浅谈35kV变电站受雷害情况及防雷措施
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【摘要】本文对我局变电站监控系统受雷害情况进行分析，并提出相应的防雷措施，可供同行参考。
0.前言
近年来，随着计算机技术不断地发展，我国电力系统也在不断地改造和发展，变电站综合自动化系统以它独特的优势在电力系统中逐步被广泛应用。它们不仅为变电站实现无人值守和配电网实现自动化奠定了基础，而且也为供电部门提供更安全、经济、可靠和高质量的电能创造了条件。
实现变电站综合自动化后，变电站的装置形式、功能配置以及操作方法都发生了根本变化。由微型计算机和大规模集成电路装置组成的自动化系统，代替常规的测量和监视仪表，代替常规的控制屏、中央信号系统、远动屏和常规的继电保护。但是，随之而出现的问题是，对于微机系统的集成电路，运行电压只有数伏、信号电流仅为微安级，相比以往的电磁式保护装置所具备耐热容量要小，对浪涌的耐受能力比较脆弱，特别是雷击过电压的暂态冲击会造成变电所微机系统严重损坏，因此目前变电站综合自动化设备的防雷击问题已经纳入了电力系统正常的保护工作当中。
变电站层以计算机监控系统为中心，实现对全站一次设备的监视、测量、控制、记录和报警等功能，并可实现与集控站或远方调度中心的通信功能。系统下层为各种功能模块，包括：线路、变压器、电容器等的保护监控模块，上层为监控管理机，负责管理和协调各模块的工作，处理模块送来得信息，并下达开关操作和定值设置的命令。
计算机监控系统让公司更好地、全面地掌握负荷、潮流的分布情况，为电网稳定、经济带来更大帮助。计算机监控系统微电子器件组成，微电子极端灵敏、他的这一特点又容易受到无孔不入的LEMP的作用，变电站多处在雷电多发区，雷灾也就产生，或者造成微电子设备的失控，或者是损坏。下面就认真分析35kV变电站受雷害情况。
1.雷害入侵途径
这次烧坏的东西有监控后台的CAN卡、保护监控模块、电视、站内的空调、电话等。由此分析此次雷电入侵途径是从电源端、信号端、控制电缆进入。光端机、网卡、后台主机没受影响，说明不间断UPS电源有一定保护作用，光纤进站段没有金属部件，有很好的雷电隔离作用。从这些现象我从雷电入侵几种途径在下面作详细原因分析。
1.1地反击
一台设备（或一个小的局域网）同时接到两个以上且相互没有直接电气连接的地，当这些地网因雷击而存在较高电位差时，此电位差会沿接地线而直接加在同一设备上，这样设备内就存在电位差，如果此电位差超出设备的耐压值时，设备就会被损坏。35kV站有三个地网，两个是两座避雷针的独立地网，另一个是变电设备交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地三个接地的共用地网。避雷针地网和设备地网有10m距离发生地反击的情况较小。
1.2直击雷
变电站的设计都有很好的防直击雷的保护，变电站的建筑、设备都是在避雷针保护范围，所以受直击雷防可能性较小，而监控系统设备在建筑物内所以直击雷威胁更小了。
1.3雷电电磁脉冲
雷电击在建筑物避雷针上，由避雷针通过引下线，根将雷电流泄放大地，引下线自上而下产生一个变化旋转快速运动磁场，建筑物内的电源线、网络线等相对切割磁力线，产生感应高压并沿线路传输击毁设备。35kV站的控制电缆大都是在电缆沟里，和避雷针是垂直的，感应电压较小。不过有几个35kV开断路器在地下引上到操作机构的电缆有几个是用塑料管的，有1.5米高度是和避雷针垂直的。这是个源头，在下面我们作一个简单计算。
雷击避雷装置时（如图1），在其附近有限长的与其平行导体上将有感应静电过电压Uj，其值为：
Uj=0.2(-)
按实际情况取a=10m，=100kA・(2.6μs)-1时，Uj=31.57kV。此感应静电过电压，如果构成环路在开口处，就会产生感应过电压，这样的上千伏感应过电压是很容易损坏机房内设备的电子芯片的。35kV变电站避雷针和垂直于地面控制电缆之间还有一堵2米高的围墙，电缆两端没有形成闭合回路，实际影响有所减低。
