聯(lián)系人：翟經(jīng)理
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一、前言
隨著電力體制改革的推進(jìn)，變電站數(shù)字化改造與建設(shè)也不斷深入發(fā)展，綜合自動(dòng)化變電站的不斷增多，雷電對(duì)弱電設(shè)備的危害問題日益突顯出來。從國內(nèi)有關(guān)報(bào)道和變電站運(yùn)行的實(shí)際來看，變電站二次設(shè)備遭受到雷擊，造成設(shè)備損壞、通信中斷、系統(tǒng)退出等情況普遍存在。這不僅嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行，而且給人們的生活帶來了諸多的不便。筆者結(jié)合工作實(shí)踐，針對(duì)變電站二次系統(tǒng)的特點(diǎn)，通過對(duì)雷電波危害的途徑分析，結(jié)合當(dāng)今弱電防雷的一些技術(shù)和供電局變電站的情況，探討變電站二次系統(tǒng)防雷措施。
二、變電站二次系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
變電站二次系統(tǒng)，是指變電站的內(nèi)保護(hù)設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備、通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及監(jiān)控系統(tǒng)、交直流電源系統(tǒng)等各種二次設(shè)備的總稱。二次系統(tǒng)集中了變電站自動(dòng)化監(jiān)控管理的重要設(shè)備，其具有微機(jī)監(jiān)測、監(jiān)控、保護(hù)、小電流接地選線、故障錄波、低頻減載、“四遙”遠(yuǎn)傳等功能，在電力調(diào)度自動(dòng)化領(lǐng)域起著舉足輕重的作用。
由于二次系統(tǒng)內(nèi)部連接線路縱橫交錯(cuò)，當(dāng)雷擊附近大地、架空線路和雷雨云放電時(shí)直接形成的，或者由于靜電及電磁感應(yīng)形成的沖擊過電壓，極易通過與之相連的電源線路、信號(hào)線路或接地系統(tǒng)，通過各種接口，以傳導(dǎo)、耦合、輻射等方式侵入自動(dòng)化系統(tǒng)，從而可能造成危害系統(tǒng)正常工作甚至破壞系統(tǒng)的雷擊事故。
三、雷電放電對(duì)變電站二次系統(tǒng)的主要危害形式
雷電是自然界中強(qiáng)大的脈沖放電過程，雷電侵入地面建筑物或設(shè)備造成災(zāi)害是多途徑的，一般來說，有直接雷擊、感應(yīng)雷擊、電磁脈沖輻射、雷電過電壓的侵入、反擊等。
（一）直接雷擊：主要破壞力在于電流特性而不在于放電所產(chǎn)生的高電位，它所產(chǎn)生強(qiáng)大的雷電流轉(zhuǎn)變成熱能將物體損壞。
（二）感應(yīng)雷擊：從雷云密布到發(fā)生閃電放電的整個(gè)過程中，雷電活動(dòng)區(qū)幾乎同時(shí)出現(xiàn)兩種物理現(xiàn)象—靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，這兩種現(xiàn)象可能造成稱之為感應(yīng)雷擊的危害形式。
（三）電磁脈沖輻射：當(dāng)閃電放電時(shí)，其電流是隨時(shí)間而非均勻變化，脈沖電流向外輻射電磁波，這種電磁脈沖輻射雖然隨著距離的增大而減小，但卻比較緩慢，閃電的電磁脈沖輻射通過空間以電磁波的形式耦合到對(duì)瞬間電磁脈沖極其敏感的現(xiàn)代電子設(shè)備上，造成設(shè)備的損壞。
