关键词：变电站；二次系统；防雷；接地保护
前言：目前应用于变电站系统的防雷设备有接闪线、接闪杆、浪涌保护器等，这些设备大多被应用在变电站的一次设备中，二次设备则很少用到，因此在雷雨天经常遭到雷电的干扰。在春夏季的雷电多发区，电力设备会因雷电的干扰造成相应的危害。很多研究资料都表明，在电力设备的防雷举措上都比较倾向于一次设备，因此其很少遭受到雷电的损害，但二次系统因为缺乏这些保护，遭受到的雷电危害就十分严重。
1二次系统防雷的重要性
由于电力设备的二次系统是在干扰性能较强的电磁环境中执行电力的正常供电，因此一次设备和周围变电系统的高压设备的过压和雷电袭击都会对其形成破坏。所以加强二次系统安全保护便能为电力设备的正常运作增加一套安全防护。
集成电路得到广泛应用的同时，电子元器件的使用也跟着被增强，但元器件的自我保护能力却非常差，比如在抗过电压、抗电磁干扰及雷电干扰等。通常认为电磁型继电器的抗毁坏为0.1J的能量，但实际的微机保护能量只有0.001J，相比电磁型保护设施少两个数量级的能量。
如今微电子设备被广泛的应用到电力设备的器械组成上，开展电力的供电工作，因此如果没有进行相应的保护措施，这些自我保护能力较差的电力自动化设备在遭受干扰后就很容易失去正常的运作能力，情况严重时甚至会导致电力系统的崩溃。
2二次系统的雷电防范思想
通常雷电的防范措施都是将雷电流从其他途径泄放到大地上，将待在设备上的雷电尽可能在最短的路径、时间内将其释放出来，减少雷电待在系统内部的时间，缩小雷电冲击的范围，从而降低系统中各个设备所承受的冲击力，进而对设备起到保护的作用。二次系统在经过保护后，在接触到雷电的袭击时，系统中各个设备的电位差就能彼此相近，从而降低雷电的干扰。以上的内容就是二次系统在防雷时的遵循原则。以这项原则为主要的基准点，建立相应雷电防御环境，就是为系统中的各种设备营造一个较好的电磁环境，从而对系统的设施和相应管理人员的安全进行防范。一般情况下的防雷方法是在信号线路和低压配电线路上增设专用的浪涌保护器，从而将引入系统中的雷电流在最短的时间内泄放到大地中，从而保护系统的正常运作。安装浪涌保护器的两个好处是能够把高压送电线路在开启和关闭时生成的电源和电压吸收，避免其闯到二次系统中造成不必要的影响。
3变电站二次系统接地分析
从配电变压器将一次电压降到二次可用电源起，到各种机箱、机柜、设备内部电路接地，整个二次系统可以按段将接地模式分成单点接地、多点接地、浮点接地和混合接地四种。在低频电路中，由于元件与分布线之间杂散电感比较小，这容易造成相互影响，可以采用将系统所有的接地线共同连在一个公共接地端子上的单点接地方式。这种方式有串联单点接地和并联单点接地之分，串联单点接地方式有优点在于避免低频时的接地回路问题，缺点是各们子系统回路存在着一部分重叠情况，容易造成相互干扰。由于这种方式比较简单，在实践中还是应用最为广泛；并联单点接地形式优点在于防止电路单元与设备之间直接传导耦合问题，但其布线笨重、繁杂，而且多根地线之间、地线与电路之间的电感和电容会随着频率的增强而加强耦合的缺点制约其不能广泛的应用。比较典型的例子是应用于弱点信号系统接地和机械接地构成的二次单点并联接地系统。多点接地指系统中各个接地端子都用最短的接地引线接到它们附近的地面上。在高频时，单点接地会使得诸多杂散电容存在于设备外壳与大地之间。相对于多点接地，其优点在于电路构成简单，减少高频驻波现象出现，得到最低的地阻抗，缺点是增加设备内容的接地回路。浮点接地一般是针对信号控制电路，悬浮地的设备容易产生静电积累，在雷电环境下还可能发生设备机箱部件电击穿，甚至影响操作人员人身安全，不易用于变电站的二次系统。混合接地是串联、并联、单点、多点等接地方式组合应用的一种接地方式。在复杂的工业系统中很难只采用单一的接地方式时，应用混合接地方式，可以克服单点接地、多点接地、浮点接地的缺点，发挥其优点功能。如在低频电路部分多采用串并联混合低频信号接地，高频电路部分即采用多点接地。
