佛山電力設(shè)計(jì)院有限公司 陳紹永

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變電站二次設(shè)備防雷技術(shù)探討及應(yīng)用

佛山電力設(shè)計(jì)院有限公司 陳紹永

【摘要】隨著各種高新技術(shù)的應(yīng)用，變電站二次設(shè)備的防雷技術(shù)用它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)與特征取得了很好的應(yīng)用。本文結(jié)合變電站二次設(shè)備的防雷技術(shù)，對(duì)防雷技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】變電站；二次設(shè)備；防雷技術(shù)；應(yīng)用

雷電作為典型的自然災(zāi)害，我國(guó)是典型的雷電頻發(fā)國(guó)，這對(duì)電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行與安全性帶來(lái)了很大的影響。隨著自動(dòng)化程度的改善，以微電子為主的元件保護(hù)、控制、通信、信號(hào)與監(jiān)控等設(shè)施在變電站中得到了很好的應(yīng)用。雷電作為一種強(qiáng)烈的過(guò)電壓，雖然很少直擊站內(nèi)設(shè)施，但是利用行波與二次耦合回路會(huì)產(chǎn)生干擾電壓。所以，在現(xiàn)實(shí)工作中，必須做好二次設(shè)備防雷技術(shù)研究，在保障安全運(yùn)行的同時(shí)，提高綜合自動(dòng)化變電站的應(yīng)用效率。

1　防雷和二次防雷

1.1雷電危害

因?yàn)檎?fù)云層相撞，所以會(huì)讓大氣中的電壓得以釋放，從而出現(xiàn)雷電，也正是因?yàn)槔纂娏髋c瞬間性的影響，在第一次防雷中很難將所有雷電流安全接地，并且高殘壓遠(yuǎn)超設(shè)施耐壓范圍，即：在一次避雷器動(dòng)作之后的高殘壓幅值會(huì)對(duì)相關(guān)設(shè)施帶來(lái)很大的影響。特別是變電站中的芯片集成與精密儀器，性能的敏感性，對(duì)高電壓的沖擊力與承受力都會(huì)造成一定影響。因此，第一次防雷動(dòng)作結(jié)束，不可能完全避免，需要繼續(xù)做好二次設(shè)備防護(hù)。

1.2雷電對(duì)變電站的影響

直擊雷是直接命中建筑設(shè)施與建筑物，低于100KA的電流值與5000KV的峰值能在瞬間帶來(lái)很大的破壞，同時(shí)對(duì)電磁波與電位飆升帶來(lái)脈沖電壓，并且損壞線路與通訊，甚至帶來(lái)激烈爆炸與火災(zāi)。

傳導(dǎo)雷是在遠(yuǎn)離被雷擊中的線路的同時(shí)，受電磁波感應(yīng)影響形成的脈沖電壓，然后再利用通信、電源傳播，最后出現(xiàn)二次設(shè)施損壞。

感應(yīng)雷是電磁波帶來(lái)的感應(yīng)，在電極性質(zhì)與云層的反復(fù)作用下相互碰撞，在反復(fù)放電的同時(shí)不斷進(jìn)行電磁波反應(yīng)。在和反應(yīng)源相近的通訊線路和電源中，受電磁波感應(yīng)的脈沖電壓影響，其最高峰值可以達(dá)到50KV。這種過(guò)電壓，可以直接擊穿半導(dǎo)體，在過(guò)電壓反復(fù)作用下產(chǎn)生熱能，這樣不僅加劇了元器件老化，在溫度到一定程度后，很可能燒毀觸點(diǎn)、元器件和電路，甚至帶來(lái)火災(zāi)。在智能設(shè)施比較精密的狀態(tài)下，很可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失，通訊質(zhì)量降低，在信號(hào)被干擾的情況下，出現(xiàn)死機(jī)、系統(tǒng)卡等問(wèn)題，甚至造成通訊和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)癱瘓。

2　變電站二次設(shè)備防雷技術(shù)的應(yīng)用

2.1二次設(shè)備的防雷技術(shù)

圖1　可實(shí)施高殘壓降壓的變壓器

從圖1中可以看到：在高殘壓中和變壓器中，防雷技術(shù)處在二次設(shè)施與避雷器間，它屬于安全位置。在正常的電壓供電中，利用中間鐵圈的線圈進(jìn)行串聯(lián)；在電流相反的情況下，利用L1與L2的磁通耦合，在電勢(shì)方向完全相反的情況下進(jìn)行抵消，這樣也就不會(huì)對(duì)電壓構(gòu)成任何威脅。在瞬時(shí)雷電電壓的影響下，中和變壓器屬于共模輸入，第一道避電器就能得到很大的引流，以此對(duì)二次設(shè)備中的防雷模式形成巨大的電勢(shì)沖擊，而感應(yīng)的電壓量可以與原雷高殘壓互相抵消，最終達(dá)到減小高殘壓的根本目的和要求。

2.2變電站二次設(shè)備防雷技術(shù)的安裝和施工

從圖2可以準(zhǔn)確的看出：因?yàn)殡娏鬏斎腚娫磦?cè)面，所以必須進(jìn)行中和變壓器安裝。雷電波自220v電流電源進(jìn)入之后，避雷器a動(dòng)作，然后得到雷電波殘壓。當(dāng)避雷器b動(dòng)作后，雷電波電流數(shù)值是0.5kv，高殘壓的雷電壓是600v，處在地面網(wǎng)絡(luò)的電壓變成500v，利用變電站的二次設(shè)備中的中和變壓器壓降。通過(guò)對(duì)比雷電波數(shù)值，可以發(fā)現(xiàn)200v是最初0.5KV的3.2%，期降幅達(dá)到96.8%（如表1所示）。

