[摘要]對(duì)綜自變電站二次設(shè)備防雷進(jìn)行了分析，重點(diǎn)探討了雷電浪涌對(duì)綜自變電站中二次設(shè)備的危害及防雷措施，并根據(jù)各種雷電危害，提出防范措施。
　　[關(guān)鍵詞]雷電，弱電設(shè)備，防雷，保護(hù)，措施
　　1概況
　　雷擊是一種自然現(xiàn)象，它能釋放出巨大的能量、具有極強(qiáng)大的破壞能力。在諸多自然災(zāi)害中雷電災(zāi)害是普遍存在的。云南電網(wǎng)公司2007年四季度暨年度安全分析報(bào)告顯示，在引發(fā)電網(wǎng)事故的四大主要因素中，雷害首當(dāng)其沖。2003年至2007年5年間，雷害直接引發(fā)云南電網(wǎng)故障26起，占電網(wǎng)故障比例為22%，5年來(lái)每年近30%的故障為雷害引發(fā)。
　　由于近些年電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子設(shè)備在電力系統(tǒng)中得到了極大的普及和應(yīng)用。由于現(xiàn)代高新技術(shù)電子產(chǎn)品中大量采用了大規(guī)模及超大規(guī)模的電子集成電路制造技術(shù)，且集成的程度越來(lái)越高，內(nèi)部的線間距離越來(lái)越小，使元器件的耐壓程度越來(lái)越低，稍稍受到過(guò)電壓的侵襲后即損壞，更經(jīng)受不起雷電及過(guò)電壓的強(qiáng)烈沖擊；另一方面，當(dāng)今電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化程度越來(lái)越高，如供電系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、視頻、信號(hào)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等，它們的傳輸線路，特別是暴露在室外的長(zhǎng)距離輸送線以及動(dòng)力電源線路等，都有可能遭受雷擊，產(chǎn)生雷擊過(guò)電壓，通過(guò)以上傳輸線侵入并擊毀設(shè)備。
　　2二次設(shè)備雷電危害的主要原因分析
　　綜自變電站二次自動(dòng)化設(shè)備受雷擊損壞的原因不是由于直接雷擊引起的，而是由于雷擊發(fā)生時(shí)在電源和通訊線路中感應(yīng)的電流浪涌引起的。
　　雷電浪涌入侵的主要是通道有，1）電源線引入雷電電磁脈沖引起瞬態(tài)過(guò)電壓，如果不經(jīng)處理，直接進(jìn)入電源系統(tǒng)，將引起二次設(shè)備電源損壞。2）通信線引入雷電引起的感應(yīng)過(guò)電壓使通信線與設(shè)備之間有一定的電位差直接作用于串行通信口，會(huì)損壞微型計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備的串行口，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞微型計(jì)算機(jī)。3）直接與一次設(shè)備相連的二次連接電纜，由于雷電電磁脈沖引起的感應(yīng)過(guò)電壓直接作用于前端的中心處理計(jì)算機(jī)，輕則把功能板元件燒毀，重則燒毀整臺(tái)計(jì)算機(jī)。4）當(dāng)有雷電電磁脈沖引起接地點(diǎn)之間電位差，產(chǎn)生的電磁場(chǎng)干擾會(huì)影響前端的中心處理計(jì)算機(jī)的運(yùn)行，損壞前端的中心處理計(jì)算機(jī)的模板。5）同時(shí)，接地電阻不合格，雷電引起的地電位升高，亦會(huì)通過(guò)設(shè)備的接地線引入前端的中心處理計(jì)算機(jī)中，同時(shí)會(huì)損壞前端的中心處理計(jì)算機(jī)的插件。
　　3變電站內(nèi)部雷電防護(hù)的原則
　　有了變電站外部的防雷措施，可以防止變電站遭受直擊雷的侵害，根據(jù)IEC1024和GB50057-94（2000年版）的規(guī)定及要求，現(xiàn)階段的防雷措施已不能只停留在架設(shè)避雷針等的簡(jiǎn)單措施上了。現(xiàn)今電力系統(tǒng)內(nèi)高科技電子技術(shù)的應(yīng)用，特別是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置的應(yīng)用，使變電站內(nèi)部防雷、防雷擊電磁脈沖和電涌過(guò)電壓防護(hù)迫在眉捷。
