，從而避免高頻是接地系統(tǒng)中的駐波效應(yīng)，在整個(gè)變電中將所有的導(dǎo)電體進(jìn)行接地形成一個(gè)完善統(tǒng)一的接地網(wǎng)，就能夠有效的提高二次系統(tǒng)的防雷能力，多點(diǎn)接地的方式，如圖2所示。

2.2 安裝電涌保護(hù)器

電涌保護(hù)器（SPD）是電子設(shè)備中一種非常有效的防雷裝置，也有人們管這種防雷裝置叫做“避雷器”與“過(guò)電壓保護(hù)器”，SPD能夠?qū)㈦娐分械母Z入的電力線與信號(hào)傳輸線的瞬間過(guò)電壓限制在系統(tǒng)所能夠承受的電壓范圍之內(nèi)，將過(guò)大的雷電流都導(dǎo)入的到大地，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)電力設(shè)備與電力系統(tǒng)的作用。SPD的工作原理，如圖3所示，在電壓過(guò)強(qiáng)時(shí)，瞬變電話會(huì)對(duì)二極管進(jìn)行抑制，開(kāi)始泄放電流，同時(shí)將輸出鉗位作用在截止電壓上，從而有效的避免了過(guò)電壓對(duì)電力設(shè)備的損壞。同時(shí)當(dāng)TVS上的放電電流在不斷上升時(shí)，會(huì)使得充氣式放電器（GDT）的電壓超過(guò)點(diǎn)火電壓Uc，GDP會(huì)自動(dòng)泄放電流，從而降低電壓保護(hù)電路設(shè)備。

SPD是電力二次設(shè)備雷擊過(guò)電壓防護(hù)中須采用的主要防護(hù)設(shè)備，電力的二次設(shè)備比任何一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備都復(fù)雜，它是一個(gè)包含了自動(dòng)化、通信、計(jì)算機(jī)等多種弱電設(shè)備在內(nèi)的復(fù)雜的系統(tǒng)。SPD不但要求能保護(hù)這些二次設(shè)備的安全，同時(shí)不能影響這些設(shè)備的正常運(yùn)行，在PT線路SPD應(yīng)確保不短路，CT線路SPD應(yīng)確保不開(kāi)路。在可能引入雷電過(guò)電壓的各種主要線路安裝相應(yīng)的SPD，如圖4所示，做好等電位連接。

交流電源防雷措施，交流屏是變電站內(nèi)設(shè)備用電的交流總配電，作為交流用電的設(shè)備的防雷總保護(hù)，應(yīng)在交流屏輸入端安裝SPD，將雷電在入口處盡量通過(guò)地網(wǎng)泄放入大地，減少室內(nèi)雷電電磁場(chǎng)。PT、CT交流回路是保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、監(jiān)測(cè)裝置的采樣源，取自于高壓場(chǎng)地或高壓室，防雷效果將直接危及到這些設(shè)備的安全，在回路接入端安裝SPD。

直流電源防雷措施，二次設(shè)備用電通常都是采用直流供電，其次，控制回路、合閘回路等都是采用直流電源，在直流屏、通信電源屏、UPS、主控屏等交流配電輸入端應(yīng)安裝SPD，其作用有二，一是抑制室內(nèi)電源線路上感應(yīng)的過(guò)電壓，二是作為重要設(shè)備的雙重保護(hù)。

弱電設(shè)備防雷措施，通信設(shè)備（如載波通信、GPS戶外天線）通過(guò)戶外進(jìn)行信號(hào)傳輸，非常容易受到感應(yīng)雷電的入侵，造成設(shè)備的損壞。在載波通道進(jìn)出兩側(cè)、GPS天線引入側(cè)、變電站外臺(tái)監(jiān)控機(jī)網(wǎng)線等安裝SPD，抑制通信線路上感應(yīng)的過(guò)電壓。

3 結(jié) 語(yǔ)

二次系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到變電站一次設(shè)備的安全及電網(wǎng)安全，二次系統(tǒng)的防雷保護(hù)措施是其中最重要的工作內(nèi)容之一，而要想加強(qiáng)變電站二次系統(tǒng)的防雷保護(hù)，可以綜合應(yīng)用電壓防護(hù)技術(shù)、通訊設(shè)備的過(guò)電壓保護(hù)技術(shù)以及抗干擾技術(shù)。變電站的二次系統(tǒng)一旦受到雷電波的入侵，會(huì)對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成很大的影響，也是電力事故的常發(fā)點(diǎn)，做好這方面的防護(hù)工作對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和電力的有供序供應(yīng)提供有力保障。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李晨霞.淺析電網(wǎng)的防雷保護(hù)[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2012，（5）.

[2] 劉輝，鄭細(xì)華，馬強(qiáng)，等.龍川縣農(nóng)村防雷現(xiàn)狀及預(yù)防對(duì)策[J].廣東科技，

2010，（2）.

[3] 溫世運(yùn)，趙東成，常伯濤，等.1 000 kV特高壓變電站接地網(wǎng)布置方案

分析[J].河北電力技術(shù)，2015，（6）.

[4] 高志強(qiáng)，王俊才，陳金光，等.多端口電子設(shè)備防雷保護(hù)中的誤區(qū)[J].山東 氣象，2013，（2）.