變電站二次設(shè)備防雷保護(hù)措施探討

黃新楠

摘要:文章從電源系統(tǒng)防雷保護(hù)和二次設(shè)備保護(hù)措施對變電站二次設(shè)備防雷技術(shù)的探討，提出在電力變壓器低壓側(cè)加裝避雷器、將浪涌保護(hù)器加裝至電源入口端、單端接地和雙端接地兩種方式將屏蔽電纜有效接地等措施，為一線電力工程人員提供參考。

關(guān)鍵詞：變電站；二次設(shè)備；防雷保護(hù)

0引言

雷電災(zāi)害是十大自然災(zāi)害之一，我國是雷電活動非常頻繁的國家，對電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。隨著電力系統(tǒng)自動化程度不斷提高，以微笑電子為主要元件的控制、保護(hù)、信號、通信、監(jiān)控等設(shè)備在變電站中得到廣泛的應(yīng)用。常規(guī)的電磁保護(hù)裝置單元以電阻、電容、電感為主，而熱容量較大，能承受較強(qiáng)的尖鋒脈沖，對雷電暫態(tài)沖擊承受能力較強(qiáng)。但對于微安級二次設(shè)備來說，就不一定承受得起。面對雷害多二維空間侵入轉(zhuǎn)變?yōu)槿S空間侵入，雷害對象也主要集中在微笑電子器件等這些敏感的電子器件設(shè)備上，對二次設(shè)備造成較大的干擾。因此，變電變二次設(shè)備防雷保護(hù)是關(guān)系到電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素，需要對其保護(hù)措施進(jìn)行深入探究。

1電源系統(tǒng)防雷保護(hù)措施

變電站在高壓系統(tǒng)防雷保護(hù)措施一般都較為完善，如110kV及以上線路有架空地線保護(hù)，35kV線路有進(jìn)線段保護(hù)，10kV線路有出線避雷器保護(hù)，各級母線還有避雷器保護(hù)，但400V低壓系統(tǒng)往往防雷保護(hù)措施較弱甚至沒有任何的保護(hù)措施，這樣使得過電壓涉及整個低壓弱電系統(tǒng)，尤其是計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和微機(jī)保護(hù)等弱電設(shè)備絕緣薄弱，很容易造成擊穿與燒壞，破壞綜合自動化系統(tǒng)直流電源模塊。電源系統(tǒng)防雷保護(hù)要從三方面著手：

1.1在電力變壓器低壓側(cè)裝設(shè)避雷器

在電力變壓器低壓側(cè)加裝避雷局，要實現(xiàn)兩點功能：一是限制避雷器殘壓，二是要把侵入波的陡度控制在一定的值以內(nèi)。因此，避雷器與變壓器之間的最大距離lmax，對于一路進(jìn)線應(yīng)當(dāng)滿足下式： ,其中，表示變壓器沖擊電壓最大值，表示避雷器殘壓，表示雷電波陡度，v表示雷電波速度，表示變壓器入口電容，表示避雷器到變壓器連線單位長度的電容。對于兩路進(jìn)線，應(yīng)當(dāng)滿足，式中k1>1，且k1是隨著回路增加而增大的。如果避雷器與變壓器的距離大于就應(yīng)當(dāng)考慮在變壓器附近再增裝一組避雷器以保證直流電源模塊的安全。

1.2將浪涌保護(hù)器加裝至電源入口端

浪涌保護(hù)器采用LC低通濾波器和壓敏電阻，使得通過其中的雷電波信號部分的高頻分量和較高的能量被有效吸收，使得電壓鉗位到安全范圍內(nèi)，從而實現(xiàn)對電源系統(tǒng)的保護(hù)。

