浅析变电站二次防雷

浅析变电站二次防雷

张超

内蒙古电力（集团）有限责任公司锡林郭勒电业局 内蒙古 锡林浩特市 026000

摘要：雷电入侵是电力系统二次系统受损的主要原因，主要针对变电站二次设备的防雷进行研究和分析，并对雷电对变电站二次设备的危害以及变电站二次系统防雷的不足加以说明，最后对变电站二次设备防雷保护提出系统的防雷保护方案。

关键词：雷电；变电站；二次系统；防雷保护

1变电站二次系统简述
  变电站的二次设备系统必须在一个相对抗干扰能力强的电磁环境中才能安全运行。除了二次系统内的带电一次设备、操作过电压、邻近变电站带电和送电线路等几方面的故障外，其他的系统故障都会对变电站二次系统的二次设备系统造成相应程度的损害，其产生的过电压威胁和操作二次系统信号流的电磁冲击，容易引发变电站二次系统的二次设备系统的管理和控制上的混乱，不但使得相应的设备受到损害，而且雷电冲击必然引起变电站二次系统产生过电压，导致变电站二次系统的微机和自动化系统损坏。
  2变电站二次系统的防雷保护的必要性
  随着变电站二次系统集成电路的规模化的使用，电子元器件也实现本身性能的提高。但因为变电站二次系统的抵抗电磁干扰、过电压及雷击的能力十分脆弱，所以随着二次系统的综合自动化的建设完成和继电保护的微机化改革，二次系统的电子化程度越来越普及，若不能选用科学、合理的雷击防护措施，这些脆弱的变电站二次系统可能会因为遭到雷击而无法正常运行，影响了自动化设备的正常工作，成为电力系统正常运行的安全隐患。

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3变电站二次设备遭受雷击的主要危害

3.1设备老化和破坏

变电站二次设备主要有控制装备和继电保护装置

等。这些设备电子集成度高，对雷电敏感。雷击时设

备两端形成的电位差，对二次设备破坏很大。同时，

二次设备相对昂贵，一旦损坏，将造成巨大经济损失。

3.2丢失设备数据

变电站自动化程度高，可自动保存维持设备运行

和维修的重要数据。一旦变电站出现故障，设备内的

重要数据因未能及时保存而丢失，增大了电力调度工

作压力，增加了安全隐患，降低了经济效益。

3.3供电范围内大面积停电

雷击损坏二次设备，将造成整个供电系统瘫痪。雷

击后，控制设备极易出现误操作，高压开关发生跳闸，

无法发挥控制作用，进而影响供电范围内人们的生活。

4雷击途径
  4.1电源线引入雷电
  雷电引起的瞬时高电压，如果不加遏制，直接由电源线引入自动化系统，会影响其电源模块正常工作，使各功能模块的工作电压升高而工作不正常，严重时甚至会损坏模块，烧坏元器件。
  4.2信号线引入雷电
  信号线是自动化系统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机房终端设备相接，如果是架空敷设的，遭受雷击的概率比较大。变电站接入自动化系统的通信线路主要有：载波线、RS232、RS485信号控制线、CAN网电缆连接到后台监控主机、RS422连接到10kV馈线保护测控装置、电话拨号音频与MODEM相连接线，这些通信电缆出线较长，应雷电通过远控系统电缆及信号电缆侵入，以很高的电压直接加在二次设备上，击毁通信端口或引起设备集成电路芯片损坏。
  4.3GPS馈线引入雷电
  站内的时钟同步GPS系统有馈线与设备相连，最容易遭受雷击，雷电流直接沿馈线输入站内，直接作用于时钟同步GPS系统，会损坏系统内部设备端口。
  4.4接地不规范
  由于接地不规范，不同接地点之间雷电时易形成较高的电位差，产生的电磁干扰会影响自动化系统的运行；同时，雷电引起的地电位升高，通过设备的接地线引入自动化系统，此过电压同样会损坏各种功能模块。
  5设计变电站二次系统防雷保护的原则
  （1）将建筑物的配电入户处加装相应的电涌保护器，其低压配电为第一级，其防雷保护采取电涌保护器一定要可以承受真实的雷电冲击和电流冲击；
  （2）按照划分雷电保护区的相关规定，变电站二次系统的建筑物外部属于暴露区，暴露区里的设备极易遭受雷击发生损坏，它的危险陛最高所以定为0区；建筑物内部、传输机房作为非暴露区，定为1区和2区，一般来讲，越是建筑物的内部受到雷击的可能性越小。

5变电站二次系统防雷措施
  5.1变电站中10kV/400V站用变压器的安全隐患
  10kV/400V站用变压器一般用来连接变电站中的一次系统和二次系统，且位于最后一级的位置，大多数情况下，站用变压器受到雷电损害的可能性较小，因此，大多数变电站都没有重视对站用变压器的雷电防护工作。实际上，如果变电站不采取任何的措施对站用变压器进行雷电防护，那么就会使变电站二次系统中存在较大的安全隐患。如果雷电过电压侵入的是二次系统的高压侧，那么被引入地下的电流就会因为电阻的变化而产生一定大小的压降，这个压降会导致过电压的大小在一定程度上有所升高，这样就会导致二次系统设备受到雷电侵入的可能性提高。如果雷电过电压侵入二次系统的低压侧，同理，产生的压降会导致低电压侧电位迅速升高，给低压组带来一定的威胁。

  5.2变电站二次系统交流和直流电源线路防护措施
  从防雷的理论知识方面来讲，对二次系统中交流和直接电源线路进行防雷保护的主要目的是限制幅度、限制电压以及多级分流。因此，理想状态下，变电站应该在电源线路中设置不同级别的防护措施，层层递进，为电源的正常运行提供坚实的保证，但事实上，我国很多变电站的二次系统设备都是由不同的厂家来生产的，因此并不能在二次系统的电源中真正形成非常完善的防雷系统，这样不仅不能达到防雷目的，而且会使二次系统中的末端设备出现非常大的安全隐患。
  5.3防雷设备容易出现故障
  大多数情况下，变电站使用的防雷设备都是较为传统的类型，因此在使用之前需要安装断路器，这样如果防雷设备在运行过程中出现故障，相关的工作人员利用断路器可以迅速地切断电源，防止意外的发生，但是这种方法还存在一些弊端:防雷设备不能与二次系统中的主回路进行协调和配合，整个系统抵抗冲击的能力会在很大程度上有所降低。同时，变电站二次系统中的配电器和断路器往往不是由同一个商家提供的，因此在运行的过程中，可能会出现不能协调配合的情况，在这种情况下，防雷设备的作用就没有被完全地发挥出来。为了解决上述弊端，有部分变电站会在二次系统中应用脱扣技术，但是如果SPD故障与故障负载跳闸这两种情况同时发生，那么脱扣技术也很难解决这些故障带来的安全隐患。
  5.4地电位反击无法得到有效地解决
  一般来说，变电站会将地电位作为电位计算时发挥参考作用的零电位，但是在避雷设备将雷电引入地下的过程中，地电位的数值会非常迅速地增大，巨大的电压差形成之后，电流就会对二次系统中的设备形成冲击作用，严重的话设备会被损坏，二次系统的运行也会受到一定的影响。变电站解决这种问题的常用方法都是尽可能地降低接地网中的电阻，尽快使电流分散出去，但是由于电流的作用，线路和电缆之间会存在一定大小感性阻抗的作用，因此，降低接地网电阻的方法并不能有效地解决地电位反击的问题。
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。

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