雷电对变电站设备的危害及防治经验

2016-03-12内蒙古新闻出版广电局610台刘大庆

电子世界 2016年22期

内蒙古新闻出版广电局610台刘大庆

雷电对变电站设备的危害及防治经验

内蒙古新闻出版广电局610台刘大庆

在当今的信息时代，各类先进的电子设备，由于大量和广泛的应用，其遭受雷击危害几率大大增加，尤其是变电站内有众多电子设备，易在雷电作用下出现问题。本文就雷电理论上对变电站可能造成的危害进行分析，结合变电站现状及雷电损害电子设备的途径，从雷电入侵变电站的几个方面展开分析，找到雷电损害变电站设备的原因，从而针对性解决雷电对变电站电子设备的危害。

防雷；变电站；接地；电子设备

雷电对变电站电子设备的危害主要通过雷电感应、地电位反击、雷电二次伤害等。当前变电站在设置二次回路及二次回路中的而设备和智能化电力系统并未受到足够重视，导致这种现象的原因主要是传统思想根深蒂固，导致现在一些二次回路在设置过程中并未注重二次回路的改善。传统电网保护采用的是电磁式保护装置，对雷电等不良因素的干扰具有较强的抵抗能力。对着计算机技术和自动控制技术不但发展，当前变电站设备保护已经由传统保护转变为微机保护，变电站设备保护系统已经由电磁保护装置转变为智能保护装置，这些智能保护设备更易受到雷电的影响。

1　雷电入侵的主要途径

雷电对变电站系统影响较为严重，其影响主要由电磁脉冲通过电阻耦合、电感耦合、电场耦合等方式进入变电站电力系统。变电站实际运行过程中主要通过电线及电磁感应场等进入电子设备系统，再加上变电站接地系统存在问题导致设备仪器绝缘性降低，从而导致电位差形成较为严重的后果。

从现状来看，雷电对变电站电子设备的破坏形式主要有以下几种方式：

1.1雷电直接击中变电站电子设备

传统变电站电子设备系统包括极端保护系统和各运动设备，这些系统在设计时均将雷电作为其正常运行，因此在设计时考虑过避雷措施，因此遭受雷击的可能性较小。随着智能系统在变电站中的应用不断深入，这些系统在传统设备基础上进行改造和引进，因此在设计和施工中难以考虑防雷措施，导致这些设备易被雷电直接集中，不仅导致被击中设备被损坏，还易导致与其项链的其他设备。

1.2通过电源侵害电子设备

变电站电源线是连接变电站多有设备的中转部分，雷电若击中电源线便会通过与电源相连部分侵入到二次回路中，此过程产生的瞬时高压会直接影响到二次设备。例如以最大电流陡度为100KA/ us计算，设单根引下线上长度为10m，电感电压降值会达到1MV以上。变电站实际运行过程中会存在电损，因此该电压会较理论值更低，但也足以导致变电站绝大多数设备被破坏。由此可见防止雷电经过电源线伤害二次回路连接设备是变电站防雷工作重点任务之一。从传统设计角度来说，变电站设备已经杜绝二次回路伤害可能性，但由于后期需要会对原有设备进行重新设计和电路改造，电源线超出其原有设计范围。另外一些人为违规造成的影响会造成雷电入侵变电站电源线，从而破坏变电站二次回路设备。基于此必须重视对该系统防雷电的保护，若因为需要必须将电源线引出，则需考虑采用防雷设备保护电源系统。

1.3感应雷侵害电子设备

雷电出现时会将电流通过大地进行释放，在此过程中会形成一个快速变化的旋转运动磁场，该磁场会造成其邻近部分的电源线及弱电电缆等相对切割磁力线，从而产生感应高压，并会产生电流陡度为90KA/us，当其环路为10M时，瞬间可以产生高达千伏的感应电压。瞬时高压会随着线路进行传输，并击毁与线路相连的变电站设备。当前变电站二次回路电缆大多采用电缆沟内铺设方式，一些电缆直接沿建筑物表面进行欧舍，因此极易造成过压导致设备受损。

