变电所低压二次系统的防雷保护的应用研究

摘要 本文阐述了雷击过电压的暂态冲击会造成变电所二次系统严重损坏，通过在二次系统易遭受雷击的低压交流系统加装三级防雷模块，解决二次系统的防雷击问题。

关键词 微机保护和自动化装置；二次系统；防雷

中图分类号TM63 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）46-0090-02

0 引言

近年来，随着煤矿电力系统的不断改造及科学技术的发展，特别是计算机技术的发展，变电站微机综合自动化系统以其独特的优势在电力系统中被广泛接纳和应用。变电站实现综合自动化不仅为变电站实现无人值守和配电网实现自动化奠定的基础，而且也为煤矿提供更安全、经济、可靠和高质量的电能创造的条件。

变电站实现综合自动化是传统变电所二次系统的重大变革，其装置形式、功能配置以及操作方法都发生了根本变化。利用多台计算机和大规模集成电路装置组成的自动化系统，代替常规的测量和监视仪表，代替了常规的控制屏、中央信号系统和远动屏及常规的继电保护。但是，对于使用超大规模集成电路、运行电压只有数伏、信号电流仅为微安级的微机装置，与以往电磁式保护装置相比，耐热容量要小，对尖峰脉冲的耐受能力比较脆弱，特别是雷击过电压的暂态冲击会造成变电所二次系统严重损坏，甚至造成监控系统瘫痪，严重威胁电网的安全运行。

1 低压二次系统存在的问题

神宁集团公司灵武矿区水电分公司管辖的电网由110kV变电站4座，35kV等级的变电所18座。由于变电所原来是按常规所设计，标准比较低，设计未考虑低压系统防雷。近几年以来，变电所低压系统、综自系统、后台系统不同程度遭受到二次雷电波的侵袭，造成低压二次设备烧坏。比较严重的就先后发生了四次由于雷电波通过所用变低压侧和两路引出的通信电缆入侵，致使调度通道机、远动柜的电源插件、RTU信号插件、UPS和后台监控微机都受到了不同程度的损坏，已经影响到系统的安全运行。而雷击事件由于其极高的电压幅值和不可预测性更是微机系统的“天敌”。

2 原因分析

随着电子技术的迅速发展，雷电及各种浪涌信号通过供配电线路和网络通讯传输线路造成的危害越来越大。由于在网络系统内集中了大量的微电子设备，而微电子设备所固有的特殊性，比如速度快、精度高、但抗干扰能力差，过压、过流保护能力极其脆弱，对其工作环境的要求越来越高。雷电以及大型设备的瞬间过电压（流）会通过电源线、信号传输线等导体，使储存的信号或数据受到干扰或丢失，甚至使电子设备产生误动或暂时瘫痪，系统停顿，数据图像传输暂停，网络遭到破坏。

雷电和浪涌并非只是在遭受雷击时才会出现危害，实际上感应雷和强浪涌是经常发生的，如网络系统邻近区域内大负载用电产生的开关闭合以及大量设备开关而产生的浪涌（操作过电压、过电流）对于脆弱的电子设备始终都存在着潜在的威胁。据统计，设备遭受感应雷击和雷电流侵入的事故要比设备遭受直击雷事故多70%以上。雷击往往造成通信线路完全中断或通信质量明显下降。因此，必须重视雷电对通信网络线路的危害，并及时采取有效的防雷措施，确保通信畅通。因公司所辖区域变电站属宁夏雷电流易发区，极易遭到感应雷击而击毁设备，造成系统瘫痪。雷电防护就是要切断雷电和浪涌进入的途径，也就是从供电和通讯两条途径（即线路）切断侵入网络的强浪涌；对于实际情况 ，通过分析雷电入侵途径，有必要对变电所低压电源系统的雷电干扰进行系统、深入的研究，找出在低压电源系统防雷方面存在的问题和不足，并进行改造和完善。

公司所辖变电所在高压系统的防雷保护方面是比较完善的，防直击雷有避雷针；110kV及以上线路 架空地线保护；35kV线路有进线段保护；10kV线路有出线避雷器保护，变电所还有各级母线避雷器保护；这些构成了基本完善的防雷保护体系。但在400V低压系统上的防雷保护措施都不够完善，存在较多的问题和不足，如低压交流、直流配电线路是雷电及过电压进入电子设备的主要途径，并未采取安全、可靠的防雷保护措施；通信线路上感应雷击强度虽然比电力线上的要低，但通信接口（GPS天馈线、RS232、RJ45、RJ11T等）的耐过流能力较低，仍然存在很大的感应雷击隐患；交流采样、开关量回路TV和TA二次线从户外高压场引入到主控室的各种二次设备，没有防雷保护措施，极易从一次系统感应雷击，还有开关场的开关量经直流220V或48V引入到保护装置或监控后台机，提供开关、刀闸等开关量给保护装置和监控及五防使用，该引线较易感应到雷电流，感应雷电的几率较大，也无防雷保护措施，以及部分自动化控制设备接地不符合规范要求。

3 解决方案及对策

在二次系统易遭受雷击的变电所低压交流系统加装三级防雷模块；在直流系统总馈线开关加装防雷模块；在在信号传输线路连接的设备通信口侧安装信号浪涌保护器（SPD）进行防雷保护。

交流电源系统SPD基本配置：考虑到公司下辖的变电站的雷暴环境和其他因素，在低压交流电源的SPD配置采用2-3级保护，每个SPD保护范围一般不超过30m，超过则需再设置SPD。一般第1级标称放电电流最大，装设了带雷击计数功能的SPD；各级SPD宜具有劣化指示功能。第I级安装于三相交流配电总屏（进线柜）内，主要是泄放大部分侵入变电站的雷电流；第2级安装于二次交流分屏（包括整流屏）内，主要用于限制雷击引起的瞬态过电压；第3级安装于重要设备交流电源入库处，主要是当前端安装的SPD所得到的电压保护水平加上其两端引线的感应过电压以及反射波效应不足以保护远端设备时，在该远端设备处加装了第三级防雷装置，保护该设备。

信号系统防雷配置：在信号传输线路连接的设备通信口侧安装信号浪涌保护器（SPD）进行防雷保护。通信线防雷：在通信线进入设备之前串联安装了过电压保护器，抑制沿线路传导的过电压对设备造成危害，可满足ADSL，ISDN，DDN帧中继、模拟电话线等多种通信线路的防雷保护。

直流电源SPD基本配置：在低压交流侧安装SPD后，根据规范要求，在直流侧各总馈出开关处也安装SPD。

4 结论

通过将近一年多的实践检验，自公司在低压二次系统安装了浪涌保护器、防雷插座等防雷模块后，该四个变电所系统运行正常，再未发生过调度通道机、远动柜的电源插件、RTU信号插件、UPS和后台监控微机遭到雷击而损坏的现象。公司将逐步实施，在一些重要机房的低压二次系统全部装设防雷模块，确保低压二次系统的正常运行。为矿井提供安全、可靠、稳定的电源，确保矿井安全生产。

参考文献

[1]电力系统二次设备SPD防雷技术规范.

[2]安全防范系统雷电浪涌防护技术要求 GA/T 670-2006.