浙江麗水電業局余兆忠

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

要害詞：防雷；變電所；接地；電子設備

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

目前，電子設備在變電所中得到廣泛應用，如微機保護裝置、遠動裝置、無功電壓綜合調節裝置等核心設備，也有周界防盜系統、圖像監控設備等輔助的電子系統。如何做好變電所內電子系統的防雷保護，是變電所防雷的新課題。

長期以來，雷電和過電壓對電網運行的影響，一直是電力研究的重要內容，但是研究更多地集中在雷電直接擊中一次系統時，對電力系統產生的影響。而對變電所中電子設備防雷問題的研究，如變電所內二次回路、二次回路中的設備和弱電智能化系統，一直沒有擺到足夠重要的地位上。這里有歷史的原因：傳統的電網保護所采用的電磁式保護裝置，對雷電和過電壓感應產生的干擾，有較強的抗干擾能力。但是，隨著計算機技術和電子技術的迅速發展，微機保護已成為主流的設備，大量智能化系統也應用于變電所，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。浙江省是雷害多發地區，以蒼南供電局為例，每年都會發生多起變電所二次設備受雷擊損壞的事故，尤其像電纜引出線較多的遠動設備等，更易受到雷擊的侵害。

1雷電侵入的主要途徑

根據雷電電磁脈沖（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（由于系統布線的環路和感性部件引起）、電場耦合進入系統。在實踐中，其中又以電線、電纜感應電磁場（包括產生雷電二次感應過電壓）以及由于接地系統不當或儀器絕緣降低，引入電位差形成的后果最為嚴重。對變電所現場的調查，發現對變電所內電子設備造成破壞的雷電侵入，主要有以下幾種形式。

1.1直接雷擊中電子設備

傳統的變電所內電子系統，如繼電保護裝置、遠動設備，在設計時，都考慮處于變電所防雷系統的有效保護范圍內，直接遭受雷擊的可能性非常小。但是，防誤操作系統、圖像監控系統、安全防范系統等大量的新型電子系統的應用，尤其是在設計、施工時，沒有完整考慮防雷保護措施，使得雷電波能夠直接擊中弱電設備或弱電線路，進而損壞二次系統中的其他設備。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，所產生的高壓將直接擊壞二次設備，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容之一。

在變電所場地內，設計中一般采用了避雷針防止雷電直接擊中變電所內電源設備，對于高壓線路的進線也采用了避雷器，杜絕了雷電通過高壓線路侵入到所內，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被杜絕了。但是，在對變電所檢查中發現，由于用電的需要，電源線經常超越變電所原有的設計，私自進行鋪設，尤其是在變電所的生活區，甚至還有架空線。這些不規范的行為，是雷電侵入到變電所電源系統，從而損壞二次回路設備的重要原因，必須引起運行單位的足夠重視。假如確實需要將電源線引出的，必須要考慮用防雷設備對電源系統進行保護。

1.3　感應雷侵害電子設備

當雷電將電流泄放到大地時，將產生一個旋轉快速變化的運動磁場，鄰近的電源線、弱電電纜等相對切割磁力線，產生感應高壓，在電流的陡度為90kA/μs，并且環路為10m時，在瞬時內感應電壓可超過1000kV，這樣的高壓沿著線路傳輸，會擊毀線路上的設備。當空氣擊穿放電，電場強度在500kV/m時，將形成對系統有明顯作用的電磁場。在實驗室的試驗中，50Ω細纜和粗纜的同軸傳輸線，當10kV的放電電流，在距離其10m處，在傳輸線的屏蔽層，接地心線感應過電壓大于2500V，將電纜埋入50cm時，感應過電壓仍大于800V。可見，不僅電源線輕易產生感應浪涌脈沖，弱電電纜和傳感器電纜，即使埋設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了。

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

1.4高壓反擊雷對電子設備的侵害

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物之間的距離小于安全距離時，由接地裝置向被保護物產生反擊。此外，由于金屬導體與土壤（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備的破壞，非凡是當接地電阻不合標準或系統埋入電纜絕緣降低時，就會產生加在設備上的脈沖電壓。此脈沖電壓將會在作用點或系統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。

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

2變電所電子設備防雷的具體措施

根據國內外幾十年防雷的實踐經驗，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、屏蔽和保護技術。

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

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

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：對電子裝置進行過壓和過流的保護，是最直接也是最重要的措施之一。相對于建筑物防雷，變電所防雷系統是有其自身的特點，仔細考察變電所現場，并且具體分析了典型的變電所設計圖紙，發現屏蔽和保護是變電所防雷，尤其是二次回路防雷中輕易忽視的措施。根據前面分析的二次回路中雷電造成破壞的幾種形式，并結合DBSGP防雷技術，認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，變電所中新設備的應用或者所用電源系統，將電源線引出到其他地方使用，很輕易忽略雷電的防護，將給雷電從電源線侵害電子設備提供新的可能。所以在電源出線處必須使用電源電涌保護器，防止雷電電流脈沖通過電源引出線，進入所用電源系統，侵害二次回路及電子設備。

2.2做好屏蔽，削弱感應雷的影響

電纜溝內的電纜鋪設要合理，不同系統的電纜在電纜溝內要分開鋪設，最好還要屏蔽隔開或者走金屬管內；這樣在雷電侵入到弱電系統時，不會對其他系統產生干擾影響。變電所的微機保護、遠動系統中的數據采集電纜，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、避雷帶等設備將雷電引入到接地體時，產生的二次反擊雷將嚴重危害電子設備。所以，變電所接地網在變電所投運時，要確保接地電阻滿足規范要求，并且要定期對電網的接地電阻進行檢測，確保接地電阻滿足安全運行的要求。

2.4合理配置避雷針、避雷器，嚴防直接雷的危害

避雷針要保證雷電不會直接擊中變電所內的設備；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部；在變電所內新增加的智能化系統，很輕易對防雷問題產生忽視，所以這里非凡強調，設備的安裝位置和電纜的鋪設一定要在變電所防雷系統的保護范圍內，保證系統不會遭受雷擊的直接侵害；系統的弱電電纜前端要采用相應的電涌保護器進行保護，防止感應過電壓或者二次反擊高壓對設備的侵害；另外，還要注重新增智能化系統的電纜和設備要與避雷針保持足夠的距離。

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