电力系统防雷保护分析-

摘要随着现代电子技术的不断发展，各种高、精、尖的电子设备不断推广和普及应用，计算机网络系统也广泛应用于电力、政府机关、学校、交通、公安、银行、证券、邮政等企事业单位中，由于这些网络系统的电子设备内部结构的高度集成化，耐过电压、耐过电流的水平极低、抗雷击能力，避雷针对这些电子设备的保护也无能为力，因而极易遭受雷电流的冲击而损坏，轻者使终端计算机和通信接口设备损坏、通信中断、各种信息无法传递；重者使网络主机损坏，致使网络瘫痪，工作无法进行，甚至会导I T管理员或在办公的其他工作人员因雷击而身亡。

因此，为了使计算机网络系统正常运作，防止雷击而带惨重损失，有必要对计算网络系统进行综合雷电浪涌防护措施，除了要安装良好的避雷针、避雷器，还必须在电源系统、信号系统进行可靠、有效的防护工作，并具备可靠的接地装置。

关键词：计算机网络系统；高度集成化；避雷针；可靠的接地装置目录一、防雷保护的目的和意义 (1)二、雷电危害及分类 (1)（一）雷电危害 (1)（二）雷击原因分析 (5)三、发电厂及和变电所的防雷保护 (8)（一）发电厂、变电所的直击雷保护 (8)（二）变电所的进线段保护 (9)（三）变压器防雷保护的几个具体问题 (10)四、气体绝缘变电站的防雷保护发电厂及和变电所的防雷保护 (11)（一）GIS变电站防雷保护 (11)（二）110kV 及以上进线无电缆的GIS变电所 (11)（三）110kV 及以上进线有电缆的GIS变电所..............................................12 五、结语...................................................................................................................... 12 参考文献. (13)一、防雷保护的目的和意义由于目前各个自动化系统均没有安装有效的过流接地保护装置，从而对上述自动化系统、通信系统的各种电子设备（计算机设备）的运行存在着极大的隐患。

因此针对上述系统的防雷，过流接地保护显得越来越重要。

抗干扰和耐冲击始终是微机系统在电力工业恶劣电磁环境下应用中的两大薄弱环节。

而雷击事件由于其极高的电压幅值和不可预测性更是微机系统的“天敌”。

它极大的威胁着现代化电力系统的运行安全，应该引起供电企业的足够重视。

但对雷电电磁脉冲的防护相对显的薄弱，而雷电电磁脉冲的侵袭是在瞬间造成微机保护和自动装置永久损坏的第一杀手。

每年各种电子设备因雷击而遭受破坏的事例，因此如何保护系统内的电子设备等免遭雷击损坏也越来越引起了各方面的高度重视。

因此，从整体、综合、系统有效地防止雷击对系统内电子设备所产生的危害，是保证电力系统安全、稳定运行的重要保。

二、雷电危害及分类（一）雷电危害雷电是一种非常壮观的自然现象，它具有极大的破坏力，对人类的生命、财产安全造成巨大的危害。

自从人类进入到电气化时代以后，雷电的破坏由主要以直击雷击毁人和物为主，发展到1以通过金属线传输雷电波破坏电气设备为主。

随着近年来电子技术的飞速发展，计算机系统的网络化程度越来越高,人类对电气设备尤其是计算机设备的依赖越来越严重。

而电子元器件的微型化、集成化程度越来越高，各类电子设备的耐过电压能力下降，遭雷电和过电压破坏的比例呈不断上升的趋势，对设备与网络的安全运行造成严重威胁。

据统计，全世界每年因雷害造成的损失高达十亿美元以上。

当人类社会进入电子信息时代后，雷灾出现的特点与以往有极大的不同，可以概括为：1、受灾面大大扩大，从电力、建筑这两个传统领域扩展到几乎所有行业，特点是与高新技术关系最密切的领域。

