变电站二次系统防雷分析

变电站二次系统防雷分析

方敏

(灌南县供电公司江苏灌南223500)

摘要：变电站二次系统是电力系统中重要组成部分，其是否正常运行对电网的安全可靠性有着直接的影响。由于变电站二次系统的耐雷能力较低，雷电波极易侵入，进而使得二次设备出现损坏，会造成较为严重的后果；如何采取有效的防雷保护措施避免变电站二次系统发生雷击事故，已经成为电力系统发展建设中亟需解决的实际问题。基于此，本文围绕变电站二次系统防雷问题进行了分析。

关键词：变电站；二次系统；防雷措施

在我国国民经济实现不断发展的现阶段，电力系统也随之进行了改造升级，电压等级实现提高，变电站数量逐渐增多，且其综合自动化水平也显著提升，随着人们用电需求的增加，其对电网运行质效也提出了越来越高的要求。从变电站的运行实际情况来看，其中二次设备极易受到雷击危害，导致设备损坏、通信中断、系统退出等后果，对于电力系统的安全可靠稳定运行构成了严重的威胁，因此要对变电站二次系统的防雷问题予以高度的重视。

一、雷电入侵变电站二次设备的途径

二次系统，实际上指的是变电站内部及调度大楼内保护系统、通信系统、自动化系统、电源系统、计算机网络设备及监控系统、空调等辅助设备；雷电侵入变电站二次系统如下图1所示。雷电入侵变电站二次设备的途径主要包括以下三种方式：

（一）经过弱电系统的电源线进入

当发生雷击的时候，雷电波侵入首先会到达变压器，这时变压器高压一侧的避雷器会开始动作，迅速的将雷电流引入到大地当中，但是由于残压较大，使得变压器高压一侧的电压Ug也较大，当变比为K时，此时低压一侧的电压Ud（Ud=Ug/K）同样会很大，使得二次系统设备的绝缘水平发生损坏。

（二）经过弱电系统的信号控制入线进入

当雷电流经过导线进入到大地时，由于雷电流过大，其使得周围很大范围之内产生较强的电磁感应，而在导线之上形成了不同的电压降，过电压由此产生，这种过电压同样会损坏变电站二次系统设备的绝缘。

（三）经过弱电系统的接地线进入

通常情况下，当发生雷击事故的时候，其一般会先击中避雷针和避雷线，然后顺着接地引下线将雷电流迅速的引入到大地当中；但是大地泄流往往需要一段时间，无法在瞬间完成，雷电流在大地中存在一个泄放的过程；再加之大地自身的电阻较大，且雷电流引入点到不同点的电阻大小也不同的，当雷电流幅值较大时，就会产生较大的电位差，对变电站二次系统造成反击，使得弱电系统发生误动作或被击穿。

图1雷电侵入变电站二次系统示意图

二、变电站二次系统的防雷保护措施

（一）改变二次系统的接地方式

接地是变电站二次系统避雷的重要环节之一，无论是直击雷还是感应雷，其都可以通过接地网引入大地，可靠接地能够有效的防止电涌电压对变电站二次系统中的设备造成损害。改变变电站二次系统的接地方式，实际上是在避雷器、构架避雷针和主设备的接地部分增加垂直接地极或者是放射状接地极，从而改变冲击电位的分布。通常情况下，变电站地网所采用的是联合地网，当工作频率＞300kHz或采用长接地电缆的接地方式情况下，应配以多点接地的方式，其示意图如下图2所示。

图2多点接地示意图

从图2中可以看出，设备内电路将机壳作为参考点，而各个设备的机壳又将地作为参考点，这样的接地结构可以提供较低的接地阻抗；这种接地结构优势在于多点接地，每条地线的实际长度较短，多跟导线并联还可以有效降低接地导体的总电感，进而避免高频时接地系统的驻波效应。将变电站中的全部导电体均进行接地，包括防雷接地、交流接地、工作接地等，同时敷设一个统一的接地网，增加接地体，这样能够更好的满足变电站二次系统的防雷要求。

（二）安装电涌保护器

电涌保护器是电子设备防雷中十分重要的一种装置，也被称之为是“避雷器”或“过电压保护器”。电涌保护器能够在最短的时间中将被保护电路连入到等电位系统当中，使得设备各个端口等电位，并将电路上的雷电电流引入到大地当中，从而有效的降低设备各接口端的电位差，最终起到保护设备的作用。

电涌保护器的原理：当出现过电压的时候，瞬变电压抑制二极管（TVS）作为速度最快的元件，其会最开始发生动作，泄放电流，同时将输出钳位在其截止电压上，防止过电压对设备造成损害。当加在TVS上的放电电流随着幅值的上升而使充气式放电器（GDT）两端的电压超过了其点火电压（UC）的时候，也就是US+ΔU≥UC，GDT会发生泄放电流动作；这时的GDT处于低阻状态，在其两端仅有10—30V的电弧电压，保护TVS不会被烧毁。

下图3是电涌抑制器在交流电路中接入方法示意图，其中压敏电阻V1可对差模干扰进行旁路抑制，V2和V3可对共模干扰进行抑制。安装电涌保护器对于变电站二次系统设备上的电压实现了有效的降低，从而防止电涌电压对设备造成冲击破坏；而压敏电阻一方面限制了电压进入设备，另一方面还最大限度的旁路了大电流。

图3电子设备MOV的接法示意图

（三）改善接地网电位分布

改善接地网电位分布，实际就是将设备内部和外部的防护装置连接成等电位，避免出现高电位差的现象，从而防止对设备造成损坏。对于变电站的接地网而言，在条件允许时应尽可能的选用方孔地网，实现对地电位分布的改变。其次，应立足于地电位分布均匀的角度对方孔地网的网格大小予以考虑，避免出现局部电位升高的问题，同时还需要在避雷器、构架避雷针和主设备接地部分中增加垂直接地极或放射状接地极，从而对冲击电位的分布予以改善，防止高压向低压反击进而打坏微机电源设备或低压控制回路。另外，在电缆沟中还需要设置与其相平行的水平均压带，目的是为了改善电缆沟的电位均匀，从而防止因地电位不均造成对二次回路的干扰。

（四）完善二次系统的屏蔽

完善二次系统的屏蔽，这是变电站二次系统防雷保护有效的措施。屏蔽工作实际上是将雷电电磁脉冲从空间感应入侵的通道进行阻断，借助屏蔽材料减少或阻止因电磁能量在空间传输而造成的干扰问题。对于变电站的二次设备而言，其通常所采用的都是半导体器件和集成电路，其在较高电压的条件下十分脆弱。采取屏蔽的方式能够有效的保证电子设备的安全稳定运行；变电站中的二次电缆采用屏蔽电缆，在雷电活动的过程中，能够有效的防止在二次回路上产生感应过电压或静电感应。需要注意的是，对于弱电设备而言，其一般无法实现全屏蔽，而仅靠单一的屏蔽又无法实现预期的效果，因此可采用多重屏蔽。

三、结束语

综上所述，雷电对变电站二次系统所产生的危害主要包括直击雷过电压、感应雷过电压、雷电浪涌过电压、地反击过电压等；从雷电入侵变电站二次设备的途径来看，其主要有经弱电系统的电源线、弱电系统的信号控制入线、弱电系统的接地线进入这三种途径；变电站二次系统的防雷保护措施可采取改变二次系统的接地方式、安装电涌保护器、改善接地网电位分布和完善二次系统的屏蔽等方式，确保在雷电天气时变电站二次系统能够实现安全运行，从而保证电力能源正常的输送，使得人们在这种天气下正常生活与生产，提供了有力的保障。

参考文献

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