　　3.1防雷區(qū)的劃分
　　建筑物內(nèi)部因雷擊電磁干擾大小的不同，采用的避雷器（SPD）也不同，按照IEC1312—1和國(guó)標(biāo)GB50057-94（2000年版）要求，應(yīng)將需要保護(hù)的空間劃分為不同的防雷區(qū)（LPZ），以確定各部分空間不同的LEMP（雷閃電磁脈沖）的嚴(yán)重程度和選擇相應(yīng)的防雷器（SPD）。
　　各區(qū)以其交界處的電磁環(huán)境有明顯改變作為劃分不同防雷區(qū)的特征。國(guó)標(biāo)GB50057-94（2000年版）6.2.1規(guī)定的防雷區(qū)劃分一般原則詳見(jiàn)圖2—1
　　
　　
　　
　　（1）防直擊雷區(qū)LPZOA
　　（2）防間接雷區(qū)LPZOB
　　（3）防LEMP（雷閃電磁脈沖）沖擊區(qū)LPZ1
　　3.2絕緣配合
　　為了減少電磁干擾的感應(yīng)效應(yīng)，宜在建筑物和房間的外部設(shè)屏蔽措施，選擇合適的路徑敷設(shè)線路或線路屏蔽。而建筑物內(nèi)屏蔽、接地、和等電位連接等措施GB50057-94（2000年版）的第6.3.1、6.3.2、6.3.3、都作了具體的規(guī)定。
　　但對(duì)電源系統(tǒng)保護(hù)選擇的避雷器(SPD)不僅必須能承受預(yù)期通過(guò)它們的雷電流，和有能力熄滅在雷電流通過(guò)后產(chǎn)生的工頻續(xù)流，還要考慮通過(guò)電涌電流時(shí)的最大鉗壓與所安裝處設(shè)備的絕緣等級(jí)的配合(GB50057-94（2000年版）第6.4.4條)，各種設(shè)備的絕緣情況如下表：
　　表3-1230/400V三相系統(tǒng)各種設(shè)備耐沖擊過(guò)電壓額定值
　　設(shè)備的位置 電源處的設(shè)備 配電線路和最后分支線路的設(shè)備 用電設(shè)備 特殊需要保護(hù)的設(shè)備
　　耐沖擊過(guò)
　　電壓類別 Ⅳ類 Ⅲ類 Ⅱ類 Ⅰ類
　　耐沖擊電壓額定值（kV） 6 4 2.5 1.5
　　下圖也體現(xiàn)了絕緣配合要求與電涌保護(hù)器(SPD)安裝點(diǎn)的關(guān)系。
　　
　　3.3避雷器的選用原則
　　在LPZ0A區(qū)與LPZ1區(qū)的界面處做等電位連接用的接線夾和電涌保護(hù)器，根據(jù)IEG1312-1和國(guó)標(biāo)GB50057-94（2000年版）6.3.4要求：應(yīng)采用表1-2（即：GB50057-94（2000年版）附錄六的附表6.1～附表6.3）的雷電流參量估算通過(guò)它們的分流值。在不可能個(gè)別估算時(shí)可按以下方法確定：可假定全部雷電流I的50％流入所考慮建筑物的接地位置，I的另50％分配于進(jìn)入建筑物的各種設(shè)施（外來(lái)導(dǎo)電物、電力線和通信線等），流入每一設(shè)施的電流I等于I/n，n為上述設(shè)施的個(gè)數(shù)（詳細(xì)可參見(jiàn)GB50057-94（2000年版）6.3.4）。
　　在需要保護(hù)的二次設(shè)備系統(tǒng)中，所安裝的避雷器(SPD)的數(shù)量取決于防雷區(qū)的劃分和被保護(hù)設(shè)備的易損性。當(dāng)采用多于一套避雷器(SPD)去保護(hù)設(shè)備時(shí)，就需研究這些SPD之間的以及與被保護(hù)設(shè)備的配合問(wèn)題，配合的一般目的是借助于諸避雷器(SPD)，將總威脅值減到被保護(hù)設(shè)備的耐受能力以下。各個(gè)避雷器(SPD)分擔(dān)的雷電浪涌不應(yīng)超過(guò)其額定值，根據(jù)供電線路的不同，避雷器(SPD)的保護(hù)模式稍有差別：
　　1、SPD的保護(hù)模式：SPD可連接在L（相線）、N（中性線）、PE（地線）間。