2、从闪电直击和过电压波沿线传输变为空间闪电的脉冲电磁场，因而防雷工程已从防直击雷、感应雷进入防雷电电磁脉冲（L E M P）。

前面是指雷电的受灾行业面扩大了，这儿指雷电灾害的空间范围扩大了。

3、雷灾的经济损失和危害程度大大增加了，它袭击的对象本身的直接经济损失有时并不太大，而由此产生的间接经济损失和影响就难以估计。

产生上述特点的根本原因，也就是关键性的特点是雷灾的主要对象已集中在电器件设备上。

雷电的本身并没有变，而是科学技术的发展，使得人类社会的生产生活状况变了。

为此，当今时代的防雷工作的重要性、迫切性、复杂性大大增加了，雷电的防御已从直击雷防护到系统防护，我们必须站到历史时代的新高2度来认识和研究现代防雷技术，提高人类对雷灾防范。

雷电分类1、直击雷直击雷蕴含极大的能量，电压峰值可达5000K V，具有极大的破坏力。

如建筑物直接被雷电击中，巨大的雷电流沿引下线入地，会造成以下三种影响：（1）巨大的雷电流在数微秒时间内流下地，使地电位迅速抬高造成反击事故，危害人身和设备安全。

（2）雷电流产生强大的电磁波，在电源线和信号线上感应极高的脉冲电压。

（3）电流流经电气设备产生极高的热量，造成火灾或爆炸事故。

2、传导雷远处的雷电击中线路或因电磁感应产生的极高电压，由室外电源线路和通信线路传至建筑物内，损坏电气设备。

3、感应雷云层之间的频繁放电产生强大的电磁波，在电源线和信号线上感应极高的脉冲电压，峰值可达50K V。

避雷针的副作用产生二次感应雷击效应，雷电电流经过避雷针导地时感应到市内的传输线上后产生的雷电波侵入发电厂及变电所。

通过对部分雷击事故的分析，发现许多雷击事故都是在避雷针接地完好的情况下发生的。

分析其原因就是二次雷击效应造成。

电源线、信号线或3输电线路引入感应雷击，通过电感性耦合（磁感应）耦合到各类传输线而破坏设备，如下图：（1）电源线引入感应雷击。

市区以外的建筑物的供电线路大多采用架空明线。

试验表明，雷电频谱在几十M H Z以下频域，主要能量集中分布在工频附近。

因此，雷电与市点相耦合的概率很高。

信号线引入雷击：雷击在信号线或电话线上产生瞬间过压。

闪电释放出来的电量是可怕的，虽然一般建筑物可承受的电流上限是200K A，但闪电可产生高至530k A的电流，如果雷电击中了一栋无建筑防雷保护设计的建筑物，电流就会找到一条建筑物的接地信道，建筑物就很有可能被严重破坏甚至发生火灾。

即使建筑物安装了避雷针但没有对信号进行保护，当避雷针引雷入地产生二次雷击效应是顺避雷针而下的天馈线和建筑物内导线首当其冲。

可一旦二次雷击效应以信号方式进入导线时，各种信号设备端口损坏也就在所难免了，反之如果雷电击中一栋有建筑防雷保护设4计的建筑物，电流就会通过预定的方式导地。

通过电阻性耦合方式经数据线破坏设备，后果不堪设想。

（二）雷击原因分析1、雷电波的侵入过程（1）雷电波通常是通过变电所临近的线路侵入母线，再经过所用变压器高、低压绕组间的静电和电磁耦合，闯入低压出线。

途中经过了线路阀式避雷器、母线阀式避雷器和所用变阀式避雷器3级削峰，再经过所用变低压出线的平波作用，电压幅值大为下降。

但由于雷电波的电压、能量极高，且阀式避雷器等设备技术上的局限性，虽然绝大部分的雷电能量都能在到达设备之前得以消除，但雷电波仍可能以幅值相对很高，但作用时间很短的低能量尖峰脉冲的形式，通过所用变压器的低压出线，加到变电所内所有的220V交流回路中。

