刘继伟
（内蒙古电力集团公司包头供电局 010300）
摘要：文章主要分析了雷电对变电站二次系统的危害，然后，结合笔者多年的工作经验，对500kV变电站二次系统综合防雷接地保护方案进行了详细探究。
关键词：500kV变电站；二次系统；防雷接地
雷电一直是威胁电力系统安全稳定、节能经济高效运行的主要因素之一，尤其对于运行于雷电频发的山区地区的变配电电气设备而言，构筑完善的综合防雷接地保护方案就显得非常必要。因此，对雷电入侵500kV变电站二次设备的途径、危害程度，以及产生各种干扰的机理进行系统认真的分析研究，并结合变电站实际情况提出改善变电站综合防雷性能的稳定可靠防雷接地方案，已成为变电站继电保护研究人员研究的一个重要课题。
一、变电站二次系统的结构特点
变电站二次系统，是指变电站的内保护设备、自动化设备、通信系统、计算机网络设备及监控系统、交直流电源系统等各种二次设备的总称。由于二次系统内部连接线路纵横交错，当雷击附近大地、架空线路和雷雨云放电时直接形成的，或者由于静电及电磁感应形成的冲击过电压，极易通过与之相连的电源线路、信号线路或接地系统，通过各种接口，以传导、耦合、辐射等方式侵入自动化系统，从而可能造成危害系统正常工作甚至破坏系统的雷击事故。
二、雷电放电对变电站二次系统的主要危害形式
2.1直接雷击：主要破坏力在于电流特性而不在于放电所产生的高电位，它所产生强大的雷电流转变成热能将物体损坏。
2.2感应雷击：从雷云密布到发生闪电放电的整个过程中，雷电活动区几乎同时出现两种物理现象—静电感应和电磁感应，这两种现象可能造成称之为感应雷击的危害形式。
2.3电磁脉冲辐射：当闪电放电时，其电流是随时间而非均匀变化，脉冲电流向外辐射电磁波，这种电磁脉冲辐射虽然随着距离的增大而减小，但却比较缓慢，闪电的电磁脉冲辐射通过空间以电磁波的形式耦合到对瞬间电磁脉冲极其敏感的现代电子设备上，造成设备的损坏。
2.4雷电过电压的侵入：直接雷击或感应雷都可以使导线或金属管道产生过电压，这种过电压沿导线或金属管道从远处雷区或防雷区域外传来，侵入建筑物内部或设备内部。
2.5反击：在雷暴活动区域内，当雷电闪击到建筑物的接闪装置上时，尽管接闪装置的接地系统十分良好，其接地电阻也很小，但由于雷电流幅值大，波头陡度高，雷电流流过时也会使接地引下线和接地装置的电位骤升到上百千伏。
三、雷电对变电站二次系统的危害
3.1雷电干扰危害
雷击对500kV变电站的电气一次和二次设备均会产生较大的危害。雷击变电站对变电站电气设备一次侧的主要危害表现为：当雷击变电站时，会引起输电线路出现过电压现象，从而造成输电线路对地或相间出现闪络、损坏变压器以及电气开关设备等。当雷击变电站造成一次回路受到强电干扰或二次系统受到强大的电磁干扰时，就可以通过控制线路传导、感应、甚至辐射等途径侵入到二次系统中的电力电子元件上，使变电站整个二次系统出现误动或拒动等现象，甚至引起二次系统整体瘫痪等严重事故；如果侵入二次系统的干扰水平超过设备最高耐压水平时，就会导致二次系统中的某些电力半导体元器件发生击穿损坏现象，给变电站带来巨大经济损失。
3.2感应雷对变电站二次系统的危害
感应雷虽没有直击雷所带来的影响那么猛烈，其变化率也较为缓慢，感应雷是变电站二次系统雷击危害的主要破坏源。感应雷对变电站二次系统的危害主要表现为：当雷云间放电或雷云对地放电时，会在变电站附近的输电线路、通信信号线路、设备连接线等处产生一个幅值较高的电磁感电势并经连接线路入侵到二次设备系统中，使串联在雷击线路之间或线路末端的二次系统电子设备由于感应过电压而受到损坏。
