（中石化江苏油建工程有限公司 江苏扬州 225200）
摘要：分析雷电的危害，及雷电侵害变电所内电子设备的主要途径，结合目前变电所在二次回路防雷的实际情况，提出针防止雷电侵害变电所内二次设备的具体措施。
关键词：防雷；二次回路；电子设备
随着电力设备自动化改造的深入，综合自动化变电所的不断增多，雷电对变电所二次系统设备的危害越发突出。江苏油田地处江淮平原，雷雨天气较为频繁，尤其是6到8月。虽然江苏油田目前13座变电所均已实现了综合自动化的要求，可靠性大大提高，但抗干扰和耐冲击始终是微机系统在电力工业恶劣电磁环境下应用中的两大薄弱环节。而雷击事件由于其极高的电压幅值和不可预测性更是微机系统的“天敌”，它极大的威胁着现代化变电所的运行安全，并时常造成严重的后果，曾发生过绝缘击穿二次回路烧毁、通讯设备损坏等事故，严重威胁电网的安全运行，应该引起我们足够的重视变电所二次设备多次遭受雷击，。本文针江苏油田变电所的二次设备的实际情况，通过分析雷电波入侵途径的分析，结合当今防雷的新技术，探讨变电所二次系统的防雷措施。
一、 雷电危害及变电所二次回路遭受雷击情况
1、雷电的危害
雷电从形式上可分为直击雷和感应雷。直击雷是雷云之间或雷云对地面上某一点（如树木、建筑物等）直接放电，直击雷蕴含极大的能量，电压峰值可达5000KV，具有极大的破坏力。感应雷是雷云放电时,在附近导体上产生的静电感应和电磁感应，在电源线和信号线上感应极高的脉冲电压，峰值可达50KV。，其中对地雷击由于距雷击点较近,产生的感应浪涌电压较大,作用半径也大,作用范围内的电子设备均是破坏对象。直击雷可以造成线路跳闸、开关、PT、CT及其它一次设备故障、爆炸。感应雷主要危害变电站的通信、继保系统、监控设备、图像监控系统和安全防范系统。当变电所遭遇雷击时，一次系统的雷电过电压将通过避雷针、避雷器等设备导入地网之中，从而保护一次设备。常规电磁保护的装置单元多为单元件的电阻、电感和电容等，耐热容量大，对尖峰脉冲的耐受能力也比较强，所以能承受高能的雷电暂态冲击，但对于运行电压只有几伏，信号电流只有微安级的二次设备来说，就不一定经受的住。怎样才能使这些微电子设备在恶劣的雷电环境这些设备对雷电等电磁脉冲和过电压过电流的耐受能力很低，而且由于电力系统二次防雷工作滞后，这些设备遭受雷击损坏极高，后果也越来越严重。表1为2001年至2007年雷电日统计情况，表2为江苏油田2001年至2007年变电所设备损坏情况。
从上表中可以看处，最严重的一次是2007年7月27日损坏了7台监控单元NFM，损失11万余元。
二、雷电入侵变电站建筑物内弱点设备途径分析
雷电波的侵入过程：雷电波通常是通过变电所（35kV）临近的10kV线路侵入10kV母线，再经过10kV所用变压器高、低压绕组间的静电和电磁耦合，闯入低压出线。途中经过了10kV线路避雷器、母线避雷器和所用变避雷器3级削峰，再经过所用变低压出线的平波作用，电压幅值大为下降，目前我们常用的氧化锌避雷器，在绝缘上日趋完善。但由于雷电波的电压、能量极高，虽然绝大部分的雷电能量都能在到达设备之前得以消除，但雷电波仍可能以幅值相对很高，但作用时间很短的低能量尖峰脉冲的形式，通过所用变压器的低压出线，加到变电所内所有的220V交流回路中。当雷电过电压低于避雷器动作电压，雷电波将通过电磁感应和电容耦合两种方式进入低压侧。还有一种情况，就是感应雷电波通过调度远动系统的综合自动化设备和信号采集的二次电缆入侵，以很高的电压直接加到远动系统的信号和传送端上，造成接收和发送端模块烧坏。
