雷电对35kV变电所弱电设备的影响及相应的防范措施

   　论文关键词：雷电　弱点设备　避雷器　防范措施

　　论文摘要：随着大量的先进的电子设备在农村小型变电所的广泛应用，而我们现有的变电所防雷设备只有针对一次设备的，而没有针对弱电设备的，本文着重介绍变电所弱电设备受雷电伤害的几种方式及相应的防范措施。 

　　0　引言 

　　进入二十世纪九十年代，我县供电公司所辖35kV变电所的控制、保护、计量、通讯设备陆续改造为综合自动化设备，各类先进的电子设备由于大量和广泛的运用，其遭受雷击危害机率大大增加。尤其是变电所内电子设备，依附于处在受避雷针保护范围内的一次设备，受雷击影响概率更大。且采用传统防雷措施，其防护多有不当，应当引起重视。 

　　1　雷电危害的几种方式 

　　1.1直接雷击和绕击雷云单体浮在大地上空，其所带电荷拖着地表相反电荷随风移动。如果途经变电所的避雷针或地表其它突出物(包括高层建筑物)，地电荷会导致突出物顶端电场畸变集中。闪电开始之前先是雷云底部的始发先导按间歇分级跃进方式向地表发展，当距地面50～100m时，由避雷针等地表突出物电场畸变集中的地方产生垂直向上的迎面先导。两者相接，进入直击或绕击的主放电阶段。 

　　1.2雷电反击直击雷电流通过地表突出物的电阻入地散流。如果受雷击变电所输电线路来自另一个不同地网的变电所，那么上升的地电位与输电线上的电位将形成巨大反差，导致与输电线路相连的电气设备的损坏。 

　　另一种雷电反击，对变电所的电子设备危害也不容忽视。雷电流沿变电所的接地网散流，支线上的雷电流和各点电位差异很大。连接在不同等电位地网上的电子设备。 

　　1.3感应雷直击雷放电的能量通过电磁感应和静电感应方式向四周辐射，导致设备过电压放电，则为感应雷。显然，感应雷危害是大面积的，是电子设备的克星。 

　　事实上，在生产实践中，雷击的静电感应破坏力数倍于电磁感应。静电感应还可用雷击的二次效应理论来解释。带电雷云飘浮在地表上空，地表带上与雷云相反的等量电荷。当雷击过后，雷击点地表变为电荷的相对空穴，周围高电荷区域内与地电位相对绝缘的导体上的电荷，将像受突然击发的水波一样冲向雷击点，导致设备打火，绝缘受损和电子设备失效。特别注意的是电子设备的高阻抗输入回路，信号回路等引线较长，且直接连接的金属体积较大处，虽然已作电磁屏蔽(采用屏蔽电缆且屏蔽层两端接地)仍会遭受厄运。 

　　2　变电所现有防雷措施的不足

 
　　2.1避雷针为免遭直击雷破坏，变电所一般设有独立避雷针和构架避雷针，有些峡谷地带变电所则采用避雷线保护。其结构均分为接闪器、引下线和接地体。防雷原理相同。

 
　　避雷针大大增加雷击概率，使得依附于一次设备的目前正在大量更新的保护、监控、综自及通讯等微电子设备感受雷害的机率大大增加，损坏方式也多种多样，使电力生产带来很大的损失。 

　　2.2避雷器为了防护感应雷和输电线路的雷电侵入波的危害，变电所采用了避雷器。以前装设的避雷器大多为装在线路端的管型避雷器和装在母线、设备处的阀型避雷器，目前均由性能更好的金属氧化物避雷器所取代。

　　由于雷电侵入波主要对35kV以下系统危害较大，变电所着重对35kv和10kV线路入侵波进行防护。对35kV架空进线，一般是采用进线段1—2km的架空避雷线配其两端的管型避雷器进行防护。对10kV线路，则每条进线均采用一组阀型或氧化锌避雷器进行防护。对3～10kV配电变压器，一般只规定了高压侧采用阀型避雷器的保护，对多雷区外送的Y／YO连接的变压器的只规定了装设以防变波及低压侧雷电入侵波击穿变压器高压侧绝缘的避雷器。 

