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摘要：雷电一直是影响变电站安全运行的重要危害。随着变电站数字化改造与建设，做好变电站二次系统的防雷保护显得更加重要。
关键词：电力系统；变电站二次系统；防雷保护
中图分类号：TM73文献标识码：A文章编号：
引言：随着电力体制改革的推进，变电站数字化改造与建设也不断深入发展，综合自动化变电站的不断增多，雷电对弱电设备的危害问题日益突显出来。从国内有关报道和变电站运行的实际来看，变电站二次设备遭受到雷击，造成设备损坏、通信中断、系统退出等情况普遍存在。这不仅严重威胁电网的安全运行，而且给人们的生活带来了诸多的不便。
1.变电站二次系统的结构特点
变电站二次系统，是指变电站的内保护设备、自动化设备、通信系统、计算机网络设备及监控系统、交直流电源系统等各种二次设备的总称。［1］二次系统集中了变电站自动化监控管理的重要设备，其具有微机监测、监控、保护、小电流接地选线、故障录波、低频减载、“四遥”远传等功能，在电力调度自动化领域起着举足轻重的作用。
由于二次系统内部连接线路纵横交错，当雷击附近大地、架空线路和雷雨云放电时直接形成的，或者由于静电及电磁感应形成的冲击过电压，极易通过与之相连的电源线路、信号线路或接地系统，通过各种接口，以传导、耦合、辐射等方式侵入自动化系统，从而可能造成危害系统正常工作甚至破坏系统的雷击事故。
2.变电站二次系统防雷保护重要性及影响
2.1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。
2.2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。
2.3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。
3.变电站二次系统防雷措施
针对雷击过电压入侵变电站二次系统的主要途径,采取相应的防雷措施。均壓、分流、屏蔽、接地是防雷保护中最重要的四个因素。雷电防护系统由三部分组成,各部分都有其重要作用,不存在替代性。其中:外部防护由接闪器、引下线、接地体组成,可将绝大部分雷电能量直接导入地下泄放;过渡防护由合理的屏蔽、接地、布线组成,可减少或阻塞通过各入侵通道引入的感应;内部防护由均压等电位连接、过电压保护组成,可均衡系统电位,限制过电压幅值。
电力系统目前对于外部防护有较为完善和有效的手段,对于避雷器等的布设、安装均有相应的标准,变电站接地电阻要求小于0.5Ω或1.0Ω;关于过渡防护,采用屏蔽电缆,金属机柜屏蔽等措施,屏蔽电缆要求两端接地。我们认为目前变电站二次系统防雷工作应主要采取如下措施。
3.1电源部分
对电源系统回路进行过电压分级保护。在总交流配电屏、直流总馈电柜、各小室交(直流)分屏、二次设备屏、监控系统逆变电源屏、通信电源屏等各级配电线路进线处加装相应等级浪涌保护器SPD(Surge Protective Devices)。在站用变低压总配电入口处,应在两根母线上各加装一只B级三相电源避雷器;在各小室交(直流)分屏进线处加装C级电源避雷器,依次,根据防护等级,在其它屏柜加装相应SPD。室外电源线路应套金属管屏蔽或采用铠装电缆,金属管及电缆铠装层两端必须良好接地。
3.2通信部分
远动通道接口处应按通道类型加装相应防雷器;保护小室内变电站二次设备间主要采用以太网、RS485、RS422、RS232、FDK/CAN、LONWORK等方式通信,应在通信口两端分别安装相应的信号防雷器,防止感应过电压击毁通信端口或引起设备集成电路芯片损坏;对于GPS 时钟系统,在天馈线路进入同步装置前应串联安装高频馈线防雷器,以防其从户外引入雷击过电压进入设备,对设备构成危害;对于目前仍采用电话线远传信息的电能量计量系统,应在Modem 电话线接口处加装信号避雷器。对于远距离传输用的光纤,虽然其本身是非金属介质的,不会引入雷电流,但是光纤的加强筋(铠装层)却有可能引入雷电流,因此需要将光纤的金属加强筋(铠装层)在进入机房时作良好的接地。
3.3信号部分
从高压场进入保护室的电缆非常多(交流采样,开关量回路等),是否每条线都需要加装SPD保护?这一部分是目前存在争论的地方。现在所采取的主要措施是隔离和屏蔽。变电站二次设备采集的模拟量,必须经过设置在自动化系统各种交流回路中的隔离变压器或电容进行隔离,而且对隔离变压器的一次与二次之间必须有隔离层和屏蔽层,屏蔽层必须安全接地。自动化系统的开关量输入和输出回路,采取光耦合隔离或继电器隔离。另外,对于测控装置,应将装置电源与遥信电源分开。
4.结束语
由于变电站微机保护设备种类繁多，它们的耐过压能力也各有差别，系统遭受雷击危害机率大大增加。通过采取上述措施，变电站二次控制系统遭雷击现象明显减少，但不能完全根除，只能不断采取防范，将雷害事故和干扰减少到最低程度。
