变电站二次系统防雷--浪涌保护器SPD的配置

变电站二次系统防雷--浪涌保护器SPD的配置

李登文

李登文

新疆宏远电力设计院（有限责任公司）新疆乌鲁木齐市830000

一、变电站二次系统采取防雷措施的背景

变电站设备处在一个强、弱电系统形成的错综复杂的电磁环境中，雷电闪击、高压开关设备的操作切换、一次设备短路接地、二次回路切换、人员及邻近物体的静电放电和无线电辐射等产生的电磁干扰可能通过各种耦合进入二次系统形成浪涌和过电压，可能引起系统控制混乱，甚至损坏设备。

雷电入侵变电站及站内二次设备有许多种途径(如图1所示)，但最后都转变为浪涌过电压。浪涌过电压是造成二次设备损坏的最直接原因，减小和抑制浪涌过电压是保护二次设备的主要方法。

一般变电站的雷电侵害有以下四种主要形式：

1)直击雷；

2)感应雷；

3）传导雷；

4）地电位反击。

下面是变电站二次系统防雷研究专业人士在广州、海南、广西电网做出的长达2年的调研资料：

由此可见，虽然当前变电站中所采用的防雷措施(外部避雷一避雷针、避雷器、接地网)是可靠的，但其主要是针对于一次设备防直接雷击。大量的调查结果显示，单靠传统的避雷针、避雷带等外部避雷设施已不足以防护雷电或开关过电压对二次设备及微电子设备的冲击。变电站的一、二次防雷保护必须形成一个完整的防雷保护圈。

二、变电站二次设备防雷设计方案能量，其余的50％要通过建筑物本身的金属结构件、电源进线、通讯信号线、天馈线、网络线进入建筑物内部。

为了使建筑物内的人身、设备不受雷击、浪涌过电压的危害，必须做防雷保护。防雷设计就是为被保护设备构建一个均压等电位系统，通过所安装的电涌保护器逐级把雷电电流泻放人地，达到真正保护设备的目的。

无论雷电过电波从任何途径入侵，都必须在最短的时间(纳秒级)内，就近、就地的将被保护线路及设备接入等电位系统中，使线路和设备各个端口等电位。

现代意义的防雷，其工作重点已经从以建筑物为重点保护对象，发展到以电子信息系统为核心的保护，强调综合治理、整体防御、分级泄流、层层设防的思路，把防雷看成一个系统工程。

下面主要讨论一下浪涌保护器SPD的配置方案：

1、交流电源的防雷

电源部分采用三级防雷。

变电站的站用电源一般是通过两台站用变，输入到交流屏内，然后整流后供给相应的控制、保护回路所需的供电电源，由于此线路均由室外输入，不带铠装，非常容易感应到大的雷电流，而且能量也比较高，因此，第一级防雷器必需能够抵挡该雷电流带来的能量。建议在主控室1#、2#交流屏输出侧各安装一套385VAC三相电源防雷箱，从三相电源进线侧引线上安装。其最大通流量可达到100KA（8/20us），可将大部分的雷电流泄放入地。

第二级电源防雷器采用C级电源防雷器，并联安装在变电站主控楼内独立的二次交流屏各段母线、充电机屏的交流输入侧，各安装一套，最大放电电流可达40KA（8/20us），主要作用是进一步将电源线引入雷电导致的过电压限制到对设备无害的水平。并且防雷器前要串联空气开关。

第三级电源防雷器采用单相交流防雷器，安装于远动屏、后台、小电流接地屏等的交流电源输入端，对远动屏、及后台设备提供足够的保护。

另外，由于远动屏、后台等处设置了大量的远动机、服务器、光端机等精密设备，为提高此类设备的安全指标，建议在这类设备的前端加装精细保护防雷器，将浪涌过电压进一步限制在设备允许的范围内。

2、直流电源的防雷

根据电网公司变电站二次设备防雷规范的要求，防雷器应该安装在不同防雷区域的交接处，所以，在设计直流电源系统的防雷措施，主要是考虑在直流馈电屏、直流分电屏、通信室直流屏等设备KM、HM母线端安装C级直流电源防雷器，避免雷电过电压通过直流电源线路侵害设备。

另外，对直流屏48V电源输出端需要配置直流防雷器。

3、信号线路防雷

（1）远动通信线路的防雷

从控制室远动屏至通信屏的通信，主要是通过语音信号线或RS232信号线，所以应根据现场的实际情况配置不同的防雷器，若采用语音信号线，则应配置OBOFLD12/2，若采用RS232接口，则应该配置OBOSD09-V24T/09.

从远动屏至其他屏柜的通信线路，如至GPS设备、小电流接地屏、测控屏等的通信端口，应在远动机的RS232接口处设置防雷器。

（2）通信线路的防雷

从35kV（10kV）高压开关室到主控室的通信线路（如RS232、RS485、CAN总线等），应在两端相应屏柜处安装通信线路防雷器，避免线路上感应的过电压窜入设备内部。型号为若为RJ45接口，应配置型号为RJ45S-E100/4-F，若采用CON网或LAN网连接，则型号为FLD12。

（3）录音电话线路的防雷

在录音电话线路上，应配置信号线防雷器。

4、GPS时钟天馈线的防雷

GPS时钟设备内部存在大量的精密电子元器件，而时钟设备的同步准确性对整个变电站的运行维护具有非常的重要性，所以，在GPS时钟天馈线输入端，配置天馈线防雷器，可以有效阻止浪涌过电压通过天馈线系统侵入时钟设备内部，保证设备的正常运行。

5、“五防”到“监控”系统通讯端口防护

综合自动化站中，“五防”系统与“监控”系统通过一个标准RS232接口实现通信，雷电过电压可能在此线路上感应出浪涌过电压，造成设备端口的损坏，因此，需要在其端口处配置OBOSD09-V24/9。

6、PT回路防雷方案

PT回路的线电压一般为100V，换算为相电压U＝100/1.732=57.7V。PT回路按线路一般分4极PT回路和2极的PT回路。在PT回路（110kV母线PT汇控柜内、并联于空开出线端）安装防雷器可以抑制由PT电缆引入的浪涌过电压，确保后端设备的安全，同时防雷器动作时不会使后端设备断电，以免引起继保装置的误动作。

7、监控系统防雷方案

从变电站现场各监控点引入的监控视频线、控制线等，应在监控屏内相应的输入端（视频线路、控制线路、电源输入端）配置相应的防雷器。

参考文献：

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[2]陶玉郎,冯建伟,张其林,申元,侯文豪,姜苏,王梦寒.基于FDTD方法的垂直接地体冲击时-频特性分析[J].电瓷避雷器.2018(01)

[3]赵丹丹,肖嵘,司文荣,韩政,张嘉旻,周越,郭洁.温度对金属氧化物避雷器(MOA)特征参量的影响及修正方法探讨[J].电瓷避雷器.2018(01)