浙江麗水電業(yè)局余兆忠

摘要：從理論上分析了雷電的危害，結(jié)合目前變電所的實際情況，分析了雷電侵害變電所內(nèi)電子設(shè)備的主要途徑，并從四個方面入手，提出了針對雷電侵害變電所內(nèi)電子設(shè)備的具體措施。

要害詞：防雷；變電所；接地；電子設(shè)備

中圖分類號：TM632 .2　　文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A　　文章編號：1003-0867(2005)10-0032-02

目前，電子設(shè)備在變電所中得到廣泛應(yīng)用，如微機(jī)保護(hù)裝置、遠(yuǎn)動裝置、無功電壓綜合調(diào)節(jié)裝置等核心設(shè)備，也有周界防盜系統(tǒng)、圖像監(jiān)控設(shè)備等輔助的電子系統(tǒng)。如何做好變電所內(nèi)電子系統(tǒng)的防雷保護(hù)，是變電所防雷的新課題。

長期以來，雷電和過電壓對電網(wǎng)運(yùn)行的影響，一直是電力研究的重要內(nèi)容，但是研究更多地集中在雷電直接擊中一次系統(tǒng)時，對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。而對變電所中電子設(shè)備防雷問題的研究，如變電所內(nèi)二次回路、二次回路中的設(shè)備和弱電智能化系統(tǒng)，一直沒有擺到足夠重要的地位上。這里有歷史的原因：傳統(tǒng)的電網(wǎng)保護(hù)所采用的電磁式保護(hù)裝置，對雷電和過電壓感應(yīng)產(chǎn)生的干擾，有較強(qiáng)的抗干擾能力。但是，隨著計算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的迅速發(fā)展，微機(jī)保護(hù)已成為主流的設(shè)備，大量智能化系統(tǒng)也應(yīng)用于變電所，研究和解決雷電對變電所二次回路的侵害已成為刻不容緩的任務(wù)。浙江省是雷害多發(fā)地區(qū)，以蒼南供電局為例，每年都會發(fā)生多起變電所二次設(shè)備受雷擊損壞的事故，尤其像電纜引出線較多的遠(yuǎn)動設(shè)備等，更易受到雷擊的侵害。

1雷電侵入的主要途徑

根據(jù)雷電電磁脈沖（LEMP）通過電阻耦合（由于接地端和電纜屏蔽電阻引起）、電感耦合（由于系統(tǒng)布線的環(huán)路和感性部件引起）、電場耦合進(jìn)入系統(tǒng)。在實踐中，其中又以電線、電纜感應(yīng)電磁場（包括產(chǎn)生雷電二次感應(yīng)過電壓）以及由于接地系統(tǒng)不當(dāng)或儀器絕緣降低，引入電位差形成的后果最為嚴(yán)重。對變電所現(xiàn)場的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)對變電所內(nèi)電子設(shè)備造成破壞的雷電侵入，主要有以下幾種形式。

1.1直接雷擊中電子設(shè)備

傳統(tǒng)的變電所內(nèi)電子系統(tǒng)，如繼電保護(hù)裝置、遠(yuǎn)動設(shè)備，在設(shè)計時，都考慮處于變電所防雷系統(tǒng)的有效保護(hù)范圍內(nèi)，直接遭受雷擊的可能性非常小。但是，防誤操作系統(tǒng)、圖像監(jiān)控系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)等大量的新型電子系統(tǒng)的應(yīng)用，尤其是在設(shè)計、施工時，沒有完整考慮防雷保護(hù)措施，使得雷電波能夠直接擊中弱電設(shè)備或弱電線路，進(jìn)而損壞二次系統(tǒng)中的其他設(shè)備。這已成為雷電危害的主要事故隱患。

1.2通過電源侵害電子設(shè)備

雷電直接擊中電源線，通過所用電源，侵入到二次回路中，所產(chǎn)生的高壓將直接擊壞二次設(shè)備，以最大雷電流陡度100kA/ms來計算，在10m長的單根引下線上，電感電壓降會達(dá)到1MV以上。實際中，由于有電暈損耗，這一電壓會低一些，但也足夠擊毀絕大部分設(shè)備。所以，防止雷電從電源線侵入到二次回路，是防雷工作的重要內(nèi)容之一。

