變電站自動化系統(tǒng)的防雷保護

馮婧

（山西焦煤西山煤電發(fā)電分公司電力公司 山西省太原市 030053）

以往變電站主要采取應用避雷器、避雷針、自動合閘等措施來實現(xiàn)防雷保護。而新時期，伴隨著大量自動化設備在變電站中的普及應用，變電站防雷保護的復雜程度大幅度提升，尤其是瞬間過電壓承受能力較弱的集成化設備，非常容易受到電磁干擾、操作過電壓、雷電過電壓等因素的影響而發(fā)生損壞，導致設備的保護誤動、繼電拒動，威脅電網(wǎng)正常運行。鑒于此，有必要加大對變電站自動化系統(tǒng)防雷保護措施的研究。

1 變電站自動化系統(tǒng)的防雷保護

1.1 電源部分的防雷保護

有研究指出，60%的雷擊事故，是由電源部分防雷保護不到位所致。鑒于此，自動化系統(tǒng)防雷保護中，應高度重視電源部分的防雷保護。根據(jù)相關標準規(guī)范中的要求，針對變電站低壓配電系統(tǒng)，可以應用3 級電涌保護器來實現(xiàn)防雷保護，借助電涌保護器，在納秒級時間里將大級量雷電流泄放至大地，避免設備遭受雷電沖擊。同時，電涌保護器還可以吸收電源的誤輸入電壓、開關高壓送電線路的時候出現(xiàn)的浪涌電壓。自動化系統(tǒng)電源部分的防雷保護措施如下：

（1）1 級電源保護。對于10kV/380V 變電站，將大容量DXH01-FA 三相電涌保護器安裝在變壓器低壓側，工作電壓為380V，最大通流容量為100kA，響應時間<100ns。

（2）2 級電源保護。將兩套SDY-Pp5 型直流電源防雷器安裝在直流110V 輸入端，標稱電壓、持續(xù)工作電壓分別為110VAC、150VDC，最大通流容量為20kA；將兩套SDY-Pp1 型交流電源防雷器安裝在UPS 的交流220V 輸入端，標稱電壓、持續(xù)工作電壓分別為220VAC、385VDC，極限通流容量、最大通流容量分別為40kA、20kA。

（3）3 級電源保護。將一套SDY-Pp5 型直流電源防雷器、一套SDY-Pp1 型交流電源防雷器分別安裝在各屏柜遠動設備的直流電源進線、工作交流電源位置。采取上述3 級防護，可最大限度上將雷電流控制在設備允許耐受范圍內(nèi)，保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

1.2 信號部分的防雷保護

針對自動化系統(tǒng)的信號部分，可采取如下防雷保護措施：第一，通信線引入雷電所產(chǎn)生的感應過電壓，會導致設備、通信線之間出現(xiàn)電位差，直接對通信口造成影響，導致運動通信裝置受損。為預防這樣的問題，可將兩套SDY-A1 型模擬通道防雷器安裝在主控室內(nèi)遠動工作站至通信機房的兩路模擬通道。第二，針對全部測控裝置，對開入量信號電源進行獨立供給，并對控制輸出電源進行獨立供給，將一套SDY-Pp5 型直流電源防雷器安裝在電源進線處。第三，五防計算機、后臺監(jiān)控微機間的信號傳輸采用串口來實現(xiàn)，將RS-232 型串口光隔離器安裝在端口前，光隔離電壓≥500V，隔離電阻>10MΩ，瞬時隔離電壓≥7 000V。串口光隔離器可以有效隔離兩臺設備，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對設備接口的有效保護。第四，針對敏感度較高的通信設備網(wǎng)絡線路，如集線器、路由器、交換機以及計算機網(wǎng)絡設備等，為預防其受到靜電放電、電源干擾、雷電感應過電壓等因素的影響而發(fā)生損壞，可將網(wǎng)絡防雷器安裝在網(wǎng)絡線兩端。第五，在安裝GPS 接收天線的時候，應做到以下幾點：確保其所在位置可以正常接收衛(wèi)星信號，為后續(xù)運行、維護奠定良好基礎；安裝完成后，應使用金屬支架對GPS 接收天線進行妥善固定，金屬支架應接地；應在充分考慮雷擊影響的基礎上，對GPS 接收天線的位置進行確定。在建筑物防雷帶內(nèi)安裝GPS 接收天線的時候，應確保兩者之間的水平距離>2m；在建筑物防雷帶外安裝GPS 接收天線的時候，GPS 接收天線要比防雷帶低2m；原則上來說，GPS 接收天線線纜不可橫向穿過建筑物防雷帶，并要加裝金屬套管，確保套管兩端接地。

