摘要：防雷措施是属于预防性的措施，在雷害发生之前人们往往忽视其意义，待事故发生后才发现其重要性。故此。本人针对目前变电站设备中防雷技术的中存在的问题，提出详尽的防雷解决方案，以供同行参考。
关键词：保护措施；二次设备；防雷
前言
随着科技的发展，大规模集成电路广泛应用于变电站二次设备，集成度越高，电路也就越复杂，元件工作电压越低，对环境要求也就越高。一旦有雷电波侵入，容易造成二次设备损坏，有的甚至使整个系统瘫痪，造成无可挽回的损失。
一变电站防雷存在的问题
按现有的雷电理论，雷击从形式上来讲，可分为直接雷击和感应雷击两种。直接雷击会造成建筑物损坏并引起火灾事故，一般构筑物避雷设施只能保护其本身免受直击雷损害。感应雷击(主要为雷电的静电感应作用、电磁感应作用、放电时产生的强烈电磁脉冲、地电位反击和雷电波入侵等)引起的过电压，会沿架空导线、天线、电缆和金属管线等通道进入用户设备，引起设备的损坏。通常变电站自动化系统都置于建筑物之中，电源线、网络线、信号线均铺设于电缆沟中，因而遭受直接雷击的可能性不大，其防护的主要对象是感应雷击。按资料统计，变电站自动化系统雷击事故主要是由感应雷击造成的。感应雷击对自动化系统的破坏，主要是通过侵入电源线、天馈线、通讯线和信号线甚至从接地网引入而分别损坏控制设备、仪器仪表、无线通信设备、计算机及网络设备等，影响整个系统的正常运行。
二二次设备的防雷技术：
二次设备的防雷措施必须从接地、均压、屏蔽、限幅、隔离等多个环节综合考虑。
2．1接地
二次设备的接地可分为逻辑接地、信号接地、保护接地、防雷接地、屏蔽接地等，但在变电站中，不可能分别为其设置独立接地系统，通常只能共用同一接地系统。这时，接地电阻越小越好，按自动化系统接地要求，接地电阻<0．5Q。接地引线的线径必须足够，因为雷电引起瞬间电流较大，要求变电站屏柜接地点与接地铜网采用35mm以上铜芯线，且引线长度—般要求不超过1m。
2．2均压
为了减少二次系统由一次设备带来的感应耦合，二次电缆应尽可能离开高压电缆和暂态强电流的入地点，并尽可能减少平行长度。高压电缆和避雷针往往是强烈的干扰源，因此，增加二次电缆与其距离，是减少电磁耦合的有效措施。电流互感器回路的A、B、C相线和中性线应在同一电缆内，尽可能在小范围内达到电磁感应平衡；电流和电压互感器的二次交流回路电缆，从高压设备引出至二次设备安装处时，应尽量靠近接地体，减少进入这些回路的高频瞬变漏磁通。变电站接地铜带必须铺设成环状，并用2根以上的引下线与地网连接，以加速电流均匀扩散，减少可能出现的感应过电压。
2．3屏蔽
屏蔽的目的是为了保证控制设备稳定可靠的工作，防止寄生电容耦合干扰，保护设备及人身的安全，解决环境电磁干扰及静电危害。各种功能的接地既相互联系，又相互排斥，瞬时干扰及接触部分产生电磁波会给信号线带来辐射噪声，引起误码和存储器信息丢失，所以要注意信号电路、电源电路、高电平电路、低电平电路的接地应各自隔离或屏蔽。
控制室应尽量利用建筑物钢筋结构与地网连接，形成一个法拉第笼；控制电缆和信号线应采用屏蔽电缆，屏蔽层两端要接地；对于既有铠装又有屏蔽层的电缆，在室内应将铠装带与屏蔽层同时接地，而在另一端只将屏蔽层接地；电缆进入控制室内前水平埋地10m以上，埋地深度应大于0．6m；非屏蔽电缆应套金属管并水平埋地10m以上，铁管两端也应接地屏蔽；架空音频电缆的牵引钢丝两端应进行接地，最大限度地减少引入高电压的可能性。
2．4限幅
限幅是在电源和信号回路与接地问安装防雷器件以限制电压幅值，起削峰的作用。在正常情况下，防雷器处于高阻状态，当被保护回路受雷击或感应出现瞬时脉冲电压时，防雷器立即在纳秒级时间内导通，将该脉冲电压短路到大地泄放，从而达到保护连接设备的目的。但该脉冲电压流过防雷器后，防雷器又变为高阻状态，从而不影响设备正常运行。
2．5隔离
保护与自动化系统、自动化与通信等接口环节都必须有防护措施，抑制传输过程中产生的各种干扰，才能使系统稳定可靠运行。电源部分可以是逆变电源或直流电源；对于数字输入信号，大部分都采用光电隔离器，也有一些使用脉冲变压器和运算放大器隔离；对于数字输出信号也是主要采用光电隔离器。对于模拟量输入信号，可采用安装音频隔离变压器、光隔离器等进行隔离。对于计算机网络接口，可以采用专用的网络防雷器，距离较远或不同室之间通信应尽可能采用光纤进行传输。
