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摘要：本文分析了110KV变电站二次系统设计的现状及雷击的途径，并对变电站二次系统防雷提出了相应的措施。
关键词：变电站二次设计 现状 途径 措施
1110kV变电站二次系统现状
变电站二次系统指变电站内保护设备、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。二次系统集中变电站自动化监控管理的重要设备,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。但该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,从而可能造成极大的雷击事故。目前, 清远地区大部分的110kV变电站均实现了无人值班,然而有部分无人值班的110kV变电站的站内自动化设备没有采取相关的二次防雷防护措施,具体包括:
（1）站内低压配电总电源;
（2）站内开关电源（AC/DC设备);
（3）测控屏、保护屏、公用屏、远动屏、监控主机等用电设备前端;
（4）接入综合自动化系统的各端口（RS232、RS485、CAN口),该部分最容易因感应雷造成设备功能板损坏;
（5）进入室内的时钟同步系统GPS馈线。当雷雨季节来临的时候,极易造成保护、测控及电源模块的损坏,因此需对上述110kV无人值班变电站进行二次系统防雷改造,进一步提高变电站综合自动化系统的可靠性,最大限度地减少因雷击造成的损失。
2雷击的途径
2.1电源线引入雷电
雷电引起的瞬时高电压,如果不加遏制,直接由电源线引入自动化系统,会影响其电源模块正常工作,使各功能模块的工作电压升高而工作不正常,严重时甚至会损坏模块,烧坏元器件。
2.2信号线引入雷电
信號线是自动化系统与外界实现通信联系的主要途径,这些与外联系的通信线路与机房终端设备相接,如果是架空敷设的,遭受雷击的概率比较大。变电站接入自动化系统的通信线路主要有:载波线、RS232、RS485信号控制线、CAN网电缆连接到后台监控主机、RS422连接到10kV馈线保护测控装置、电话拨号音频与MODEM相连接线,这些通信电缆出线较长,
应雷电通过远控系统电缆及信号电缆侵入,以很高的电压直接加在二次设备上,击毁通信端口或引起设备集成电路芯片损坏。
2.3GPS馈线引入雷电
站内的时钟同步GPS系统有馈线与设备相连,最容易遭受雷击,雷电流直接沿馈线输入站内,直接作用于时钟同步GPS系统,会损坏系统内部设备端口。
2.4接地不规范
由于接地不规范,不同接地点之间雷电时易形成较高的电位差,产生的电磁干扰会影响自动化系统的运行;同时,雷电引起的地电位升高,通过设备的接地线引入自动化系统,此过电压同样会损坏各种功能模块。
３变电站雷击解决措施
变电站遭受的雷击是下行雷， 主要来自两个方面：一是雷直击在变电站的电气设备上；二是架空线路的感应雷过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电站。因此，直击雷和雷电波对变电站进线及变压器的破坏的防护十分重要，所以本文就以这两种雷击的防护措施加以阐述。
对于直击雷主要是采用避雷针、避雷器、避雷线和避雷网作为接闪器，然后通过良好的接地装置迅速而安全的把雷电流引入大地。选择以避雷针做接闪器时要选择限流接闪器，其在接闪的过程中可初步对雷电流的峰值和陡度进行抑制达到限制流入大地的雷电流幅值的作用，尽量减少雷电反击和感应电磁脉冲的量级。
对于感应雷则需要从整体和系统建立起三维的防护体系，主要包括以下几个方面。
３.1 电源的防护
因综合自动化装置的电源均取自变电站内10 kV/380 V 所内变压器，且经验证明变电站内60% 的累积事故均为电源系统防雷措施不完善造成的，故对综合自动化装置的防雷，电源系统防护应放于首位。参照G B50057.94《建筑物防雷设计规范》2000 年版、IEC 1312-1 及GB 50343-2004 《建筑物电子信息系统防雷技术规范》对雷电引起电磁场脉冲的防护，对建筑物内电子信息系统设备的雷电电磁脉冲的防护等级的要求，将变电站综合自动化系统的低压配电系统中采用3 ～4 级电涌保护器进行保护。
级电源保护：由于自动监控系统的控制电源及采集机构的需要，必须将交流电转换成直流电，因此直流电源的安全稳定是控制及采集机构安全稳定的基础，为防止雷电电磁脉冲对直流电源造成损害，我们在整流电源侧以及各控制装置及采集机构前加安KJRA 系列电源型电涌保护器，进而从根本上解决雷击对直流系统的损害。
通过逐级的防护，可以将雷电流最大限度的控制在自动化装置允许的耐受范围之内，以确保设备稳定运行。
３.2 通信系统的防护