（四）雷電過電壓的侵入：直接雷擊或感應(yīng)雷都可以使導(dǎo)線或金屬管道產(chǎn)生過電壓，這種過電壓沿導(dǎo)線或金屬管道從遠(yuǎn)處雷區(qū)或防雷區(qū)域外傳來，侵入建筑物內(nèi)部或設(shè)備內(nèi)部。
（五）反擊：在雷暴活動(dòng)區(qū)域內(nèi)，當(dāng)雷電閃擊到建筑物的接閃裝置上時(shí)，盡管接閃裝置的接地系統(tǒng)十分良好，其接地電阻也很小，但由于雷電流幅值大，波頭陡度高，雷電流流過時(shí)也會(huì)使接地引下線和接地裝置的電位驟升到上百千伏。
四、變電站二次系統(tǒng)進(jìn)行防雷保護(hù)的技術(shù)措施分析
弱電設(shè)備抗過電壓能力低，在雷雨季節(jié)極易受到雷電波的侵害，造成設(shè)備的損壞和誤動(dòng)作。弱電設(shè)備的電源系統(tǒng)可能受到侵入過電壓和感應(yīng)過電壓的危害，在實(shí)際運(yùn)用中應(yīng)加裝電源防雷保護(hù)器SPD進(jìn)行多級(jí)保護(hù)，將過電壓降低到無危害的水平，對(duì)于引入控制室的信號(hào)線，網(wǎng)絡(luò)線和微波饋線，均應(yīng)加裝信號(hào)防雷保護(hù)器，保證自動(dòng)化系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及通信的正常工作。對(duì)于弱電設(shè)備的防雷保護(hù)，總體來說是一個(gè)綜合性的問題，長期的防雷實(shí)踐告訴我們，在防雷中從直擊雷防護(hù)到接地、均壓、屏蔽、限幅、分流、隔離等多個(gè)環(huán)節(jié)都要認(rèn)真對(duì)待，才能確保設(shè)備的安全。
（一）接地與均壓
接地是提高二次設(shè)備防雷水平直接、有效的一個(gè)措施，所有雷擊電流均可以通過接地網(wǎng)引入大地，可靠的接地可以有效的避免電涌電壓對(duì)二次設(shè)備造成危害。防雷規(guī)范對(duì)不同接地網(wǎng)規(guī)定有不同的電阻值，在經(jīng)濟(jì)合理的前提下，應(yīng)盡可能降低接地電阻，能夠有效限制地電位的升高。
接地與均壓是相輔相成的，所謂均壓就是要在同一層面、同一房間內(nèi)的四周設(shè)置一閉環(huán)的接地母線帶，在同一房間里的所有儀器、設(shè)備的殼體、電力電纜、信號(hào)電纜的外皮和金屬管道等應(yīng)分別直接就近連接到接地母線上，并連接牢固，以保證各個(gè)接地點(diǎn)的等電位。雷電流的幅值非常大，陡度很高，其流過之處相對(duì)零電位的大地立即升至高電位，周圍尚處于大地零電位的物體會(huì)產(chǎn)生旁側(cè)閃絡(luò)放電。這種旁側(cè)閃絡(luò)不僅會(huì)導(dǎo)致裝有易燃易爆物的建筑物失火和爆炸，而且其放電過程所伴隨的脈沖電磁場會(huì)對(duì)室內(nèi)電子設(shè)備造成感應(yīng)電位，使其受到損害。完善的等電位可有效防止非等電位體間電位差造成事故。
（二）屏蔽
屏蔽指的是采用屏蔽電纜、各種人工的屏蔽箱、盒、法拉第屏蔽籠和各種可利用的自然屏蔽體來阻擋、衰減施加在電子設(shè)備上的電磁脈沖干擾，需強(qiáng)調(diào)的是屏蔽體外殼必須有效接地，進(jìn)入屏蔽室的各種電源線、信號(hào)線都必須采取有效的電磁脈沖隔離和高頻電磁波濾波裝置過濾，否則一根來自干擾源環(huán)境中未經(jīng)過濾波器或隔離的導(dǎo)線，都將使屏蔽籠失去屏蔽作用。
