变电站二次设备防雷技术研究

　　内容摘要：在计算机和网络技术迅速发展的今天，变电站二次设备大都采用大规模的集成电路，电子元器件的性能大大提高的同时，其抗电磁干扰、抗过电压和雷击的能力却变得十分脆弱了由于变电站二次系统的一些弱点，二次系统遭受雷害也频繁，雷害对变电站二次设备造成的危害严重威胁电网的安全稳定运行。因此，本文对变电站二次系统设备防雷技术措施进行分析研究：
　　关键词：变电站；二次系统；防雷；接地
　　1前言
　　在电力系统中，二次系统的防雷设施不完善，极易由于一次系统对二次系统的雷电反击造成变电站二次控制部分瘫痪而发生变电站毁灭性的事故。尽管在变电站的设计中加强了对二次设备的防过电压保护，但，近几年来，随着计算机技术和通信技术等高科技技术在电力系统中应用的高速发展，大量的微机保护在变电站保护、远动的升级中使用，电网二次技术已成为电网安全、优质、经济运行不可或缺的技术手段，因此，对变电站的保护、远动、通讯等弱电设备进行升级换代的同时，必须相应的研究这些二次设备的防过电压措施。
　　2雷电对电站的干扰途径
　　雷云在放电时的电压是很高的，不可能将电气设备的绝缘耐电压作到这个电压，事实上雷电的破坏作用主要是由雷电流引起的。它的危害基本可以分为2种类型：一是雷直接击在建筑物上发生的热效应和电动力作用；二是雷电的二次作用，即雷电流产生的静电感应和电磁作用。电站及其负载的特殊用途决定了它们的作业环境具有广泛性。电站和负载舱体之问通过电缆连接，连接电缆一般为输电和控制电缆，电缆贴地铺设。当电站的金属舱体、输电和控制电缆处于雷云和大地间所形成的电场中时，导体上就会感应出与雷云性质相反的大量电荷。雷云放电后，云与大地间的电场突然消失，导体上的电荷来不及立即流散，因而，产生很高的对地电位。即静电感应电压。与此同时，静电感应电荷向导体两侧传播，则高电位就侵入电站舱或负载舱中，由于雷电流产生的电磁感应现象，在电气设备的导体上会感应出很高的电压及大电流，若回路间的导体接触不良，就会产生局部发热或产生电弧燃烧，从而危及人身和电气设备的安全。
　　3二次设备防雷基本措施
　　据统计，变电站网络接口设备、计算机控制端口、CPU控制模块、数据采集、通信接121电路以及UPS电源被雷击损坏的事故时有发生。这表明计算机、控制端1：3及网络设备的接口是雷电浪涌侵入的薄弱环节。针对变电站二次系统雷电安全隐患存在的问题，以及对变电站的现场调研勘测，建议采取“防雷加固、地线优化”对策，对变电站二次设备的防雷措施从接地、屏蔽、均压、隔离、避雷、限幅等多个环节进行综合保护。
　　(一)接地保护
　　地网采用联合地网，接地电阻应符合设计和国家有关规定，当I>4000安时，R≤0．512；对于接地系统，必须遵循“共网不共线”的原则。即控制室、机房采用联合地网，所有屏柜内应设置专用接地铜排，屏(柜)的门等活动部分应与屏(柜)体良好连接，屏(j)的金属外壳应可靠接地。机柜内不同接地线(保护接地、工作接地、电源PE接地、信号接地等)府分别采用独立的地线，引至机房总汇流排或接地母线，再将机房总汇流排用接地引下线与联合地网相连；机房设置的接地母线应采用35mm2铜网状编织线或40mm~4mm热镀锌扁钢，绕房地面四周敷设，防止雷电反击造成设备损坏；在总电源柜中，将电源PE端、电源防雷装置的PE端、机柜的保护接地线等全部接到总汇流排，然后用不小于25mm：的多股铜导线将该汇流铜排与接地母线连接牢固，其他机柜的电源PE端、电源防雷器的PE端可直接短接在机柜底部的接地点。
　　(二)屏蔽保护
　　减少感应雷和雷击引起的高电位反击的发生。据近年二次设备雷害统计资料，感应雷和雷击引起的高电位反击发生的概率很高，因此，防感应雷和雷击引起的高电位反击是二次设备防雷工作的重要环节，应注意：①计算机房采用的屏蔽墙体，是否可靠有效；②信号线采用非屏蔽线缆是否有效接地；③不同种类的线缆是否混敷，减少室外架空线；④进出户外的线缆要分别穿铁管埋地人室，如果采用铁管屏蔽有困难，则信号线采用双金属屏蔽线缆，屏蔽层应可靠接地；⑤线缆屏蔽是否可靠接地。
　　(三)均压保护
　　为了减少二次系统由一次设备带来的感应耦合，二次电缆应尽可能避开高压电缆和暂态强电流的人地点，并尽可能减少平行长度。高压电缆和避雷针是强烈的干扰源，加大二次电缆与其距离是减少电磁耦合的有效措施。变电站接地铜带必须铺设成环状，并用2根以上的引下线与地网连接，以加速电流均匀扩散，减少可能出现的感应过电压。
　　(四)隔离保护
　　①应对电源加装防雷隔离装置；②统一、规范二次设备信号接口、数字接FI的光电防雷隔离装置的使用，选用合格并与连接的二次设备匹配的防雷隔离器件；③规范电源的使用。严禁其他的系统设备取电，以防导致雷害发生时雷电流乱窜，扩大受害面。
　　(五)避雷保护
　　1．信号避雷。变电站综合自动化系统与其它系统之间通过RS232、RS485等接1：3连接，在该信号线两端加装计算机网络数据信号保护器，且计算机网络数据线避雷器应满足各类接口设备传输速率的要求，接13应与保护设备兼容。
　　2．GPS馈线避雷。进入变电站的GPS馈线必须在天线处与入室处将屏蔽层接地，当馈线总长超过30m时屏蔽层应在馈线中间与铁塔或地网再次连接。GPS馈线与时钟同步接收机之间的同轴端13需要加装一台天馈防雷器，其插损应小于0．3Db。
　　3庖源避雷。变电站采用的电源避雷器应具有劣化指示、损坏告警、遥信接点、热熔和过流保护等功能。AC／DC设备在其总的直流输出端加装直流SPD，其保护水平不大于1．6kV，标称电流40kA，为C级防护。测控屏、公用屏、保护屏、远动屏等为c级防护，安装1套单相交流电源防雷模块和2套直流电源防雷模块。
　　4．限幅保护。限幅是在电源和信号回路与接地间安装防雷器件以限制电压幅值，起削峰的作用。在正常情况下，防雷器处于高阻状态，当被保护回路受雷击或感应出现瞬时脉冲电压时，防雷器立即在纳秒级时间内导通，将该脉冲电压短路到大地泄放，从而达到保护连接设备的目的。但该脉冲电压流过防雷器后，防雷器又变为高阻状态，从而不影响设备正常运行。
　　4结束语
　　现在，防护体系已从单一防护体系转为多级防护，根据数字程控、数字微波、VHF、光电传输、交直流电源等所有微电子设备的不同功能、不同受保护程度确定防护要点和保护等级。采用以上方案后弥补了变电站二次系统的防雷缺陷，也是很好的落实了“整体防御、综合治理、多重保护”原则，力争将雷电产生的危害降低到最低点。

《变电站二次设备防雷技术研究》

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