变电站防雷范文

导语：如何才能写好一篇变电站防雷，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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[关键词]防雷保护；过电压 ；接地技术

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0244-01

一、变电站雷击过电压的分类

供电系统在正常运行时，电气设备的绝缘处于电网的额定电压作用之下，但是由于雷击的原因，供配电系统中某些部分的电压会大大超过正常状态下的数值，通常情况下变电站雷击有两种情况：一是雷直击于变电站的设备上，二是架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电站。其具体表现形式如下

1.1 直击雷过电压

雷云直接击中电力装置时，形成强大的雷电流，雷电流在电力装置上产生较高的电压，雷电流通过物体时，将产生有破坏作用的热效应和机械效应。

1.2 感应过电压

当雷云在架空导线上方，由于静电感应，在架空导线上积聚了大量的异性束缚电荷，在雷云对大地放电时，线路上的电荷被释放，形成的自由电荷流向线路的两端，产生很高的过电压，此过电压会对电力网络造成危害。

1.3 雷电侵入波

架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电站，是导致变电站雷害的主要原因，若不采取防护措施，势必造成变电站电气设备绝缘损坏，引发事故。防雷措施总体一般概括为2种： ①避免雷电波的进入； ②利用保护装置将雷电波引入接地网。

防雷保护措施应根据现场常见的雷击形式、频率、强度以及被保护设施的重要性、特点安装适宜的保护装置。

二、变电站的防雷保护装置

防雷保护装置是指能使被保护的物体避免雷击，而引雷本身，并顺利地泄入大地的装置。电力系统中最基本的防雷保护装置有：避雷针、避雷线、避雷器和防雷接地装置。避雷针和避雷线可以防止雷电直接击中被保护物体，因此也称作直击雷保护；避雷器可以防止沿输电线侵入变电所的雷电过电压波，因此也称作侵入波保护；接地装置的作用是减少避雷针（线）或避雷器与大地（零电位）之间的电阻值，已达到降低雷击过电压幅值的目的。

2.1 避雷针（线）

避雷针（线）的保护原理是当雷云放电时使地面电场畸变，在避雷针（线）的顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放电的发展方向，使雷电对避雷针（线）放电，再经过接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。

2.2 避雷器

避雷器是一种过电压限制器，它实质上是过电压能量的吸收器，它与被保护设备并联运行，当作用电压超过一定幅值以后避雷器总是先动作，泄放大量能量，限制过电压，保护电气设备。

2.3 防雷接地装置

防雷接地装置是用来将雷电流顺利泄入地下，以减少它所引起的过电压。各种防雷保护装置（避雷针、避雷线、避雷器）都必须配以合适的接地装置，将雷电泄入大地，才能有效的发挥其保护作用。

三、变电站的防雷保护

3.1 变电站的直击雷保护

为了防止变电站遭受直接雷击，需安装避雷针、避雷线和铺设良好的接地网。装设避雷针（线）应该使变电站的所有设备和建筑物处于保护范围内。还应该使被保护物体与避雷针（线）之间留有一定的距离，因为雷直击避雷针（线）瞬间的地电位可能提高。如果这一距离不够大，则有可能在它们之间发生放电，这一现象称避雷针（线）对电气设备的反击或逆闪络。逆闪络一旦出现，高电位将加到电气设备上，有可能导致设备绝缘的损坏。为了避免这一情况发生，被保护物体与避雷针（线）间在空气中以及地下接地装置间应有足够的距离，这是变电所的直击雷防护设计的主要内容。

避雷针的装设可分为独立避雷针和构架避雷针两种。

3.2 变电站的雷电侵入波保护

变电站限制雷电侵入波的主要措施是装设避雷器，避雷器动作后，可将侵入波幅值加以限制，使变压器受到保护。已在输电线上形成的雷闪过电压，会沿输电线路运动至变电站的母线上，并对与母线有联接的电气设备构成威胁。 在母线上装设避雷器是限制雷电侵入波过电压的主要措施。