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．
关键词：电力系统；变电站二次系统；防雷保护
中图分类号：TM73文献标识码：A文章编号：
引言：随着电力体制改革的推进，变电站数字化改造与建设也不断深入发展，综合自动化变电站的不断增多，雷电对弱电设备的危害问题日益突显出来。从国内有关报道和变电站运行的实际来看，变电站二次设备遭受到雷击，造成设备损坏、通信中断、系统退出等情况普遍存在。这不仅严重威胁电网的安全运行，而且给人们的生活带来了诸多的不便。
1.变电站二次系统的结构特点
变电站二次系统，是指变电站的内保护设备、自动化设备、通信系统、计算机网络设备及监控系统、交直流电源系统等各种二次设备的总称。［1］二次系统集中了变电站自动化监控管理的重要设备，其具有微机监测、监控、保护、小电流接地选线、故障录波、低频减载、“四遥”远传等功能，在电力调度自动化领域起着举足轻重的作用。
由于二次系统内部连接线路纵横交错，当雷击附近大地、架空线路和雷雨云放电时直接形成的，或者由于静电及电磁感应形成的冲击过电压，极易通过与之相连的电源线路、信号线路或接地系统，通过各种接口，以传导、耦合、辐射等方式侵入自动化系统，从而可能造成危害系统正常工作甚至破坏系统的雷击事故。
2.变电站二次系统防雷保护重要性及影响
2.1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。
2.2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。
2.3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。
3.变电站二次系统防雷措施
针对雷击过电压入侵变电站二次系统的主要途径,采取相应的防雷措施。均壓、分流、屏蔽、接地是防雷保护中最重要的四个因素。雷电防护系统由三部分组成,各部分都有其重要作用,不存在替代性。其中:外部防护由接闪器、引下线、接地体组成,可将绝大部分雷电能量直接导入地下泄放;过渡防护由合理的屏蔽、接地、布线组成,可减少或阻塞通过各入侵通道引入的感应;内部防护由均压等电位连接、过电压保护组成,可均衡系统电位,限制过电压幅值。
电力系统目前对于外部防护有较为完善和有效的手段,对于避雷器等的布设、安装均有相应的标准,变电站接地电阻要求小于0.5Ω或1.0Ω;关于过渡防护,采用屏蔽电缆,金属机柜屏蔽等措施,屏蔽电缆要求两端接地。我们认为目前变电站二次系统防雷工作应主要采取如下措施。
3.1电源部分
对电源系统回路进行过电压分级保护。在总交流配电屏、直流总馈电柜、各小室交(直流)分屏、二次设备屏、监控系统逆变电源屏、通信电源屏等各级配电线路进线处加装相应等级浪涌保护器SPD(Surge Protective Devices)。在站用变低压总配电入口处,应在两根母线上各加装一只B级三相电源避雷器;在各小室交(直流)分屏进线处加装C级电源避雷器,依次,根据防护等级,在其它屏柜加装相应SPD。室外电源线路应套金属管屏蔽或采用铠装电缆,金属管及电缆铠装层两端必须良好接地。
3.2通信部分
远动通道接口处应按通道类型加装相应防雷器;保护小室内变电站二次设备间主要采用以太网、RS485、RS422、RS232、FDK/CAN、LONWORK等方式通信,应在通信口两端分别安装相应的信号防雷器,防止感应过电压击毁通信端口或引起设备集成电路芯片损坏;对于GPS 时钟系统,在天馈线路进入同步装置前应串联安装高频馈线防雷器,以防其从户外引入雷击过电压进入设备,对设备构成危害;对于目前仍采用电话线远传信息的电能量计量系统,应在Modem 电话线接口处加装信号避雷器。对于远距离传输用的光纤,虽然其本身是非金属介质的,不会引入雷电流,但是光纤的加强筋(铠装层)却有可能引入雷电流,因此需要将光纤的金属加强筋(铠装层)在进入机房时作良好的接地。
3.3信号部分
从高压场进入保护室的电缆非常多(交流采样,开关量回路等),是否每条线都需要加装SPD保护?这一部分是目前存在争论的地方。现在所采取的主要措施是隔离和屏蔽。变电站二次设备采集的模拟量,必须经过设置在自动化系统各种交流回路中的隔离变压器或电容进行隔离,而且对隔离变压器的一次与二次之间必须有隔离层和屏蔽层,屏蔽层必须安全接地。自动化系统的开关量输入和输出回路,采取光耦合隔离或继电器隔离。另外,对于测控装置,应将装置电源与遥信电源分开。
4.结束语
由于变电站微机保护设备种类繁多，它们的耐过压能力也各有差别，系统遭受雷击危害机率大大增加。通过采取上述措施，变电站二次控制系统遭雷击现象明显减少，但不能完全根除，只能不断采取防范，将雷害事故和干扰减少到最低程度。
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．