论述电力系统中变电站二次系统的防雷保护

　　摘要：随着技术的快速发展，电力行业在不断前进。变电站实现综合自动化是传统变电站二次系统的重大变革,其装置形式、功能配置以及操作方法都发生了根本变化。本文介绍了浪涌电压使变电站二次设备遭受雷击产生的危害性及严重性，从而简要阐述了变电站二次系统过电压及防雷保护一些看法，以提高系统的运行安全性和可靠性，以供参考。
　　关键词：变电站；二次系统；原因；危害；防雷
　　0引言
　　随着高新技术和信息化建设的发展，尤其是电子技术的飞速发展，各种先进的卫星通信、保护监控、计算机网络系统和遥控、遥测系统等电子设备产品更加广泛地应用于电力行业，特别是在近几年的电力变电站无人值守和电力调度自动化系统中大量使用了这些微电子仪器设备，使得电力行业的自动化整体能力、现代化管理水平以及电力服务质量均有了显著的提高。但是，变电站二次设备大都采用大规模的集成电路，电子元器件的性能大大提高的同时，其抗电磁干扰、抗过电压特别是抗雷击的能力却变得十分脆弱了。
　　雷电是一种强烈的大气过电压强放，虽然直击站内设备概率很低，但有可能通过行波侵入或耦合二次回路感生干扰电压等途径对设备产生间接的有害影响。另外，当雷电击中站内避雷针或邻近高大构件时，强大的泄放电流引起地网电位升高，有时会在各接地点产生过大的电位差。而地下敷设的二次电缆的屏蔽层，会分流泄放雷电流，在缆芯间以及芯地间产生干扰电压。
　　1变电站二次系统防雷保护重要性及影响
　　1.1浪涌电压产生的原因及其危害
　　随着电子技术的飞速发展，现代的电子产品中大量采用了大规模及超大规模的电子集成电路制造技术，且集成的程度越来越高，内部的线间距离越来越小，使元器件的耐压程度越来越低，因此由雷电引起的各接地点间的电压差很容易将室内二次系统击毁。另一方面，雷电在线路上空的雷云之间放电，或对线路附近的大地放电，都会使线路因电磁感应产生雷电冲击波或浪涌电压，这种冲击波会沿着线路入侵到与之相连的二次系统，造成系统运行错误或者损坏。若雷电直接击中暴露在室外的线路时，产生的浪涌电压更为强烈、危害更大。电力系统操作过电压是指电力系统中的故障和操作导致暂态振荡而产生的过渡过程过电压，这种浪涌电压也对电力系统二次造成很大的危害。
　　有了变电站外部的防雷措施，可以防止变电站遭受直击雷的侵害，但外部防雷设备会给室内的二次系统带来电磁兼容（EMC）问题。在防雷设备接收和排放雷电冲击电流的过程中，会产生电磁影响，从而导致高达几千伏的过电压进入二次系统的电源和通信回路，威胁二次系统的正常运行。雷电和浪涌过电压已成为当今电子时代的一大公害，它们的产生使得原先得到避雷针保护的变电站并不能使建筑物内的二次系统得到有效的保护。
　　1.2完善的雷电保护系统
　　通过上述对雷电和浪涌电压危害的介绍，根据IEC1024和GB50057-94（2000年版）的规定及要求，现阶段的防雷措施已不能仍停留在架设避雷针等的简单措施上,需考虑外部防雷系统和内部防雷系统两个方面。外部防雷系统由接闪器、引下线、接地地网等有机组成。内部防雷工程主要由屏蔽、防雷器和等电位连接三部分组成。因此，一个变电站完善的雷电保护系统设计结构如图1所示。从图1可见，完整的防雷手段包括建筑物外部防雷和内部防雷，主要采用接地、屏蔽、均压、限幅和隔离五种方法。
　　
　　图1雷电保护系统结构图
　　1.3防雷区的划分
　　如今防雷工作的重要性、迫切性、复杂性已大大增加，雷电的防御从过去的直击雷防护到现在的系统防护，从以保护建筑物为保护重点，发展到以电子信息系统为保护核心，强调综合治理、分级泄流、层层设防的思路。为了防止浪涌过电压破坏变电站二次系统，GB50057-94(2000)版和IEC61312分别提出和规定了系统防护的概念——建筑物内外建立均压等电位联系系统，在可能出现过电压的电源馈线和通信线路上必须安装浪涌保护器（SPD）。SPD是采用等电位的原理，泄流时设备和地网处于暂态等电位，从而将浪涌电流泄放入地，无浪涌电压时设备和地网隔离。