1.3 接地部分的防雷保護

若是接地電阻質(zhì)量不合格或者是接地不規(guī)范，則遭遇雷電的時候，不同接地點可能會產(chǎn)生較高的電位差，形成電磁干擾，給遠動設備的正常運行造成嚴重影響。同時，雷電會導致電位升高，經(jīng)設備接地線傳輸?shù)竭h動裝置之后，便會導致遠動裝置模板受到損壞。變電站的自動化設備，通常是采取外殼接地的方法，來實現(xiàn)安全保護接地，預防靜電放電、電擊造成的危害。接地網(wǎng)一般為一次設備的接地網(wǎng)。在確保接地線可靠性的基礎上，應盡量縮短，以降低瞬時過電壓。自動化系統(tǒng)的接地部分防雷保護原則包括：打印機、計算機、屏柜體等設備，金屬外殼應可靠接地；信號接地不可與交流接地、安全保護接地混接，信號地應與交流接地、安全保護接地嚴格絕緣，匯集在接地母排之后，再與接地網(wǎng)連接起來；自動化設備應共用接地，并要確保接地電阻R ≤2000/I；采取等電位連接，以便于遭受雷電等過電壓的時候，確保全部電子插件不會出現(xiàn)明顯電位差，避免電子插件受損。

2 實例分析

2.1 變電站基本情況

某35kV 變電站，有2 臺主變，一臺主變?nèi)萘繛? 300kVA，另一臺主變?nèi)萘繛? 000 kVA；35kV 設備位于戶外，35kV 線路采取架空形式，一進一出；10kV 配電裝置采取戶內(nèi)開關柜，出線6 回；進線塔上設置了一根總高度為30m 的避雷針，保護范圍覆蓋全站。

該變電站內(nèi)，存在由計算機、網(wǎng)絡設備以及交直流逆變電源等組成的自動化系統(tǒng)，具有小電流接地選線、監(jiān)控、微機監(jiān)測、低頻減載、故障錄波、四遙遠傳、保護等多樣化功能，在變電站的電力調(diào)度通信、監(jiān)控管理中發(fā)揮著重要作用。但在該自動化系統(tǒng)的內(nèi)部，連接線路非常復雜，雷雨云放電或雷擊架空線路、雷擊附近大地時直接產(chǎn)生的沖擊過電壓，電磁感應、靜電間接產(chǎn)生的沖擊過電壓，均有可能通過與系統(tǒng)相連的接地系統(tǒng)、信號線路、電源線路，經(jīng)過各種接口，以輻射、耦合、傳導等形式入侵到系統(tǒng)內(nèi)，造成嚴重雷擊事故。所以，應做好對自動化系統(tǒng)的防雷保護。

表1：4 級防雷保護

表2：電源防雷輸入端引線、輸出對地引線的線徑

2.2 防雷保護措施

（1）供電系統(tǒng)的防雷保護。將電源SPD 安裝在供電線路上，雷擊發(fā)生的時候，其可以將雷電流直接泄放入地，且能將線路上的瞬間過電壓控制在安全范圍內(nèi)。為確保防雷保護效果，該變電站采取了4 級防雷保護措施，具體見表1。

（2）直流屏的防雷保護。在高頻通信電源屏前端處安裝電源防雷模塊。

（3）網(wǎng)絡信號的防雷保護。將信號SPD 安裝在信號線路上，以實現(xiàn)防雷保護。雷擊發(fā)生的時候，網(wǎng)絡防雷模塊能夠?qū)⒗讚綦娏餍狗湃氲?，并能將線路上的瞬間過電壓控制在安全范圍內(nèi)。電話線防雷，目的在于預防雷電流經(jīng)電話線，損壞電話及其他設備，借助電話防雷模塊，防雷器可以在雷電流經(jīng)過電話線的時候?qū)⑵湫狗湃氲?。此外，也要做好對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的防雷保護，重點做好室外攝像機的保護，可應用視頻三合一防雷器。實際安裝的時候，應確保電源第一級SPD、第二級SPD 的距離>10m，第二級SPD、第三級SPD 的距離>5m。在防雷模塊之前應當采取串聯(lián)方式與熔斷絲、斷路器連接起來以達到保護效果，避免防雷器失效的時候主電路對地短路問題的出現(xiàn)。熔斷絲、斷路器的整定電流：一級、二級、三級分別為63A、32A、16 A。必須在主電路斷路設備的輸出端連接電源防雷器，且要采取對地并聯(lián)的連接方式。電源防雷器應使用<0.5m 的連接引線，確保連接引線短而平直。此外，應對電源防雷輸入端引線、輸出對地引線的線徑進行嚴格控制，具體見表2。

2.3 接地技術措施

該變電站，按照“共網(wǎng)不共線”的方法進行接地，采取主接地網(wǎng)，技術指標：防雷接地<4Ω，在共用接地的時候<1Ω。對于不同線路的接地線，包括電源PE 接地、工作接地、信號接地、保護接地等，均是應用獨立地線分別引到主接地網(wǎng)。

3 結語

綜上，變電站自動化系統(tǒng)的防雷保護是一個復雜、系統(tǒng)的工程，涉及到電源部分、信號部分已經(jīng)接地部分。實踐中，應充分考慮變電站的實際情況，確保各部分防雷保護的有效性，才能減少雷擊事故的出現(xiàn)，確保變電站自動化系統(tǒng)的安全運行。