变电站二次设备防雷保护措施探讨

变电站二次设备防雷保护措施探讨
发布时间：2023-01-04T08:11:42.661Z 来源：《福光技术》2022年24期作者：李慧孙敏武丹
[导读] 在变电站电力系统的运行过程中，二次设备很容易受到多方面的因素影响，比如雷电频发的情况，对此，要建立完善的防雷接地保护方案，利用先进的防雷接地技术措施，减少雷电对变电站二次设备的不良影响，提高变电站二次设备的防雷性能。

本文就对变电站二次设备防雷保护措施进行深入探讨。

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摘要：在变电站电力系统的运行过程中，二次设备很容易受到多方面的因素影响，比如雷电频发的情况，对此，要建立完善的防雷接地保护方案，利用先进的防雷接地技术措施，减少雷电对变电站二次设备的不良影响，提高变电站二次设备的防雷性能。

本文就对变电站二次设备防雷保护措施进行深入探讨。

关键词：变电站；二次设备；防雷；措施
随着电力行业的快速发展，电力系统也开始不断完善，其自动化的程度越来越高。

这使得自动化系统、网络设备、通讯设备等元件的精确性大幅度提高，但同时却降低了其耐雷击电流及电压的能力。

更值得注意的是，二次设备的线路或通讯线路、接地线路等往往是构成雷击进入的天然途径，增加了雷击事件的发生率。

为了提高变电站二次设备的安全性和可靠性，必须对其采取有效的防雷措施。

1、变电站二次设备特征
针对变电站主体功能的检测、测量与自动化保护等一系列设备体系被称之为是二次设备。

二次回路不直接参与变电工作，但是对变电功能组件的控制与保护却是必不可少的。

从设计以及施工实践的角度来看，二次设备在实际的应用过程中往往为低压设备，甚至是基于直流或者感应电压而工作的电气元件。

此种情况导致其对于电压的变化更为敏感，而对于电压或电流的过载极限要求更为苛刻。

在同等的雷击条件下（包括感应雷击），如果不存在有效的保护措施，则二次设备的损毁程度更为明显。

因此有必要采取措施来强化对二次设备的防雷保护。

与此同时，由于其与一次设备之间存在显著的关联，对于一次设备的保护变相也会影响到二次设备的总体有效性与安全性。

这一特性也进一步增加了变电站二次防雷措施的难度与实施质量要求。

2、二次设备雷击危害
2.1脆弱性带来的二次系统功能失效
二次设备主要担负了变电站的控制、监控、通讯等重要功能。

二次设备在非直接雷击中其也容易受到较大的感应电流的影响，从而使得具体功能失准。

如继电器体系中的最大阙值的变化、通讯系统讯号延迟增加、监控系统输出信号分辨率降低等问题。

上述的问题虽然不至主体功能丧失，却能够在一定程度上使得相关的功能弱化，进而造成其对于变电站的监控效能降低。

且存在由于控制系统时效性较差而产生更大的生产事故以及损失等现象的可能。

2.2造成较大的经济损失
二次设备与一次设备相比，其功能更为复杂。

而复杂的功能背后往往是设备成本的增加。

以自动控制交换机为例，其工程造价成本超过3万元人民币，全套设备及其辅助传感器在变电站工程成本占比超过20%。

由此可见，在雷击的情况下容易形成对二次设备的损坏，且形成更大的经济损失。

除了上述因素之外，二次设备在恢复的过程中也存在更大的成本支出。

与一次设备的独立设备损坏后直接修复不同。

二次设备在雷击后很难存在修复现象，往往只能够通过换新来达到功能恢复的效果。

而在实际的换新过程中也会由于设备之间的匹配程度等方面问题进行全套设备换新或者更长的调试周期等问题，客观上增加了雷击的间接经济损失。

2.3雷击事故中二次设备损坏比重较大
从对变电站进行监控与分析的过程中，我们发现二次设备收到雷击的威胁更重。

以其故障率为基本表示，在两年内一次设备由于雷击而出现的损坏情况占比仅为17.2%；而相比而言二次设备的总体所占比例超过了80%。

从具体的二次设备电气元件的角度来看，电源、通讯以及后台主机占比更大。

故而二次设备是变电站雷击危害的主要来源。

3、雷电对电力系统变电站的干扰途径
在雷电天气情况下，会出现雷云释放高压电的危险现象，其高压程度往往超过电子设备的绝缘耐电压，这是由目前的绝缘耐电压尚未达到且无需达到这种程度的电压，因为在雷击发生之时电压经过传导之后会有所下降。