在实践中，以电线、电缆感应电磁场（包括产生雷电二次感应过电压）以及由于接地系统不当或仪器绝缘降低，引入电位差形成的后果最为严重。调查发现，雷击在线路上引起的上万伏的过电压、过电流及极强的交变电磁场是损坏建筑物内设备的主要原因，雷电入侵建筑物内设备的途径有配电线路、通信线路、雷击电磁场、地反击等四种途径，具体分析如下：
（1）配电线路引入的雷电过电压
雷电波通常是通过变电站临近的线路侵入母线，再经过变压器高、低压绕组间的静电和电磁耦合，进入低压出线，途中经过了线路避雷器，母线避雷器等多级削峰，再经过变压器低压出线的平波作用，电压幅值大为下降。但由于雷电波的波峰幅值和能量很大， 虽然雷电波在经过上述避雷器后，大部分能量得以消除，但仍有部分雷电波以幅值相对很高且作用时间很短的低能量尖峰脉冲的形式通过变压器的低压出线，加到变电站内所有的380 V交流回路中。
（2）通信线路引入雷击
通信线路（通信线路一般包括一般有载波线、电话线、控制线等）由于变电所的通信电缆出线较长，感应雷电通过远控系统电缆及信号电缆侵入,以很高的电压直接加在二次设备上,该过电压轻则使设备加速老化，重则直接将设备损坏。对于电力系统来讲，RS485、RJ45网线、GPS及微波载波等馈线等都是引入雷电的通信线路。大部分通信线路主要是在室内被其他线路上的过电压感应。
（3）雷电电磁场
上述两条途径是有型的看到的途径，而电磁场是空间传播的看不到的东西，这里的雷电电磁场是指雷击引起的室内的电磁场，该电磁场使室内的线路感应到过电压，该过电压直接传到设备，该电磁场也可使设备内的PCB板上的线路或器件感应到过电压，使设备损坏。说到底，雷电电磁场的危害最终还是使设备及线路感应到过电压。对于电力系统来讲，电力建筑物内的钢筋（当作引下线用）变电所布线层内进出高压场地的各种线路都是雷电电磁场的产生源。
（4）地反击
当变电所或线路遭受雷击后， 雷电流会经避雷装置流人接地网，如果接地网的接地电阻偏大或接地网的均压效果不好时，在强大的雷电流作用下，会使接地网的局部电位显著抬高，并由此导致电地位对设备反击而损坏设备。
三、变电所二次设备目前防雷采用的具体措施
在电力系统中，对于强电设备的防雷措施比较完善，经验也比较丰富，但是对于使用弱电的电子设备（如：保护设备、通讯设备、自动化设备、计算机设备、网络设备、传真机、UPS电源设备等）的防雷却显得相对薄弱。概括地说，目前电子设备的防雷手段，主要采用分流、等电位、接地、屏蔽、和过电压保护五种方法。
分流：利用避雷针、避雷带和避雷网等将雷电流沿引下线安全地流入大地,并增加雷电接地引下线数，从而减小每根引下线通过的雷电流，其感应范围也就相对较小；
等电位：使被保护对象的各部位尽可能构成等电位，从而杜绝电位差对电子设备造成的损害；
接地：良好的接地是防雷安全的重要保证之一，也是我们常用的一种方法，尤其是二次高压反击雷，良好的接地能够有效地消除二次高压反击雷的产生；
屏蔽：良好的屏蔽对于防雷电电脉冲也是最有效的措施；屏蔽就是把雷电电磁脉冲从空间感应入侵的通道加以阻断．利用屏蔽材料阻止或减少电磁能量在空间传输造成的干扰。变电所的二次设备中，大量采用半导体器件和集成电路．这些电子和微电子器件在较高电压下十分脆弱。故采用屏蔽的方式阻挡或衰减电磁脉冲的能量传播．保证电子设备的正常和安全运行 加强变电所的电磁屏蔽，防止雷电活动时产生的静电干扰和雷电放时造成的磁场干扰对计算机系统的影响：变电所二次电缆要使用屏蔽电缆．防止雷电活动时在二次回路上产生感应过电压或产生静电感应 但弱电设备往往无法实现全屏蔽．靠单一屏蔽难以达到预期的效果，需采用多重屏蔽。