四、500kV变电站二次系统综合防雷接地保护措施
500kV变电站二次系统应从加装雷电过电压保护设备和引入合理等电位面两个方面入手，构筑完善可靠的综合防雷接地保护方案。
4.1加装雷电过电压保护设备
4.1.1电源部分防雷措施
为了尽量降低雷击感应雷侵入二次系统电源线路的过电压水平，保障二次系统安全稳定运行，按照国际电工标准IEC1312-1相关技术标准要求，500kV变电站二次系统通常需要设计多级综合防雷保护措施。500kV变电站二次系统电源部分典型三级防雷保护方案如图1所示。
从图1可知，变电站二次系统电源部分入户线路为低压架空线路，在引入电缆处宜选择三相电压开关型防雷保护SPD设备作为电源部分的第一级保护；在二次系统分配电柜电源线路输出开关端应选用限压型防雷保护SPD设备作为电源部分的第二级保护；在二次系统电子信息设备的电源输入端处应选用限压型防雷保护SPD设备作为电源部分第三级保护单元。在SPD设备搭配上，若上一级电涌保护器选用开关型SPD设备，而次级防雷保护SPD选用为限压型时，两级保护SPD设备间连接电缆间距应不超过10m；若两级保护均采限压型防雷保护SPD设备时，其连接电缆间距应不超过5m，以保证电源部分三级保护设备发挥出其应有的防雷保护性能水平。
4.1.2信号部分防雷措施
对于变电站二次系统中的信号部分，过电压保护器一般安装在二次系统通信线路两端的RS-232接口处。同时在保护器中所设定的保护线数量应根据变电站二次信号回路实际需求来确定，其起动电压值应根据信号部分接口工作电平值来进行整定，且过电压保护器的频率特性应满足变电站通信单元通信速率的要求，以保证通信部分具有良好防雷匹配性能。
4.2等电位连接设计
为了彻底消除变电站二次系统中由于雷电引起的破坏性电位差，在进行等电位接地网设计时，应实行等电位面连接的接地保护系统。500kV变电站二次系统的电源线、信号线、以及其它不能直接接入共用接地网的金属管道等，均需要通过瞬态浪涌过压保护器（SPD）设备进行等电位有机连接。同时在各内层保护区的界面处也应按照上述保护接地原理构筑局部等电位接地网，并将各个局部等电位母排进行有机互谅，最后再与主等电位连接母排进行互连，以消除变电站二次系统中计算机网络设备间的电位差。500kV变电站二次系统通常用30ram×30ram的铜排敷设在中控室机房地板下，然后将机房内所有网络设备的金属外壳与铜排连接成等电位网，再将铜排与机房接地网可靠连接。一旦变电站二次系统地线上有雷电反击效应时，与接地网相连接的计算机网络设备等均能处于同一电位值上，即便有雷电反击也不至于损坏变电站二次系统设备，保证其高效稳定的运行。
总结
变电站二次系统的防雷应从工程设计阶段就认真加以考虑，根据各地的实际情况，针对不同的特点和雷害的薄弱环节，采取切实可行的防雷方案，做好符合要求的共用接地网，综合考虑防雷和接地，变电站才能避免遭受雷电的危害。
参考文献：
[1]周建敏.弱电设备防雷电技术与抗干扰探讨[J].无线互联科技.2014（01）
[2]丘雪娇.变电站二次系统智能化设计的关键问题[J].科协论坛（下半月）.2013（12）
作者简介：
刘继伟，单位：内蒙古电力集团公司包头供电局，邮编：010300，论文研究方向：变电站防雷接地。
论文作者:刘继伟
论文发表刊物:《电力设备》第02期供稿
论文发表时间:2015/9/21
标签：变电站论文; 系统论文; 防雷论文; 过电压论文; 雷电论文; 设备论文; 电位论文; 《电力设备》第02期供稿论文;