变电站综自系统防雷保护问题及措施探讨

变电站综自系统防雷保护问题及措施探讨

王攀苏健王海

变电站综自系统防雷保护问题及措施探讨

王攀苏健王海

（国网山东禹城市供电公司）

摘要：变电站综自系统是电力系统的重要组成部分，随着电力系统自动化、智能化的高速发展，雷电对变电站综自系统设备的危害越发突出，由于其耐雷水平低，雷电波的入侵容易导致变电站综自系统的损坏，从而对电力系统的正常运行带来极大危害。

关键词：变电站综自系统；防雷；问题；措施

一、雷击对变电站的入侵途径及方式

雷电从形式上可分为直击雷、传导雷和感应雷。雷击对电力系统的危害是非常巨大的，下面以雷电三种形式对电力系统的危害进行详细说明。

1.1直击雷引起的反击过电压

当雷电直击变电站独立避雷针或线路遭受雷击后，雷电流会经避雷针或线路上的避雷线流人接地网，如果接地网的接地电阻偏大或接地网的均压效果不好时，在强大的雷电流作用下，会使接地网的局部电位显著抬高，并由此导致电地位对设备反击而损坏设备。从安全及运行稳定等角度来考虑，电气设备必须接地，如果雷击时，设备的接地线路为高电位，而设备的某处因某种原因为低电位，则地线对设备上该点的电位差全部由设备承受，这实际上是地线对设备某点的过电压，该过电压也是轻则使设备加速老化，重则直接将设备损坏。这里必须说明的是，地反击是设备接地线对设备某点的电位差，如果，设备不存在低电位点则不存在电位差，单是地线高电位只能说是“水涨船高”，没有电位差也就没有过电压，当然设备也就不会损坏。

单独的一台设备与外部没有任何导体连接时为高阻状态，此时，设备接地线为高电位，也不会存在电位差。一般来讲设备接地线高电位对设备外接的配电线路、通信线等有电位差。对于电力系统来讲，因采用共用接地方式，不存在地与地之间反击，但地线对电源线、通信线之间是存在反击的。

1.2感应雷引起的过电压

感应雷是指雷击产生的感应电磁场，该电磁场通往综自设备的各种线路感应到过电压，该过电压直接传到设备，该电磁场也可使设备内的Power板上的线路或器件感应到过电压，使设备损坏。实验表明，设备（包括设备近距离的连接线）处在2.4GS的电磁场中时设备会永久性损坏，设备处在0.07GS的电磁场中时设备会产生误动作。因此，雷电电磁场的危害最终还是使设备及线路感应到过电压。对于电力系统来讲，电力建筑物内的钢筋（当作引下线用）、变电站电缆沟内进出高压开关场的各种线路都是雷电电磁场的产生源。特别是通信线路由于变电站的通信电缆出线较长，感应雷电通过通信线路侵入，以很高的电压直接加在二次设备上，该过电压轻则使设备加速老化，重则直接将设备损坏。对于电力系统来讲，RJ45网线、GPS及微波载波等馈线等都是引入雷电的通信线路。

1.3配电线路引入的雷电过电压

雷电波通常是通过变电站临近的线路侵入母线，再经过变压器高、低压绕组间的静电和电磁耦合，进入低压出线，途中经过了线路避雷器，母线避雷器等多级削峰，再经过变压器低压出线的平波作用，电压幅值大为下降。但由于雷电波的波峰幅值和能量很大，虽然雷电波在经过上述避雷器后，大部分能量得以消除，但仍有部分雷电波以幅值相对很高且作用时间很短的低能量尖峰脉冲的形式通过变压器的低压出线，加到变电站内所有的380V交流回路中。

二、变电站综自系统防雷措施

目前，电子设备的防雷手段主要采用分流、接地、屏蔽、等电位和过电压保护等方法。

2.1分流

利用避雷针、避雷带或避雷网等将雷电流沿引下线安全地泄放流入大地，防止雷电直接击在建筑物和设备上。

2.2屏蔽

屏蔽就是把雷电电磁脉冲从空间感应入侵的通道加以阻断，利用屏蔽材料阻止或减少电磁能量在空间传输造成的干扰。变电站的二次设备中，大量采用半导体器件和集成电路，这些电子和微电子器件在较高电压下十分脆弱。故采用屏蔽的方式阻挡或衰减电磁脉冲的能量传播，保证电子设备的正常和安全运行加强变电站的电磁屏蔽，防止雷电活动时产生的静电干扰和雷电放时造成的磁场干扰对变电站综自系统的影响。

2.3等电位连接

在变电站综自系统中，为保证其稳定可靠的工作、保护设备和人身安全，解决环境电磁干扰及静电危害，需要一个良好的接地系统，采用接地和等电位连接方式。所有引入和引出被保护空间的电源线和通信线路，或其他导体都要进行等电位连接，依据IEC51312-1说明，等电位连接的目的，在于减小保护区间内各金属部件和各系统之间的电位差。因此变电站综自系统应接入变电站等电位地网中。

2.4通过防雷器接地接地

防雷器又称电涌保护器（SPD）是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置。防雷器的作用就是在最短时间（纳秒级）内将被保护电路连入等电位系统中，使设备各端口等电位。同时将电路上的雷电电流引入大地，降低设备各接口端的电位差，达到保设备的目的。电涌保护器典型原理如图1所示。当过电压出现时，瞬变电压抑制二极管（TVS）作为速度最快的元件首先动作，开始泄放电流，并将输出钳位在其截止电压上，有效地防止了过电压。对设备的损害。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）两端电压超过其点火电压时，GDT动作，也开始泄放电流。此时GDT呈现低阻状态两端仅有10到30V的电弧电压，因此可以避免因过电压持续时间较长而将TVS烧毁。

综合自动化系统的通信信号线是与外界实现通信联系的主要途径，这些与外联系的通信线路与保护室内的综自设备相接，如果是架空敷设的，遭受雷击的概率非常大。变电站主控室的通信线路主要有：载波线、光纤、RJ45网线等，以上的连接电缆时常会受到感应雷的影响，较易感应到电流，并且没有安全、有效的防雷保护措施。因此对于上述信号线应采取不同的防雷器。

2.4.1载波线路防雷

变电站信号系统的防雷，主要是针对远动通道的传输线路进行雷电防护，目前在各种变电站的远动系统中，传输的媒介包括载波、音频电缆、光纤等。因此，对通道的防雷，必须根据现场的特点分别进行防护。根据载波设备接口类型的不同选择不同的防雷器，比如在远动屏至通道的两个Modem输入端配置信号线防雷器。

2.4.2远动通信线路的防雷

从控制室远动屏至通信屏的通信，主要是通过网线或RS485信号线，所以应根据现场的实际情况配置不同的防雷器。从远动屏至其他屏柜的通信线路，如至GPS设备、测控屏等的通信端口，应在远动机的RS485或RJ45网线接口处设置防雷器。

2.4.3GPS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。

结语

变电站综合自动化系统是电力系统的重要组成部分，综合自动化系统遭受雷击对电力系统的稳定运行产生了极大危害，通过分流、屏蔽、等电位连接、通过防雷器接地等措施，确保在雷电活动时变电站综自系统的稳定运行，对日后变电站的综自系统防雷具有重要意义。

参考文献：

[1]于菲.阳煤二电电气综自系统防雷接地现状分析与处理[J].中小企业管理与科技（下旬刊）.2013（05）

[2]蒋志华.变电综合自动化系统防雷措施应用探讨[J].中国新技术新产品.2010（01）