變電站綜合自動化系統防雷
作者: www.tj-spd.cn


近年來，隨著我國電力變電變電站實現綜合自動化不僅為變電站實現無人值守和配電網實現自動化奠定了基礎，而且也為供電部門提供更安全、經濟、可靠和高質量的電能創造了條件。

　　變電站實現綜合自動化是傳統變電站二次系統的重大變革，其裝置形式、功能配置以及操作方法都發生了根本變化。利用多臺微型計算機和大規模集成電路裝置組成的自動化系統，代替常規的測量和監視儀表，代替了常規的控制屏、中央信號系統和遠動屏，及常規的繼電保護。

　　但是，隨之而出現的問題是，對于使用超大規模集成電路、運行電壓只有數伏、信號電流僅為微安級的微機裝置，相比以往的電磁式保護裝置所具備耐熱容量要小，對尖峰脈沖的耐受能力比較脆弱，特別是雷擊過電壓的暫態沖擊會造成變電電力變電電源線引入雷電電磁脈沖引起瞬態過電壓，如果不經處理，直接進入電源系統，將引起二次設備電源損壞。

　　通信線引入雷電引起的感應過電壓使通信線與設備之間有一定的電位差直接作用于串行通信口，會損壞微型計算機和通信設備的串行口，嚴重時會損壞微型計算機。

　　二次電纜引入雷電：直接與一次設備相連的二次連接電纜，由于雷電電磁脈沖引起的感應過電壓直接作用于前端的中心處理計算機，輕則把功能板元件燒毀，重則燒毀整臺計算機。

　　接地不規范：當有雷電電磁脈沖引起接地點之間電位差，產生的電磁場干擾會影響前端的中心處理計算機的運行，損壞前端的中心處理計算機的模板。同時，接地電阻不合格，雷電引起的地電位升高，亦會通過設備的接地線引入前端的中心處理計算機中，同時會損壞前端的中心處理計算機的插件。

　　變電站遭受的雷擊是下行雷，主要來自兩個方面：一是雷直擊在變電站的電氣設備上；二是架空線路的感應雷過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線路侵入變電站。因此，直擊雷和雷電波對變電站進線及變壓器的破壞的防護十分重要，所以本文就以這兩種雷擊的防護措施加以闡述。

　　對于直擊雷主要是采用避雷針、避雷器、避雷線和避雷網作為接閃器，然后通過良好的接地裝置迅速而安全的把雷電流引入大地。選擇以避雷針做接閃器時要選擇限流接閃器，其在接閃的過程中可初步對雷電流的峰值和陡度進行抑制達到限制流入大地的雷電流幅值的作用，盡量減少雷電反擊和感應電磁脈沖的量級。

　　變電站內10 kV/380 V所內變壓器，且經驗證明變電站內60%的累積事故均為電源系統防雷措施不完善造成的，故對綜合自動化裝置的防雷，電源系統防護應放于首位。參照GB 50057.94《建筑物防雷設計規范》2000年版、IEC 1312-1及GB 50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》對雷電引起電磁場脈沖的防護，對建筑物內電子信息系統設備的雷電電磁脈沖的防護等級的要求，將變電站綜合自動化系統的低壓配電系統中采用3～4級電涌保護器進行保護。

　　1級電源保護：在10 kV/380 V所內變壓器低壓側安裝大容量三相電源電涌保護器即KJRX80-B/4M或KJRX60-B/4M兩種類型電涌保護器一套，其技術指標為KJRX80-B/4M型電涌保護器：電壓380 V、保護水平 2500 V、通流容量80 kA、8/20 ms沖擊波形、響應時間≤25 ns；KJRX60-B/4M型電涌保護器器：電壓380 V、保護水平2200 V、通流容量60 kA、8/20 ms沖擊波形、響應時間≤25 ns。

