变电站二次系统防雷设计

变电站二次系统防雷设计

王坤隆

（国网冀北电力有限公司承德供电公司河北承德067000）

摘要：变电站的稳定可靠关系到电力系统的总体安全运行，但变电站极易受到雷电过电压的影响，特别是雷电对变电站二次设备的影响后果更加严重，为了确保变电站安全运行，有必要加强对变电站二次设备的防雷保护，以保证电力系统的安全可靠运行。分析了雷电入侵二次设备的途径，提出了变电站二次系统防雷设计的指导思想、电源系统、安装规范等。

关键词：变电站；二次系统；防雷；设计

引言：

雷击发生时产生的强烈的电磁脉冲辐射，会给变电站二次系统的供电线路、信号传输线路设备造成电磁感应形成线路浪涌，造成设备损坏。随着自动化技术、计算机技术、通信技术的发展，变电站综合自动化技术得到了迅速发展和广泛的应用。然而，这些以微电子技术为基础的设备因其集成度高、工作电压低，耐过电压、过电流和抗雷电电磁脉冲的能力差，在变电站复杂的电磁环境下，很容易遭受雷电电磁脉冲感应过电压及地网反击的危害。随着近年来大量变电站二次系统雷击故障的发生，变电站二次系统的防雷工作已经得到国家和各行业主管部门的高度重视，虽然为此编制了较多的标准，但变电站二次系统的防雷技术措施仍存在技术手段单一、地电位反击防护薄弱、防雷装置稳定性差等不足。

1术语和定义

1.1二次系统

是指变电站内及通信、调度大楼内保护系统、自动化系统、通信系统、计算机网络设备及监控系统、电源系统、空调等辅助设备。

1.2浪涌保护器（简称SPD）

用于限制瞬态过电压并分走浪涌电流的元件。

2变电站二次系统雷电过电压的形成及危害

2.1雷电入侵通道

雷电分为地闪和云闪。地闪为天空中雷云对地面物体之间的放电，放电过程中伴随着光和热，其电磁场效应导致其通道附近的设备产生静电感应电压和电磁感应电压。地闪是雷电对地面物体危害的主要方式。雷击侵入变电站主要有以下几种方式：①直击雷，一方面雷电通过架空输电线路侵入变电站，但雷电过电压较低，出线间隔避雷器不动作，特别是对从站外引入10kV或35kV电源的站用变其危害更大;另一方面雷电直击变电站避雷针等装置，雷电流通过变电站地网泄放。②感应雷，雷电放电瞬间产生高频率的电磁脉冲，在周围的电源线、信号线产生电磁感应电压，产生的感应电压直接损坏系统设备或沿电源系统侵入后续各级设备。

2.2雷电侵入对二次系统的危害方式

随着变电站综合自动化水平的不断提高，系统的不断升级改造，变电站的综合防雷问题将更加重要，一次设备和二次设备的防雷问题都要考虑到，因为变电站二次设备的安全运行关系到一次设备正常运行。线路落雷、变电站落雷时沿线路入侵的雷电波将会作用到变电站的二次设备上，使二次设备损坏，危及变电站的安全可靠运行。雷电入侵二次设备的途径有以下几个方面：①雷击线路时沿架空输电线路通过电压互感器和电流互感器作用到二次设备上。②雷击线路时沿厂用电源侵入到二次设备电源上。③雷击避雷针时，变电站接地网中的雷电流通过电缆沟中的地线耦合到电缆沟中的所有电缆中去。另一方面，接地网电位的提高会出现接地网电位高于线路电压的情况，雷电会通过所有避雷器接地端“倒灌”到相应的导线中去。同时，在绝缘薄弱处还会发生“反击”。④变电站上空的雷云电场，通过静电感应耦合到电缆沟中所有的电缆中去。⑤通信线路也可感应雷电，使雷电直接传到设备，从而损坏设备。