三自动化系统防雷电过电压体系设计
自动化系统雷电过电压保护设计，应根据变电站自动化系统设备安装的具体情况，确定被保护对象和保护等级，做到统筹规划、整体设计。
3．1一般规定
(1)与自动化系统相连的电力电缆、通信缆线应采用金属屏蔽电缆或敷设在金属管内；
(2)应注意对电涌保护器SPD的合理设置，其保护水平应小于被保护设备的耐压，以达到逐级保护自动化设备的目的；
(3)SPD的接地线应尽可能短。
3．2SPD的选择
选用SPD时，必须考虑变电站供电电源的不稳定等因素，对SPD的标称导通电压、标称放电电流、冲击通流容量、限制电压、残压等参数，根据工程的具体情况进行选择。
3．3电源用SPD
变电站采用的电源用模块式SPD，应具有劣化指示、损坏告警、遥信、模块替换、热容和过流保护等功能，响应时间小于30ns。限压型SPD一般由氧化锌压敏电阻(MOV)或半导体放电管(SAD)等元器件组成。根据电力系统的特点，对常规SPD作了改进，综合利用MOV和气体放电管的优点，解决了MOV漏电流老化、气体放电管不熄弧等问题，实现全模式保护，适应各种接地方式。交流220V电源采用标称放电电流20kA时残压不大于1200V的SPD；直流220V电源采用标称放电电流10kA时残压不大于620V的SPD；直流24V电源采用标称放电电流10kA时残压不大于150V的SPD；直流12V电源采用标称放电电流5kA时残压不大于150V的SPD；直流5V电源采用标称放电电流5kA时残压不大于100V的SPD。
3．4数据信号用SPD
数据传输用SPD的钳位电压应满足自动化设备信号传输速率及带宽的需要，对雷电响应时间应在10ns内，其接ILl应与被保护设备兼容，因此工程前应提供被保护设备接ILl的详细资料给SPD厂家。以岗头站自动化系统为例，同样是RS一485的串ILl传输方式，接口类型既有DB25，也有RJ11，为此我们分别选用了不同接ILl方式的SPD，其标称放电电流3kA时残压不大于150V。
3．5GPS用同轴型SPD
同轴型SPD插入损耗应不大于0．3dB，驻波比不大于1-2，最大输入功率能满足发射机最大输出功率的要求，安装与接地方便，具有不同的接头，标称放电电流应大于5kA。
3．6计算机网络信号用SPD
计算机网络数据线SPD应满足各类接口设备传输速率的要求，接口应与被保护设备兼容。以石牌站为例，我们选用了标称放电电流5kA时残压不大于25V的SPD。
3．7接地的技术处理
(1)设置均压环，采用35mm铜网状编织线，围绕房间地面四周，使其形成等电位，防止雷电反击造成的设备损坏；
(2)对地线系统，在不同接地线之间采用等电位隔离器连接，启动电压800V，泄流能力20kA；实施地线优化工程；因为“地”浮空的计算机系统抗干扰性能很强，所以可以优先考虑“地”浮空系统；
(3)屏蔽电缆屏蔽层两端要接地，对于既有铠甲又有屏蔽层的电缆应将铠甲与屏蔽层同时接地，而在另一端只将屏蔽层接地，镀锌软管两端应良好接地；
(4)安装雷电环境在线监测仪，准确把握感应雷击次数。
四对二次设备防雷的几点体会
(1)电源优先选用直流电源，计算机和网络及等交流电源采用逆变电源。站内直流系统的大容量蓄电池组相当于
一个浪涌吸收器，可以吸收部分通过电源引入的浪涌电压。
(2)信号隔离应选用直流220V光电隔离。早期远动设备遥信回路多采用直流24V，易受干扰和雷击损坏，采用220V光电隔离将有效避免干扰和提高耐压。
(3)直流遥测回路是防浪涌的重点。目前自动化系统直流遥测多采用直流5V输入，元件耐压水平低，非常容易受损，但在回路上接入一5V稳压电阻，就可起到极好保护作用。
五结束语
在电网技术高速发展的时代，变电站运行设备的抗干扰、防雷击过电压能力是更影响安全、优质生产的重要因素。自动化系统的防雷措施要根据实际情况综合利用，采用任何一种单一的防雷器件都难以保证其安全，应“整体防御、综合治理、多重保护”，采取综合防护的措施，对症下药将各类可能引起雷害的因素排除，才能将雷害减少至最低限。
参考文献：
[1]解广润．电力系统过电压[M]．北京：水利水电出版社1985．
[2]梁小冰．直击雷对变电站控制室内弱电设备的影响[J]．电网技术，1999，23(3)．
[3]电力工业部．DL548—94电力系统通信站防雷运行管理规程[s]．
