变电站二次系统防雷技术陈新希

变电站二次系统防雷技术陈新希

陈新希

（福州电力设计院有限公司福建福州350007）

摘要：变电站二次防雷措施是属于预防性的措施，每当雷害发生之后，维护人员不得不频繁地抢修，甚至发生一次线路运行监控中断和高压跳闸，影响电力安全生产。在电网技术高速发展的时代，变电站运行设备的抗干扰、防雷击过电压能力已经成为影响电力安全运行、优质生产的重要因素，作为电网运行必要保证手段的变电站自动化系统对此要求更为突出。因此，本文对变电站二次系统防雷技术进行了分析。

关键词：变电站；二次系统；防雷

引言

对变电站的二次系统而言，雷击时强大的雷云静电场的快速消失也会直接在站内低压电力线路和通信线路上感应产生高压电涌，电涌过电压沿着设备或线缆传播，严重时可损坏信号线缆和微电子设备，或由于其累积效应导致某些部分缓慢恶化，使用寿命大幅缩短。

一、雷电对变电站的危害

雷电具有极大的破坏性，其电压高达数百万伏，瞬间电流可高达数十万安培。雷电的对变电站的危害性主要表现在以下几个方面：

1.1雷电的机械效应；击毁电气设备、杆塔和建筑，威胁人身安全。

1.2雷电的热效应：烧断导线，烧毁电气设备。

1.3雷电的电磁效应：产生过电压、击穿绝缘，甚至引发火灾和爆炸。

1.4雷电的闪络放电：烧坏绝缘子、断路器跳闸、线路停电或引起火灾。

二、雷击的途径

2.1电源线引入雷电

雷电引起的瞬时高电压，如果不加遏制，直接由电源线引入自动化系统，会影响其电源模块正常工作，使各功能模块的工作电压升高而工作不正常，严重时甚至会损坏模块，烧坏元器件。

2.2信号线引入雷电

信号线与机房终端设备相接，如果是架空敷设的，遭受雷击的概率较大。如载波线、RS232、RS485信号控制线、CAN网缆、RS422保护测控馈线、电话音频线，线缆较长，感应雷电通过这些线缆侵入，其高电压直接加在二次设备上，有可能造成线缆烧毁和击毁通信端口或引起设备集成电路芯片损坏。

2.3GPS馈线引入雷电

站内的时钟同步GPS系统有馈线与设备相连，也易受雷击。雷电流沿馈线进入站内，作用于时钟同步GPS系统，会损坏系统内部设备端口。

2.4接地不规范

由于接地不规范，不同接地点之间雷电极易形成较高的电位差，产生的电磁干扰会影响自动化系统的运行；同时，雷电引起的地电位升高，通过设备的接地线引入自动化系统，此过电压同样会损坏各种功能模块。

三、变电站防雷技术措施

3.1外部防护措施

弱电设备的外部防护首先是使用建筑物的避雷针将主要的雷电流引入大地；其次是在将雷电流引入大地的时候尽量将雷电流分流，避免造成过电压危害设备；再次是利用建筑物中的金属部件以及钢筋作为不规则的法拉第笼，起到一定的屏蔽作用。如果建筑物中的设备是低压电子逻辑系统、遥控、小功率信号电路的电器，则需要加装专门的屏蔽网，在整个屋面组成不大于5×5m2，6×4m2的网格，所有均压环采用避雷带等电位连接；第四是建筑物各点的电位均衡，避免由于电位差危害设备；第五是保障建筑物有良好的接地，降低雷击建筑物时接点电位损坏设备。