　　2、最大連續(xù)工作電壓UC：指能持續(xù)加在避雷器(SPD)各種保護(hù)模式間的電壓有效值（直流和交流）。UC不應(yīng)低于低壓線路中可能出現(xiàn)的最大連續(xù)工頻電壓。選擇230/400V三相系統(tǒng)中的避雷器(SPD)時(shí)，其接線端的最大連續(xù)工作電壓Uc不應(yīng)小于下列規(guī)定：
　　TT系統(tǒng)中Uc≥1.5Uo；
　　TN、TT系統(tǒng)中Uc≥1.1Uo；
　　IT系統(tǒng)中Uc≥Uo；
　　注1：在TT系統(tǒng)中Uc≥1.1Uo是指避雷器(SPD)安裝在漏電保護(hù)器的電源側(cè)；Uc≥1.5Uo是指避雷器(SPD)安裝在漏電保護(hù)器的負(fù)荷側(cè)。
　　注2：Uo是低壓系統(tǒng)相線對(duì)中性線的電壓，在230/400V三相系統(tǒng)中Uo=230V。
　　對(duì)以MOV（壓敏電阻）為主的箝壓型避雷器(SPD)而言，當(dāng)外部電壓小于UC時(shí)，MOV呈現(xiàn)高阻值狀態(tài)。如果避雷器(SPD)因電涌而動(dòng)作，在泄放規(guī)定波形的電涌后，避雷器(SPD)在UC電壓以下時(shí)應(yīng)能切斷來(lái)自電網(wǎng)的工頻對(duì)地短路電流（后續(xù)電流）。這一特性在IEC標(biāo)準(zhǔn)中稱為可自復(fù)性。前面提到的UC≥1.5Uo、UC≥1.1Uo、Uc≥Uo等標(biāo)準(zhǔn)引自IEC60364-5-534，從我國(guó)供電系統(tǒng)實(shí)際出發(fā)，此值應(yīng)增大一些，有專家認(rèn)為原因是國(guó)外配電變電所接地電阻規(guī)定為1-2Ω，而我國(guó)規(guī)定為4-10Ω，因而在發(fā)生低壓相線接地故障時(shí)另兩相對(duì)地電壓常偏大且由于長(zhǎng)時(shí)間過(guò)流很易燒毀避雷器(SPD)。但SPD的UC值定的偏大又會(huì)因產(chǎn)生殘壓較高而影響避雷器(SPD)的防護(hù)效果。也有些專家認(rèn)為，雖然變電所接地電阻較大，但在輸電線路中實(shí)現(xiàn)了多次接地，多次接地的并聯(lián)電阻要低于變電所的接地電阻值，因此UC≥1.1UO即可滿足要求。
　　4二次設(shè)備防雷措施
　　變電站遭受的雷擊是下行雷，主要來(lái)自兩個(gè)方面：一是雷直擊在變電站的電氣設(shè)備上；二是架空線路的感應(yīng)雷過(guò)電壓和直擊雷過(guò)電壓形成的雷電波沿線路侵入變電站。因此，直擊雷和雷電波對(duì)變電站進(jìn)線及變壓器的破壞的防護(hù)十分重要。
　　對(duì)于直擊雷主要是采用避雷針、避雷器、避雷線和避雷網(wǎng)作為接閃器，然后通過(guò)良好的接地裝置迅速而安全的把雷電流引入大地。
　　對(duì)于感應(yīng)雷則需要從整體和系統(tǒng)建立起三維的防護(hù)體系，主要包括以下幾個(gè)方面。
　　1）電源的防護(hù)。因綜合自動(dòng)化保護(hù)測(cè)控裝置的電源均取自變電站內(nèi)10kV/380V所內(nèi)變壓器，且經(jīng)驗(yàn)證明變電站內(nèi)60%的累積事故均為電源系統(tǒng)防雷措施不完善造成的，故對(duì)綜合自動(dòng)化裝置的防雷，電源系統(tǒng)防護(hù)應(yīng)放于首位。參照相關(guān)的要求，將變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的低壓配電系統(tǒng)中采用3～4級(jí)電涌保護(hù)器進(jìn)行保護(hù)。
　　1級(jí)電源保護(hù)：在10kV/380V所內(nèi)變壓器低壓側(cè)安裝大容量三相電源電涌保護(hù)器。
　　2級(jí)電源保護(hù)：分配電柜線路輸出端的電源安裝三相電源型電涌保護(hù)器。
　　3級(jí)電源保護(hù)：電子信息設(shè)備交流電源進(jìn)線端安裝三相電源型電涌保護(hù)器。
