综自变电站二次系统防雷技术措施探讨

　　近年来，庐江电网飞速发展，随着变电站无人值班改造的深入，我公司变电站综合自动化率已达到百分百，综合自动化改造后，微机保护装置替代了原来的电磁式保护，大量的高度集成的弱电子设备在变电站保护、通信以及远动领域中得到广泛应用，但经过一段时间运行，变电站二次设备遭受雷电冲击而损坏的事故在我公司时有发生，雷电对变电站二次系统设备的危害越发突出，造成难以估算的经济损失，严重威胁电网的安全运行。如何采取有效的防雷保护措施，保障电网正常可靠的运行，这是摆在我们面前的一个新课题。

　　2.案例分析

　　下面结合我公司近年来发生的几起典型的二次设备雷害事故，做些浅显的探讨，通过剖析变电站综自改造过程中二次系统防雷存在的疏漏和薄弱环节，探寻雷电入侵变电站二次系统的主要途径以及相应的防雷技术措施。

　　案例1：2007年春季，我公司110千伏缺口变遭受雷击，二楼主控室RTU总控单元（属早期综自装置）损坏，一楼通信机房内光端机远动串行通信口（RS232/422等）打坏，导致设备通讯中断，实时监控信息无法上传。

　　案例2：2008年6月某日，雷电造成35千伏汤池变5台微机保护测控装置黑屏，通讯总控单元通讯接口击坏，两只数字式计量电表烧毁，3条线路误动跳闸，导致整座变电站通讯中断、数条线路停电的重大损失！变电站基本瘫痪。

　　庐江属丘陵地带，地下多有矿藏，雷电频繁，而且雷击强度大、持续时间长，导致近年来庐江电网雷击事故频频发生，造成难以估算的经济损失，给公司带来很坏的社会负面影响。同一变电站多次遭受雷击重创，引起了公司领导的高度重视，责成笔者组成专题小组破解110千伏缺口变屡遭雷害的原因，攻克综自变电站防雷的技术难题。以此契机，笔者对综自变电站二次防雷有粗浅的见解和重新的认识：

　　雷电入侵综自变电站二次设备不外乎三个途径：

　　（1）雷电通过交、直流电源电路进入设备，造成微机保护测控装置、通信系统等的电源部分烧毁，这是占比例最多的一种雷电危害。

　　案例3中雷电过电压就是沿35千伏线路通过1#站用变（1#站变接在35千伏缺裴联络线上），经过站用变高压侧避雷器削峰平波后，其残压与电源电压叠加后耦合到低压所变屏，再经过低压电源回路进入设备，击坏RTU总控单元以及后台监控机、UPS电源、空调等的的电源部分。但雷电何以通过层层障碍，直击二次设备呢？起初，我们也一片茫然百思不得其解。我们对缺口变雷害的形成及雷电入侵的途径作了分析、判断和艰苦的探寻工作。

　　（2）感应雷过电压通过信号线进入二次设备，造成其通讯接口部分的损坏，也是常见的一种雷电危害。

　　案例1就属于类似的雷电波入侵。由于变电站综自改造中不严格遵守施工规范，信号电缆无屏蔽，电力电缆也无屏蔽或屏蔽不好，两电缆之间未远离，信号线与强电的电力电缆平行敷设，雷电波通过电力电缆时就在信号电缆中产生感应过电压，从而进入二次系统损坏设备。

　　（3）通过PT、CT以及开关量回路也是将雷电过电压引入电力二次设备的主要途径之一。

　　PT、CT一次侧与变电站的高压部分相连，高压线路上的雷击过电压（高压线路遭直接雷击或被感应雷电所产生的过电压）经过流变或圧变传到二次侧，进入保护测控装置，损害电力保护、测控装置等的对应部分，使二次设备遭雷击误动作或损坏。案例2的一部分保护、测控装置以及电能表的损坏就是因为上述情况引起的。

　　这一方面，我们采取的防范措施是：

　　（1）保证PT、CT二次侧可靠接地和消谐装置的正常运行。

　　（2）PT、CT均处于强电回路中，其二次线从户外高电压场引入到主控室的各种二次设备，无有效的防雷保护措施，极易从一次系统感应雷击，应该同电源防护一样进行分级防护，所以，我们在电压互感器的低压侧、电压互感器线路进入测控屏处安装电涌保护器。如此，经过双层保护，使从互感器窜入的雷电流基本能够控制在线路能够承受的额度之内，从而保证了整个系统的正常运行。

　　（3）开关量回路的隔离：变电站综合自动化系统开关量主要是断路器、隔离开关的辅助触点和主变压器分头位置等。这些断路器和隔离开关都处于强电回路中，必然会受强电回路雷击、操作过电压的影响。因此，开关量回路要采取光电耦合器隔离措施。

