变电站二次设备防雷技术探讨及应用

佛山电力设计院有限公司 陈绍永



变电站二次设备防雷技术探讨及应用

佛山电力设计院有限公司 陈绍永

【摘要】随着各种高新技术的应用，变电站二次设备的防雷技术用它独特的优势与特征取得了很好的应用。本文结合变电站二次设备的防雷技术，对防雷技术的应用进行了探讨。

【关键词】变电站；二次设备；防雷技术；应用

雷电作为典型的自然灾害，我国是典型的雷电频发国，这对电力系统的可靠运行与安全性带来了很大的影响。随着自动化程度的改善，以微电子为主的元件保护、控制、通信、信号与监控等设施在变电站中得到了很好的应用。雷电作为一种强烈的过电压，虽然很少直击站内设施，但是利用行波与二次耦合回路会产生干扰电压。所以，在现实工作中，必须做好二次设备防雷技术研究，在保障安全运行的同时，提高综合自动化变电站的应用效率。

1　防雷和二次防雷

1.1雷电危害

因为正负云层相撞，所以会让大气中的电压得以释放，从而出现雷电，也正是因为雷电流与瞬间性的影响，在第一次防雷中很难将所有雷电流安全接地，并且高残压远超设施耐压范围，即：在一次避雷器动作之后的高残压幅值会对相关设施带来很大的影响。特别是变电站中的芯片集成与精密仪器，性能的敏感性，对高电压的冲击力与承受力都会造成一定影响。因此，第一次防雷动作结束，不可能完全避免，需要继续做好二次设备防护。

1.2雷电对变电站的影响

直击雷是直接命中建筑设施与建筑物，低于100KA的电流值与5000KV的峰值能在瞬间带来很大的破坏，同时对电磁波与电位飙升带来脉冲电压，并且损坏线路与通讯，甚至带来激烈爆炸与火灾。

传导雷是在远离被雷击中的线路的同时，受电磁波感应影响形成的脉冲电压，然后再利用通信、电源传播，最后出现二次设施损坏。

感应雷是电磁波带来的感应，在电极性质与云层的反复作用下相互碰撞，在反复放电的同时不断进行电磁波反应。在和反应源相近的通讯线路和电源中，受电磁波感应的脉冲电压影响，其最高峰值可以达到50KV。这种过电压，可以直接击穿半导体，在过电压反复作用下产生热能，这样不仅加剧了元器件老化，在温度到一定程度后，很可能烧毁触点、元器件和电路，甚至带来火灾。在智能设施比较精密的状态下，很可能出现数据丢失，通讯质量降低，在信号被干扰的情况下，出现死机、系统卡等问题，甚至造成通讯和计算机系统瘫痪。

2　变电站二次设备防雷技术的应用

2.1二次设备的防雷技术

图1　可实施高残压降压的变压器

从图1中可以看到：在高残压中和变压器中，防雷技术处在二次设施与避雷器间，它属于安全位置。在正常的电压供电中，利用中间铁圈的线圈进行串联；在电流相反的情况下，利用L1与L2的磁通耦合，在电势方向完全相反的情况下进行抵消，这样也就不会对电压构成任何威胁。在瞬时雷电电压的影响下，中和变压器属于共模输入，第一道避电器就能得到很大的引流，以此对二次设备中的防雷模式形成巨大的电势冲击，而感应的电压量可以与原雷高残压互相抵消，最终达到减小高残压的根本目的和要求。

2.2变电站二次设备防雷技术的安装和施工

从图2可以准确的看出：因为电流输入电源侧面，所以必须进行中和变压器安装。雷电波自220v电流电源进入之后，避雷器a动作，然后得到雷电波残压。当避雷器b动作后，雷电波电流数值是0.5kv，高残压的雷电压是600v，处在地面网络的电压变成500v，利用变电站的二次设备中的中和变压器压降。通过对比雷电波数值，可以发现200v是最初0.5KV的3.2%，期降幅达到96.8%（如表1所示）。

