農(nóng)村小型變電所弱電設(shè)備雷電防護措施

劉青松

摘要 雷電是影響電力系統(tǒng)安全可靠運行的主要因素之一。以農(nóng)村小型變電所為例，介紹傳統(tǒng)防雷設(shè)施及其不足，并提出了變電所弱電設(shè)備防雷措施，以期降低因雷擊造成的設(shè)備損壞率，確保生產(chǎn)生活有序進行。

關(guān)鍵詞 農(nóng)村小型變電所；雷擊災(zāi)害；弱電設(shè)備；避雷器；防護措施

中圖分類號 TU895 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）15-0199-01

目前，重慶市所轄35 kV變電所計量、保護、控制和通訊設(shè)備已全部升級成為綜合自動化設(shè)備，各類先進電子設(shè)備被廣泛應(yīng)用。絕大多數(shù)變電所內(nèi)電子設(shè)備和一次設(shè)備，仍依附于避雷針的保護[1]。傳統(tǒng)防雷措施已無法滿足當下需要，必須引起高度重視。

1 變電所傳統(tǒng)防雷設(shè)施

1.1 避雷針

在防御直擊雷破壞措施上，變電所一般采用獨立避雷針或構(gòu)架避雷針，在某些峽谷地帶還需使用避雷線進行防護，這些避雷針通常包括接閃器、引下線和接地體等部分。避雷針這種傳統(tǒng)的防雷設(shè)施會極大地增加雷擊概率，致使大部分由微電子設(shè)備組成的綜合自動化設(shè)備受雷擊機率也隨之增大，損壞方式多樣，給電力生產(chǎn)帶來很大的損失[2]。

1.2 避雷器

傳統(tǒng)避雷器分為閥型避雷器和管型避雷器，分別裝在母線、設(shè)備上和線路端。隨著技術(shù)進步，傳統(tǒng)避雷器已逐漸被性能更好的金屬氧化物避雷器取代。因為雷電侵入波危害的是35 kV以下系統(tǒng)，所以變電所重點針對35 kV和10 kV的線路入侵波進行了防護。在架空進線方面，35 kV線路通常使用進線段1～2 km的架空避雷線配合線兩端的管型避雷器進行防護；10 kV線路則在每條進線上都配備了一組閥型或者氧化鋅避雷器進行防護；而對3～10 kV配電變壓器通常只在高壓側(cè)使用閥型避雷器進行防護；在雷電多發(fā)區(qū)，外送的 Y/Y0 連接的變壓器一般只裝設(shè)了用來防變波和低壓側(cè)雷電入侵波擊穿變壓器高壓側(cè)絕緣避雷器。

2 變電所弱電設(shè)備防雷措施

2.1 交流電源

針對交流電源的防雷措施，可使用電源防雷器。電源防雷器可以在很短的時間內(nèi)將電路上由感應(yīng)雷擊產(chǎn)生的大量脈沖能量釋放到安全地線上，對電路上的設(shè)備進行有效保護。

2.2 通訊設(shè)備

針對通訊設(shè)備的防雷措施，可使用數(shù)據(jù)線浪涌抑制器。浪涌抑制器能有效防御浪涌經(jīng)數(shù)據(jù)線入侵電子設(shè)備[3]。當雷擊產(chǎn)生尖峰電流或者電壓時，它能在極短的時間內(nèi)分流導(dǎo)通，避免浪涌損壞回路中的設(shè)備。

2.3 弱電設(shè)備的防雷方案設(shè)計

2.3.1 電源線。電源線是雷電侵入弱電設(shè)備的主要途徑之一[4]，變電站弱電設(shè)備的電源是利用電力線路引入室內(nèi)，當直擊雷擊中高壓電力線路后，雷電波經(jīng)變電站的10 kV線路侵入母線，再通過10 kV所用變壓器高、低壓繞組間的靜電和電磁耦合，侵入低壓出線，經(jīng)過變壓器耦合到低壓側(cè)，入侵到弱電系統(tǒng)供電設(shè)備（圖1）。電源線通常采用在變壓器低壓側(cè)裝設(shè)避雷器、在電源入口端加裝浪涌保護器和電源多級防護級間配合的方式防雷。電源線多級防護級間配合的設(shè)計如下。