變電站內(nèi)雷電干擾頻率范圍為100KHz~10MHz，要保證二次設(shè)備正常工作，就需要將這個范圍內(nèi)的高頻分量過濾掉，由公式可知，電感L和電容C參數(shù)的選擇成為浪涌保護(hù)器的關(guān)鍵。考慮到“技術(shù)經(jīng)濟(jì)比”原則，選擇較小的電感以縮小體積，降低造價。從波過程原理可知，均勻單根無窮長無損導(dǎo)線，電壓波與電流波都是沿線路流動傳播，波的阻抗為，當(dāng)波沿傳輸線路傳輸時，在某個節(jié)點參數(shù)發(fā)生變化時會產(chǎn)生折射和反射。行波通過串聯(lián)電感后，直角波便變成了指數(shù)波，在陡度上出現(xiàn)明顯的下降。由于電感中電流不能突變，在行波到達(dá)某節(jié)點后，部分折射電壓與電感電流處于正相關(guān)關(guān)系，而另一部分電壓波則沿線路反射回去。同理，并聯(lián)電容，也減小波的陡度。因此，在電感與電容的雙重作用下，雷電波得到極大限制的削弱，從而達(dá)到保護(hù)電源板的目的。

2變電站二次設(shè)備可靠接地

變電站通信與控制系統(tǒng)中的二次設(shè)備所在的長方形機(jī)房的六個面敷設(shè)金屬屏蔽網(wǎng)，并與機(jī)房的內(nèi)環(huán)形接地母線連接，接地點以短線為主，設(shè)備之間的連接也采用較短的導(dǎo)線連接，使得導(dǎo)線上難以形成較大的雷電感應(yīng)電壓幅值，從而避免對二次設(shè)備的干擾。具體來說，注意以下五點：

一是二次系統(tǒng)設(shè)備如外殼、箱體、機(jī)架等金屬部件與共用接地系統(tǒng)等電位相連接，且以星形結(jié)構(gòu)和網(wǎng)型結(jié)構(gòu)兩種方式；

二是根據(jù)二次系統(tǒng)設(shè)備各個外露可導(dǎo)部件情況建立起連接網(wǎng)絡(luò)，所有等電位連接網(wǎng)絡(luò)都應(yīng)當(dāng)可靠接地；

三是對于局部封閉且相對小的二次系統(tǒng)可以選擇用星型結(jié)構(gòu)連接網(wǎng)絡(luò)，并與共同接地系統(tǒng)部件有足夠的絕緣；

四是對于較大的開放型二次系統(tǒng)采用網(wǎng)型結(jié)構(gòu)等電位連接網(wǎng)絡(luò)，并通過多點接地并入共用接地系統(tǒng)中，形成網(wǎng)型結(jié)構(gòu)等電位連接網(wǎng)絡(luò)。

五是考慮到等電位連接網(wǎng)絡(luò)流過高頻電流，又有明顯的趨膚效應(yīng)，不僅要求材料滿足截面積需要，還要滿足表面需要。

屏蔽電纜必須要可靠接地，基本就有單端接地和雙端接地兩種。單端接地是電纜一端在被迫設(shè)備處懸浮著，并經(jīng)其他設(shè)備實現(xiàn)接地。在電壓雷擊情況下，有大電流進(jìn)入地網(wǎng)時，在接地網(wǎng)的高阻抗作用下，注入大地電流迅速衰減，到達(dá)屏蔽電纜接地點的感應(yīng)電壓不會太大，經(jīng)電纜外皮的感應(yīng)耦合到電纜電纜芯線的感應(yīng)電壓也很小，從而保護(hù)二次系統(tǒng)設(shè)備。雙端接地是在改善地網(wǎng)電位分布的基礎(chǔ)上，為限制屏蔽電纜兩接地端電位而采用嚴(yán)格的等電位接地方式，使電纜兩接地端之間不能產(chǎn)生較大電位差而避免相互干擾。

3結(jié)論

變電站二次回路防雷問題關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須要引起足夠的重視。除了從電源防雷、有效接地外，還要注重信號防雷、抗干擾等問題進(jìn)行深入的探討，并在實踐中檢驗，促進(jìn)電力技術(shù)健康發(fā)展。

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