图2　某变电站蒸馏系统的防雷示意图

表1　220V系统安装期间的避雷器

3　二次防雷技术的应用实例

随着220KV为代表的综合自动化变电站投入运营，防雷工作越来越被二次弱电相关设施重视。根据相关数据显示，在综自改造之前，该地所辖电站经常由于雷击让相关设施出现缺陷、损坏，甚至影响了二次设施的稳定运行。在此次变电站二次防雷设计中，主要对变电站二次系统中容易损坏的设施加装保护设施，更多的是在内部加装电涌保护器（SPD），当设施遭到电压侵袭后，让该装置快速动作并且释放能量，同时让泄放后的残压小于保护设施绝缘要求，让保护设施避免受损。

在浪涌保护设施选型中，需要做好最大放电的电流选择，BC级可以选择40KA，D级可以考虑插座避雷器。在最大持续耐压选型中，考虑到很可能发生电网单相接地与被动电压等情况，B级防雷器的电压最好超过385V，事实上使用的是440V，C级防雷器的持续耐压为320V。

在交流电源防护工作中，先将一二级防雷保护设施加装在380VAC两路交流前端，工作原理和二级VAL-MS320/3+1组合防雷模块共同应对雷击。C级的VAL-MS320/3+1组合对雷击的反映非常敏锐，如果出现雷击，它将迅速变成钳压，然后再配合一级点火，让雷电流导通泄放。在高频开关电源中，分布配置380VAC两路交流，为避免一二级泄放之后的残余雷电接地或者侵入成为反击雷，为交流进线分别装置VAL-MS320/3+1三级组合防雷模块。合闸母线电源必须通过户外开关进行，所以合母必须增强一二级防雷。在此次防雷中，二次防雷得到了很好的成效，设施损坏、保护告警的情况明显下降。

4　防雷措施

在电源线路防护中，通常使用双电源自动切换的方式进行，在双电源切换装置屏的AC380V中安装三相电源防雷器，以避免雷击电压利用变压器引入双电源进行设备切换与后续使用。

在充电屏的AC380V进线上安装三相电源防雷器，避免双电源自动切换装置屏与充电屏间在电缆层受雷电领域或者其他线路的影响。

在馈电屏工作中，在馈电屏的直流电源上分别安装直流电源，通过电源吸收，对电压反馈进行电屏回充，避免KM直流电源对主控电缆与其他电缆的不利影响。

在公用屏中，分别在1号、2号公用屏与AC20V交流电源、KM直流电源上安装直流与交流电源防雷器，以避免直流与交流输入对电缆层带来雷击的影响。

在电能计量屏工作中，先并联安装交流电源防雷器、输入线路，以避免过电压对二次设施构成不良影响。

5　结语

变电站二次设备的防雷技术关系着电力系统能否正常运行，避雷器动作后的高残压会对二次设施带来严重的影响，在对变电站二次防雷设施研究中：中和变电器的应用能有效减小高残压。本文通过二次防雷技术安装以及应用实例，对二次防雷技术研究提供了很好的现实依据。在二次防雷技术应用中，同时也面临参数与技术要求，此时就要二次防雷设施整合对应的设施与相关特性，如：屏蔽静谧仪器，将电磁感应绝缘应用在通讯电源上等。在二次防雷设施上，必须努力做好技术普及与应用，不断提高电网安全与供电质量。

参考文献

［1］尹士平，陆建平，陈科，陈振锋.变电站二次设备防雷技术的研究与应用［J］.安徽电力，2012，02：25-28.

［2］田志岗.变电站二次系统防雷接地及现场测试方法研究［D］.西华大学，2013.

［3］杨柳萍.关于变电站二次设备综合防雷技术的探讨［J］.广西电业，2014，Z1：108-111.

［4］田晓民.变电站二次设备综合防雷技术及应用［J］.电子技术与软件工程，2014，09：147-148.

［5］彭志峰.智能变电站二次设备性能评估方法的研究［D］.华北电力大学，2014.

作者简介：

陈绍永（1981—），男，广东南海人，大学本科，现供职于佛山电力设计院有限公司，研究方向：电气二次设计。