3.3 变电站的进线段保护

所谓变电站的进线段保护就是在邻近变电站1-2km处装设避雷器，以使雷直击变电站附近的导线时，限制侵入波的陡度和幅值。当沿线路全长架设避雷线时，则这段线路应有更高的耐雷水平，以减少进线段内绕击和反击的概率。

3.4 变电站的变压器中性点保护

对于35～60kv中性点不接地或经大电感接地电网中的变压器，其中性点是全绝缘的，一般不需要保护。对于110kv及以上中性点有效接地系统，其中一部分是不接地的，一般应在中性点加装一台避雷针。

四、变电站防雷保护的计算

避雷针和避雷线这两种装置都是通过拦截措施，改变雷电波的入地路径从而起到直击雷保护的作用。小变电所多采用独立避雷针大变电所多在变电站构架上采用避雷针或避雷线，也或者可以两者相结合。直接雷保护的主要措施是安装避雷针。下面主要介绍避雷针（线）的保护范围。

避雷针保护范围 （1）首先介绍单根避雷针的保护范围，如图1。

Rx和hx表示为水平面上的保护半径

h≤30m时，θ=45°

在被保护物高度水平面上，其保护半径为

其中 其中

式中，p为高度修正系数，当h≤30m时，p=1；

当30

（2）多支避雷针：工程上多采用两支或多支避雷针以扩大保护范围。

等高双避雷针的联合保护范围要比两针各自保护范围的和要大。避雷针的外侧保护范围同样有单支避雷针的保护范围决定，而击于两针之间单针保护范围边缘外侧的雷，可能被相邻避雷针吸引而击于其上，从而使两针间保护范围加大，如图2所示。

五、结论

随着科技发展，生产和生活用电量越来越大，电已经成为最重要的资源之一。如何保证电力的供应对于国民经济发展和人民生活水平的提高都有非常重要的意义。雷击事故是电力供应部门最重要的灾害之一。在变电站的防雷击保护中，如何防雷显得十分重要，防雷击技术的研究已经取得了很大的发展，变电站防雷的保护措施会越来越多。在实际中，变电站的防雷保护是一个系统工程，需要因地制宜根据不同区域的地形地貌和气候特点，合理地选择防雷保护措施。严格按防雷接地规程办事，应用新技术新装置，采取综合性的防雷措施是确保变电站极大减少雷害的重要手段。

参考文献

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关键词：电气设备 雷电来源 装设原则防雷措施

为保护变电站电气设备的安全，采取有效的防雷措施是非常必要的，同时，对防雷设备的不断改善也是防雷害的重要手段。不完善的防雷措施，将会在雷电环境下导致雷击事故，致使变电站发生事故，造成大面积停电，给人民生产生活带来诸多不便，所以，对变电站防雷保护措施的安全可靠性提出了更高的要求。

一、变电站遭受雷击来源

带电荷的雷云接触摩擦往往产生雷电现象。雷云底部通常带有负电荷，顶部带有正电荷，因不同雷云通常带有大量不同电荷，所以，雷云之间、雷云与大地之间就形成了强大的电磁场。若电场强度超过空气击穿强度时候，空气开始形成游离状态并放电，产生闪电和雷鸣。雷电放电现象多发生在雷云之间，雷云电位估计量在100MV以上，放电电流往往可达几十千安甚至上百千安，高温可达两万摄氏度以上。雷击变电站主要通过以下两种方式：一是变电站电气设备直接遭受雷击；二是雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波通过架空线路侵入变电站，对变电站电气设备构成危害。