在變電所場地內(nèi)，設(shè)計中一般采用了避雷針防止雷電直接擊中變電所內(nèi)電源設(shè)備，對于高壓線路的進(jìn)線也采用了避雷器，杜絕了雷電通過高壓線路侵入到所內(nèi)，從而影響二次回路。所以，從理論上講，雷電通過電源線侵害二次回路的可能性已經(jīng)被杜絕了。但是，在對變電所檢查中發(fā)現(xiàn)，由于用電的需要，電源線經(jīng)常超越變電所原有的設(shè)計，私自進(jìn)行鋪設(shè)，尤其是在變電所的生活區(qū)，甚至還有架空線。這些不規(guī)范的行為，是雷電侵入到變電所電源系統(tǒng)，從而損壞二次回路設(shè)備的重要原因，必須引起運(yùn)行單位的足夠重視。假如確實需要將電源線引出的，必須要考慮用防雷設(shè)備對電源系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。

1.3　感應(yīng)雷侵害電子設(shè)備

當(dāng)雷電將電流泄放到大地時，將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)快速變化的運(yùn)動磁場，鄰近的電源線、弱電電纜等相對切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)高壓，在電流的陡度為90kA/μs，并且環(huán)路為10m時，在瞬時內(nèi)感應(yīng)電壓可超過1000kV，這樣的高壓沿著線路傳輸，會擊毀線路上的設(shè)備。當(dāng)空氣擊穿放電，電場強(qiáng)度在500kV/m時，將形成對系統(tǒng)有明顯作用的電磁場。在實驗室的試驗中，50Ω細(xì)纜和粗纜的同軸傳輸線，當(dāng)10kV的放電電流，在距離其10m處，在傳輸線的屏蔽層，接地心線感應(yīng)過電壓大于2500V，將電纜埋入50cm時，感應(yīng)過電壓仍大于800V。可見，不僅電源線輕易產(chǎn)生感應(yīng)浪涌脈沖，弱電電纜和傳感器電纜，即使埋設(shè)在電纜溝或者地下也會受到雷電電磁脈沖（LEMP）的影響，更不用說將其沿地表面鋪設(shè)了。

由于變電所二次回路中的電纜線一般采用在電纜溝內(nèi)鋪設(shè)，有的還沿建筑物表面鋪設(shè)，因此，輕易產(chǎn)生感應(yīng)半徑為幾百米范圍內(nèi)的雷電電磁脈沖（LEMP），而導(dǎo)致過電壓。

1.4高壓反擊雷對電子設(shè)備的侵害

雷電襲擊避雷針，由引下線將雷電流引入大地。由于大地電阻的存在，雷電電荷不能快速全部地與大地電荷中和，必然引起局部地電位升高。由于電位差而引起的二次高壓反擊。若雷電電流接地引下線或接地裝置與被保護(hù)物之間的距離小于安全距離時，由接地裝置向被保護(hù)物產(chǎn)生反擊。此外，由于金屬導(dǎo)體與土壤（或混凝土）的電阻率不同，也會將地電位差引入二次回路，從而造成二次回路設(shè)備的破壞，非凡是當(dāng)接地電阻不合標(biāo)準(zhǔn)或系統(tǒng)埋入電纜絕緣降低時，就會產(chǎn)生加在設(shè)備上的脈沖電壓。此脈沖電壓將會在作用點或系統(tǒng)耐壓低的地方造成破壞，如測量模塊、傳感器被損，電纜絕緣降低（電纜絕緣包層被擊穿出現(xiàn)小孔等），而電纜絕緣降低又會加劇上述后果。

由于雷擊點的隨機(jī)性和電磁場的空間分布，以上感應(yīng)過電壓或雷擊反擊電壓，可能會作用于系統(tǒng)內(nèi)任一模塊，或存在于系統(tǒng)內(nèi)任意兩根電纜之間。

2變電所電子設(shè)備防雷的具體措施

根據(jù)國內(nèi)外幾十年防雷的實踐經(jīng)驗，做好建筑物防雷工作的要害是貫徹DBSGP的原則，DBSGP也就是：分流、均壓、接地、屏蔽和保護(hù)技術(shù)。

