变电站二次设备防雷措施的探讨

变电站二次设备防雷措施的探讨

刘宝荷

（广东电网有限责任公司韶关供电局512000）

摘要：随着计算机技术的普及，信息网络系统的建立和应用，电力系统自动化程度正在不断的提高。但是电子设备的集成化程度提高的同时，其耐受冲击过电压的能力也随之降低，因感应雷造成的二次设备损坏而危及运行人员安全的事故也逐年增加。本文主要针对变电站二次设备防雷措施进行深入探讨，以供参考。

关键词：变电站；二次设备；防雷措施

1雷电流在接地网的分布特点

变电站或输电线路遭受雷击，会有雷电流经由避雷针、避雷器或避雷线的接地引下线流入地网。由于地网接地体阻抗，特别是感抗的作用，使得在雷电流小的地网电位分布极不均匀。而地网接地体上的电流随时间的变化率很大，也使得地网附近的二次线上产生较高的感应电势。分析雷电流在接地网上的分布，可采用π型分布参数电路，单根单元接地体的π型等效电路如图1。

图1单根单元接地体的π型等效电路

其中电阻RO，LO，CO，GO为接地体的电阻、电感、电容和电导参数。接地体的材料一般为扁钢，其电阻率PO-7=1.0×l0Ω/m，设其等值半径a=8mm，其LO=1.7μHm，取雷电流波头时间Tt=2.6μs，其等值角频率：

由此可得：

由2式可知，ROωLO，因此，在雷电流下接地体电阻

RO可以忽略不计。

对单元水平接地体：

式中：p———土壤电阻率；

ε———土壤介电常数：

l———接地体长度，m；

r———接地体等值半径，mm；

h———接地体地埋深度，m。

在雷电流作用下，地网电流分布以电感起决定作用。

图2分段互感回路

对于一个闭合回路，其自感包括内自感和外自感，在雷电流作用下，由于钢的磁导率很大，趋肤效应很强，使其内自感下降到原来的1%以下，为外自感的2%以下，所以内自感可以忽略不计。对图2的分段互感回路，进一步简化，认为2段①和②的积分长度11k=12k=L，等效半径为r，则自感为：

对整个接地网，每段接地体都可以用LGC组成的二型电路表示，同时还要考虑平行接地体之间的互感M1k，2k，对交叉平行的接地体之间的互感可忽略不计，相互垂直的接地体之间的互感为0。以接地网的自然风格所形成的网格为计算网络，根据接地体参数，可以列出接地网的状态方程，利用龙格一库塔法进行求解。

2变电站二次设备防雷技术措施

2.1接地与均压

接地是提高二次设备防雷水平最普遍的方法，主要是因为其最直接、最有效的进行了防护，雷击产生的瞬间过高电流均可通过接地网导入大地，可靠的接地可有效的消除过高电压对二次设备造成危害。防雷规范中要求不同接地网接入不同的电阻值，考虑到供电公司的经济效益，最好降低接地电阻，这样能够有效限制地电位的升高。考虑到地面电位要求其均匀分布，因此接地网最好采用方孔地网，其网格大小要使的地电位分布均匀，防止局部电位升高。接地与均压是共同进行的，所谓均压就是设置一闭环的接地母线带在同一层面、同一房间内的四周，将房间内的所有设备与管道等应分别直接就近牢固的连接到接地母线上，各点保证等电位。

2.2屏蔽

屏蔽主要是防止任何形式电磁干扰。屏蔽可以达到限制某一区域内部的电磁能量往外传递和防止或降低外界电磁辐射能量向内转递。屏蔽分为三种，电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。

（1）电场屏蔽或称为静电屏蔽，可以消除和减弱静电电场的干扰影响。

（2）磁场屏蔽分为低频屏蔽和高频磁屏蔽两种，可有效地消除或减弱由电磁波耦合产生的影响。

（3）电磁场屏蔽，一般用于电场、磁场同时存在的高频电磁场辐射区。对于雷电电磁脉冲在远场情况下是作为平面电磁场传播的。因此，应同时考虑电场和磁场的屏蔽。

2.3分流

分流是以层次性原则为原则将雷电流能量向地面泄放。层次性原则就是依据所划分的防雷保护区分层分级对雷电能量进行泻放。将多余能量在到达信息系统之前全部泄放掉或是达到标准水平之下。采取分流主要是由于雷电过电压的能量很大，采用单一的措施或一道防线不能达到消除危害的目的，结合实际情况，采取多级防护措施才能保证变电站的安全运行。

2.4采用中合变压器对避雷器残压进行衰减

当输电线路接到二次设备时，按照规定，在电网端必须加避雷装置。当雷击中避雷器后，在避雷器上会产生一个残压。由电磁感应定律可知，雷击时，在二次设备端可产生约为1.3kV高的残压。由于存在这么高的残压，会导致用电设备击穿、设备烧坏，甚至可能威胁到使用用电设备的人的人身安全。为解决此问题，在电网与二次设备之间加装中合变压器。中合变压器如图3所示，由一环形铁心和绕在铁心上的线圈组成。中合变压器的左端接电网线路，右端接二次设备。由于中合变压器的铁心为环形，根据右手定则，铁心上的互感大小相等，方向相反，则可认为相互抵消，在铁心里无互感，但仍存在着2倍的自感。

图3中合变压器原理图

根据中合变压器的原理可知，变压器铁心无互感，在电网处避雷器动作后的残压可达1.3kV，由于无互感的存在，虽然中合变压器两

端的电压为原来的2倍，但在用电户端无感应电势，可能存在的残压只有约0.2kV左右，这与用电设备的额定电压相接近，对用电设备不造成威胁。电路如图4所示。

图4加装避雷器及中合变压器的电路图

3结束语

本文主要研究了变电站二次设备防雷保护的相关内容，并从多个角度对变电站二次设备防雷保护的具体策略进行研究。总体而言，变电站二次设备防雷保护是一个复杂的工作，其技术要求水平高、涉及面广，这就要求相关人员在实际工作中能充分了解不同技术的应用范围与操作要点，在了解变电站二次设备防雷保护的基础上，制定出相应的防雷保护措施，为全面提高变电站运行质量奠定基础。

参考文献：

[1]田志岗.变电站二次系统防雷接地及现场测试方法研究[D].西华大学，2013.

[2]杨柳萍.关于变电站二次设备综合防雷技术的探讨[J].广西电业，2014，Z1：108-111.

作者简介：

刘宝荷（1992.03.24），性别女；籍贯韶关；民族汉族；学历本科；职称：无；职务：变电站值班员