变电站二次自动化设备中包括很多网络设备如网卡，调制解调器等。这些设备通过网线和电话线同局域网和广域网相连。所以应该在其通信线路两端加装信号电涌保护器，包括保护电话线的音频电涌保护器和保护网络连接设备的RJ45 型电涌保护器，以及在通信设备电源处加设电涌保护器。并针对雷电电磁脉冲产生的地电位反击而安装等电位连接器，这样能够针对变电站中的网络传输系统就有了一个比较全面的保护。
３.3 信号采集及控制线路的防护
在监控系统中，不可避免的要有采样信号和控制信号的传递，在变电站二次自动化设备中也是如此，在现有的使用二次自动化设备的变电站中绝大多数是使用串口进行信号传输的，同时通过并口连接打印设备。这就需要我们就计算机的串口和并口两种信号传递端口进行保护，在两种端口前端加设DB9 和DB25 两种电涌保护器。在信号采集和控制的执行机构前增加控制信号电涌保护器，并且针对雷电电磁脉冲产生的地电位反击而安装等电位连接器，这样能够比较完善的保护信号采集及控制线路。
３.4 计量及保护系统的防护
在二次自动化设备中，信号显示、功率计算、异常监测和线路保护的判断依据都是由变电站的电流互感器和电压互感器采样进入的，雷电电磁脉冲很容易从这两种设备侵入二次自动化监控系统造成对电子设备的损坏，甚至造成系统的瘫痪，所以对电流互感器和电压互感器后端的电子设备的保护是至关重要的。为了提高防护质量，应该同电源防护一样进行分级防护，一级防护：在电流互感器或电压互感器的低压侧安装电流、电压互感器型电涌保护器；二级防护：在电流互感器或电压互感器线路进入控制配电柜处安装电流、电压互感器型电涌保护器。如此，经过双层保护，使从互感器窜入的雷电流基本能够控制在线路能够承受的额度之内，从而保证了整个系统的正常运行。
３.5 温度检测系统的防护
对于变电站来说，变压器是整个系统的核心，所有的监视设备和保护设备都是为了使之正常、稳定的运行而设立的，检测变压器异常的最直接方法就是检测变压器的温度，因此，很多的变电站二次综合自动化系统都加入了变压器温度检测的部分。其原理是利用温度传感器和温度控制器组成温度检测回路，并将温度传感器置于变压器上，当变压器温度过高时，由温度控制器、降温风扇和警铃组成的报警降温回路接通，对变压器进行降温，同时报警。
当发生雷击时，会在温度检测和报警回路中产生极高的感应电压，烧毁回路中设备。为了保护温度检测和报警回路，应该在温度传感器和温度控制器处安装电涌保护器，对温度传感器和温度控制器进行保护，保证变压器的正常运行。
4结束语
变电站二次系统的防雷应从工程设计阶段就认真加以考虑,根据各地的实际情况,针对不同的特点和雷害的薄弱环节,采取切实可行的防雷方案,选用质量可靠的电气（防雷)设备,做好符合要求的共用接地网,综合考虑防雷和接地,变电站才能避免遭受雷电的危害。
关键词：变电站二次设计 现状 途径 措施
1110kV变电站二次系统现状
变电站二次系统指变电站内保护设备、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。二次系统集中变电站自动化监控管理的重要设备,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。但该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,从而可能造成极大的雷击事故。目前, 清远地区大部分的110kV变电站均实现了无人值班,然而有部分无人值班的110kV变电站的站内自动化设备没有采取相关的二次防雷防护措施,具体包括:
（1）站内低压配电总电源;
（2）站内开关电源（AC/DC设备);
（3）测控屏、保护屏、公用屏、远动屏、监控主机等用电设备前端;
（4）接入综合自动化系统的各端口（RS232、RS485、CAN口),该部分最容易因感应雷造成设备功能板损坏;
（5）进入室内的时钟同步系统GPS馈线。当雷雨季节来临的时候,极易造成保护、测控及电源模块的损坏,因此需对上述110kV无人值班变电站进行二次系统防雷改造,进一步提高变电站综合自动化系统的可靠性,最大限度地减少因雷击造成的损失。
2雷击的途径
2.1电源线引入雷电
雷电引起的瞬时高电压,如果不加遏制,直接由电源线引入自动化系统,会影响其电源模块正常工作,使各功能模块的工作电压升高而工作不正常,严重时甚至会损坏模块,烧坏元器件。
2.2信号线引入雷电
信號线是自动化系统与外界实现通信联系的主要途径,这些与外联系的通信线路与机房终端设备相接,如果是架空敷设的,遭受雷击的概率比较大。变电站接入自动化系统的通信线路主要有:载波线、RS232、RS485信号控制线、CAN网电缆连接到后台监控主机、RS422连接到10kV馈线保护测控装置、电话拨号音频与MODEM相连接线,这些通信电缆出线较长,
应雷电通过远控系统电缆及信号电缆侵入,以很高的电压直接加在二次设备上,击毁通信端口或引起设备集成电路芯片损坏。
2.3GPS馈线引入雷电
站内的时钟同步GPS系统有馈线与设备相连,最容易遭受雷击,雷电流直接沿馈线输入站内,直接作用于时钟同步GPS系统,会损坏系统内部设备端口。