第Ⅰ級為初級保護，使用的防雷器必須能承受直接雷擊，且具備較大通流量。可用3個菲邁斯公司生產(chǎn)的FPS01-FB120型電源防雷器，將由線路引入的高電流在此位置泄流入地。該型號防雷器是B類防雷器，每線通流量達50 kA（10/350 μs）。

第Ⅱ級防護所使用的防雷器必須有較低的電壓限制水平?？捎?個菲邁斯公司生產(chǎn)的FPS01-F40/4型防雷器，把經(jīng)過第I級泄流后的過電壓再次限制在對設(shè)備無害范圍內(nèi)。該型號的防雷器通流量達40 kA（8/20 μs），電壓保護水平為Up≤1.4 kV。

第Ⅲ級防護可使用菲邁斯公司生產(chǎn)的FPS01-Z6型防雷插座，該設(shè)備能有效保護如光端機、遠傳PC機等關(guān)鍵敏感設(shè)備。

2.3.2 220 V直流電源。220 V直流電源屏的主要作用是為繼保裝置供應(yīng)電源。為避免因電源線引入的感應(yīng)雷電過電壓造成繼保裝置的損壞和誤動作，應(yīng)加裝直流電源防雷器，可選用菲邁斯公司生產(chǎn)的FPS01-F40/280V型防雷器。該型號的防雷器有3個模塊，1個對正、負極之間提供差模保護，另外2個分別將正、負極對地進行共模保護。

2.3.3 后臺機。后臺機的開關(guān)量采集線相對較長，工作電壓為直流24 V。當雷擊發(fā)生時，采集線很容易感應(yīng)過電壓，導(dǎo)致后臺機損壞。因此，可將防雷器安裝在所有進入后臺機的開關(guān)量采集線上。在防雷器的選擇上，依舊選用菲邁斯公司生產(chǎn)的FPS01-F20/DC24型防雷器，并可根據(jù)變電所后臺機上的開關(guān)量采集線數(shù)量確定防雷器的數(shù)量。

2.3.4 PC和終端。德國DEHN雙絞線信息線路過電壓保護器可限制雷電過電壓，借助此設(shè)備能有效保護PC和終端的DB-9串口，峰值電壓在±6 000 V之間，能避免浪涌經(jīng)數(shù)據(jù)線間接進入電子設(shè)備。

2.3.5 調(diào)度通信。使用德國生產(chǎn)的DEHN雙絞線信息防雷保護器，避免經(jīng)電源線傳導(dǎo)的瞬態(tài)浪涌通過通信線損壞調(diào)度通訊設(shè)備。

3 結(jié)語

在我國的農(nóng)村變電所中，針對弱電設(shè)備采取的防雷措施明顯不能適應(yīng)微電子技術(shù)的需要，導(dǎo)致變電所相關(guān)設(shè)備經(jīng)常受到雷擊而損壞，影響正常的生產(chǎn)生活。本文設(shè)計的變電所弱電防雷方案經(jīng)多次調(diào)試后效果顯著，可有效降低因雷擊造成的設(shè)備損壞率。防雷設(shè)施是一種預(yù)防性投資，必須引起足夠的重視。只有做到防患于未然，才能確保正常生產(chǎn)生活秩序。

4 參考文獻

[1] 肖金華，李景祿.農(nóng)村電網(wǎng)防雷保護的分析與討論[J].電瓷避雷器，2005（4）：40-42.

[2] 余兆忠.變電所電子設(shè)備的防雷[J].農(nóng)村電氣化，2005（10）：33-34.

[3] 杜尚彬.浪涌保護器原理及應(yīng)用[J].機械工程師，2014（6）：92-94.

[4] 何艷嬌.變電站弱電設(shè)備防雷保護的研究[D].長沙：長沙理工大學，2007.endprint