综自变电站二次系统防雷技术措施探讨

　　3.二次系统综合防雷技术措施

　　笔者针对我公司综自变电站二次系统的实际情况，结合改造成果和一段时间来积累的运行经验，对变电站的二次系统过电压防护提出一些个人见解和粗浅的综合防雷技术措施，与各位同行共享，以达到共同提高：

　　（1）提高对综自变电站接地重要性的认识

　　变电站的主控室是综自二次设备集中摆放的地方，其接地网要与主接地网可靠连接，综自屏柜与接地槽钢要满焊，谨防个别屏柜接地不良，造成人身伤亡和设备的损坏。变电站电缆沟内的接地体比地埋更易腐蚀，造成接地扁铁接地效果差、寿命短等缺陷，为防止局部电位升高，在电缆沟内要设置接地带、在电缆沟附近要设置与电缆沟平行的水平均压带以改善电缆沟的电位均匀。

　　接地是综自变电站防雷的关键所在，不要只重防雷，忽视接地，对接地的重要性必须有一个深刻的认识。

　　（2）建立低压配电系统的三级防护体系

　　1）在低压所变屏的进线侧安装容量足够的浪涌保护器一套，作为电源部分的一级防护。我公司使用的是KJRX60-B/4M型浪涌保护器，技术指标为：电压380V、保护水平2500V、通流容量80kA、8/20ms冲击波形、响应时间≤25ns。2）在逆变电源的输入端安装压敏电阻，能对电路中出现的瞬间浪涌电压脉冲起到削峰和箝位的作用，可以有效地防止过电压对设备的损害。我公司综自改造中，通信及后台监控机等需交流电源的设备接入逆变电源，逆变电源由直流屏输入，本身具有稳压、隔离作用，起到又一级防护作用。

　　3）直流220V电源是变电站微机保护测控装置的控制、操作电源和二次设备工作电源，因此，直流电源的可靠、稳定是变电站安全稳定运行的基础。为从根本上解决雷击对直流系统的损害，进而造成二次系统微机保护装置电源、直流端口损坏，在直流屏的交流输入端加装一套浪涌保护器。

　　低压配电系统的三级防护是建立在高压避雷的基础上，通过低压电源逐级的防护，将雷电过电压层层衰减，从而将雷电流最大限度的控制在自动化装置允许的耐受范围之内，以确保设备稳定运行。

　　（3）重视施工改造过程中的细节

　　1）施工改造过程中二次回路布线时，无论是信号电缆（包括网线）、控制或电力电缆均应使用屏蔽电缆，电缆的屏蔽层两端接地，对电场耦合和磁耦合都有显著的削弱作用。

　　2）充分考虑强、弱信号电缆的隔离，强、弱信号不应使用一根电缆，电缆沟或电缆竖井排布时，应将电缆分层、分压，信号电缆应尽量避开电力电缆，尽量增大与电力电缆的距离，并尽量减少平行长度。另外，注意的细节是强、弱电电缆不能与避雷针、大楼等的接地引下线靠得太近，减少互感耦合，避免过电压由互感耦合侵入。

　　3）采取隔离防范措施，随着高度自动化、高集成的运行电压只有数伏、信号电流仅为微安级的微机装置的应用，雷电对变电站二次设备的影响日显突出。变电站综合自动化改造后，我公司变电站通信全部实现光纤化，且使用的是非金属光缆，切断了雷电入侵二次设备的一个主要渠道。另外，在光端机远动RS232口、485以及CAN等数据通讯接口之间加装光电隔离器，在通讯总控单元接入数字通道模块等隔离措施，以起到大大削弱雷电感应电压的作用。

　　4.结束语

　　通过以上技术措施的采取，我公司变电站组成一套完整的立体的防雷网络，卡住雷电侵入的各种途径，从近一段时间的运行来看，所采取的措施是得力的，成效是显著的，大大降低综自变电站雷电的危害，提高了我公司电网安全运行水平，达到了防雷减灾的目的。

　　参考文献

　　[1]电气装置安装工程接地装置施工及验收规范GB50169-92.

　　[2]湖南省电机工程学会.无人值班变电站的新建、改造与运行[M].北京：中国电力出版社.

　　期刊简介：《电子元件与材料杂志》报道国内外在电子元件、电子器件、电子材料领域所取得的有关基础理论、生产技术、应用开发等方面的最新科研成果，报道科学技术和行业发展的动态，介绍新产品和市场信息。本刊兼顾创新性、实用性、系统性和导向性，深受广大读者好评；一直被确认为无线电电子学类全国中文核心期刊；被CA和IEEINSPEC全文收录；系中国科学引文数据库来源期刊，系中国科技论文统计源期刊。

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