变电站二次系统防雷电措施探讨

【摘要】随着微机型综合自动化变电站的迅猛增加，雷电对二次系统设备的危害越来越明显，在相应标准尚不完善、技术尚不成熟的情况下，需要采取必要的防雷电措施，有效减少和避免雷电对变电站二次系统的侵害。

【关键词】变电站二次系统防雷电措施

Abstract: with the development of computer integrated automation substation increases rapidly, the lightning to the two system equipment damage is more and more obvious, on the corresponding standard is still not perfect, technology is not mature, to take the necessary lightning protection measures, effectively reduce and avoid the lightning to the substation two system damage.

Keywords:Substation；The two system；Lightning protection；Measures

中图分类号：TM863

1 引言

电力行业的科技化从一个侧面反映了国民经济的高速发展，也是社会经济发展的必然需求。越来越多的高新技术被广泛应用到电力生产中，特别是近几年来，微机型综合自动化变电站增加迅猛，业已成为输变电系统科技进步的一个显著特征。但与此同时，由于变电站二次系统的通信网络和联络线路复杂，引入雷电的渠道明显增加，对设备的危害越来越明显；而且系统化的综合自动化设备一旦遭受雷电侵害，其损失也相应大大增加。

2 可能引入雷击的形式与危害

变电站二次系统是变电站内保护设备、自动化设备、通信系统、计算机网络设备及监控系统、交直流电压系统等各种二次设备的统称。二次系统集中变电站自动化监控管理的重要任务，具有微机监控、监测、保护、小电流接地选线、故障录波、低频减载、四摇远传等功能，在电力调度自动化领域起着举足轻重的作用。但该系统内部连接线路纵横交错，当发生雷击事件时，附近大地、架空线路和雷雨云放电时直接形成、或者由于静电及电磁感应形成的冲击过电压，极易通过与之相连的电源线路、信号线路或接地系统及各种接口，以传导、耦合、辐射等方式，侵入自动化系统，从而可能造成极大的雷击事故。

（1）系统电源线引入雷击危害。架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电所，是导致变电所雷害的主要原因，雷击引起的瞬间高电压，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导致工作异常，严重时甚至会损害模块，烧坏自动化系统元器件。

（2）系统信号线引入雷击危害。信号线是自动化系统与外界实现通信联系的主要途径，这些与外界联系的通信线路与机房终端设备相连，如果是架空线路敷设的，遭受雷击的概率相对还会比较大。变电站接入自动化系统的通信线路一般出线较长，感应雷电通过远控系统电缆及信号电缆侵入，以很高的电压直接加在二次设备上，击毁通信端口或引起设备集成电路芯片损坏。

（3）系统GPS馈线引入雷击危害。变电站内的时钟同步GPS系统有馈线与设备相连，最容易遭受雷击，雷电流沿馈线输入站内，直接作用于时钟同步GPS系统，会损坏系统内部设备端口。

（4）接地网不规范产生危害。由于接地不规范造成不同接地点之间雷电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，此国电也童颜会损坏各种功能模块。

3 雷电的破坏作用分析

目前，中原油田7个110kV变电站均已进行了综合自动化改造，其运行仍处在初步进入阶段。鉴于雷击可能对综合自动化二次系统的危害，我们着手对雷电危害的防治开展了研究，针对变电站二次系统多年的运行及在雷电季节性的安全隐患分析，制定出相应的防范措施。

从近些年变电站二次系统雷击事故统计可以看出：网络接口设备、计算机控制端口、CPU控制模块、数据采集、通信接口电路以及UPS电源被累计损坏的事故发生频次较高，表明计算机、控制端口及网络设备的接口是雷电浪涌侵入的薄弱环节。

据不完全统计，雷击造成变电站二次系统损坏的事件占28.1%；其中造成后台机损坏的有50.5%、造成远动遥控设备损坏的有32.8%、造成通信设备损坏的有28.6%；由电网系统线路引入雷击的事件占46.3%、由直流电源线路引入雷击的事件占27.6%、由载波馈线和微波馈线引入雷击的事件分别占25.9%和23.8%。由此可见，必须对变电站综合自动化二次系统进行有效的防雷击防护。

4 防治雷电侵害措施分析

雷电危害可能以不同的形式体现，例如：雷击中心通道的温度可达3000度以上，产生的热效应破坏作用可钢铁等金属融化；雷击通道因温度高使气体快速膨胀，产生的冲击波破坏作用类似炸弹，其强大的冲击波，可造成人员伤害，能够震碎附近门窗玻璃等；动力效应的破坏作用也不容忽视，雷击时强大的雷电流流过导体时，导体之间就会产生强大的电磁力作用；还有雷击周围产生强大的电磁场形成感应雷电，可能直接损坏附近的设备，可能使处在该电磁场内的导体感应到很高的过电压而受到侵害；再有就是雷击引起的高电压反击，会给附近的人、畜和设备造成危害等等。

变电站防范雷击侵害主要应从三个方面入手，一是防雷电反击,二是防感应雷,三就是防直击雷。考察电力行业雷电防治的现状来看，还没有针对变电站综合自动化二次系统防雷击的相关标准规范，但在实际的维护管理工作中，各电力生产单位已结合实际，相应采取了很多办法和措施，取得了一定的效果。经过技术研究和实际应用，我们在工作中也积累了一些可行性经验。

（1）针对微机保护的防干扰屏蔽措施：变电站的微机保护容易受到电磁干扰，被测信号受电磁感应会产生叠加的串模干扰，受静电感应和地电位差异的影响，信号线任一输入端与地之间会产生叠加的共模干扰。我们采取屏蔽和接地相结合，将所有屏蔽电缆分屏屏蔽的办法，用截面积>2.5mm2多股铜芯软线作为接地线，分别与汇流接地母排连接，汇流接地母排与屏体绝缘，并采用单芯屏蔽电缆（>95mm2）与室外接地体做一点连接。

（2）针对变电所出线设备至第一杆塔之间距离较大的问题，考虑如允许将杆塔上的避雷线引至变电所的构架上，这段导线将受到保护，比用避雷针保护经济。由于避雷线两端的分流作用，当雷击时，要比避雷针引起的电位升高小一些。因此，110kV及以上的配电装置，我们将线路避雷线引接至出线门型构架上，但应注意的是，其土壤电阻率大于1000Ω·m的地区，应装设集中接地装置。

（3）针对感应雷的防护措施是建立良好的接地和布线系统，按供电线路，电源线、信号线、通信线、馈线的情况，合理安装相应避雷器并采取屏蔽措施，对雷云发生自闪、云际闪、云地闪时，产生的雷电脉冲起限制作用，从而保护建筑物内人员及各种电气设备的安全。

（4）其他针对弱电设备的措施有以下几个方面：采用多分支接地引下线，使通过接地引下线的雷电流大大减小；改善屏蔽，如采用特殊的平布材料或双层屏蔽；改进泄流系统，减小引下线对弱电设备的感应并使原有的屏蔽网能较好地发挥作用；除电源入口处装设压敏电阻等限制过压的装置外，在信号线接入处使用光电耦合元件或设置具有适当参数的限压装置；所有进出控制室的电缆均采用屏蔽电缆，屏蔽层共用一个接地网；在控制室及通讯室内敷设等电位，所有电气设备的外壳均与等电位汇流排连接。

5 结语

变电所是发、输、配电网系统的关键环节，如果发生雷击事故，对电网系统的安全运行带来严重威胁，可能造成设备毁损或大面积停电等生产安全事故，严重影响社会生产和人民生活。因此要高度重视变电所的防雷工作，针对不同网络设备采取有效措施，避免和减少雷电对电网的危害。