分流：增加雷電接地引下線數(shù)，從而減小每根引下線通過的雷電流，其感應(yīng)范圍也就相對較小；

均壓：使被保護(hù)對象的各部位盡可能構(gòu)成等電位，從而杜絕電位差對電子設(shè)備造成的損害；

接地：良好的接地是防雷安全的重要保證之一，尤其是二次高壓反擊雷，良好的接地能夠有效地消除二次高壓反擊雷的產(chǎn)生；

屏蔽：良好的屏蔽對于防雷電電脈沖也是最有效的措施；

保護(hù)：對電子裝置進(jìn)行過壓和過流的保護(hù)，是最直接也是最重要的措施之一。相對于建筑物防雷，變電所防雷系統(tǒng)是有其自身的特點，仔細(xì)考察變電所現(xiàn)場，并且具體分析了典型的變電所設(shè)計圖紙，發(fā)現(xiàn)屏蔽和保護(hù)是變電所防雷，尤其是二次回路防雷中輕易忽視的措施。根據(jù)前面分析的二次回路中雷電造成破壞的幾種形式，并結(jié)合DBSGP防雷技術(shù)，認(rèn)為變電所二次回路防雷可以采取以下措施：

2.1杜絕雷電從電源侵入

在實際情況中，變電所中新設(shè)備的應(yīng)用或者所用電源系統(tǒng)，將電源線引出到其他地方使用，很輕易忽略雷電的防護(hù)，將給雷電從電源線侵害電子設(shè)備提供新的可能。所以在電源出線處必須使用電源電涌保護(hù)器，防止雷電電流脈沖通過電源引出線，進(jìn)入所用電源系統(tǒng)，侵害二次回路及電子設(shè)備。

2.2做好屏蔽，削弱感應(yīng)雷的影響

電纜溝內(nèi)的電纜鋪設(shè)要合理，不同系統(tǒng)的電纜在電纜溝內(nèi)要分開鋪設(shè)，最好還要屏蔽隔開或者走金屬管內(nèi)；這樣在雷電侵入到弱電系統(tǒng)時，不會對其他系統(tǒng)產(chǎn)生干擾影響。變電所的微機(jī)保護(hù)、遠(yuǎn)動系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集電纜，必須使用屏蔽電纜，并一定要將屏蔽層在裝置端接地。

2.3做好接地，杜絕二次反擊雷的影響

良好的接地體是可靠防雷的基本條件，不然會通過避雷針、避雷帶等設(shè)備將雷電引入到接地體時，產(chǎn)生的二次反擊雷將嚴(yán)重危害電子設(shè)備。所以，變電所接地網(wǎng)在變電所投運(yùn)時，要確保接地電阻滿足規(guī)范要求，并且要定期對電網(wǎng)的接地電阻進(jìn)行檢測，確保接地電阻滿足安全運(yùn)行的要求。

2.4合理配置避雷針、避雷器，嚴(yán)防直接雷的危害

避雷針要保證雷電不會直接擊中變電所內(nèi)的設(shè)備；高壓線路的避雷器，保證雷電不會通過高壓電力線侵害到變電所內(nèi)部；在變電所內(nèi)新增加的智能化系統(tǒng)，很輕易對防雷問題產(chǎn)生忽視，所以這里非凡強(qiáng)調(diào)，設(shè)備的安裝位置和電纜的鋪設(shè)一定要在變電所防雷系統(tǒng)的保護(hù)范圍內(nèi)，保證系統(tǒng)不會遭受雷擊的直接侵害；系統(tǒng)的弱電電纜前端要采用相應(yīng)的電涌保護(hù)器進(jìn)行保護(hù)，防止感應(yīng)過電壓或者二次反擊高壓對設(shè)備的侵害；另外，還要注重新增智能化系統(tǒng)的電纜和設(shè)備要與避雷針保持足夠的距離。

電力系統(tǒng)防雷是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，做好變電所的防雷工作，必須在變電所的設(shè)計階段就要認(rèn)真考慮。在變電所進(jìn)行系統(tǒng)的改擴(kuò)建時，同樣也不能忽視這個問題，并且在變電所的運(yùn)行中，還需要定期做好對變電所防雷接地系統(tǒng)檢測工作，確保防雷系統(tǒng)滿足要求，只有這樣變電所的電子設(shè)備安全運(yùn)行，才不會受到雷電的危害。