变电站二次系统防雷及防护措施

２０１９年第２６卷第６期

变电站二次系统防雷及防护措施

房　圆，张　萍

（深圳康普盾科技股份有限公司，广东深圳５１８１１０）

摘　要：在变电站的日常运行过程中，经常会遭遇雷击的入侵，进而对变电站二次系统的正常运行产生不利影响，此时就需要采取有效的措施对二次系统中的设备进行防雷保护是非常重要的，这样不仅能有效地防止雷电入侵，还能保证二次系统以及整个变电站的正常运行。主要对变电站二次系统的雷电入侵方式、防雷现状以及防雷措施进行了分析和研究。关键词：变电站；二次系统；雷电入侵方式；防护措施ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０１９．０６．０４１󰀡　引言

近年来，随着人们对电能需求量的进一步增大，变电站的工作压力越来越大。对于变电站来说，保证整个系统的正常运行非常重要，但是通过调查发现，很多变电站二次系统都因为受到雷电的入侵而导致设备出现故障不能正常运行，因此对变电站二次系统防雷措施进行分析具有重要的意义。󰀢　雷电入侵变电站二次系统的方式以及造成的危害１．１　雷电的入侵方式

雷电有地闪和云闪两种不同的放电类型，在放电过程中会在短时间内释放出大量的光和热，由于电磁之间存在电磁场效应，因此位于放电通道的部分设备会产生感应电压，地闪是造

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。雷电入侵成雷电对地面事物具有较大危害性的主要原因［

备会将雷电引入地下，但是，在这个过程中，雷电的巨大电流会在引入通道中产生非常强的电磁场，这时，变电站二次系统中的各种配电线路以及金属管道上都会出现感应过电压，电压大小在几百伏到几万伏，没有固定的数值，这时感应过电压的存在就会给二次系统中各个设备带来一定的安全威胁。③远点雷电过电压。如果雷电击中了变电站二次系统中设备的线路或者光纤金属芯，那么就会产生雷电过电压，这样远处的过电压就会被引入到二次系统的设备或者其他装置中，设备的正常

２］

运行就会被切断，甚至会受到一定的损坏［。

󰀣　变电站二次系统防雷工作现状

通过调查发现，目前我国大多数变电站都是通过设置防雷保护分区对二次系统中的设备进行保护，这种方法需要根据不同分区雷电的特点采取不同的防护方法，比如说，在变电站建筑物外部这个分区中，一般会设置避雷针、避雷带等将雷电引入地下的装置，同时要降低接地网上具有的电阻，这样可以防止接地电位的反击。在变电站二次系统中设备的电源线位置，也要安装ＳＰＤ等设备，这样可以实现雷电的泄流。但是，通过大量的试验发现，目前各大变电站所使用的避雷针等避雷设施已经不能够对雷电进行有效地防护，即便是在安装了避雷设施的情况下，变电站二次系统中的设备还是会在不同程度上受到过电压的影响。同时，由于我国到目前为止并没有出台强制措施，因此一半以上的变电站为了节省成本，并没有安装针对各种电源以及电线的保护装置，智能化的雷电检测系统也没有普及，因此，总体上来说，大多数变电站二次系统依然会受到较大的雷电威胁。

󰀤　变电站二次系统防雷措施

３．１　变电站中１０ｋＶ／４００Ｖ站用变压器的安全隐患

１０ｋＶ／４００Ｖ站用变压器一般用来连接变电站中的一次系统和二次系统，且位于最后一级的位置，大多数情况下，站用变压器受到雷电损害的可能性较小，因此，大多数变电站都没有重视对站用变压器的雷电防护工作。实际上，如果变电站不采取任何的措施对站用变压器进行雷电防护，那么就会使变电站二次系统中存在较大的安全隐患。如果雷电过电压侵入的是

变电站二次系统的主要方式分别有：①直击雷。雷电一般以变电站二次系统中的架空输电线为导线，直接击中二次系统，而且其过电压数值很低，二次系统中的避雷针并不会对这种雷进行处理，这时二次系统的正常运行就会受到一定的影响。如果变电站从站外引入了３５ｋＶ或者是１０ｋＶ的电源，那么直击雷对变电站二次系统的伤害会进一步增强。②感应雷。在放电的瞬间，与放电位置距离较近的信号线和电源线就会在电磁脉冲的作用下产生感应电压，这种电压会对变电站二次系统中的设备造成直接的破坏，导致二次系统不能够正常地进行运转。１．２　雷电入侵对变电站二次系统造成的危害

