（国网河南新郑市供电公司 河南郑州 451150）
摘要：随着微电子技术的快速发展，集成电路已经普及各个变电站，其单块芯片上所容纳的元件数目也日易增多，内部连接线间距却越来越小，造成二次设备耐过电压的水平进一步降低，一些电子元器件的耐压水平甚至只有十几伏，有很大的安全隐患。新郑电网目前的防雷设施主要是针对一次设备，在二次设备防雷方面明显不足。本文根据对变电站自动控制系统的特点，结合省公司的防雷规范，以新郑市110千伏莲河变电站、35千伏小乔变电站站内二次设备为基础，对基于SPD元件的主控室二次设备防雷系统进行研究。
关键词：变电站；二次设备；防雷；SPD
0 引言
雷电是一种伴有雷鸣和闪电的气象自然灾害，具有很强的破坏性，极大的威胁了人类的生命、财产安全。资料显示，全球每年因雷击以及雷击负效应造成的直接损失已经超过140亿美元，其中以电力行业受灾最为严重。
长期以来，防止以输电线路为传输途径的雷电浪涌所造成的雷击事故一直是电力系统的主要防雷目标。然而，即使变电站内外的防雷措施都符合建设部《建筑物防雷设计规范》的相关要求，如安装好防雷装置，防雷体系仍有很大不足。随着变电站智能化程度的提高，尤其是数字通信和网络技术的发展，进一步降低了这些对雷电比较敏感的二次回路的雷电承受能力。
1 侵入途径
变电站的防雷设施已经相当齐全，主控室内二次设备遭受直击雷的概率很小。但是，站内集中了计算机、网络设备、交直流逆变电源以及视频监控设备等自动化设备，并且有复杂的内部连接线。雷电击中设备附近大地时，由电磁感应间接形成的或雷雨云放电直接形成的浪涌过电压，就可能以传导、耦合、辐射等形式，通过与之相连的各种通路，侵入二次系统并造成干扰甚至导致事故发生。
1.1 电源线引入雷电
由雷电引起的浪涌过电压，虽然在传输过程中经过一次设备避雷器的削弱电压值已经很小，不足以对二次设备造成危害。
1.2 通信线引入雷电
通信技术的飞速发展，使得信号板越来越精密，但耐压能力明显降低。雷电会在通讯线两端产生很高的电位差，如果这个过电压直接作用于脆弱的串行通信口，就会影响信号板的正常工作，导致通信信号中断，给运行人员的工作带来极大不便。
2 系统设计目标
目前，各种先进的继电保护和自动装置运用于新郑电力系统之中，特别是在微电子仪器设备高度集中的控制室。它们对电网智能化水平的的提升，对电网的安全稳定运行均起到了非常大的作用。而电子管的通流能量是集成电路的百万倍，微电子芯片的冲击耐受电压也仅为工作电压的2~2.5倍[1]。为此，对变电站主控室二次设备采取过电压和过电流保护，即是必要的，更是必须的。
3 电涌保护器防雷研究
3.1 电涌保护器
电涌保护器（Surge Protective Device，简称SPD）也叫突波保护器、浪涌保护器、防雷器等。当电气回路因外界干扰而产生过电流时，SPD能在极短时间内利用其非线性特性导通分流，使流入二次设备的电流维持在其所能承受的安全范围内。
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3.2 原理分析
国际电工委员会（International Electrotechnical Commission，英文缩写为IEC）将SPD定义为：“用于限制瞬态过电压和泄放电涌电流的装置，它至少应包含一个非线性元件[2]。”SPD主要依靠其非线性元件实现保护功能，具有泄放电涌电流、限制电涌电压的作用，设计时主要并联在被保护的二次设备旁边。
3.3保护范围
变电站二次系统的电涌保护器防雷设计，是一个需要统筹兼顾各个方面的综合性问题。在确保被保护设备在电涌保护器有效保护范围内的前提下，充分发挥每个电涌保护器的作用，从而安装最少数量的电涌保护器，将会大大推进综合自动化变电站的发展，并创造良好的经济效益。
4 总体设计方案
新郑市110千伏莲河变电站、35千伏小乔变电站位于新郑市雷区地带，是二次设备雷害事故多发地点。因此，我们将其选做实验站点，攻克主控室二次设备受雷电电磁脉冲损坏次数居高不下的难题。
4.1 站用变交流柜
变电站内交流电采用站用变供电方式，三相电源进线没有配置过电流、过电压保护。站用变是站内供电系统的输入端，我们在电源进线端并联安装限压型SPD作为第一级防护。为了保证交流柜安全运行和SPD的维护，在SPD前串联一个具有保护作用的空气开关。
5 效果检验和巩固
5.1 效果检验
2015年8月我公司完成对110千伏莲河变电站、35千伏小乔变电站主控室二次设备防雷系统的改造工作，并派二次检修人员进行跟踪调查，下表是2015年二次设备改造前后雷害次数的数据统计。
5.2 巩固措施
（1） 运维人员严格按照规程定期检查，及时排除不规范接地装置。
（2） 在控制室内二次设备箱体上加装金属屏蔽体来阻挡、抑制、消除施加在设备上的电磁干扰。
5.3 效益分析
改造至今，两站未有二次雷击事故发生，成功防止一次设备出现无保护运行的情况，初步达到预期目标。不仅有助于供电可靠性和电能质量的提高，更保证了继电保护及自动装置的安全稳定运行。
6 结束语
随着奉献清洁能源和智能电网建设要求的提出，变电站中以集成电路为核心的信号、保护、监控、测量等低压设备得到大量推广应用。我们在享受集成电路带来的便利的同时，也面临一旦设备损坏就损失巨大的难题。如果对二次设备的防雷不加考虑或考虑不足，瞬时电涌一旦侵入，将导致被监控和保护设备的误动或拒动，甚至发生大面积停电事故，酿成无可挽回的损失。
参考文献
[1] 陶雪梅.变电所弱电系统电涌保护器配置的研究.浙江：浙江大学.2007
[2] IEC 61643-1.Low-votage surge protective device-Part 1:Surge protective devices
connected to low-voltage power distribution systems–Requirements and tests.
Second edition 2,2002
[3] 叶蜚誉.电涌保护技术讲座－第六讲：电源电涌保护器的布局.低压电气，2004(7):52-56.
论文作者:李新伟,岳广记,周奥威,高爽,左慧
论文发表刊物:《电力设备》2016年第4期
论文发表时间:2016/6/6
标签：变电站论文; 防雷论文; 设备论文; 过电压论文; 雷电论文; 保护器论文; 新郑市论文; 《电力设备》2016年第4期论文;