一般來說，為減少外界雷電電磁干擾，通信機(jī)房及通信調(diào)度綜合樓的建筑鋼筋、金屬地板構(gòu)架等均應(yīng)相互焊接，形成等電位法拉第籠。設(shè)備對(duì)屏蔽有較高要求時(shí)，機(jī)房六面應(yīng)敷設(shè)金屬屏蔽網(wǎng)，將屏蔽網(wǎng)與機(jī)房內(nèi)環(huán)行接地母線均勻多點(diǎn)相連。
（三）分流與隔離
分流的主要作用是把可能的直擊雷用接閃器經(jīng)多根分散的接地引下線直接連到接地裝置，將雷電流分流散入地下，以免在每根接地引下線上流過過大的雷電流以及周圍產(chǎn)生的強(qiáng)大電磁場造成大的干擾。由接地引下線將直擊雷的雷電流有效引入地下，而非竄入弱電設(shè)備工作區(qū)域。需要強(qiáng)調(diào)的是，建筑物頂部各種裝置（如微波接收器等）的外殼都應(yīng)與主接地引下線或接地帶呈放射性連接，且設(shè)備的外殼不應(yīng)有串接之處，前者是避免雷電流在非接地引下線上產(chǎn)生強(qiáng)感應(yīng)電位，而后者是避免雷電流串入設(shè)備后造成設(shè)備損壞，為保證散流效果，接地引下線要有足夠的面積，特別要防止接地引下線中途腐蝕斷裂或中途串有設(shè)備。要經(jīng)常性對(duì)接地引下線及地網(wǎng)進(jìn)行測量和檢查。
對(duì)于不同接地網(wǎng)之間的通信線宜采取防止高、低電位反擊的隔離措施，如光電隔離、變壓器隔離等。在電力調(diào)度通信綜合樓內(nèi)，需另設(shè)接地網(wǎng)的特殊設(shè)備，其接地網(wǎng)與大樓主接地網(wǎng)之間可通過擊穿保險(xiǎn)器或放電器連接，可用地電位均衡器或220V低壓氧化鋅避雷器（箱），通流容量應(yīng)大于10kA，殘壓不超過1.5kV。以保證正常時(shí)隔離，雷擊時(shí)均衡電位。
（四）限幅
在過電壓可能侵入的所有端口，設(shè)置必要的保護(hù)裝置。在弱電系統(tǒng)的信號(hào)出入線上裝設(shè)多級(jí)防雷保護(hù)裝置，將侵入弱電系統(tǒng)的沖擊過電壓抑制在系統(tǒng)允許的程度內(nèi)。并且，各種低壓防雷器但應(yīng)遵循接線盡量短的原則，直接裝于被保護(hù)的電路點(diǎn)上。
電源線路侵入波過電壓可能是電源配電線路遭直擊雷，也可能是空間雷電電磁脈沖在電源配電線路上感應(yīng)的過電壓。對(duì)于變電站站用低壓電源線路或220V直流電源線路侵入波過電壓應(yīng)按照電源分級(jí)保護(hù)、逐級(jí)泄流原則，進(jìn)行四級(jí)防雷保護(hù)設(shè)置，采用三相電源防雷箱、單相交直流防雷器、防雷插排等防護(hù)措施，在電源進(jìn)入弱電設(shè)備前，全面限制電源線路侵入波過電壓。
對(duì)于裝置之間到通信管理機(jī)485通信控制線、到調(diào)度及后臺(tái)通信控制線、載波高頻通信電纜等信號(hào)線路防雷采用全面攔截原則，分別采用控制信號(hào)防雷器、過電壓保護(hù)器等相應(yīng)的防雷設(shè)備。當(dāng)信號(hào)線路感應(yīng)到過電壓產(chǎn)生過電流時(shí)通過信號(hào)浪涌保護(hù)器將電流泄放到大地，從而達(dá)到保護(hù)后端設(shè)備的目的。
五、結(jié)束語
由于變電站微機(jī)保護(hù)設(shè)備種類繁多，它們的耐過壓能力也各有差別，系統(tǒng)遭受雷擊危害機(jī)率大大增加。通過采取上述措施，變電站二次控制系統(tǒng)遭雷擊現(xiàn)象明顯減少，但不能**，只能不斷采取防范，將雷害事故和干擾減少到低程度。
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