电力系统变电站二次设备的防雷措施

电力系统变电站二次设备的防雷措施
发表时间：2018-06-12T14:47:40.910Z 来源：《电力设备》2018年第3期作者：乔美林1 肖永清2 肖婵3 [导读] 摘要：变电站是电力传输的核心枢纽，二次设备关系到变电站的安全运行。

（1.内蒙古电力（集团）有限责任公司薛家湾供电局内蒙古 010300；2.内蒙古电力（集团）有限责任公司薛家湾供电局内蒙古010300；3.内蒙古浩普电力检修有限责任公司内蒙古 010300）摘要：变电站是电力传输的核心枢纽，二次设备关系到变电站的安全运行。

发生雷击事故时，容易造成二次设备损坏，导致保护失灵、误动等不良后果，严重威胁变电站供电安全。

如何有效规避雷击危害，提高变电站供电可靠性是变电站建设和运行过程中的重要课题。

本文在总结雷击危害的基础上，对现阶段的主要防雷措施进行阐述，为今后设计、施工以及安全运行积累经验。

关键词：电力系统；变电站；二次设备；防雷措施导言
针对变电站主体功能的保护、测量、控制与自动化等一系列设备体系被称之为二次设备。

二次设备对变电功能组件的控制与保护是必不可少的。

从设计与施工角度来看，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。

二次设备对于电压的变化极为敏感，而对于电压或电流的过载极限要求更为苛刻。

在同等雷击条件下（包括感应雷击），如果防雷保护措施不完善，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二次设备的防雷保护。

与此同时，由于二次设备与一次设备之间存在显著的关联，对于一次设备的保护会影响到二次设备的有效性与安全性，这就增加了变电站二次防雷措施的难度。

1变电站电子设备防雷的概述 1.1变电站电子设备防雷的重要性
我国幅员辽阔，雷电灾害活动频繁，对整个电力系统构成严重威胁。

天空与大地之间存在着正负电荷，形成一个巨大的电容器。

上方的水蒸气凝结成雨或冰雹，本身携带正电荷，降落到地面，遇到负电荷发生碰撞，容易发生电击。

随着变电站自动化的深入，电子设备也大量出现在变电站中，一些电子设备热容量较大，对雷电承受能力强，但对另外一些承受力差的设备来说，给了雷电可乘之机。

雷电作用在这些敏感的电子元件上，对设备造成干扰或损坏。

变电站内集中了很多电子设备，这些设备都是在电压、电流作用下运行，一旦受到雷电的干扰，很容易造成供电系统部分区域停电，甚至发生电网瓦解或瘫痪，影响电力系统的安全、稳定运行。

当雷击发生的一瞬间，居民家中的电器如果正在运行，也会发生绝缘击穿、短路等现象，烧坏电子元件，给用户造成不必要的损失。

另一方面，我国通讯网络不断扩大，信号来源的路径增多，系统较以前更易遭受雷电波侵入，致使雷电灾害频繁发生，会影响了通讯系统正常运行。

为了避免此类危害发生，对变电站二次设备进行防雷研究与探讨是十分有必要。

1.2传统防雷措施的局限性
为了避免雷电的破坏，一般来说变电站均采用避雷针或者避雷器进行防止雷电波入侵，也是目前比较流行的一种防雷措施。

独立的避雷针的保护范围对地面为1.5h（针高），保护范围在45度之间，可以防止直击雷的伤害，但不能避免传导性的雷击危害。

而且避雷针受雷击的次数有限，当受雷击达到一定限度，则需更换避雷针，而避雷针成本较高，更换过程较麻烦。

变电站内的设备一部分置于室外，一部分置于在建筑物内，变电站内建筑物一般有高低压室、主控室、通讯室以及部分附属办公楼等，是站内中心部分，这部分建筑物一般都设有避雷针保护，避免雷电入侵，但除此之外，没有其它防雷措施，没有设置避雷带和屏蔽网等，对于这一局限，在以往的变电站建设中常常存在，存在严重的防雷缺陷，使电子设备的安全性没有得到保证。

如果遭遇雷电入侵，建筑物一般会与所在的地网连接，泄通电流，但是由于变电站内地下地网复杂，面积又大，各个电子设备之间很容易串联，从而造成电子设备的短路损坏。

1.3雷电的危害
天气状况中，雷电是经常发生的现象，由于雷电强度较大，危害也会随之而来。

雷电是带电荷的雷云引起的放电现象，当它作用于变电站的二次设备时，会瞬间施加很大电流，超过电子设备的电阻所承受的范围，从而造成供电线路停电、跳闸等故障。

这些故障一旦发生，造成大面积停电，给工农业生产和人们的日常生活带来重大损失和严重影响。

变电站一般分布在矿业地区，且分布较广，遭受雷击的可能性极大，变电站供电的区域马上会停电，工业生产会中断，对机器、设备也会造成一定损伤。

对居民的生活会造成较大不便，人们的出行也会有一定影响，交通信号灯的失灵会引起交通瘫痪。

科技的进一步发展，在变电站安装有更多的电子设备，这使得其遭受雷击危害几率大大增加，其危害不言而喻。

而究其根源，是变电站防雷技术不过关造成的，遭受雷击后，雷电波会沿着供电线路传播，影响范围很大，对变电站的调度、载波、通信、监控设备都有一定程度损坏，如果不能够及早采取措施，更容易引发安全事故。