3变电站二次系统的防雷设计

3.1防雷设计的指导思想

无论变电站二次系统遭遇雷击损坏的途径是什么，防雷设计的原则都是讲雷电以尽可以短的路径和尽可能短的时间泄放到大地，使雷击波及的范围最小化，尽可能地减小受牵连设备各部位的电位差，并缩短影响时间。

3.2电源系统防雷

首先，两路变电站要使用交流电，分别配备一个第一级电涌保护器，通常采用FLT.PLUS.CTR5-1.5I一工、相一地、零一地保护器各1只，共计4只。第一级电涌保护器的泄放雷电能力可以达到50KA，并对工频续流和后续雷电流有灭弧功能。如果同二级电涌保护器搭配使用，那么二级输出端的残余电压能降至900伏，从而将雷电过电压压制在可以承受的范围内。其次，高频的开关电源交流两路进线和通信电源的交流进线，分别配备交流三级防雷组块，使额定工作电压的范围更宽一些。再次，对主控室内合闸母线、外设开关合闸电源线10KV、高压开关室防护设施等配备直流一、二级的避雷器，并在主控室的正母线和负母线之间引入两个10KV的保护设备。

3.3安装规范

①电源线路的各级电涌保护器（SPD）应分别安装在被保护设备电源线路的前端，电涌保护器各接线端应分别与电源线路的同名端相线连接。电涌保护器的接地端与保护接地线（PE）接地端子排连接，接地端子排应与所处防雷区的等电位接地端子排连接。各级电涌保护器（SPD）连接导线应平直，接地导线长度不应超过0.5m。②带有接线端子的电源电涌保护器应采用压接；带有接线柱的电涌保护器应采用线鼻子与接线柱连接。③所有电源SPD都宜串联相匹配的联动空气开关，空气开关的额定电流应参考所接SPD的标称放电电流来选择。④信号电涌保护器SPD应连接在被保护设备的信号端口上。信号电涌保护器SPD输出端与被保护设备的输入端口相连。信号电涌保护器SPD宜安装在屏柜内，固定在设备机架上或附近支撑物上。⑤天馈线信号电涌保护器SPD应串接于天馈线与被保护设备之间，宜安装在设备屏柜附近，也可以直接连接在设备馈线接口上。⑥信号电涌保护器SPD接地端宜采用截面积不小于2.5mm2的铜芯导线与屏柜内局部等电位接地端子板连接，接地线应平直。⑦天馈线信号电涌保护器SPD的接地端应采用截面积不小于6mm2的铜芯导线就近连接到直击雷非防护区或直击雷防护区与第一防护区交界处的等电位接地端子板上，接地线应平直。

3.4二次系统防雷设备的选择

当前，防雷设备的选择主要参照我国的《建筑防雷设计规范》、工防雷专业委员会的系列标准等。在防雷设备选择上，要遵循低残压、全保护、热备份的原则，压制雷电压，对二次系统中的各线、各线一地进行全面保护，提高防雷器的保护功育旨。

4变电站二次系统防雷技术措施

变电站二次系统防雷思想。雷电防护应根据雷电防护区的划分而进行有针对性的防护，形成雷电防护网络。雷电防护区的划分应根据需要保护和控制雷击电磁脉冲的具体环境，从外部到内部划分为不同的雷电防护区。根据雷电防护区划分采用多级防雷策略，对具体则采取针对性措施，即对地网反击隐患设备材料“堵”的防雷策略、对雷电过电压侵入隐患设备采用“疏”的防雷策略。依据《建筑物防雷设计规范》(GB50057－2010)规定，进入建筑物大楼的电源线和通讯线应在LPZ0与LPZ1、LPZ1与LPZ2区交界处，以及终端设备的前端安装上电源类SPD，以及通讯网络类SPD，此为疏导策略;对可能发生地网反击的设备，如站用变二次侧地电位抬升反击，可串联过电压隔离装置。

结束语：当变电站二次系统发生雷害时，维修人员不得不进行频繁抢修，期间还可能发生高压跳闸、一次线路运行监控中断等情况，影响电网的安全稳定运行，同时妨碍用电企业的正常生产工作。

参考文献：

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