变电站二次设备防雷保护及过电压保护探讨

变电站二次设备防雷保护及过电压保护探讨

邹军圣

（新疆锦龙电力有限责任公司新疆奎屯市833200）

摘要：变电站的稳定可靠运行关系到电力系统的总体安全运行，但变电站极易受到雷电过电压以及系统过电压的影响，特别是雷电以及系统过电压对变电站二次设备的影响后果更加严重，为了确保变电站安全运行，有必要加强对变电站二次设备的防雷保护和过电压保护，以保证电力系统总体安全可靠运行。

关键词：变电站；二次设备；防雷；过电压；保护

一、二次设备防止雷电过电压必要性

变电站中的二次设备工作环境是一个具有高强度干扰的电磁环境。除雷电的冲击外还有操作高压设备所带来的干扰，特别是当带电的一次设备出现故障以及变电站邻近送电线路发生故障，都会产生对二次系统造成损害的过电压或者是电磁冲击，有可能影响自动化设备的控制，造成控制紊乱，甚至造成损坏设备，对电网的安全稳定运行和用户的供电可靠性造成一定程度的影响。此外，雷电作为自然界强烈过电压的释放，发生直击设备的可能性不大，一般以行波入侵或者是产生干扰电压间接地损坏设备。如果，雷电击中避雷针等构件，使地网的电位升高，在接地点可能产生较大电位差。地下二次电缆会分流一部分泄放的雷电流，从而在缆芯间和芯地间制造干扰电压，对设备造成影响。

二、变电站二次设备防雷保护和过电压保护

变电站的二次设备，包括站内保护设备、自动化设备、通信系统、计算机网络设备及监控系统、交直流电源系统等是在一个干扰强度高的电磁环境中运行的，一般仅做了接地处理，其耐雷及耐过电压水平较低。多年的运行经验表明，现时变电站二次设备所损坏的部位，大部分是远动及监控设备的通信接口、电源接口板、微机保护装置电源接口板、计算机电源接口等部位，因此可认为变电站二次设备遭雷击的主要原因是电源线感应雷、信号线感应雷，本文针对这种感应雷提出相应的防雷保护措施。

1、电源系统的防雷保护

安装在变电站内的通信调度自动化系统大多采用交流电源或直流电源为其设备供电。在其整流环节，一般有较大容量的滤波电容，对瞬态过电压冲击有一定的吸收作用，站用变压器低压侧到站用馈电屏用的是屏蔽电缆且设备都有良好的接地，运用现代防雷技术来分析，必须增加回路的分流措施。因为其工作接地、保护接地都与其它电气设备采用同一接地装置，而且设备都处于LPZOB区，电磁脉冲强度相对较强，在站用变低压侧虽然有防止线路侵入波的避雷器，但残压高，使得在变电站遭受雷击时，通过线路耦合和地电位升高而造成的反击过电压依然存在，而且高压侧的残压高达几千伏，因此必须对这些调度自动化设备的供电回路进行过电压保护。电源系统的防护主要是抑制雷电及操作在电源回路上产生的浪涌和过电压。根据雷电防护区域的划分原则，变电站内二次设备供电系统感应雷电过电压的防护可以分级进行分流保护。第一级防雷保护一般采用具有较大通流容量的防雷装置，可以将较大的雷电流泄散入地从而达到限流的目的，同时将过电压减小到一定的程度；第二、三级防雷起限压作用，用具有较低残压的防雷装置，可以将回路中剩余的雷电流泄散入地，达到限制过电压的目的，使过电压减小到设备能耐受的水平。由于变电站多建在较为空旷的区域，电磁强度相对较强，电力线路和通信电缆很容易遭受到感应雷电的袭击。感应过电压沿着电力线路和通信线路进入设备，从而将设备损坏。因此，交流母线处加装第一级电源防护是为了保证整个控制室的安全，并且将80％的过电压泄散到大地，起到初级保护的作用。但在交流馈线上仍有部分过电压和第一级电源防雷的残压加在线路上，因此必须在重要的交流馈线处，如直流充电屏、UPS等，进行第二、三级电源防护，从而将过电压抑制到后端用电设备能够耐受的水平。