　　4級(jí)電源保護(hù)：由于自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的控制電源及采集機(jī)構(gòu)的需要，必須將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，因此直流電源的安全穩(wěn)定是控制及采集機(jī)構(gòu)安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)，為防止雷電電磁脈沖對(duì)直流電源造成損害，我們?cè)谡�流電源�?cè)以及各控制裝置及采集機(jī)構(gòu)前加安裝電源型電涌保護(hù)器，進(jìn)而從根本上解決雷擊對(duì)直流系統(tǒng)的損害。
　　通過(guò)逐級(jí)的防護(hù)，可以將雷電流最大限度的控制在自動(dòng)化裝置允許的耐受范圍之內(nèi)，以確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。
　　2）通信系統(tǒng)的防護(hù)。變電站二次自動(dòng)化設(shè)備中包括很多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如網(wǎng)卡，調(diào)制解調(diào)器等。這些設(shè)備通過(guò)網(wǎng)線和電話線同局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)相連。所以應(yīng)該在其通信線路兩端加裝信號(hào)電涌保護(hù)器，包括保護(hù)電話線的音頻電涌保護(hù)器和保護(hù)網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，以及在通信設(shè)備電源處加設(shè)電涌保護(hù)器。并針對(duì)雷電電磁脈沖產(chǎn)生的地電位反擊而安裝等電位連接器，這樣能夠針對(duì)變電站中的網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)就有了一個(gè)比較全面的保護(hù)。
　　3）信號(hào)采集及控制線路的防護(hù)。在監(jiān)控系統(tǒng)中，不可避免的要有采樣信號(hào)和控制信號(hào)的傳遞，在變電站二次自動(dòng)化設(shè)備中也是如此，在現(xiàn)有的使用二次自動(dòng)化設(shè)備的變電站中絕大多數(shù)是使用串口進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)模�同時(shí)通過(guò)并口連接打印設(shè)備。這就需要我們就計(jì)算機(jī)的串口和并口兩種信號(hào)傳遞端口進(jìn)行保護(hù)。在信號(hào)采集和控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)前增加控制信號(hào)電涌保護(hù)器，并且針對(duì)雷電電磁脈沖產(chǎn)生的地電位反擊而安裝等電位連接器，這樣能夠比較完善的保護(hù)信號(hào)采集及控制線路。
　　4）計(jì)量及保護(hù)系統(tǒng)的防護(hù)。在二次自動(dòng)化設(shè)備中，信號(hào)顯示、功率計(jì)算、異常監(jiān)測(cè)和線路保護(hù)的判斷依據(jù)都是由變電站的電流互感器和電壓互感器采樣進(jìn)入的，雷電電磁脈沖很容易從這兩種設(shè)備侵入二次自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)造成對(duì)電子設(shè)備的損壞，甚至造成系統(tǒng)的癱瘓，所以對(duì)電流互感器和電壓互感器后端的電子設(shè)備的保護(hù)是至關(guān)重要的。為了提高防護(hù)質(zhì)量，應(yīng)該同電源防護(hù)一樣進(jìn)行分級(jí)防護(hù)，一級(jí)防護(hù)：在電流互感器或電壓互感器的低壓側(cè)安裝電流、電壓互感器型電涌保護(hù)器；二級(jí)防護(hù)：在電流互感器或電壓互感器線路進(jìn)入控制配電柜處安裝電流、電壓互感器型電涌保護(hù)器。如此，經(jīng)過(guò)雙層保護(hù)，使從互感器竄入的雷電流基本能夠控制在線路能夠承受的額度之內(nèi)，從而保證了整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