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4变电站二次系统防雷保护措施分析
4.1信号防雷
变电站通信接口过电压保护各类繁多，设计比较复杂，变电站最常用的电话线接口过电压保护设计、网络通信线的过电压保护器以及RS-232接口过电压保护设计三种。电话通信设备有MODEM和DDU两种，MODEM通信传输速率达到4800～28800b/ps，在电话线上传输带宽设计为不可变。将网络通信线的过电压保护器安装在通信线路两端、户外网络的进线端或计算机通信接口的前端，遇到双绞线通信时根据信号工作电平和传输速率来选择，遇到同轴电缆通信时，还要将通信线路特性阻抗也考虑进去，以匹配保护器的特性阻抗。RS-232串行通信只同步与异步之分，只是在通信线数量多少进行区分，防雷功能都一样。
4.2电源防雷
电源防雷是变电站防雷的重点工作之一，在实践中通常通过三级防雷保护措施将侵入设备的过电压控制在一定的范围内，保证设备正常工作，避免人身伤害。第一级防雷保护是在设备所在楼层的总配电箱的电源安装上三相四线制浪涌保护器和箱式浪涌保护器，选用Ⅰ级试验的电涌保护器（T1型），可以将瞬态过电压产生的强大的过电流对地进行泄放，把瞬态过电压限制在电气电子设备能够承受电压的范围内。为了预防操作过电压和感应雷击，还需要将浪涌保护器分别接到总电源交流配电屏输入端的三根相线及零线与地线之间，三根相线串联在小型断路器上。第二级防雷保护是将浪涌保护器安装在配电箱输入端的三根相线和零线与地线之间，将小型断路器串联接到直流电源输出端三根相线前端，选用Ⅱ级试验的电涌保护器（T2型）。第三级防雷保护是将（D1型）信号浪涌保护器配置到机房的一些重要设备的输入端，选用5kA的标称放电电流，保证电源和部分通信接口不受感应雷击和操作过电压影响。
4.3电流互感器二次回路接地
电流互感器二次回路接地方式有中性点接地和B相接地两种方式。规程中规定，大接地短路电流系统的电压互感器主二次绕组一般采取中性点直接接地，而小接地电流系统即采用B相接地方式。中性点直接接地方式具有接线功能齐全，接线比较简单，适用于两种系统。在线电压同期的情况下，B相接地也可以简化同期回路接地线，节省投资，但不能接绝缘监视仪表，也不能测量相电压。在变电站通常采用B线接地的星形接线，在二次侧中性点击穿保险接地，使得接地功能比较齐全。
4.4屏蔽电缆可靠接地
屏蔽电缆可靠接地通常有单端接地和双端接地两种。单端接地的电缆一端悬空，当雷击引起大电流进入地网时，接地网的高阻抗特性让入地电流迅速衰减，从而使感应电压不会太大，达到保护变电站的目的。双端接地是在改善地网的基础上，为限制发薪电缆两接线地端电位差，防止屏蔽电缆两接地端因电位差造成的干扰而采用严格的等电位连接方式。与单端接地方式相比，双端接地方式具有良好的抗电磁干扰性能。为二次电缆少受变电站内空间电磁场干扰，除了综合考虑两种连接方式外，还应当采取改善变电站内的接地网，降低接地网和设备接地引下线的接地电阻；充分利用电缆沟的屏蔽作用；将低电平的信号电缆与高电平电缆分开；二次电缆屏蔽层的接地点应尽量远离浪涌保护器、接闪装置的接地点；二次电缆应尽可能远离母线，并尽量减少与母线的并行长度；二次电缆在变电站内的走向应尽可能呈辐射状等可行措施。
5结语
变电站微机保护设备种类繁多，它们的耐过压能力也各有差别，系统遭受雷击危害机率大大增加。希望通过本文对变电站二次系统的防雷接地保护措施的分析，能够有效减少变电站二次控制系统遭雷击的现象明显，将雷害事故和干扰减少到最低程度。
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论文作者:吴志辉
论文发表刊物:《科学与技术》2019年20期
论文发表时间:2020/4/29
标签：防雷论文; 过电压论文; 雷电论文; 变电站论文; 系统论文; 单点论文; 设备论文; 《科学与技术》2019年20期论文;