圖2　某變電站蒸餾系統(tǒng)的防雷示意圖

表1　220V系統(tǒng)安裝期間的避雷器

3　二次防雷技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

隨著220KV為代表的綜合自動(dòng)化變電站投入運(yùn)營(yíng)，防雷工作越來(lái)越被二次弱電相關(guān)設(shè)施重視。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在綜自改造之前，該地所轄電站經(jīng)常由于雷擊讓相關(guān)設(shè)施出現(xiàn)缺陷、損壞，甚至影響了二次設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行。在此次變電站二次防雷設(shè)計(jì)中，主要對(duì)變電站二次系統(tǒng)中容易損壞的設(shè)施加裝保護(hù)設(shè)施，更多的是在內(nèi)部加裝電涌保護(hù)器（SPD），當(dāng)設(shè)施遭到電壓侵襲后，讓該裝置快速動(dòng)作并且釋放能量，同時(shí)讓泄放后的殘壓小于保護(hù)設(shè)施絕緣要求，讓保護(hù)設(shè)施避免受損。

在浪涌保護(hù)設(shè)施選型中，需要做好最大放電的電流選擇，BC級(jí)可以選擇40KA，D級(jí)可以考慮插座避雷器。在最大持續(xù)耐壓選型中，考慮到很可能發(fā)生電網(wǎng)單相接地與被動(dòng)電壓等情況，B級(jí)防雷器的電壓最好超過(guò)385V，事實(shí)上使用的是440V，C級(jí)防雷器的持續(xù)耐壓為320V。

在交流電源防護(hù)工作中，先將一二級(jí)防雷保護(hù)設(shè)施加裝在380VAC兩路交流前端，工作原理和二級(jí)VAL-MS320/3+1組合防雷模塊共同應(yīng)對(duì)雷擊。C級(jí)的VAL-MS320/3+1組合對(duì)雷擊的反映非常敏銳，如果出現(xiàn)雷擊，它將迅速變成鉗壓，然后再配合一級(jí)點(diǎn)火，讓雷電流導(dǎo)通泄放。在高頻開關(guān)電源中，分布配置380VAC兩路交流，為避免一二級(jí)泄放之后的殘余雷電接地或者侵入成為反擊雷，為交流進(jìn)線分別裝置VAL-MS320/3+1三級(jí)組合防雷模塊。合閘母線電源必須通過(guò)戶外開關(guān)進(jìn)行，所以合母必須增強(qiáng)一二級(jí)防雷。在此次防雷中，二次防雷得到了很好的成效，設(shè)施損壞、保護(hù)告警的情況明顯下降。

4　防雷措施

在電源線路防護(hù)中，通常使用雙電源自動(dòng)切換的方式進(jìn)行，在雙電源切換裝置屏的AC380V中安裝三相電源防雷器，以避免雷擊電壓利用變壓器引入雙電源進(jìn)行設(shè)備切換與后續(xù)使用。

在充電屏的AC380V進(jìn)線上安裝三相電源防雷器，避免雙電源自動(dòng)切換裝置屏與充電屏間在電纜層受雷電領(lǐng)域或者其他線路的影響。

在饋電屏工作中，在饋電屏的直流電源上分別安裝直流電源，通過(guò)電源吸收，對(duì)電壓反饋進(jìn)行電屏回充，避免KM直流電源對(duì)主控電纜與其他電纜的不利影響。

在公用屏中，分別在1號(hào)、2號(hào)公用屏與AC20V交流電源、KM直流電源上安裝直流與交流電源防雷器，以避免直流與交流輸入對(duì)電纜層帶來(lái)雷擊的影響。

在電能計(jì)量屏工作中，先并聯(lián)安裝交流電源防雷器、輸入線路，以避免過(guò)電壓對(duì)二次設(shè)施構(gòu)成不良影響。

5　結(jié)語(yǔ)

變電站二次設(shè)備的防雷技術(shù)關(guān)系著電力系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，避雷器動(dòng)作后的高殘壓會(huì)對(duì)二次設(shè)施帶來(lái)嚴(yán)重的影響，在對(duì)變電站二次防雷設(shè)施研究中：中和變電器的應(yīng)用能有效減小高殘壓。本文通過(guò)二次防雷技術(shù)安裝以及應(yīng)用實(shí)例，對(duì)二次防雷技術(shù)研究提供了很好的現(xiàn)實(shí)依據(jù)。在二次防雷技術(shù)應(yīng)用中，同時(shí)也面臨參數(shù)與技術(shù)要求，此時(shí)就要二次防雷設(shè)施整合對(duì)應(yīng)的設(shè)施與相關(guān)特性，如：屏蔽靜謐儀器，將電磁感應(yīng)絕緣應(yīng)用在通訊電源上等。在二次防雷設(shè)施上，必須努力做好技術(shù)普及與應(yīng)用，不斷提高電網(wǎng)安全與供電質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介：

陳紹永（1981—），男，廣東南海人，大學(xué)本科，現(xiàn)供職于佛山電力設(shè)計(jì)院有限公司，研究方向：電氣二次設(shè)計(jì)。