SPD的选择根据建筑物内部因雷击电磁干扰大小的不同而不同，按照IEC1312-1和国标GB50057-94（2000年版）规定将要保护的空间划分为不同的防雷区（LPZ），以确定各部分空间不同的雷击电磁脉冲（LEMP）的严重程度和选择相应的SPD。LPZ0A区：可能遭受直接雷击和导走全部的雷电流，本区内电磁场强度没有衰减；LPZ0B区：不可能遭受大于所选滚球半径对应的直接雷击，但本区内电场强度没有衰减；LPZ1区：不可能遭受直接雷击，流经各导体的电流比LPZ0B区更小，本区内的电磁场强度可能衰减，这取决于屏蔽措施；LPZn＋1后续防雷区：当需要进一步减小电流和电磁场强度时，应增设后续防雷区，并按照需要保护对象所要求的环境选择后续防雷的要求条件。防雷区的数越高电磁场强度越小。
　　
　　图2建筑物雷电防护区（LPZ）划分
　　根据上述对建筑物防雷区的划分，相应变电站内LPZ划分如下：LPZ0A区：这是直击雷的主要作用区，这个区不在避雷针保护范围内，故不在变电站内；LPZ0B区：这是感应雷的主要作用区，虽在避雷针保护范围内，但没有经过电磁屏蔽，电场强度没有衰减，处于此空间的所有可导物体均可感应较强的雷电压；LPZ1：属于建筑物的屏蔽区，区内的物体不可能遭受直接雷击，由于建筑物的屏蔽措施，电场强度会衰减，应进一步采取屏蔽措施减少电场强度的干扰。
　　2电力系统二次系统的防雷
　　按电磁环境不同将变电站划分为不同的电磁兼容（EMC）保护区，将保护需求相同的设备全部安装于同一个EMC保护区内，并将进入保护区内的电气连接件与SPD相接。因此任一保护区内，电源进线和通信线都应通过SPD与地电位做等电位连接。电源馈线和通信线路的过电压保护一般可分为三个保护级，若后续设备承受的残压过高，则需增加一个保护级，最终须将设备承受的残压降低到脉冲耐受电压的要求。
　　
　　图3变电站二次交流系统防雷配置图
　　
　　图4变电站二次直流系统防雷配置图
　　3结论
　　变电站二次系统的防雷除了要确保变电站所采用的外部防雷措施完善有效之外，还需确保内部防雷措施的完善有效。变电站二次的过电压防护，是综合应用一次侧过电压防护技术、计算机等微电子设备及通信设备过电压防护和抗干扰技术、继电保护抗干扰技术的问题。
　　
　　图5变电站通信系统防雷配置图
　　变电站二次系统的过电压防护水平与变电站的布置、二次系统的过电压承受能力有密切的关系。随着计算机技术在电力工业中越来越深入地应用，我们有必要深入研究计算机系统在变电站这种特殊电磁环境下的工作规律。变电站二次系统的防雷是一项要求高、难度大的系统工程，在实施工程中要从现场实际出发，本着经济、实用、高标准、严要求、高起点、高可靠性的原则进行，严格遵守国家和行业标准在实践中不断完善，从历史的新高度来认识和研究现代防雷技术，提高人类对雷灾防御的综合能力。完善变电站二次系统的防雷保护对于提高变电站设备的安全可靠运行具有重要意义。
　　
　　参考文献：
　　［1］陈贤彬，明哲．变电站二次系统防雷保护初探［J］．广东电力，2004，17（5）：15－18．
　　［2］陈文丽．110kV变电站二次系统综合防雷技术措施［J］．大众用电，2007（5）：28－29．
　　［3］伍卓锋．110kV变电站二次设备防雷技术应用［J］．广西电力，2006（6）：56－57．
　　［4］满河清．变电站综合防雷［J］．云南电力技术，2004，32（3）：32－34．
　　［5］王林芳，骆跃．现代防雷技术在变电站通信机房的应用［J］．电力系统通信，2007，28（174）：19－21．
　　［6］贝宇，杨鑫，王巨丰．雷击对电力系统二次设备的干扰及预防措施［J］．广西电力，2005（4）：52－54．
　　［7］胡雪艳．综合自动化变电站二次系统的防雷设计［J］．浙江电力，2007（3）：63－65．
　　［8］邝国安．变电站自动化系统防雷技术［J］．电工技术，2007（9）：28－29．