　　2級電源保護：分配電柜線路輸出端的電源安裝三相電源型電涌保護器即KJRX60-B/4M或KJRX40-B/4M兩種類型電涌保護器一套。

　　3級電源保護：電子信息設備交流電源進線端安裝三相電源型電涌保護器即KJRX40-B/4M或KJRX20-B/4M兩種類型電涌保護器一套。

　　4級電源保護：由于自動監控系統的控制電源及采集機構的需要，必須將交流電轉換成直流電，因此直流電源的安全穩定是控制及采集機構安全穩定的基礎，為防止雷電電磁脈沖對直流電源造成損害，我們在整流電源側以及各控制裝置及采集機構前加安KJRA系列電源型電涌保護器，進而從根本上解決雷擊對直流系統的損害。

通過逐級的防護，可以將雷電流最大限度的控制在自動化裝置允許的耐受范圍之內，以確保設備穩定運行。

　　變電站二次自動化設備中包括很多網絡設備如網卡，調制解調器等。這些設備通過網線和電話線同局域網和廣域網相連。所以應該在其通信線路兩端加裝信號電涌保護器，包括保護電話線的音頻電涌保護器和保護網絡連接設備的RJ45型電涌保護器，以及在通信設備電源處加設電涌保護器。并針對雷電電磁脈沖產生的地電位反擊而安裝等電位連接器，這樣能夠針對變電站中的網絡傳輸系統就有了一個比較全面的保護。

　　變電站二次自動化設備中也是如此，在現有的使用二次自動化設備的變電站中絕大多數是使用串口進行信號傳輸的，同時通過并口連接打印設備。這就需要我們就計算機的串口和并口兩種信號傳遞端口進行保護，在兩種端口前端加設DB9和DB25兩種電涌保護器。在信號采集和控制的執行機構前增加控制信號電涌保護器，并且針對雷電電磁脈沖產生的地電位反擊而安裝等電位連接器，這樣能夠比較完善的保護信號采集及控制線路。

　　變電站的電流互感器和電壓互感器采樣進入的，雷電電磁脈沖很容易從這兩種設備侵入二次自動化監控系統造成對電子設備的損壞，甚至造成系統的癱瘓，所以對電流互感器和電壓互感器后端的電子設備的保護是至關重要的。為了提高防護質量，應該同電源防護一樣進行分級防護，一級防護：在電流互感器或電壓互感器的低壓側安裝電流、電壓互感器型電涌保護器；二級防護：在電流互感器或電壓互感器線路進入控制配電柜處安裝電流、電壓互感器型電涌保護器。如此，經過雙層保護，使從互感器竄入的雷電流基本能夠控制在線路能夠承受的額度之內，從而保證了整個系統的正常運行。

　　變電站來說，變壓器是整個系統的核心，所有的監視設備和保護設備都是為了使之正常、穩定的運行而設立的，檢測變壓器異常的最直接方法就是檢測變壓器的溫度，因此，很多的變電站二次綜合自動化系統都加入了變壓器溫度檢測的部分。其原理是利用溫度傳感器和溫度控制器組成溫度檢測回路，并將溫度傳感器置于變壓器上，當變壓器溫度過高時，由溫度控制器、降溫風扇和警鈴組成的報警降溫回路接通，對變壓器進行降溫，同時報警。

　　當發生雷擊時，會在溫度檢測和報警回路中產生極高的感應電壓，燒毀回路中設備。為了保護溫度檢測和報警回路，應該在溫度傳感器和溫度控制器處安裝電涌保護器，對溫度傳感器和溫度控制器進行保護，保證變壓器的正常運行。

　　通過以上各種方式對各系統的保護，組成了一個從電源到信號的完整的高效的防雷網絡，通過使雷電電磁脈沖層層削弱的方式將雷擊造成的危害降低到最小的程度，盡可能的保證了二次自動化設備的正常工作，從而保證了變電

　　防雷設施是屬于預防性的投資，在事故發生之前人們往往覺得可有可無，可少則少。等到事故發生后才發現得不償失、后悔莫及。我們應樹立防患于未然的思想，以小投資保證大投資的安全才是明智之舉。