变电站二次设备的雷电防护

变电站二次设备的雷电防护
               ------扬州浪涌电气有限公司技术部
随着计算机和电网技术在电力工业中的广泛应用，电力二次系统的信息安全，越来越影响电力一次系统的安全稳定。同时，随着**变暖，我国各地的雷暴天气也在逐年增多，雷电对电力系统的影响越来越大。根据电力监管2004年5号令《电力二次系统安全防护规定》十六条款，电力二次系统是指各级电力监控系统，电力通信及数据网络和各级管理信息系统所构成的大系统。电力监控系统是指用于监视和控制电网及变电站生产运行过程的基于计算机及网络技术的业务处理系统及智能设备等，如：电力信息系统设备、调度系统设备、保护系统设备、测控系统设备等，电力系统中低压（380V/220V)供电的设备统称为二次设备，与其对应的高压（一般10kV以上）设备统称为一次设备。
1 变电站二次系统介绍
变电站二次系统已经是一个高度自动化的电力综合系统。从雷电防护的角度，我们可以将变电站二次系统划分为三个部分：交/直流电源系统、保护／测控系统、通信系统。
1.1 交、直流电源系统
变电站设备、配电有交流和直流两种。**的站用变为各设备提供交流配电，站内**的直流电源为各设备提供直流配电。变电站内的保护和测控等二次设备的直流配电一般为110V与220V两种，通信设备一般为48V.
1.2保护／测控系统
变电站内主要的二次设备是保护与测控系统，主要集中在主控室。包括：线路保护、主变保护、录波、测控、主控屏及后台机等设备。
1.3通信系统
变电站的通信系统主要包括：无波通信、微波通信和载波通信等。
2 雷击对变电站二次设备的危害及可能造成的后果
雷击产生的电磁场辐射能在电源线路和信号线路中产生过电压，我们称之为雷击过电压。雷击过电压的主要危害对象是弱电设备，对于变电站来说主要是保护和测控二次设备。雷电过电压对这些设备可能产生的后果：
2.1加速设备老化甚至损坏
电力保护和测控等二次设备都是非常昂贵且集成度很高的电子设备，对过电压非常敏感，一旦损坏其损失是很大的。
2.2重要数据丢失
重要测控设备损坏后，会造成重要数据丢失。数据丢失对变电站来讲是非常难以恢复的，会给电力调度等工作带来很多不便，其间接损失会大。
2.3可能引发大面积停电
电力保护和测控等二次设备遭雷击误动作或损坏后可能导致高压开关跳闸，造成大面积停电事故。特别是对重要的企事业单位来讲，有可能造成不可挽回的损失。这种情况也是雷击对变电站二次设备危害严重的一种。
3 变电站二次设备雷电防护措施
雷击产生的过电压入侵电气设备的途径主要有：
①雷击电磁场辐射。
②配电线路和通信线路感应过电压。
③地电位反击。
解决了以上三个方面的问题就可以有效地解决雷击对变电站危害的问题，其具体措施如下：
3.1 合理的屏蔽措施
合理的屏蔽措施能有效地阻止雷击电磁场辐射对设备造成的损坏。微电子设备处在0.07GS的电磁场环境中时，设备会产生误动作；微电子设备处在2.4GS的电磁场中设备会*性损坏。雷击电磁场辐射可以影响到一公里以外的微电子设备，沿电气线路传播的雷电波的影响会远，所以无论是本建筑物遭到雷击，远处的建筑物遭到雷击或空中雷云之间的闪电都会产生雷击电磁脉冲侵入设备。变电站二次设备的屏蔽主要有两点：
3.1.1建筑物屏蔽
目前有些变电站采用的是钢结构，墙和屋面均用彩钢瓦材料，为了保证防直击雷效果，其钢结构均做了接地，且彩钢瓦厚度达到一定要求，这种建筑具有一定的屏蔽效果，本人建议使用。如果建筑为其它结构，考虑经济因素也*采取特殊屏蔽措施，因为变电站内二次设备都在保护屏内，测量设备在测量屏内均处于金属机柜内，做好金属机柜的接地即可。