2结合广域网分析防雷的具体方式通常情况下，广域网是不会遭到雷电波的，由于铜线（1mm2）在受到10kA雷电破坏时，其自身会断开。

因此，对于广域网而言，在防雷电过程中主要是加强对其感应雷害以及击穿方式的处理。

在广域网连接方面，主要有如下三类方式，第一类是DDN专线，第二类是ISDN专线，第三类是微波通讯，在专线接受端口方面，运用耐压为五倍电压，而传输电压则应低于25V，而插入保护器方面，则需要作出如下保护：短路保护的电流是5kA，端口残压则低于25V。

此外，还可以通过话线备份进行保护，即工作电压是48V，而插入保护器之后的启动电压是185V，残留电压则需要保持低于330V。

下面重点分析电源系统和通信接口防雷的具体方式： 2.1对通信接口保护措施
对于电力系统二次设备而言，通信接口的雷击电压灵敏度较高，随着运行年限增加，二次设备的绝缘耐受能力会逐渐降低。

因此，在变电站中的微机远动就需要实施测控，进而有效保护设备免受雷电的伤害。

通常情况下，装置可以通过分散式的方式而实施控制，即将智能遥测、遥信以及智能遥调组合在一起，进而使得各个模块能够通过采集数据的方式而有效防止高频电磁的干扰。

因此，通过屏蔽的方式就可以将这些不同模块间的连线进行保护，在此模块中，通过安装不同自动化的屏内，就可以将接口或者是现场的总线模块而保持良好的通信作用，进而可以有效减少雷击造成的伤害。

如果在测量单元中，计算机之间电气连接过程中，使得二次设备受到强烈感应电压影响的情况下，此时就可以通过自动化设备中通信接口而实施保护，即在接口处安装对应的信号避雷器，有效减少变电站中二次设备受到雷电的干扰。

尤其是在变电站无人值班的情况，通过数据采集的方式，就可以将数字化的网络传输或者是光纤信息而反馈至对应的设备中，此时在载波传输过程中就可以通过，计算机中连接线路而有效应对雷击，提升二次设备的防雷效果。

2.2装设架空避雷线
装设架空避雷线用来保护变电站进出线段，根本目的是为了加强对主变压器的保护，避免其遭受雷击导致损坏。

对此，在安装的过程中应该尽量将避雷线安装在主变压器的附近，保证避雷效果。

对于35kV电力线路，通常情况下不采用全线安设避雷线的方式，可以根据实际需要选择合适的线段来装设，例如在变电站进出线1千米到2千米之间装设架空避雷线，可以有效保证变电站附近线路的安全，避免其遭受雷击。

2.3电源系统防雷分析
变电站中二次设备基本运用的是交、直流电源，而变电站则主要采用的是变压器的低压侧至变电站中用馈电屏接地，进而有效保障设备稳定性。

但是由于工作与接地保护都是在同一装置中，而且还在间接雷区，此时就会有强大电磁的脉冲与高压而导致残压，并在雷电击中的情况导致线路藕合以及地电位的升高，所以，保护工作中就需要在供电回路中给予高度重视。

因此，电源系统保护工作中就需要采取有效措施：
2.3.1多级引流的保护（SPD）保护
SPD属于一种快速电子开关，一旦受到雷击的情况下，则会开关闭合，并且经过SPD接地线而把雷击通过电流而引入地下，这能够使得雷击过电压逐渐降低，进而实现对二次设备的保护目标。

2.3.2屏蔽方式
即二次设备中连接运用的是电缆，并且都是通过屏蔽形式，此方式能够对高电频的电磁干扰具有抵制作用，进而实现对二次设备的保护目标。

2.4装设氧化锌避雷器
雷电波经常在传播过程中是由强变弱的，同时沿途还有避雷线的保护。

但是，对于沿线的设备仍然存在危害。

尤其是主变压器，绝缘能力较差，更容易受到侵害。

所以，为了有效缓解这种危害，应该在变压器母线上装设一组氧化锌避雷器加以保护。

在10kV系统中，应该控制好避雷器和变压器之间的安装距离，尽量保持在5米之内。

结束语
综上所述，变电站中有很多的电气设备，要想保证变电站安全稳定运行，必须要加强对电气设备的保护。

雷击对于变电站来说具有很大的危害，由于变电站内设备类型不同，其承受雷击的能力也不同。

对此，必须通过实际情况选择合适的措施加以保护，合理应用防雷接地技术，保证电气设备可以免受雷击的危害，尽可能的减少雷击损失，做好防范。

这样，才能保证变电站实现安全、稳定的运行。

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.。