变电站二次系统的结构是非常复杂的，其中包含着大量的计算机设备、电子设备以及微电子设备，与一次系统相比，二次系统对于过电压的抵抗能力非常小。如果变电站没有根据实际需要为二次系统设置防雷的设备，那么雷电的入侵就极有可能对其中的设备造成非常严重的危害。雷电入侵对变电站二次系统造成的危害分别有：①地电位反击。雷电入侵变电站之后，会通过接地网到地下，但是由于接地网具有较大的电阻，因此雷电通过电网并到达大地的瞬间，接地网上会产生非常大的冲击高电位，如果冲击高电位通过地网被引入到变电站二次系统中，那么系统内部的各种设备可能会遭受严重的损害。②近点感应过电压。位于变电站外部的避雷针以及其他的避雷设

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技术应用

二次系统的高压侧，那么被引入地下的电流就会因为电阻的变化而产生一定大小的压降，这个压降会导致过电压的大小在一定程度上有所升高，这样就会导致二次系统设备受到雷电侵入的可能性提高。如果雷电过电压侵入二次系统的低压侧，同理，产生的压降会导致低电压侧电位迅速升高，给低压组带来一定的威胁。

３．２　变电站二次系统交流和直流电源线路防护措施

从防雷的理论知识方面来讲，对二次系统中交流和直接电源线路进行防雷保护的主要目的是限制幅度、限制电压以及多级分流。因此，理想状态下，变电站应该在电源线路中设置不同级别的防护措施，层层递进，为电源的正常运行提供坚实的保证，但事实上，我国很多变电站的二次系统设备都是由不同的厂家来生产的，因此并不能在二次系统的电源中真正形成非常完善的防雷系统，这样不仅不能达到防雷目的，而且会使二次系统中的末端设备出现非常大的安全隐患。３．３　防雷设备容易出现故障

大多数情况下，变电站使用的防雷设备都是较为传统的类型，因此在使用之前需要安装断路器，这样如果防雷设备在运行过程中出现故障，相关的工作人员利用断路器可以迅速地切断电源，防止意外的发生，但是这种方法还存在一些弊端：防雷设备不能与二次系统中的主回路进行协调和配合，整个系统抵抗冲击的能力会在很大程度上有所降低。同时，变电站二次系统中的配电器和断路器往往不是由同一个商家提供的，因此在运行的过程中，可能会出现不能协调配合的情况，在这种情况下，防雷设备的作用就没有被完全地发挥出来。为了解决上述弊端，有部分变电站会在二次系统中应用脱扣技术，但是如果ＳＰＤ故障与故障负载跳闸这两种情况同时发生，那么脱扣技术

ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＮＤＭＡＲＫＥＴ

Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．６，２０１９

也很难解决这些故障带来的安全隐患。３．４　地电位反击无法得到有效地解决

一般来说，变电站会将地电位作为电位计算时发挥参考作用的零电位，但是在避雷设备将雷电引入地下的过程中，地电位的数值会非常迅速地增大，巨大的电压差形成之后，电流就会对二次系统中的设备形成冲击作用，严重的话设备会被损坏，二次系统的运行也会受到一定的影响。变电站解决这种问题的常用方法都是尽可能地降低接地网中的电阻，尽快使电流分散出去，但是由于电流的作用，线路和电缆之间会存在一定大小感性阻抗的作用，因此，降低接地网电阻的方法并不能有效地解决地电位反击的问题。󰀥　变电站二次系统有效的防雷措施

变电站要在二次系统采取有效的防雷措施，为变电站的正常运行提供保证，首先必须要树立科学、严谨的防雷思想，根据

３］

不同防雷区域的特点设计不同的防护措施［。比如，对于地网

反击隐患设备来说，变电站就要通过“堵”来对其进行防护，而对于雷电过电压侵入设备来说，“疏”是更为理想的防护措施。其次，对防雷设备进行选择时，变电站一定要确保其性能和质量符合实际的需要，这样才能为防雷工作提供最为基础的保。最后，证，使雷电波沿避雷线接地引下线入地（如图１所示）针对电源防雷工作来说，多级防护是较为科学、合理的方法，其中，不同级别的防护应该发挥不同的作用，尽可能提升对于变电站二次系统的防护力度。对于变电站二次系统信号防雷工作来说，变电站要根据信号设备和系统的工作频率、频带宽度、ＰＤ，但是需要注意的是，在计算阻抗特性等特征选择适用的Ｓ

机信息设备中，变电站设置的过电压保护器的通流容量不能小于５ｋＶ，这样信号系统的防雷工作就可以得到强化。

图１　雷电波沿避雷线接地引下线入地

󰀦　结语

在变电站二次系统运行的过程中，雷击会对变电站二次系统中的设备造成一定的破坏，致使二次系统无法正常运转。因此，本文介绍了变电站二次系统防雷措施中的不足，主要有防护措施存在不足、设备容易出现故障等，此时就需要变电站根据实际情况采取有效的措施加强针对二次系统的防雷防护工作，为二次系统中设备的安全运行提供坚实的保证。

参考文献：

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［Ｊ］．电力与能源，２０１５，３６（４）：５１２－５１５．

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