3.1.2线路屏蔽
为了防止雷击时，电源线和信号线中感应过电压损坏设备，电源线和信号线应采取屏蔽措施。若信号线和电源线为屏蔽线，其屏蔽层两端均需接地；若不是屏蔽线必须采用穿钢管引入。在机房内的走线桥架也应做好接地。如果采用光缆传输，则光缆的所有金属接头，金属挡潮层，金属加强芯等，应在人户处直接和等电位接地排做连接。
3.2配电线路雷击过电压防护
根据GB50057-94(2000版）和ICE61312的标准，从防雷保护区LPZ0区到内层LPZ2区，必须实行分级保护，从而将过电压降到设备能承受的水平，对于变电站二次设备来讲，则分为粗保护和精细保护。
3.2.1交流电源一级防护
在变电站200/380V侧动力中心低压开关柜内两路低压进线总开关进线处的母线上安装一级浪涌保护器。其技术要求为：
A、脉冲冲击电流Iimp为：25kA(10/350μs);
B、电压保护水平U,≤2.0kV;
C、响应时间≤100ns;
可以选用扬州浪涌电气有限公司,“益雷”品牌产品，型号：YLSP-T25/4-320-R产品可以满足以上电源一级防护技术要求。（朱洪）
3.2.2交流电源二级防护
在主控室220/380V侧低压开关柜内连线处的母线上安装二级浪涌保护器。其技术要求：
A、标称放电电流In=40kA(8/20μs);
B、大放电电流Imax=80kA(8/20μs);
C、电压保护水平Up≤2.2kV;
D、响应时间≤25ns;
E、具有热熔和过流保护；
F、具有劣化指示或告警信号输出。
可以选用扬州浪涌电气有限公司,“益雷”品牌产品，型号：YLSP-80/4-420-R产品可以满足以上电源二级防护技术要求。（朱洪）
3.2.3.交流电源三级防护
在重要的交流设备电源输入柜（直流充电柜、UPS电源柜、供电保护实验电源柜）分别加装三级浪涌保护器。其技术要求：
A、标称放电电流In=20kA(8/20μs);
B、大放电电流Imax=40kA(8/20μs)
C、电压保护水平Up≤2.0kV;
D、响应时间≤25ns;
E、具有热熔和过流保护；
F、具有劣化指示或告警信号输出。
可以选用扬州浪涌电气有限公司,“益雷”品牌产品，型号：YLSP-40/4-385-R产品可以满足以上电源三级防护技术要求。（朱洪）
3.2.4直流电源防护
在主控室直流分屏的直流馈线端安装直流电源浪涌保护器。其技术要求：
A、标称放电电流In=20kA(8/20);
B、大放电电流Imax=40kA(8/20);
C、电压保护水平（在In冲击下）Up≤700V或Up≤1.4kV(220V);
D、大持续工作电压Uc≥150V(直流110V)或Uc≥275V(直流220V);
E、响应时间≤25ns;
F、具有热熔和过流保护；
G、具有劣化指示。
可以选用扬州浪涌电气有限公司,“益雷”品牌产品，型号：YLSP-40/DC110V或YLSP-40/DC220V产品可以满足以上直流电源防护技术要求。（朱洪）
3.2.5浪涌保护器安装注意事项
3.2.5.1浪涌保护器的安装应由具有相应安装资质的单位按规范要求进行。
3.2.5.2 带有接线端子的浪涌保护器与导线连接时应采用压接，带有接线柱的浪涌保护器宜采用铜鼻子与接线柱连接。浪涌保护器连接导线应整齐，其长度不宜过0.5m.
