变电所电子设备的防雷

电力18讯：    
浙江丽水电业局  余兆忠  

摘要：从理论上分析了雷电的危害，结合目前变电所的实际情况，分析了雷电侵害变电所内电子设备的主要途径，并从四个方面入手，提出了针对雷电侵害变电所内电子设备的具体措施。

关键词：防雷；变电所；接地；电子设备

中图分类号：TM632+.2　　文献标志码：A　　文章编号：1003-0867(2005)10-0032-02

目前，电子设备在变电所中得到广泛应用，如微机保护装置、远动装置、无功电压综合调节装置等核心设备，也有周界防盗系统、图像监控设备等辅助的电子系统。如何做好变电所内电子系统的防雷保护，是变电所防雷的新课题。

长期以来，雷电和过电压对电网运行的影响，一直是电力研究的重要内容，但是研究更多地集中在雷电直接击中一次系统时，对电力系统产生的影响。而对变电所中电子设备防雷问题的研究，如变电所内二次回路、二次回路中的设备和弱电智能化系统，一直没有摆到足够重要的地位上。这里有历史的原因：传统的电网保护所采用的电磁式保护装置，对雷电和过电压感应产生的干扰，有较强的抗干扰能力。但是，随着计算机技术和电子技术的迅速发展，微机保护已成为主流的设备，大量智能化系统也应用于变电所，研究和解决雷电对变电所二次回路的侵害已成为刻不容缓的任务。浙江省是雷害多发地区，以苍南供电局为例，每年都会发生多起变电所二次设备受雷击损坏的事故，尤其像电缆引出线较多的远动设备等，更易受到雷击的侵害。

1 雷电侵入的主要途径

根据雷电电磁脉冲（LEMP）通过电阻耦合（由于接地端和电缆屏蔽电阻引起）、电感耦合（由于系统布线的环路和感性部件引起）、电场耦合进入系统。在实践中，其中又以电线、电缆感应电磁场（包括产生雷电二次感应过电压）以及由于接地系统不当或仪器绝缘降低，引入电位差形成的后果最为严重。对变电所现场的调查，发现对变电所内电子设备造成破坏的雷电侵入，主要有以下几种形式。

1.1 直接雷击中电子设备

传统的变电所内电子系统，如继电保护装置、远动设备，在设计时，都考虑处于变电所防雷系统的有效保护范围内，直接遭受雷击的可能性非常小。但是，防误操作系统、图像监控系统、安全防范系统等大量的新型电子系统的应用，尤其是在设计、施工时，没有完整考虑防雷保护措施，使得雷电波能够直接击中弱电设备或弱电线路，进而损坏二次系统中的其他设备。这已成为雷电危害的主要事故隐患。

1.2 通过电源侵害电子设备

雷电直接击中电源线，通过所用电源，侵入到二次回路中，所产生的高压将直接击坏二次设备，以最大雷电流陡度100 kA/ms来计算，在10 m长的单根引下线上，电感电压降会达到1 MV以上。实际中，由于有电晕损耗，这一电压会低一些，但也足够击毁绝大部分设备。所以，防止雷电从电源线侵入到二次回路，是防雷工作的重要内容之一。

在变电所场地内，设计中一般采用了避雷针防止雷电直接击中变电所内电源设备，对于高压线路的进线也采用了避雷器，杜绝了雷电通过高压线路侵入到所内，从而影响二次回路。所以，从理论上讲，雷电通过电源线侵害二次回路的可能性已经被杜绝了。但是，在对变电所检查中发现，由于用电的需要，电源线经常超越变电所原有的设计，私自进行铺设，尤其是在变电所的生活区，甚至还有架空线。这些不规范的行为，是雷电侵入到变电所电源系统，从而损坏二次回路设备的重要原因，必须引起运行单位的足够重视。如果确实需要将电源线引出的，必须要考虑用防雷设备对电源系统进行保护。

1.3　感应雷侵害电子设备

当雷电将电流泄放到大地时，将产生一个旋转快速变化的运动磁场，邻近的电源线、弱电电缆等相对切割磁力线，产生感应高压，在电流的陡度为90 kA/μs，并且环路为10 m时，在瞬时内感应电压可超过1000 kV，这样的高压沿着线路传输，会击毁线路上的设备。当空气击穿放电，电场强度在500 kV/m时，将形成对系统有明显作用的电磁场。在实验室的试验中，50 Ω细缆和粗缆的同轴传输线，当10 kV的放电电流，在距离其10 m处，在传输线的屏蔽层，接地心线感应过电压大于2500 V，将电缆埋入50 cm时，感应过电压仍大于800 V。可见，不仅电源线容易产生感应浪涌脉冲，弱电电缆和传感器电缆，即使埋设在电缆沟或者地下也会受到雷电电磁脉冲（LEMP）的影响，更不用说将其沿地表面铺设了。

由于变电所二次回路中的电缆线一般采用在电缆沟内铺设，有的还沿建筑物表面铺设，因此，容易产生感应半径为几百米范围内的雷电电磁脉冲（LEMP），而导致过电压。

1.4 高压反击雷对电子设备的侵害

雷电袭击避雷针，由引下线将雷电流引入大地。由于大地电阻的存在，雷电电荷不能快速全部地与大地电荷中和，必然引起局部地电位升高。由于电位差而引起的二次高压反击。若雷电电流接地引下线或接地装置与被保护物之间的距离