35kV母线避雷器引下线距电缆沟只有0.5米，控制电缆、信号电缆、电流测量电缆就从这个电缆沟经过，且避雷器入地散流有和这些电缆刚好有平行的关系。避雷器电流取5kA，国内外实验表明，若有5kA雷电流流入接地网，在其附近5―10m远的无屏蔽电缆上将感应5―7.5kV的过电压。如电缆有金属护套，并且两端作良好接地，则感应过电压幅值将至250―750V。可见35kV母线避雷器的雷电流对监控系统影响是很大的。
2.1电源的防雷
此次检查虽确定监控设备烧坏不是电源方面引来的，但电源方面来危险还是很大的，像这次一同烧坏的空调、电视就是电源进来的过电压造成。据IEC统计，在所有雷击损害的事故中，由电源引入的雷击过压造成损坏的比率占80%左右。结合实际可使用三级电源保护，使微机和所有的中控室用电设备处于保护范围内。
（1）电源的第一级防雷（B级）：电源原来用IT系统，按《电子计算机机房设计规范》第6.1.9条和浪涌防雷设备的要求改为TN―S系统第一级防雷的作用是对直击电和强感应电流进行大容量防护，采用开关型SPD（可选用型号：REP―D380B25），标称通流量In=100kA（8/20us），保护水平Up≤4kV，在站用变开关柜处安装。可以对变电站内所有通用电设备提供粗保护。
（2）电源的第二级防雷（C级）：第一级的避雷可防直接雷击，但残余电压值较高，在雷击经过的第一级大容量雷击电流泻放到地后，主机、通迅设备和和其它站用设备均应经过第二级保护的电源供电，采用限压型SPD（型号：REP―D380B7B），标称通流量In=40kA（8/20us），保护水平Up≤2.5kV，可避免电压波动和前级防雷器输出的残压对设备的影响。
（3）电源的第三级防雷（D级）：电源系统的末级防护就装在设备前端对我35kV就装在UPS电源前端，采用单相精细级限压型SPD（型号：REP―D220UPSC），标称通流量In=10kA（8/20us），保护水平Up≤1.5kV。另外设备所使用的UPS不仅能提供不间断电源作用之外，还能起到一定的稳压作用，进一步减少高压对网络设备的影响。
2.2控制电缆防护
（1）对于直击雷主要是采用避雷针、避雷器、避雷线和避雷网作为接闪器，然后通过良好的接地装置迅速而安全地把雷电流引入大地。
（2）感应雷主要是通过室外与设备相连导线侵入到室内设备损坏设备的，因此感应雷防护重点切断引入中控室的链条，让电缆感受应的过电压减到最小。
从室引进中控室的电缆有交流电流、交流电压电缆、DC220合闸电源电缆、信号电缆、DC220控制电源电缆。这些电缆如前面分析在室外受雷电的脉冲和电场和磁场的作用，会通过传导和耦合方式进到中控室干扰甚至损坏室内微机装置。这是个重要干扰源，所以在进中控室所有电缆在两端都要良好接地，并在35kV避雷器引下端的一段电缆沟电缆加穿金属管保护，在中控室外墙算起十米长度，金属管两端良好接地。
2.3通信电缆的防护
这次雷害发现通信线的防雷效果最差，几个站CAN卡都受不同程度受到雷害的损坏。
高压室内监控装置通过CAN总线CAN_H、CAN_L连接到中控室后台监控主机内CAN通讯卡，送给主机处理。GND为双绞屏蔽线，原来没有接到实际地端。现考虑到防感应过电压的改为两端加加接485数据线路避雷器（型号REP―X06―RJ45E100），通信电缆外加金属管，金属管两端接地。（如图2）
2.4监控主机防护
雷电电流通道附近形成的磁链与计算机芯片交链会造成影响。由于监控主机本身有静电屏蔽功能，雷电通道通过中控室内空气介质对计算机的静电耦合而造成的破坏一般说来可以忽略。现来我们安装没有外壳接地，现只对监控主机静电屏蔽作良好就近接地便可。
3.总结
通过这次雷害和雷害处理过程，我们应清楚认识到我们知识面的不足。只有熟悉设备的特性，严格按照综合防雷的原则，严格遵照规程规范的要求，从各个可能的雷击引入途径进行规划保护，才能保证整个系统的安全运行。[科]