保护：对电子装置进行过压和过流的保护，是最直接也是最重要的措施之一。对于我们油田变电所常用的几种。
四、变电所二次设备防雷改进的具体措施
相对于建筑物防雷，变电所防雷系统是有其自身的特点，根据前面分析的二次回路中雷电造成破坏的几种形式，并结合防雷技术，认为变电所二次回路防雷保护要从两个方面入手：一、在电源系统和通信系统中加装防雷保护设备，以防护雷击过电压的侵入；二、各二次回路、屏蔽电缆和盘柜外壳均要选择合理的方式接入等电位面，并且等电位面也必须合理接入地网。可以采取以下措施：
1、杜绝雷电从电源侵入
在实际情况中，变电所中新设备的应用或者所用电源系统，将电源线引出到其他地方使用，很容易忽略雷电的防护，将给雷电从电源线侵害电子设备提供新的可能。所以在电源出线处必须使用电源电涌保护器，防止雷电电流脉冲通过电源引出线，进入所用电源系统，侵害二次回路及电子设备。
2、做好屏蔽，削弱感应雷的影响
电缆沟内的电缆铺设要合理，不同系统的电缆在电缆沟内要分开铺设，最好还要屏蔽隔开或者走金属管内；这样在雷电侵入到弱电系统时，不会对其他系统产生干扰影响。变电所的微机保护、远动系统中的数据采集电缆，必须使用屏蔽电缆，并一定要将屏蔽层在装置端接地。
3、做好接地，杜绝二次反击雷的影响
良好的接地体是可靠防雷的基本条件，不然会通过避雷针、避雷带等设备将雷电引入到接地体时，产生的二次反击雷将严重危害电子设备。所以，变电所接地网在变电所投运时，要确保接地电阻满足规范要求，并且要定期对电网的接地电阻进行检测，确保接地电阻满足安全运行的要求。
4、合理配置避雷针、避雷器，严防直接雷的危害
避雷针要保证雷电不会直接击中变电所内的设备；高压线路的避雷器，保证雷电不会通过高压电力线侵害到变电所内部；在变电所内新增加的智能化系统，很容易对防雷问题产生忽视，所以这里特别强调，设备的安装位置和电缆的铺设一定要在变电所防雷系统的保护范围内，保证系统不会遭受雷击的直接侵害；系统的弱电电缆前端要采用相应的电涌保护器进行保护，防止感应过电压或者二次反击高压对设备的侵害；另外，还要注意新增智能化系统的电缆和设备要与避雷针保持足够的距离。
5、安装电涌保护器
电涌保护器是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置．过去常称为 “避雷器”或“过电压保护器”英文简写为SPD。 电涌保护器的作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内．或将强大的雷电流泄流人地．保护设备或系统不受冲击而损坏，就是在最短时间(纳秒级) 内将被保护电路连入等电位系统中。使设备各端等电位．同时将电路上的雷电电流引入大地，降低设备各接口端的电位差．达到保护设备的目的。
因此，从整体、综合、系统、全方位、多层次上有效地防止雷击对变电所的电子设备所产生的危害，是保证电力系统安全、稳定运行的重要保证。电力系统防雷是一项复杂的系统工程，做好变电所的防雷工作，不仅要做好变电所的设计阶段工作，而且在变电所的运行中，还需要定期做好防雷接地系统检测、维护工作，这样才能确保防雷系统满足变电所的电子设备安全运行的要求。
论文作者:沈雨雁
论文发表刊物:《电力设备》2016年第5期
论文发表时间:2016/6/16
标签：雷电论文; 变电所论文; 过电压论文; 设备论文; 防雷论文; 系统论文; 避雷器论文; 《电力设备》2016年第5期论文;