变电站二次设备防雷技术的探讨

变电站二次设备防雷技术的探讨

何兴平

何兴平

（云南电网有限责任公司昭通供电局云南昭通657000）

摘要：变电站二次设备受雷击损坏的案例已经屡见不鲜，因此，为了使电力系统能够稳定安全的运行，变电二次设备防雷技术在电力系统中被广泛应用。本文首先对雷电入侵变电站二次设备的途径进行了分析，并对变电站二次设备防雷基本技术进行阐述，提出了变电站二次设备的防雷方案和新型技术手段。

关键词：变电站；二次设备；防雷技术

1.雷电入侵二次设备的途径

通常来说，变电站内和进出口处都安装有避雷针、地线等设备，能够有效防止变电站一次设备被雷电击中的事故发生。但是，目前变电站的防雷措施仅仅对一次设备的雷电防护比较有效，对二次设备防雷技术的研究比较缺乏，然而二次设备又是保证一次设备能够安全运行的关键。下面从交流站、直流站用电系统和通信等方面对雷电入侵变电站二次设备的主要途径进行分析。

1.1交流站用电系统

虽然站用变压器上设有避雷装置，但是变压器的电波为平波，而雷电传输的电波存在幅值很大的波峰和波谷，雷电给变压器带来的能量过压的冲击能够突破变压器的平波保护，余留下来的过电压则会以变压器中的低压电缆为媒介，将过电压传输到交流站内的所有交流用电回路中【1】。

1.2直流站用电系统

目前，变电站二次设备通常采用的是220V电压的直流供电，而直流站用电系统是通过室外输电回路进行传输，一旦室外的直流输电回路受到雷击，过电压就会通过室外控制回路传输到二次设备上，造成用电系统的损坏。

1.3通信线路

在变电站用电系统中，二次设备属于集成电路，二次设备之间的连接都是通过通信线路进行互联的，所有种类的二次设备连接在一起就构成了自动化网络。所以，当通信线路网络受到电击时过电压就会通过通信线路传输到各个二次设备中，并会造成通信接口的损坏。

1.4地电位反击

如果变电站中的设备被雷电击中，雷电产生的电流就会通过装在的避雷设备传输到接地线路中，当接地线路的电阻较大时，地电位就会升高，这样就会造成变电站二次设备的外接线和接地线的电位差增大，低电位就会对二次设备形成反击，从而使二次设备损坏。

2.二次设备防雷的技术手段

无论雷电从上述所说的任何途径入侵二次设备，变电站二次设备防雷技术秉承的基本原则就是：要让雷电产生的过电压电流必须沿着最短路径输出，缩短放电冲击时间，使得过电压的波及范围减小。一般采用以下5种防雷技术手段：多级引流防护、屏蔽、等电位、接地和过电压保护。

2.1多级引流防护

为了将雷电冲击电流更快地引入地下，可以在变电站二次设备易受电击的部分各级安装SPD（SurgeProtectiveDevice）装置。该装置是一种快速的自动开关，如果遭受到雷击，SPD就会传输电压信号，随即开关自动闭合，然后电流就会通过SPD的接地线传输到地下。通过SPD可以有效缩短电流的传播途径，并将雷击的电流波动控制在变电器二次设备能够承受的范围内，从而防止雷击，保证设备稳定安全地运行【2】。

2.2屏蔽

通常情况下，运用屏蔽的技术手段虽然不能起到完全屏蔽雷电的作用，但是能够起到抗高频干扰的效果。现实应用中，具有屏蔽作用的屏蔽线或穿金属管一般用在低压控制、电力电缆、通信和信号线路中。对于变电站的二次设备室内控制区可以采用建筑物钢筋网等金属材料将控制区被屏蔽网罩住，从而能够有效阻挡外来的雷电波形成的过电压。

2.3等电位

用连接导线或过电压保护器将等电位网与变电站内的SPD装置、二次设备的金属构架、屏蔽线和电讯装置等容易被雷电冲击电流破坏的接口连接起来，能够减小二次设备的地电位差，从而防止地电位反击现象的出现，对二次设备形成保护。