2、通信接口的防雷保护

通信接口过电压防护同电网供电系统相比，此回路对过电压的敏感程度要高得多，且这些设备在有过电压的情况下显得非常脆弱，设备的绝缘耐受水平也相当低。与这些设备相连的有信号线、数据线、测量和控制线路，并且这些线路基本上是处于LPZOB区域，也有穿过LPZOA区域的，线路上的感应过电压相对较强，根据IEC（InternationalElectroTechnicalCommission，国际电工委员会）的测试，当磁感应强度增大到0．07Gs时，微型计算机设备将产生误动，丢失数据；而且这些回路运行的安全与否直接关系到一次系统设备的安全，因此必须对重要回路的接口进行过电压防护。变电站微机远动装置采用分布分散式结构，由遥信模块、智能遥测模块、智能遥控模块、智能遥调模块组成。各单元模块都装设在不同的自动化屏内，模块之间通过接口或现场总线进行通信，这些接口线路都处在室内，设备接口线路的距离较短，因此不会感应到较强的过电压，但是各自动化设备与其它二次设备，如测量单元、计算机等都有电气连接，当其它二次设备感应到很强的感应过电压时，将会反击到这些自动化设备的通信接口上，从而使设备接口电路损坏，因此有必要在这些设备的接口上加装信号避雷器。变电站电能量计费系统采用多功能电子电能表进行电能量采集，电子电能表承受过电压的水平极低。由于电能表与站内微机远动设备的通信线路较长，又处在LPZOB区域在变电站附近或变电站遭受直接雷击时，将感应出较强的感应过电压。为了防止设备的损坏，在靠近电子电能表的端口加装信号避雷器。此外，电子电能表采集器的MODEM由电话线将数据传送到远端，由于电话线路从室外引入，线路上感应到的感应雷电流相对较强，容易将调制解调器设备的接口损坏，因此必须在调制解调器的电话线路接口处加装一个接口信号避雷器。变电站基本采用无人值守，对一次回路的各种保护、测量、控制、调节信号通过光纤、数据通信网络或载波向远方传送数据。如果采用载波，由于载波机与微机自动化装置的信号连接线路相对较长，在变电站附近或变电站遭受直接雷击时，处在LPZOB区的通信线路将感应出较强的感应过电压，因此必须在靠近微机自动化装置的信号接口端加装信号避雷器，同时处在LPZOB区并延伸到LPZOA区的通信线路非常容易感应上雷电过电压，也必须加装信号避雷器。

3、过电压保护方案实例

110KV双河变电站位于古尔图河水电站与新疆锦龙电力公司电源的联网节点，靠近古尔图河水电站电源一侧。当电力系统发生振荡或者古尔图河水电站电源与系统解列时，双河变电站所变电压瞬间升高发生畸变，造成直流充电模块和通信管理机多次损毁。根据笔者的提议，在110KV双河变电站直流充电模块控制回路中串接JL-410型三相过电压保护器；三相交流母线并联ZGSD60型三相电源浪涌保护器；将通信管理机接改接直流逆变电源供电，与交流电源隔离。技改后一年多来运行良好。

目前随着人们对变电站二次设备防雷保护及过电压保护重要性的认识和重视，一些新的变电站二次设备防雷保护和过电压保护日益完善，二次设备防雷水平达到了一个新的水平。但是由于受到技术和材料的限制，目前还不能达到使二次设备100%防雷效果，只能尽量降低二次设备受到雷击危害的概率。要积极探索新的防雷措施，不断提高综合自动化变电站二次设备的防雷水平，最终使变电站能够安全可靠运行。

参考文献

[1]薛治亚.探讨变电站二次系统防雷措施[J].广东科技,2008,(7).

[2]陈必赤.浅析变电站综合自动化系统防雷[J].赤峰学院学报(自然科学版),2008,(6).