　　3　针对变电所弱电部分防雷措施 

　　3.1交流电源部分对于交流电源回路采用电源防雷器，电源防雷器能在最短时间释放电路上因感应雷击而产生的大量脉冲能量到安全地线上，从而保护电路上的设备。其工作原理在正常情况下，防雷器处于高阻状态，当电源由于雷击或开关操作出现瞬时脉冲电压时，防雷器立即在纳秒级时间内导通，将该脉冲电压短路到大地泄放，从而保护连接与电源上的设备。但该脉冲电压流过防雷器后，防雷器又变为高阻状态，从而不影响设备的供电。

　　3.2通讯设备部分对于网络通讯设备采用数据线浪涌抑制器，它可以防止浪涌通过数据线间接地进入电子设备。总的来说，很大一部分的浪涌事件并不是由交流电源线上的浪涌引起，并导致主板、调制解调器、串、并行口与其它设备的损坏。 

　　3.3因此对变电站内的综合自动化设备，我们采用了如下防雷方案： 

　　3.3.1电源线是雷电侵入低压设备的主要的一条途径，因此在这里我们对电源线采取多级保护措施。 

　　第一级选用安徽菲迈斯电气有限公司的FPS01-FBl20型电源防雷器(3只)，将从线路中引入的大部分雷电流从此位置泄放八地.作为初级保护，要求防雷器能够承受直接的雷击，具有较大的通流量。依据VDE0675第6部分FPS01-FBl20型防雷器属B类防雷器，该防雷器的通流量特别大，每线的最大通流’尹50KA(10／350u s)。 

　　第二级保护选用安徽菲迈斯电气有限公司的FPS01-F40／4型防雷器(1只)，将通过第一级泻流后的过电压进一步限制在对设备无害的水平。作为第二级，要求防雷器具有较低的电压限制水平.FPS01-F40／4型防雷器的最大通流量为40KA(8／20 u s)。电压保护水平Up1.4KV。 

　　第三级(由用户选用)采用安徽菲迈斯电气有限公司的FPS01-Z6型防雷插座，对重要的敏感设备如远传PC、光端机等提供精细保护。 

　　3.3.2调度通信回路采用德国dehn双绞线信息防雷保护器，防止电话线直接将电源线上的瞬态浪涌传进来。 

　　3.3.3采用德国dehn双绞线信息线路过电压保护器保护pc和终端调的db-9串行口，峰值电压6000v，可以防止浪涌通过数据线间接地进入电子设备。 

　　3.3.4后台机的防雷保护后台机的开关量采集线一般都比较长，在雷击时比较容易感应过电压，造成后台机的损坏，因此我们需要在所有的进入后台机的开关量采集线上安装防雷器.开关量采集线的工电压一般为直流24V，可以选用安徽菲迈斯电气有限公司的FPS01-F20／DC24防雷器。该变电站的后台机共有6组开关量采集线引入，共需6只FPS01-F20／DC240 

　　3.3.5 220V直流电源的防雷保护220V直流电源屏为各继保装置提供电源，为防止电源线上感应雷电过电压，造成继保装置的损坏和误动作，需加装直流电源防雷器，型号为安徽菲迈斯电气有限公司的FPS01-F40／280V.该防雷器包括3个模块，其中一个提供正、负极之间的差模保护，另外两个分别将正、负极对地实施共模保护。 

　　4　结束语 

　　上述方案在我公司的变电站安装后，取得良好的效果，因雷击造成设备损坏的故障率大大下降。防雷设施是属于预防性的投资，在事故发生之前人们往往觉得可有可无，可少则少。等到事故发生后才发现得不偿失、后悔莫及。我们应树立防范于未然的思想，以小投资保证大投资的安全才是明智之举。