用大量的实验进行证明后发现，雷击事故之所以会造成严重伤害，主要是因为雷电入侵时的雷击电流导致的。

有两类危害事件的发生与此紧密相关，一类是直接雷击，即雷电直接作用与建筑物。

从而产生热效应及动力；另一类是间接雷击，其危害是由雷电的二次作用导致的，也就是说雷电电流产生了电磁场效应。

由于变电
站属于特殊环境，其工作设备主要由电缆组成，如果电缆、雷云和大地三者组成一个大型的电场，电场内的导体就会发生感应从而产生与雷云相反性质的电荷。

而当雷电消失，电场也随之消失，但此时导体所产生的电荷却依然存在，这就产生了静电感应电压。

4、变电站二次设备的防雷措施分析
4.1电源系统的防雷保护
在变电站系统中，二次设备电源是由两部分所组成的，即直流电源以及交流电源，二者在电源系统中的功能有一定的区别，另外，对于防雷设备的要求也有所不同。

二次设备的交流电源是交流屏供给的，其电源取自站内所变。

在电源系统防雷中，可以将防雷保护分为三级，具体如下：①在第一级防护中，应该注意有效抵御雷电灾害所产生的能量，在交流屏电源输出端，可以安装三相电源防雷箱，将大部分雷电流泄入至大地中。

②在变电站中，在充电屏的交流输入侧以及二次交流屏各段母线，需要安装电源防雷器，在最大程度上降低雷电灾害的影响，另外，还可以在保护器前端安装空气开关。

③在远动屏、后台机、小电流接地屏等的输入端位置，可安装单相交流防雷器，进而对电力设备提供保护功能。

在变电站中，直流电源系统是由直流屏、蓄电池组以及充电设备等所组成的，在正常运行状况下，其能够为变电站中的断路器提供电源，而当电力设备发生故障时，其还可以为变电站中的继电保护设备、断路器、自动化设备等提供电源。

在变电站运行中，直流电源对于变电站运行质量会产生较大影响，因此，应该加强直流电源系统防雷保护，保证直流设备正常运行。

除此以外，在变电站二次设备防雷设计中，在直流配电屏、通信直流屏等的母线端，也需要加强防雷保护设计，避免通过直流电压对于二次设备造成不良影响。

4.2通信接口的防雷保护
通信接口对于雷击的电压灵敏度要求比电网供电系统的要求更高一些，然后设备的绝缘耐受力也会随之减低。

和这些设备相连的有数据线、信号线、远动测控线路，而且这些线路大多都是处于LPZOB区域，也有部分是穿过LPZOA区域（直击雷区）的，所以这样线路队电压的感应力较强。

根据IEC（International Electro technical Commission，国际电工委员会）的测试，当电磁场强度加大0.07GS时，自动系统中的微机设备将会发生误动，造成数据丢失。

而且这些回路运行的安全与否直接影响到一次系统设备的安全，因此需对重要回路的接口进行过电压防护。

变电站微机远动测控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。

各模块采集数据均采用电子脉冲模式，而这种采集模式尤其惧怕高频电磁干扰。

对各种高频电磁干扰比较有效的防护方式就是屏蔽，即各单元模块之间的连线均需加装屏蔽。

该模块是安装在不一样的的自动化屏内，通过接口或现场总线模块之间的通信，这些接品接路都是安排在室外的，设备接口电路相对距离比较短，因此电压不会感到过强，但各种自动化设备与二次设备，如测量单元，计算机之间都有电气进行连接，当二次设备遇到很强的感应电压的时候，便会返到这些自动化设备的通信接口，使设备接口电路损坏，所以说在这些设备的接口安装信号避雷器是很有必要的。

变电站一般都是无人值守，每一次回路的数据采集都是数字化网络传输或光纤反馈，当采用载波传输时，因为载波机与计算机的连接线路相对较长，在变电站电场内遭受雷击时，处在LPXOB区的通信线路会即时感应出较强的感应电压，所以在靠近计算机自动化接口装置处和通信线路的另一端一定要安装避雷器。

5、结论
本文通过对变电站二次设备在雷击事故中的安全隐患进行分析，指出了加强对二次设备进行过电压保护的重要意义。

文章论述了雷击事故对变电站设备的危害分析及雷电对电力系统变电站的干扰途径，对雷击发生的具体情况做出认真判断。

针对变电站二次设备的防雷保护，提出了相应的解决措施。

参考文献：
[1]秦俊花，徐路路.屯兰矿白草塔35kV变电站二次系统防雷改造[J].煤炭与化工，2017，40（08）：111-113+116.
[2]毛健.发电厂和变电站二次设备等电位接地网的布设[J].水电与新能源，2016（08）：40-43.。