还有一种情况，就是感应雷电波通过调度远动系统的综合自动化设备和信号采集的二次电缆入侵，以很高的电压直接加到远动系统的信号和传送端上，造成接收和发送端模块烧坏。

（2）综自设备屡遭雷害的原因变电所的保护和合闸电源直流系统的整流充电系统设计容量都比较大，电压耐受能力也比较好。

而且由于大容量电池组吸收尖峰脉冲的作用，和整流回路的平波作用，加到保护装臵上的5脉冲电压大大降低。

再加上常规的电磁式保护装置的元器件多为单元件的电阻、电容和电感线圈等，耐热容量大，对尖锋脉冲的耐受能力也比较强，所以能安全度过低能量、高电压的冲击暂态过程。

但对于使用超大规模集成电路，运行电压只有数伏，信号电流仅为μA级的微机装置来说，就不一定能经受得住。

远动系统受雷害特别严重的原因首先是电源方面：调度的远动载波系统多由独立的小容量U P S供电，而这些U P S最多的是使用压敏电阻保护。

在防雷和限幅能力都比较有限，保护U P S本身尚且不够，更不用说保护后接的电子设备了。

实际运用中也屡屡发生U P S雷击烧毁现象，所以单从提高U P S质量方面入手难以从根本上解决问题。

其次是信号端方面：变电所内的电子设备之间的连接一般很少采用屏蔽电缆，又地处雷电多发区，而变电所内的电子设备也没装设任何防雷设备，所以沿线附件落雷都很容易在电缆中感应出很高的雷电压并通过电缆直接加到设备上，造成设备的击穿损坏。

高压线路接地故障（瞬时/永久性）的过流/过电压供电系统中的电感性和电容性负载开启或断开、地极短路、电源线路短路等，都能在电源线路上产生高压脉冲，其脉冲电压可达到线电压的3.5倍，从而损坏设备。

破坏效果与雷击类似。

由此产生的雷电过电压对电子设备的破坏主要有以下几个方面：a、损坏元器件，过高的过电压击穿半导体结，造成永久性损坏；b、较低而更为频繁的过电压虽在元器件的耐压范围之内，亦使6器件的工作寿命大大缩短；c、电能转化为热能，毁坏触点、导线及印刷电路板，甚至造成火灾；2、设备误动作及破坏数据文件因此，应该根据实际情况具体分析，采取相应的防雷保护措施，确保计算机系统的安全工作。

3、防雷接地保护措施概括地说，当今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五种方法。

（1）分流利用避雷针、避雷带和避雷网等将雷电流沿引下线安全地流入大地，防止雷电直接击在建筑物和设备上。

（2）屏蔽计算机系统所有的金属导线,包括电力电缆、通信电缆和信号线均采用屏蔽线或穿金属管屏蔽，在机房建设中，利用建筑物钢筋网和其他金属材料，使机房形成一个屏蔽笼。

用以防止外来电磁波（含雷电的电磁波和静电感应）干扰机房内设备。

（3）等电位连接将机房内所有金属物体，包括电缆屏蔽层、金属管道、金属门窗、设备外壳等金属构件进行电气连接，以均衡电位。

（4）接地在计算机网络系统中，为保证其稳定可靠的工作、保护计算7机网络设备和人身安全，解决环境电磁干扰及静电危害，需要一个良好的接地系统。

（5）过电压保护在电子设备的信号线、电源线上安装相应的过电压保护器，利用其非线性效应，将线路上过高的脉冲电压滤除，保护设备不被过电压破坏。

主要的保护器件为氧化锌压敏电阻、二极或三极放电管、快速钳位二极管等，根据需要进行组合，构成完整的防雷保护器。

三、发电厂及和变电所的防雷保护（一）发电厂、变电所的直击雷保护止雷直击发电厂、变电所措施为防止雷直击发电厂、变电所，可以装设避雷针（线）来保护，安装的避雷针（线）应满足所有的设备应处于避雷针（线）的保护范围之内，同时还必须防止雷击避雷针时引起与被保护物的反击事故。