（浙江中新电力发展集团有限公司萧山电力设计分公司 311201）
摘要：本文通过雷电对变电所二次设备的各种干扰途径的分析，相应的提出了完善的解决方法，制定了良好的措施及解决方式，确保变电所防雷的可靠性, 为设备的安全、稳定运行提供有力的保障。
关键字：变电所；二次系统；防雷；分析
1.防雷对变电所二次系统的重要性
变电所的一、二次系统是一个相互紧密关联的整体，然而由于两者有着本质上不同的功能，二次系统的耐压水平比一次要差的太多，再加上二次系统本身的一些弱点，二次系统遭受雷击也频繁。假若二次系统的防雷技术不够完善，那么变电所二次控制部分极易可能受到雷击进而使变电所发生毁灭性灾难，最终将使危害扩大到整个电网的安全稳定运行。
尤其近些年，地球气候多变，天气异常，不仅南方雷雨季节雷击增多，一些北方地区也多出现较高的雷电灾害。全国整体出现的雷击水平较以往有了很大的升高，因此对于电网防雷击，尤其是变电所二次系统的防雷提出了更高的要求。
变电所遭受雷击会对其二次系统产生两个方面的危害：其一，雷电流通过变电所接地网泄流进入大地，产生冲击点位，此冲击点位在严重时会损害电气设备；其二，雷电流经防雷装置的接地引下线进入大地时，会在局部形成一个强大的暂态强磁场，使各种线缆以及弱电设备产生电磁干扰，发生瞬时过电压反正，损毁线缆和设备。
综上所述，由于大量的自动化、通信及继电保护等二次系统在变电所中的广泛应用，又由于二次系统较薄弱的抗雷击性，极易受到干扰而不能正常工作，造成各种开关误动、拒动等故障，严重影响整个电力系统的安全、稳定运行，因此对变电所二次系统防雷的研究有着重要的意义。
2.雷电对变电所二次系统的主要干扰途径
变电所的建筑物不高，层数一般在3层以内，可划分为二类防雷建筑。尽管如此，但由于变电所的设备处于一个强、弱电系统共存的错综复杂的电磁环境中，各种电磁干扰例如高低压开关的开合闸、雷电闪击、一次系统设备短路接地、附近物体的静电感应、无线电辐射等均可能进入二次系统形成浪涌和过电压。分析以往变电所发生雷电干扰故障的原因，我们总结出雷电入侵建筑物内设备四种主要的途径：配电线路、通信线路、雷电电磁场、地电位反击。本节接下来将对每种途径做逐一介绍。
2.1交、直流配电线路引入的雷电过电压
雷电波一般是利用变电所附近的配电线路入侵到高压母线上去，而后沿着母线经过变压器一、二次绕组间的耦合进入低压出线端，在此过程中，雷电波虽然受到了配电线路和高压母线上避雷器的两次削峰，并且还经过了变压器低压出线的平波过程，已经很大程度上减弱了电压幅值，大大减小了雷电波的能量，但是由于其巨大的初始能量值与波峰值，还是会有极少部分的电波以相对较高的幅值且作用时间极短的低能尖峰脉冲的形式冲过变压器的低压出线端，进入到变电所的交流电路中。
另外，如果变电所中的二次系统采用的是直流电源的形式，那么其配电线路埋设时所经过的电缆井道、电缆沟以及高压场地等，都有可能遭受雷电波的袭击，所以直流配电线路引起雷电过电压的概率及强度也是很大的。
2.2信号线路引入雷击
信号线路是用来连接在不同系统之间或者同一系统中不同设备之间起联系作用的，变电所的通信线路包括电话线、载波线、网络线等。变电所的信号电缆出线长，感应雷电携带很高的电压经过远程控制电缆或信号电缆入侵到二次设备上，过高的电压会加速设备的老化，甚至直接损毁设备。由于目前远距离传输多采用光纤，所以电力系统的信号线路诸如RJ45网线、GPS以及微波载波等馈线主要是在室内的布线间、电缆井被其他线路的过电压所感应。
2.3雷电电磁场
配电及通信线路是实际可见的有形途径，但是由于电磁感应产生的电磁场却是无形的东西。雷击会在室内引起雷电电磁场，使安装在室内的配电线路感应到过电压，由于室内线路直接连接到用电设备，该过电压便全部加在了设备上。另外，雷电电磁场也会导致用电设备内电路板上的线路或是电子器件感应到过电压，过电压对这些部件的影响将是致命的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆有实验表明，当电气设备处于电磁强度为 0.07GS 的电磁场中时，设备就会频繁的发生误动作，不能正常运行；当设备处于电磁强度为 2.4GS的电磁场中时，其将被永久性的损毁。在变电所现场中，二次回路的设备如继电保护设备、测量仪表等都在其专用的金属柜中，并且机柜做有良好的接地，具有很好的屏蔽效果。如此以来，雷电电磁场对变电所的危害还是归结在其对配电线路上的过电压感应。对于变电所而言，雷击电磁场的产生源可以是防雷引下线、变电所布线间、电缆沟等处的各种线路。
