变电站综合自动化装置的防雷保护

【摘 要】 随着电网的迅猛发展，我国变电站综合自动化设备有了大规模的应用。要确保变电站综合自动化装置的安全有效运行，积极做好装置的防雷保护工作十分重要。我们只有在全面了解变电站综合自动化装置的硬件结构的基础上，分析找出雷电入侵变电站系统的具体途径，才能有针对性地制定防雷措施，进而确保变电站综合自动化装置的安全有效运行，从而提高变电站的运营效益。基于此，本文在分析变电站综合自动化装置的硬件典型结构基础上，分析雷电入侵变电站的途径及原因，并重点对装置的相关防雷保护展开探讨。

【关键词】 变电站 综自装置 防雷保护

1 绪论

近些年来，随着电网的迅猛发展，我国变电站综合自动化设备有了大规模的应用。由于变电所内有网络设备、计算机以及交直流逆变电源等构成的自动化系统，其具有微机监测、监控、故障录波、保护等功能，在电力领域占据重要作用。但需注意的是，此系统内部的连接线路十分复杂，若遭遇雷击，四周大地以及架空线路会因静电及电磁感应而形成过电压，进而导致和其相连的信号线路或者电源线路，通过各种接口，以辐射或传导等多种形式直接侵人该自动化系统，导致雷击事故发生[1]。当前，分析雷害事故原因及采取防雷措施很重要。

2 变电站综合自动化装置的硬件结构

变电站综合自动装置中包括监控系统、自动化控制系统以及保护微机系统之类的装置，该装置中的硬件结构主要有模拟量和开关量的微机系统、通信回路以及输进输出回路等。此系统能够实现自检和互检的目标，降低各个系统间的关联性。此系统还能通过内部的监控系统进行全遥控型的操作，有效保护了装置的各种主要功能，大大提高工作的效率，而且由于综合自动化装置中的防雷系统起到了防护雷击的功能，大大提高了变电站的效益。

3 雷电入侵途径及原因分析

3.1 雷电入侵途径

一般雷电是通过如下几个途径而产生危害的：（1）配电线路。（2）地反击。（3）雷击电磁场。（4）通信线路。其中雷电击在线路上所产生的过电压、过电流以及交变电磁场是最大的，可以轻易损毁建筑物内部的设备[2]。

3.2 雷电波入侵过程及原因

雷电波一般是经变电站的10kV线路入侵10kV母线，进而通过10kV站以变压器的高压低压绕组之间的静电与电磁进行耦合，从而进入低压出线.后经10kV线路阀式避雷器、所用变阀式避雷器以及母线阀式避雷这3级削峰，最后通过平波作用，降低电压幅值，可因雷电波的电压巨大，再加上阀式避雷器设备存在一定局限性，难以有效消除雷电能量，导致大部分雷电波以高幅值形式通过变压器内的低压出线，侵入到站内220V的交流回路中，引起雷击事故。

变电站遭遇雷害，主要是微机设备和运动载波系统受到雷击损害。首先微机设备方面，由于变电站中的保护系统与合闸直流系统的容量较大，其的电压耐受力较强，再加上因大容量的电池组可以快速吸收尖峰脉冲，起到平波整流回路的作用，降低了通过保护设备上的脉冲电压。此外，再加上常规型的电磁式保护装置所使用的电阻、电感线圈等均为单元件，耐热容量比较大，可强效耐受尖锋脉冲，故可安全度过高压、低能的冲击暂态时段.可是若面对的是大规模的集成电路， 运行时信号电流仅是μA、电压仅有数伏的微机装置，未必能经受得住，微机装置会受到损害，但常规的保护装置仍可安全运行[3]。其次是远动载波系统方面，该系统主要借助小容量的UPS来供电， UPS一般是应用压敏电阻保护，在限幅以及防雷方面较有限，难以有对电子设备起到有效保护作用，在实际应用中常出现UPS被雷击损坏的情况。

