浅析变电站二次系统防雷技术
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【摘要】雷电一直是危害变电站供电安全的重要因素之一，近年来随着变电站自动化程度的提高，变电站二次系统设备的增多，雷害对二次设备危害越发突出，变电站二次系统防雷变得越发重要。为保证变电站供电安全可靠，在变电站一次防雷的基础上，根据多年变电站从业经验，对变电站二次系统防雷措施作了些探讨，为我国变电站的供电安全做出自己些许贡献。
【关键词】二次系统；雷电；防雷措施
引言
煤矿变电站担负着煤矿的生产生活供电任务，因煤矿的作业环境特殊，这就对变电站的供电质量以及变电系统的安全性、可靠性提出了很高的要求。尤其是变电站二次系统设备，其电子设备较多，对工作环境要求较高。本文从雷电对变电站的危害、入侵方式入手着重探讨了变电站二次系统防雷技术措施。
一、雷电对变电站的危害
雷电具有极大的破坏性 ，其电压高达数百万伏，瞬间电流可高达数十万安培。雷电的对变电站的危害性主要表现在以下几个方面：
1.雷电的机械效应；击毁电气设备、杆塔和建筑，威胁人身安全。
2.雷电的热效应：烧断导线，烧毁电气设备。
3.雷电的电磁效应：产生过电压、击穿绝缘，甚至引发火灾和爆炸。
4.雷电的闪络放电：烧坏绝缘子、断路器跳闸、线路停电或引起火灾。
二、雷电入侵方式
雷电入侵变电站及站内二次设备有许多种途径，但最后都转变为浪涌过电压，浪涌过电压是造成二次设备损坏的最直接原因，减小和抑制浪涌过电压是保护二次设备的主要方法。一般变电站的雷电侵害有以下三种主要形式。
1.直击雷。雷电直接击在建筑物和设备上而产生的电效应、热效应和机械效应。
2.感应雷。雷云放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应。感应雷可以来自对地雷击，也可以来自云间放电，其中对地雷击由于距雷击点较近，产生的感应浪涌电压较大，作用半径也大，作用范围内的电子设备均是破坏对象。
3.传导雷。远处的电力设备遭受雷电直击，雷电沿电力线路传导过来侵入变电站，然后经过电源和测量回路进入弱电设备；地电位反击：雷击周围的避雷针，导致地面电位升高，反击弱电设备。
三、变电站防雷技术措施
变电站防雷分为一次系统防雷和二次系统防雷两部分。一次系统防雷是我们常见的避雷针，避雷线，避雷器以及引下线和接地系统，本文不做重点介绍.。二次系统防雷主要是对二次设备中易受过电压破坏的设备，如计算机、电话机、ups、数据线、通讯线及电子设备进行防雷措施，以便保护设备不受破坏。概括的说，变电站二次电子设备的防雷手段，主要采用分流、接地、屏蔽、等电位连接和过电压保护五种方法。
1.分流利用避雷针、避雷带和避雷网等将雷电流沿引下线安全地流入大地，并增加雷电接地引下线数，从而减小每根引下线通过的雷电流，其感应范围也就相对较小。
2.接地：在变电站二次系统中，为保证其稳定可靠的工作、保护计算机网络设备和人身安全，解决环境电磁干扰及静电危害，需要一个良好的接地系统，良好的接地系统是防雷安全的重要保证之一，能有效地消除二次高压反击雷的产生，根据ICE标准接地电阻要求小于0.5欧。
3.屏蔽：计算机系统所有的金属导线，包括电力电缆、通信电缆和信号线均采用屏蔽线或穿金属管屏蔽，在机房建设中，利用建筑物钢筋网和其他金属材料，使机房形成一个屏蔽笼。用以防止外来电磁波（含雷电的电磁波和静电感应）干扰机房内设备。
4.等电位连接：将机房内所有金属物体，包括电缆屏蔽层、金属管道、金属门窗、设备外壳等金属构件进行电气连接，从而杜绝因电位差造成的设备的损坏。
5.过电压保护：对变电站的电子装置进行过电流、过电压的保护，这也是最直接也是最重要的措施之一。
相对于建筑物防雷，变电所防雷系统是有其自身的特点，根据前面分析的二次回路中雷电造成破坏的几种形式，并结合防雷技术，认为变电所二次回路防雷可以采取以下措施：
1.电源部分：变电站的站用电源一般是通过两台站变输入到交流屏内，然后供给相应的控制、保护回路所需的供电电源，由于此线路均由室外输入，不带铠装，非常容易感应到大的雷电流，而且能量也比较高，为了尽量降低进入电源线路的过电压，按照国际电工IEC1312-1标准，一般电源部分采用三级防雷保护把能量逐级泄放掉，将入侵设备的过电压控制的安全范围内，以保护设备安全运行。因此第一级防雷必须能够抵挡雷电流带来的强大能量，可以三相源进线侧选择安装开关型SPD作为第一级防护。第二级防雷主要作用是进一步将电源线引入雷电导致的过电压限制到对设备无害的水平，可选择分配电柜线路输出端安装限压型SPD作为第二级防护。第三级防雷要求对远动屏、及后台设备提供足够的保护，因此可以在电子信息设备电源进线端，选择安装限压型的SPD作为第三级保护。
2.信号部分：信号部分的防雷又可以细分为载波线路、远动通讯线路、通讯线路和电话线路等线路的防雷。这些信号的防雷设备应根据不同现场实际情况选择信号防雷器，如采用R232通讯接口的设备因RS-232通信接口电路与外部的通信线路之间没有电气隔离，接口电路耐雷电脉冲的能力较差，在选择过电压保护器时，应选用对雷电脉冲响应迅速且残留电压低的保护器件。
3.GPRS时钟天馈线防雷：GPS时钟设备内部存在大量的精密电子元器件，而时钟设备的同步准确性对整个变电站的运行维护具有非常的重要性，所以，在GPS时钟天馈线输入端，应配置天馈线防雷器（如OBO DS-BNC型），可以有效阻止浪涌过电压通过天馈线系统侵入时钟设备内部，保证设备的正常运行。
4.等电位连接
根据雷击在不同区域的电磁脉冲强度划分防雷区域，并在不同的防雷区域的界面上进行等电位连接，能直接连接的金属物就直接相连，不能直接连接的如：电力线路和通信线路等，则必须依据不同的防雷区域的科学划分，采用不同防护等级的防雷设备器件，对后续被保护设备进行有效的保护且必须实施等电位连接。实践证明，这种分区分级等电位均压连接，并以防雷设备来确保被保护设备的防护措施是最好的解决问题，实现有效防护的方法。
变电站防雷工程是一个复杂的系统工程，要保证变电站电力系统安全、稳定、可靠运行不仅在要做好设计阶段的工作，而且在变电站投运后也要做好防雷系统的检测、维护工作。
参考文献
[1]天津市电力公司.《变电运行现场操作技术》第七章
[2]广州市中能通信科技发展有限公司.《变电站二次系统防雷接地解决方案》第三节
[3]杨洋.《供配电技术》第9章第1、2节