2.4接地不规范
由于接地不规范,不同接地点之间雷电时易形成较高的电位差,产生的电磁干扰会影响自动化系统的运行;同时,雷电引起的地电位升高,通过设备的接地线引入自动化系统,此过电压同样会损坏各种功能模块。
３变电站雷击解决措施
变电站遭受的雷击是下行雷， 主要来自两个方面：一是雷直击在变电站的电气设备上；二是架空线路的感应雷过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电站。因此，直击雷和雷电波对变电站进线及变压器的破坏的防护十分重要，所以本文就以这两种雷击的防护措施加以阐述。
对于直击雷主要是采用避雷针、避雷器、避雷线和避雷网作为接闪器，然后通过良好的接地装置迅速而安全的把雷电流引入大地。选择以避雷针做接闪器时要选择限流接闪器，其在接闪的过程中可初步对雷电流的峰值和陡度进行抑制达到限制流入大地的雷电流幅值的作用，尽量减少雷电反击和感应电磁脉冲的量级。
对于感应雷则需要从整体和系统建立起三维的防护体系，主要包括以下几个方面。
３.1 电源的防护
因综合自动化装置的电源均取自变电站内10 kV/380 V 所内变压器，且经验证明变电站内60% 的累积事故均为电源系统防雷措施不完善造成的，故对综合自动化装置的防雷，电源系统防护应放于首位。参照G B50057.94《建筑物防雷设计规范》2000 年版、IEC 1312-1 及GB 50343-2004 《建筑物电子信息系统防雷技术规范》对雷电引起电磁场脉冲的防护，对建筑物内电子信息系统设备的雷电电磁脉冲的防护等级的要求，将变电站综合自动化系统的低压配电系统中采用3 ～4 级电涌保护器进行保护。
级电源保护：由于自动监控系统的控制电源及采集机构的需要，必须将交流电转换成直流电，因此直流电源的安全稳定是控制及采集机构安全稳定的基础，为防止雷电电磁脉冲对直流电源造成损害，我们在整流电源侧以及各控制装置及采集机构前加安KJRA 系列电源型电涌保护器，进而从根本上解决雷击对直流系统的损害。
通过逐级的防护，可以将雷电流最大限度的控制在自动化装置允许的耐受范围之内，以确保设备稳定运行。
３.2 通信系统的防护
变电站二次自动化设备中包括很多网络设备如网卡，调制解调器等。这些设备通过网线和电话线同局域网和广域网相连。所以应该在其通信线路两端加装信号电涌保护器，包括保护电话线的音频电涌保护器和保护网络连接设备的RJ45 型电涌保护器，以及在通信设备电源处加设电涌保护器。并针对雷电电磁脉冲产生的地电位反击而安装等电位连接器，这样能够针对变电站中的网络传输系统就有了一个比较全面的保护。
３.3 信号采集及控制线路的防护
在监控系统中，不可避免的要有采样信号和控制信号的传递，在变电站二次自动化设备中也是如此，在现有的使用二次自动化设备的变电站中绝大多数是使用串口进行信号传输的，同时通过并口连接打印设备。这就需要我们就计算机的串口和并口两种信号传递端口进行保护，在两种端口前端加设DB9 和DB25 两种电涌保护器。在信号采集和控制的执行机构前增加控制信号电涌保护器，并且针对雷电电磁脉冲产生的地电位反击而安装等电位连接器，这样能够比较完善的保护信号采集及控制线路。
３.4 计量及保护系统的防护
在二次自动化设备中，信号显示、功率计算、异常监测和线路保护的判断依据都是由变电站的电流互感器和电压互感器采样进入的，雷电电磁脉冲很容易从这两种设备侵入二次自动化监控系统造成对电子设备的损坏，甚至造成系统的瘫痪，所以对电流互感器和电压互感器后端的电子设备的保护是至关重要的。为了提高防护质量，应该同电源防护一样进行分级防护，一级防护：在电流互感器或电压互感器的低压侧安装电流、电压互感器型电涌保护器；二级防护：在电流互感器或电压互感器线路进入控制配电柜处安装电流、电压互感器型电涌保护器。如此，经过双层保护，使从互感器窜入的雷电流基本能够控制在线路能够承受的额度之内，从而保证了整个系统的正常运行。
３.5 温度检测系统的防护
对于变电站来说，变压器是整个系统的核心，所有的监视设备和保护设备都是为了使之正常、稳定的运行而设立的，检测变压器异常的最直接方法就是检测变压器的温度，因此，很多的变电站二次综合自动化系统都加入了变压器温度检测的部分。其原理是利用温度传感器和温度控制器组成温度检测回路，并将温度传感器置于变压器上，当变压器温度过高时，由温度控制器、降温风扇和警铃组成的报警降温回路接通，对变压器进行降温，同时报警。
当发生雷击时，会在温度检测和报警回路中产生极高的感应电压，烧毁回路中设备。为了保护温度检测和报警回路，应该在温度传感器和温度控制器处安装电涌保护器，对温度传感器和温度控制器进行保护，保证变压器的正常运行。
4结束语
变电站二次系统的防雷应从工程设计阶段就认真加以考虑,根据各地的实际情况,针对不同的特点和雷害的薄弱环节,采取切实可行的防雷方案,选用质量可靠的电气（防雷)设备,做好符合要求的共用接地网,综合考虑防雷和接地,变电站才能避免遭受雷电的危害。