3.2.5.3接至浪涌保护器保护端口的线路不应与接至非保护端口的线路敷设在一起。
3.2.5.4接至保护器端口的线路应与接地导体敷设在一起。
3.2.5.5从浪涌保护器保护侧接至需要保护的电子设备其线路应短。
3.2.5.6电源浪涌保护器的连接导线截面积宜按表1确定
表1电涌保护器连接线小截面积
防护级别	浪涌保护器的类型	导线截面积（m㎡)
		浪涌保护器连接相线铜导线	电涌保护器接地端连接铜导线
一级（YLSP-T25/4-320-R）	开关型	16	25或16x2
二级(YLSP-80/4-420-R)	限压型	10	16
三级(YLSP-40/4-385-R)	限压型	6	10
注：16x2表示两根16m㎡多股铜导线
3.2.5.7后备过流保护器额定电流的选择应按照浪涌保护器生产企业大量试验和提供的数据选择。
选用扬州浪涌电气有限公司,“益雷”品牌后备过流保护器产品，
一级型号是：YL-SCB-T25/4P、
二级型号是：YL-SCB-80/4P、
三级型号是：YL-SCB-40/4P 产品可以满足以上后备过流保护器技术要求。
在这里特别强调一下，选择浪涌保护器的时候一定要选择生产企业的产品，因为只有这种企业才具有的试验平台和过硬的生产技术，才可以给我们防雷安装提供准确的选型数据。（可以选择如：扬州浪涌电气有限公司，公司是**企业，产品资质全，是防雷行业制造企业，是江苏省科技型企业。）
3.3通信线路雷击过电压防护
变电站主控室远动通讯屏有多条网络数据与室内各保护测控屏、后台测控主机、后台保护管理机和电度表屏等屏柜相连接。这些通信数据线容易受到雷电感应产生过电压，所以我们应对这些引线过长或可能存在隐患的通信引线应采取过电压保护措施，安装信号浪涌保护器。
3.3.1 在主控室公用及远动柜、主变后备及线路保护测控柜，电度表屏到高压站场RS232、RS485信号线路上安装信号浪涌保护器；相应的高压场站303、305开关端子箱到主控室公用及远动柜、主变备及线路保护测控柜和电度表屏的RS232、RS485通信线路也应安装信号浪涌保护器。
选用扬州浪涌电气有限公司,“益雷”品牌产品，型号：YLSP-U48、YLSP-U24、YLSP-U5产品可以满足以上信号浪涌保护器技术要求。(朱洪)
3.3.2在变电站故障录播柜电话线前端安装信号浪涌保护器，其安装位置为：主要故障录波器柜、220kV故障录波器柜和110kV故障录波器柜。
3.3.3 在主控室GPS主时钟的天线接口处加装天馈线防雷器。
3.4合理布线
合理布线能有效地避免线与线之间的干扰，从防雷角度考虑，合理的布线也是非常重要的。
3.2.1.为防止线路之间相互感应进出高压场地的电源线和RS232等**通信线不要在同一槽布设。
3.2.2.通信线在主控室内的布线应与主控室墙壁保持一定距离，特别是远离防雷引下线。
3.5等电位连接
等电位连接是设备到装置外露可导电部分的电位基本相等的电气连接，考虑到变电站二次设备的分布情况，宜采用S、M组合型等电位连接网络。
3.5.1 自然连接不能保证电气贯通的地方用连接导线连接。
机柜与等电位接地铜排之间应采用不锈钢螺栓连接，其连接导线应采用截面不小于10m㎡的多股铜芯线；机柜内设备与机柜之间，同样采用截面积不小于6m㎡的多股铜导线实现连接。
3.5.2尽可能在靠近进户点处对外来导体作等电位连接，预计大部分雷电流将流过这些连接点。进出机房的金属管道和金属桥架等应在进入机房处就近与机房内等电位连接铜排做好连接。
3.5.3电力线路的所有导体本身应做直接或非直接导电体连接。
在TN系统中，PE线或PEN线应直接与机房内等电位接地铜排做连接。
3.6接地系统
电力系统对接地电阻要求非常严格一般要求0.5Ω以下。而防雷接地电阻只要求10Ω以下，机房设备接地一般要求4Ω以下，因此，电力系统的接地电阻对防雷来讲都是符合要求的。将主控室的防雷接地、机房内等电位接地和电力系统接地之间多点连接即可，而*增设例外的人工接地。