3.2内部防护措施

从EMC（电磁兼容）的观点来看，防雷措施由外到内应划分为多级保护区。主要做好电源线、信号新和接地线的防雷措施。

（1）电源线的防雷：220kV的弱电设备的电源遭雷击主要通过电源线路侵入。高压部分有专用高压避雷装置，电力传输线把对地的电压限制到小于6000V（1EEEEC62.41），而线对线则无法控制。所以，对220kV低压线路应进行过电压保护，按国家规范应有三部分：建议在高压变压器后端到二次低压设备的总配电盘间的电缆内芯线两端应对地加避雷器或保护器，作一级保护；在二次低压设备的总配电盘至二次低压设备的配电箱间电缆内芯线两端应对地加装避雷器或保护器，作二级保护；在所有重要的、精密的设备以及UPS的前端应对地加装避雷

器或保护器，作为三级保护。

（2）信号部分的防雷：对于信号传输系统部分，分为粗保护和精保护。粗保护量级根据所属保护区的级别确定，精保护则根据电子设备的敏感度进行确定，主要考虑卫星接收系统、电话系统、网络专线系统、监控系统等。可在所有信息系统进入控制室的电缆内芯线端，对地加装避雷器，电缆中的空线对应接地，并做好屏蔽接地，其中应注意系统设备的在线电压、传输速率、接口类型等，以确保系统正常工作。

（3）接地处理：在变电站网络系统的建设中，一定要有良好的接地系统，因为可以通过接地系统把雷电流泄入大地，从而保护设备和人身安全，达到避雷的目的。如果接地系统做得不好，不但会引起设备故障，烧坏元器件，严重的还将危害工作人员的生命安全。另外，防干扰的屏蔽问题和防静电问题都需要通过建立良好的接地系统来解决。一般控制室的接地系统有建筑物地网、电源地、逻辑地、防雷地等，当各地必须独立时，如果相互之间距离达不到规范的要求，则容易出现地电位反击事故。所以，当各接地系统之间的距离达不到规范的要求时，应尽可能连接在一起。

概括的说，变电站二次电子设备的防雷手段，主要采用分流、接地、屏蔽、等电位连接和过电压保护五种方法。

1.分流利用避雷针、避雷带和避雷网等将雷电流沿引下线安全地流入大地，并增加雷电接地引下线数，从而减小每根引下线通过的雷电流，其感应范围也就相对较小。

2.接地：在变电站二次系统中，为保证其稳定可靠的工作、保护计算机网络设备和人身安全，解决环境电磁干扰及静电危害，需要一个良好的接地系统，良好的接地系统是防雷安全的重要保证之一，能有效地消除二次高压反击雷的产生，根据ICE标准接地电阻要求小于0.5欧。

3．屏蔽：计算机系统所有的金属导线，包括电力电缆、通信电缆和信号线均采用屏蔽线或穿金属管屏蔽，在机房建设中，利用建筑物钢筋网和其他金属材料，使机房形成一个屏蔽笼。用以防止外来电磁波（含雷电的电磁波和静电感应）干扰机房内设备。

4.等电位连接：将机房内所有金属物体，包括电缆屏蔽层、金属管道、金属门窗、设备外壳等金属构件进行电气连接，从而杜绝因电位差造成的设备的损坏。

5．过电压保护：对变电站的电子装置进行过电流、过电压的保护，这也是最直接也是最重要的措施之一。

四、结束语

随着变电站自动化程度越来越高，对雷电敏感的微电子设备大量应用，雷电危害日益突出。不同的变电站应按其实际装设情况进行二次防雷系统设计，并通过现场运行实践不断检验和总结，逐步改进并完善变电站二次系统的防范技术，确保变电站安全运行，为国民经济提供安全可靠的电力，促进社会经济又好又快发展。

参考文献：

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[2]浅谈变电站二次设备的防雷措施[J].庄彩虹.科技资讯.2011（06）

[3]35kV电网防雷保护的应用[J].肖代波，周仿荣，程正庭，石磊.云南电力技术.2011（03）

[4]10kV架空线路防雷措施研究[J].江小燕.科技资讯.2011（21）

作者介绍：

陈新希（1988.9.15），男，福建罗源人，福建工程学院电气工程及其自动化学士，助理工程师，研究方向：变电站电气设计，单位：福州电力设计院有限公司，