2.4接地

在实际操作中接地和等电位是联合进行的，接地系统主要由接地线构成，将线路连接在接地系统中可以有效保护二次设备和人身的安全，防止雷电产生的电磁波的干扰。

2.5过电压保护

由于雷电产生的冲击电流会通过过电压损坏二次设备，所以从防止过电压的入侵入手，可以将过电压保护器安装在各种信号线、电源线等易受过电压破坏的线路中【3】。过电压保护器能够滤除线路上传输的过高电压，避免二次设备接触到过电压，从而保护二次设备不受损坏。

3.变电站二次设备防雷方案

通过以上对变电站二次设备被雷电入侵的主要途径和防雷技术手段的分析，提出了可供选择的最佳防雷方案，主要方案如下：

3.1交流站用电屏

交流站是变电站中的交流电唯一的总输入和输出设备，对于交流站的安全防护极为重要，需要分为两级防护。第一级防护是针对交流站用电系统中电源进线进行的，即，将SPD设备安装在交流站用电屏输入电源的进线端，主要作用是将雷电产生的冲击电流最短时间输出进入地下；第二级防护是针对交流站用电系统中电源出线进行的，即，将SPD设备安装在交流站用电屏输出电源的母线上，主要作用是对于第一级SPD没有输出的残留的电流再次输出到地下。

3.2直流站用电屏

进行过上述两级防护外，为了避免残余的剩余电流对直流站用电屏的损坏，在直流站用电屏上施加第三级防护，即，将SPD设备串联安装在直流输出母线上。主要作用是防止二次设备的室内电源线路遭受过电压，并将第二级SPD没有输出的残留的电流再次输出到地下。

3.3逆变电源屏

为了顺应变电站二次设备的后台监控系统等的需要，交流电必须转换成直流电，因此，为了避免残余的剩余电流对逆变电源屏的损坏，需要在逆变电源屏上施加第四级防护，即，将SPD设备安装在逆变电源屏上。主要作用是将第三级SPD没有输出的残留的电流再次输出到地下。

3.4信号用电屏

在变电站内连接各二次设备的通信线易受雷击电流损坏的端口处安装SPD。对于后台系统中的信号用屏保护则要针对后台的网线将SPD安装在后台机一侧。

3.5等电位

为了使变电站形成一个等电位体网络，需要简化屏柜用截面积大于0.25平方厘米的导线相串联，再连接接地网。

3.6方案的实际应用

结合公司变电站现状，公司变电站二次设备防雷工程按照上述方案进行了实际应用。第一级保护是将型号为ASPAsafe-25的三相电源防雷器安装在交流电源屏的进线端，能将过电压限制在2KV，；第二级保护是将型号为AMI-80/4的三相电源防雷器安装在交流电源屏的出线端，能将过电压限制在1.8KV；第三级保护是将型号为AMⅡ-40/4的三相电源防雷器安装在直流、通信电源屏的出线端；第四级保护是将型号为AMⅢ-20/2的电源防雷器安装在逆变电源设备一侧。为了防止由于SPD的损坏而造成的用电事故，还需要将32A联动空气开关分别安装在各级保护的SPD前端。

4.二次设备防雷难点

除了上述几种主要变电站二次设备防雷技术手段外，还有很多方法和手段可供选择，但是单一的技术手段有时候并不能取得令人满意的效果。例如，很多时候受到雷电的冲击后电流即使通过避雷器，其残余电压仍是比输电线上的额定电压高出数倍，二次设备上所能承载的电压已经完全不能抵御雷电带来的过电压，这种情况下，避雷器就不能对二次设备起到防雷的作用，这也是变电站二次设备防雷技术的难点所在。因此，在对变电站二次设备实施防雷保护的时候，需要对设备所处的地理环境，易遭受雷击损坏的部位进行了解，并结合多种防雷技术对二次设备进行保护。

5.总结

综上所述，为了更有效保护变电站二次设备免受雷击过电压的损坏，需要综合采用多级引流防护、接地、屏蔽、等电位、避雷器、过电压保护等措施，使得变电站二次设备防雷系统更加完善，也希望本文能够为今后变电二次设备防雷技术的建设提供依据。

参考文献

[1]杨柳萍.关于变电站二次设备综合防雷技术的探讨[J].广西电业,2014,Z1:108-111.

[2]王宪磊.变电站二次设备防雷保护探讨[J].大众科技,2012,03:137-138.

[3]黄新楠.变电站二次设备防雷保护措施探讨[J].山东工业技术,2015,20:124.