浅析变电站二次设备的防雷

马 强

（湖南省气象局 长沙市410000）

雷电灾害是国际上公布的最严重的10种自然灾害之一。最新统计资料表明，雷电造成的损失已上升到自然灾害的第3位。长期以来，供电部门设备防雷都是以防止雷电浪涌沿输电线路感应引起问题为主，大家普遍认为只要按照国家的建筑物防雷设计规范做好变电站的防雷措施，比如安装好变电站的防雷装置（避雷针、引下线、接地装置等），就把所有的防雷工作做到位了。但事实证明，随着变电站自动化程度的不断提高，自动化系统的电子化、集成化、智能化技术的发展，使得这些对浪涌较为敏感的电路雷电承受能力进一步下降。当雷电击中变电站时，这些设备很容易被击毁。

1 雷电危害变电站的途径分析

一般变电站都有布置在变电站四角和边上数支高约数十米的避雷针的保护，基本可以避免建筑和设备免遭直接雷击。在高压母线上均有氧化锌避雷器并且高压线路上有架设的避雷线保护，雷线可以保护线路免遭直接雷击，氧化锌高压避雷器可以及时泄掉危险线路和高压设备的过电压和过电流，起到保护线路和高压设备的作用。主次变中性点装设有氧化锌避雷器，可以及时泄掉危害高压设备的过电压和过电流。安装的这几个氧化锌避雷器都是高压避雷器，保护目的很明确，都是保护那些耐过压能力很强的高压设备，并且这种避雷器为了适应高压环境，它的残压设计的都很高，残压可以轻易击坏处在后端的，脆弱的二次设备。信号线路等的防雷更是没有考虑。

全站的工作接地，保护接地采用同一接地网。接地主网设计为长条孔状均压带，间距为（5～7）m，接地主干线及引至电气的接地分支线均采用-60×6的镀锌扁钢。按计算要求，接地电阻一般在0.5 Ω以下。所有户外设备基础、支架、进出线构架、电缆支架、电缆支架均需与接地网可靠连接。户内设备基础槽钢、设备外壳、穿墙套管板、照明分电箱等均需接地。所以我们说，变电站对高压设备和建筑防护是完善的和成熟的，但对二次设备的防雷设施却是空白，二次设备正处在有雷无防危险境况中。感应雷电可能通过下面几种途径入侵变电站并破坏二次设备：

（1）由站用变压进入站用变屏，再进入到直流屏和UPS。

（2）由信号线进入通信设备，再进入RTU和后台机（当地监控）。

（3）雷电流流入地网，地电位升高，使得与之相连的设备外壳带上高压，造成设备的平衡电路纵向绝缘上出现高压，导致绝缘击穿。

（4）由室外监控线路以及到室外的照明线路进入设备。

变电站二次设备集中了计算机、GPS对时设备、交直流逆变电源及微机保护装置设备等组成的自动化系统，内部连接线路交错，较为复杂，当雷电侵入自动化系统，就会造成严重的干扰和损坏。例如：1999年6月，天津宁河供电局小李变电站的远动设备遭雷击，其中扩频电台的电源及RS-232数据口、UPS的整流可控硅、网关机主板及RS-232口、RS232/485转换盒、RTU中7块监控模块均被击坏，由于设备受损严重，受损设备数量多，抢修人员无法及时修复，最后申报停运。广西平果变电站从1993年1月投运以来，多次遭受雷击，造成二次设备的损坏和不能正常运行。1993年夏雷击造成资料丢失，一些插件损坏；1995年雷击造成计算机死机；1997年的雷击造成监控系统3台显示器无显示，UPS A段负荷跳闸，两个光纤传输器被击坏，计算机B机失电，RTU故障等。

2 变电站二次设备防雷的解决方案

（1）防止由电源线、信号线侵入的闪电电涌措施。防治侵入的闪电电涌措施，一般都是在设备的端口接入一浪涌保护器，正常工作范围内它的阻抗很大，对设备没有影响，而当电压超过某个限度以后它的阻抗急剧下降，并且能在瞬间分流巨大的浪涌电流，实现对设备的过电压保护。保护的主要元器件包括放电管、压敏电阻、瞬变电压抑制二极管（TVS）、 聚合开关 （Polyswitch）和硅对称二端开关（SIDACTors）等元器件。每种元器件各有特色，没有万能的器件，设计时应根据被保护设备和环境的要求，选用适当元器件，配合使用。

保护器件可以由单一元件构成，也可由多个元器件组成的混合电路构成。所有的元器件可以集中在一块板上，也可分散在不同的板上来实现保护作用。在实际应用中，应采用多级保护。第一级为主保护，吸收浪涌电流的主要部分，第二级箝位电压到被保护设备的安全电平。通常情况下，两级保护已能满足被保护设备的安全要求，如果需要可以采用三级保护。

变电站二次设备的防雷保护应分别在电源线、信号线和天馈线上分级装设专用防雷器。在站用变屏进线处安装电源一级防雷器；在直流屏、UPS进线处以及微波塔上照明灯的电源线上安装电源二级防雷器；在后台机、远动装置（RTU）和微波装置等重要设备的电源进线处安装电源三级防雷器；直流屏的控制母线应装设直流电源防雷器。在远动装置与微波设备的接口处、远动装置（RTU）与后台机的接口处、后台机的MODEM之前分别安装信号防雷器。在微波天线与微波设备的接口处安装天馈线防雷器。对于具备遥视功能的变电站，室外的摄像机应考虑防雷。摄像机的电源线和云台的电源线应装设电源防雷器；摄像机的信号线应装设信号防雷器。

（2）防止接地系统的高电位反击。需要强调的是，采用任何防雷方法，都必须具有一个良好的接地系统，使雷电浪涌电流顺利地流入大地。否则，安装何种类型的防雷器件，都不能收到预期的效果。联合接地系统更容易均衡建筑物内各部分的电位，降低接触电压和跨步电压，排除在不同金属部件之间发生闪络及火花放电的可能，接地电阻更小。因此采用联合接地可以防止接地系统的高电位反击。

实践中，变电站二次设备的外来电磁干扰，主要由电源线、信号线和地线三个环节侵入到系统，只要在电源线和信号线接口处安装相应的防雷器件，就能有效地保护二次设备。接地系统因受客观环境限制，相对复杂一些，应根据具体情况，作好联合接地。