4 变电站综合自动化装置的防雷保护

在了解确认变电站遭遇泪海侵入的途径及原因基础上，采取有效防护措施可促使变电站的相关防护系统在雷电入侵过程中安全运行。本文以国家推出的《建筑物防雷设计规范》中的建筑物的防雷分类标准为根据，结合第三类的防雷建筑物来展开变电站综合自动化装置的防雷保护设计。

首先是保护对象方面，主要以实际要求为根据，确定防感应雷的工程的实际保护对象是：

（1）防护网络站内的供电系统。

（2）防护PCM光端机的2兆口及百兆端口。

（3）防护站内的直流屏。

（4）防护电话用的RJ-11口防护。

（5）防护站内控制线，RS232防护[4]。

其次是设计思路方面，结合雷电可能入侵的途径，可以在接地、布线、等电位连接以及屏蔽等方面进行多层次保护。以安装SPD为例，其实际为间接等电位，属等电位中的一种连接方式。具体的防雷措施是将电源SPD安装到供电线路上，若遭遇雷击时，该装置可以将雷电流排放到地下，且能把在线路上产生的过电压有效限制在安全水平。就通常而言，变电站综合自动化装置中的防雷保护装置主要是采取四级防雷的办法来完成防雷保护。首先第一级的SPD，主要安装于站内进线电源位置或者是建筑物的总配电位，所需连接线要求短且直。第一级SPD的安装主要是为了把雷击形成的过压电流短时间内泄放人地。其次是第二级的SPD，主要安装于站内低压屏上的交流母排，输进防雷保护的端口，要求连接线短且直。第二级SPD的安装主要是为了把第一级的SPD没有排放完的剩余雷电流短时间内泄放人地。第三是第三级的SPD，主要安装于站内的直流屏以及输进逆变电源的端口。连接线要短且直。第三级SPD的安装主要是为了把第二级的SPD没有排放完的剩余雷电流短时间内泄放人地。最后是末级的SPD，主要安装于重要设备前端位置。安装设备主要有带精细保护装置以及插座式的电源防雷器，设备尽可能能抑制噪声。该装置可以把线路上的过电压有效限制于1.0千伏之下，总通流的能力对地In（8/20μs）20千安[5]。除此之外，还能在末级SPD之上安装第三级SPD，这样利于快速操作与吸收过电压。

对于直流屏的防雷保护可以采用DK版的直流电源防雷模块，可安装于高频通信的电源屏首端口。而信号系统的防感应雷保护可以将信号SPD安装于信号线路上即可，主要保护PCMZ兆的端口，能预防雷电流经信号损坏PCM。电话线的防雷保护目的在于预防雷电流经电话线损坏电话与其它的设备。一旦雷电流流经电话线，防雷器就会把雷电流拍放到大地去。视频监控系统的防雷保护主要是为为了保护变电站内的视频监控系统，尤其是站外摄像机，更需要防雷保护，这样才可确保变电站视屏监控系统的实时监控。

5 结语

总而言之，雷害对于现代化的且使用微机设备装置系统的变电站而言，威胁极大，所以变电站的微机系统必须重视防雷保护工作。雷电波多是通过通讯、电源部分或者信号采样电缆等途径入侵。尤其是要重视对低压电源的雷击防护保护。要确保变电站综合自动化装置的防雷保护质量，我们只有在全面了解变电站综合自动化装置的硬件结构的基础上，分析找出雷电入侵变电站系统的具体途径，才能有针对性地制定防雷措施，进而确保变电站综合自动化装置的安全有效运行，从而有效提高变电站的运营效益。

参考文献：

[1]刘惠清，罗东江.谈变电站综合自动化系统的认识[J].科技资讯，2010（04）：132-134.

[2]罗红.轨道交通变电站综合自动化系统的设计和应用[J].上海电机学院学报，2010（05）：145-147

[3]刘云龙.浅谈综合自动化变电站的安全运行管理[J].民营科技，2010（12）：245-247

[4]谢玉兰.结合实例浅谈变电所综合自动化系统设计[J].西南民族大学学报（自然科学版），2010（02）：178-180.

[5]张建权.变电站综合自动化系统可靠性分析[J].科技风，2011（05）：158-161.