　　5）溫度檢測(cè)系統(tǒng)的防護(hù)。對(duì)于變電站來(lái)說(shuō)，變壓器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，所有的監(jiān)視設(shè)備和保護(hù)設(shè)備都是為了使之正常、穩(wěn)定的運(yùn)行而設(shè)立的，檢測(cè)變壓器異常的最直接方法就是檢測(cè)變壓器的溫度，因此，很多的變電站二次綜合自動(dòng)化系統(tǒng)都加入了變壓器溫度檢測(cè)的部分。其原理是利用溫度傳感器和溫度控制器組成溫度檢測(cè)回路，并將溫度傳感器置于變壓器上，當(dāng)變壓器溫度過(guò)高時(shí)，由溫度控制器、降溫風(fēng)扇和警鈴組成的報(bào)警降溫回路接通，對(duì)變壓器進(jìn)行降溫，同時(shí)報(bào)警。
　　當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，會(huì)在溫度檢測(cè)和報(bào)警回路中產(chǎn)生極高的感應(yīng)電壓，燒毀回路中設(shè)備。為了保護(hù)溫度檢測(cè)和報(bào)警回路，應(yīng)該在溫度傳感器和溫度控制器處安裝電涌保護(hù)器，對(duì)溫度傳感器和溫度控制器進(jìn)行保護(hù)，保證變壓器的正常運(yùn)行。
　　5變電站二次設(shè)備防雷保護(hù)配置
　　5.1站用交流電源屏的防雷保護(hù)配置
　　如上圖所示，站用交流電源屏其兩進(jìn)線都分別配置B級(jí)防雷保護(hù)器，而交流配電每一回輸出都分別配置C級(jí)或D級(jí)防雷器。
　　5.2站用直流電源屏的防雷保護(hù)配置
　　站用直流電源屏其兩進(jìn)線都分別配置C級(jí)防雷保護(hù)器，而直流配電控制母線和合閘母線以及直流屏與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的通訊接口都分別配置C級(jí)或D級(jí)防雷器。
　　5.3通訊接口的防雷保護(hù)配置
　　衛(wèi)星通信天饋線信號(hào)防雷保護(hù)（BNC接口）的防雷器可選擇C-UB/E型防雷器。
　　綜合自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)CAN總線信號(hào)防雷保護(hù)的防雷器可選擇PT3-HF-12DC-ST型防雷器。
　　綜合自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)LonWorks總線信號(hào)防雷保護(hù)的防雷器可選擇PT3-HF-12DC-ST型防雷器。
　　綜合自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)總線信號(hào)防雷保護(hù)的防雷器可選擇D-LAN-A/RJ45-BS型防雷器。
　　RS485信號(hào)線路防雷保護(hù)的防雷器可選擇PT5-HF-12DC-ST型防雷器。
　　程控電話線防雷保護(hù)的防雷器可選擇D-FM-A/RJ45-BB型防雷器。
　　5.4信號(hào)采集及控制線路的防雷保護(hù)配置
　　各電壓等級(jí)的母線PT二次側(cè)防雷保護(hù)的防雷器可選擇VAL-MS60ST型防雷器。
　　各電壓等級(jí)的線路PT二次側(cè)防雷保護(hù)的防雷器可選擇VAL-MS120ST型防雷器。
　　6結(jié)論
　　綜自變電站二次設(shè)備的防雷問(wèn)題是一個(gè)綜合性的工作，尤其是二次設(shè)備的雷電浪涌防護(hù)還重視不夠，也常常由其而引起設(shè)備的損壞，所以在完善二次電設(shè)備外部防護(hù)的同時(shí)，要加強(qiáng)二次電設(shè)備的內(nèi)部防護(hù)，建議加強(qiáng)以下幾方面的工作；
　　(1) 首先要完善弱電外部雷電防護(hù)，將絕大部分雷電流直接接閃引入地下泄散。
　　(2) 其次要阻塞沿電源線或數(shù)據(jù)、信號(hào)線引入的過(guò)電壓波。
　　(3) 第三限制鉗位被保護(hù)設(shè)備上浪涌過(guò)壓過(guò)流幅值在設(shè)備可承受的范圍。
　　這三道防線，相互配合，各行其責(zé)，缺一不可。