2.4地电位反击的干扰
当变电所或其线路遭受雷击时，雷电流经过避雷针、避雷网等避雷装置的引下线进入变电所的接地网，再经接地网进入大地。如果接地网的均压效果不理想或是接地电阻选用不合理，强大的雷电流将造成变电所局部地电位的升高，地网电位分布不均，在引下线附近会产生很强的瞬变电磁场，从而导致地电位反击。
上述表明，地电位反击的主要因素是存在电位差，即电压。为了设备的安全、稳定运行，电气设备必须要做接地保护。当遭遇雷击时，电气设备的接地线会产生高电位，而此时设备的其他地方若为地电位，那么接地线对设备该处的电位差就全部加在了该设备上了，我们不妨称此为接地线对设备某处的过电压，该过电压会增加设备的老化速度，甚至直接烧毁设备。但是要注意的是，要形成电压必须存在电位差，一台单独的设备未与其他导体相连接时本身就是高阻态，即便接地线为高电位，不存在低电位的话就不会存在过电压。一般来讲，设备接地线高电位对设备外接的配电线路、通信线等有电位。但是通常来讲，发生雷击时设备接地线的高电位与设备外接的配电、通信线路之间会有电压差。因此，地电位反击实际上是接地线与电源线路、通信线路之间产生了过电压。
3.变电所二次系统防雷的技术措施
从上节我们对雷电对变电所二次系统的干扰途径分析中可知，雷电入侵二次系统的主要途径是配电线路、通信线路及地电位反击。因此我们要主要从加强对配电线路、通信线路雷电防护入手，同时采取良好的接地屏蔽系统，全方位考虑，采取相应的措施，彻底消除雷电对变电所的隐患。
对于电源线路的防护，一个完善的防护方案应从交流配电电源、直流配电电源、重要设备的单独配电电源等全面考虑，因为微电子设备无处不在；对于信号线路的防护，我们应从进出变电所的所有有源信号线、跨楼层的重要信号线以及所内长度在 30m 以上的信号线等全面考虑。
3.1配电线路的防护措施
由于变电所都选址在较为空旷的地方，电磁感应强度相对较高，电力线路极易遭受雷电的袭击，雷击过电压会沿着电力线路进入所内设备，而损毁设备。考虑到变电所当地的年平均雷暴程度及其他环境因素，我们对交流电源采取了三级防雷保护。第一级防雷保护是，在 400V交流进线柜母线侧（即变压器的低压出线端）安装一台浪涌吸收器，将绝大部分入侵的雷电流泄放到大地中，用以初步保护整个控制室的安全；第二级防雷保护是，在配电屏内的 380V 出线侧各安装一台三相防雷器，用来继一级防雷保护之后，防止雷击时产生的瞬时过电压进入到控制室内的二次设备；第三级防雷保护可分为交、直流防雷，主要是避免经过前两级的防雷保护装置以后，残存的电压仍然超过后端用电设备所能承受的耐压水平，其中交流防雷安装在所内各种装置柜的交流电源上，如 UPS电源等，直流防雷则安装在所内的各种装置柜内，例如继电保护柜、控制柜、电源柜等。
3.2信号线路的防护措施
变电所二次系统中的设备包括很多网络设备，这些网络设备是通过通信线、载波线、天馈线等相互连接的。对于不同连接线我们需要采取不同的防护方式。
对于通信线的防护措施，在通信线缆进入设备之前串接信号浪涌保护器，以抑制沿线路传导的过电压对设备造成的危害，可满足 ADSL、ISDN、DDN帧中继、模拟电话线等多种通信线路的防雷。
对于载波线的防护措施，在载波到通信柜前安装双绞线信号浪涌保护器，以防止载波线路在高压场地的感应雷进入主控机房，对设备造成损害。
对于天馈线的防护：对带有BNC或者N接头的连接收发器GPS时钟系统，在同轴电缆进入同步装置屏之前，串联高频馈线防雷器，防止天馈线从户外引入雷击过电压而对设备造成危害。
对于设备间通信线路防雷：由于变电所的二次设备之间通信主要采用的是RS485、RS232、CAN总线等方式，雷电对其主要危害是感应雷产生过电压会击毁通信端口或使设备的集成电路芯片受损。为此，我们可以在通信端口安装相应的信号防雷器，防止过电压对端口或芯片造成的损害。
4.小结
近些年来，变电所自动化程度愈来愈高，变电所设备相应的采用了大量对雷电极为敏感的微电子设备，这使得防雷成为变电所防护中日益重要的一部分。在实际设计中，我们要对症入药，针对不同的变电所，根据其具体的设备状况采用其独特的二次防雷体系，并在日后的运行维护中，不断的检验和总结，逐步提高和完善变电所二次系统的防范技术。
论文作者:丁盛阳
论文发表刊物:《电力设备》2016年第16期
论文发表时间:2016/11/7
标签：变电所论文; 过电压论文; 雷电论文; 设备论文; 防雷论文; 线路论文; 系统论文; 《电力设备》2016年第16期论文;