1.4高压反击雷对电子设备的侵害

为保护变电站设备，很多变电站均埋设避雷针，其作用是通过避雷针尖端引雷并将其通入大地，从而避免雷电击中变电站设备。由于地面存在阻力，因此地面电荷并不能在瞬间将雷电电荷完全中和，此时必然引起局部地区电位上升，从而导致电势差。电势差可能会造成二次高压反击，当产生二次高压出与变电站设备间距离小于安全距离时便会受到影响。其次避雷针通过金属导体与地面相连，由于导体与土壤电阻率存在差异，也会导致二次高压反击的出现，并破坏变电站设备。尤其是出现劣质材料导致电阻不和标准或避雷针在埋设过程中由于操作不当导致其作用降低，会产生买充电压，该脉冲电压会造成变电站设备被破坏，该种破坏一般是地方性的，例如传感器模块、测量模块、绝缘模块等。当电缆的绝缘性降低时便会导致各种雷电伤害加剧。由于雷电对目标是否击中存在一定偶然性，因此其对破坏性可能影响到任意模块，或者对系统中连接任意模块的电缆线造成破坏。

2　变电站电子设备防雷的具体经验

结合国内外变电站在防雷上的经验，要做好变电站防雷工作的关键就是需贯彻防雷工作的几个原则，就是采用分流、均压、接地、屏蔽、保护几个技术。

分流就是通过并联电路干路电流等于支路电流之和，因此在避雷过程中可通过增加接地引线的数目，这样每根电线分到的电流就会减少，其感应范围也较小；

均压是指将变电站中所有被保护设备构成等电位，以此杜绝因为电位差导致的电子设备损伤；

接地时当前变电站设备常用方法之一，也是一项重要的防雷手段，通过接地可保证二次高压反击雷造成的变电站设备损坏；

屏蔽是防止雷电发生时产生的雷电脉冲对设备造成的损伤；

保护的作用就是防止过压和过流等对变电站电子设备造成的影响，也是当前变电站设备最重要的保护措施之一。变电站防雷与建筑物防雷有一定差别。通过对变电站防雷系统进行深入研究，发现当前变电站在防雷过程中较易忽略的就是屏蔽保护，尤其在变电站二次回路防雷中极易忽略此项工作。基于此需结合前文介绍的几种形式，对变电站设备进行充分保护。

2.1杜绝雷电从电源侵入

当前变电站在引入新设备或对原有系统进行改造过程中，需将电源线引到其他地方，此时极易忽略对电源线雷电的防护。电源线缺乏保护便为雷电入侵变电站电子设备提供新的可能。基于此在变电站改造或引进新设备进行电路二次连接时必须对电源及电源线进行保护，防止雷电产生的电流脉冲通过电源引出线侵入电源系统导致设备被损伤。

2.2做好屏蔽，削弱感应雷的影响

变电站内电缆错综复杂，在电缆铺设过程中应该保证电缆沟内电缆合理铺设，且不同系统在电缆沟内需要分开铺设，如有条件需将不同电缆通过屏蔽分开，或者让电缆通过金属管。当雷电入侵到变电站系统中便不会对其他系统造成干扰。当前变电站的微机系统及运动系统的数据传输及采集电缆均需对其进行屏蔽处理，且需保证电缆屏蔽层接地。

2.3做好接地，杜绝二次反击雷的影响

接地的主要作用就是讲雷电产生的电荷导入大地，从而将雷电造成的不良影响降到最低。接地时最为有效的防雷措施之一，尤其对雷电二次反击对变电站电子设备造成的影响有明显作用。变电站设备在进行接地网建设时需确保其接地电阻满足实际需求，并且需对变电站接地电阻进行有效检测，保证变电站设备安全运行。

2.4合理配置避雷针、避雷器，严防直接雷的危害

避雷针是变电站最常用的防雷设施，通过避雷正可保护变电站电子设备不被雷电正面集中。变电站高压线避雷正可保护高压电线受到雷电入侵时损伤到变电站内部电子设备。当前变电站内部在改造过程中需新增智能化系统，该系统的防雷建设往往被忽略。因此变电站应该讲设备安装位置及电缆铺设置于防雷系统保护范围内，确保变电站电子系统不受到雷电的影响。变电站系统弱电电缆应该采用相应电涌保护器对其进行保护，以此降低二次雷电反击对设备造成的侵害。