二、雷电过电压造成危害

雷电过电压的危害通常可分为直击雷过电压和感应雷过电压两种。其中，直击雷过电压，即为雷电直接对电气设备放电导致的过电压。直击雷过电压通常可达上千千伏，因此，过电压直击于输电线路或变电设备上都会产生闪络，严重时还会导致火灾甚至爆炸。但在高压配电线路中，因厂房和高建筑物对雷电有屏蔽作用，所以雷电直击的几率比较小。感应过电压的幅值常在500kV以下，所以静电感应在35kV或运行电压更高的输电线路中不易产生闪络。但此感应电压在线路中流动时会产生强大电流，发出大量的热量并熔化导体，同时，也会产生较大机械效应，使线路倒杆或杆塔受到损坏。若此感应电压冲击波通过输电线路侵入变电站内的变压器绕组，将会产生严重的绝缘破坏。

三、防雷击措施

变电站站内雷击对象主要分为三大类：(1)变电站内电工装置，其中主要包括配电装置、组合导线及母线桥等装置；(2)变电站内需专门防护的高大建筑物及构筑物；(3)不需专门防护的建筑物及构筑物。

防止雷击的主要保护设备有避雷线、避雷针及避雷器。对于直击雷的危害，变电站通常采取装设避雷针方式，在变电站一定距离内，有时采用架设避雷线的方式解决。雷电感应产生过电压和直击雷产生过电压形成的雷电波通过传输线路进入变电站内电气设备，致使变电站重要设备遭受雷害，为避免雷害造成电气设备的绝缘损坏引发严重事故，及时采取有效防护措施是非常必要的。为限制入侵雷电波的幅值，在变电站内装设避雷器是十分有效的防护措施。同时为限制流经避雷器的电流过大常常在变电站进线路段安装避雷线作为保护。

避雷技术、短路保护也是变电站最重要的保护手段，接地装置能有效地将直击雷、感应雷、及高低压短路形成的电位差导入大地，有效防止各种事故的发生。

避雷针的装设原则

为防止设备遭受雷击，所有需被保护的设备一定要处于避雷针能保护范围之内。在雷击避雷针瞬间，避雷针与地面间电位差极高，如若被保护设备与避雷针间绝缘距离不够，将会导致避雷针与被保护装置之间发生放电，雷电波的高电位加至被保护设备上，造成严重事故。这种放电现象称为反击。能避免反击发生的最小距离即为避雷针安全距离，避雷针在装设过程中定要大于安全距离。对于35 kV以下的变电站，绝缘水平往往较低，所以需要安装独立的避雷针，同时避雷针的装设也定要满足不发生反击的安装原则。对电压等级较高的变电站，因其绝缘水平较高，可将避雷针直接装在配电装置构架上。在避雷针配电装置构架上，还应安装辅助接地装置，使其与变电站接地网中的连接点至主变压器的接地装置与变电站接地网连接点的电器距离大于15米。使其能够在雷击避雷针时，产生的高电位在向地传输过程中逐渐衰减，迫使雷电波侵入到接地点时不会造成反击事故。因变压器是变电站中重要的电气设备，且其绝缘性能较弱，因此不应该在变压器门型构架上装设避雷针。

通常情况下，变电站出线的第一杆塔至变电站配电装置的距离较远，该情况下，若将变电站杆塔上避雷线引至变电站构架上，不仅能够有效保护该段线路，同时比避雷针的保护更加经济适用。相比避雷针的保护能力来说，避雷线两端具有分流作用，在遭受雷击时候，避雷线会比避雷针引起的电位升高小一些。所以，对于高电压配电装置，可将线路引至变电站出线门型构架上，从土壤电阻率方面考虑，对电阻率大于1000欧姆*米的地区，应集中装设接地装置。对35至60kV配电装置且土壤电阻率小于500欧姆*米的地区，可在集中装设接地装置的同时，将避雷线引至出线门型构架上。对于电阻率大于500欧姆*米的地区，避雷线终点将定于线路终端杆塔上面，同时采用避雷针对进变电站的线路进行保护。

（二）变电站内接地网铺设原则

为起到雷电流泄流、故障电流泄流及工作接地的作用，通常采用接地网的方式达到以上工作要求。

1.雷电流泄流。

雷电流能量频谱明显比工频电流高出许多，在雷电流泄流瞬间，电位差高低取决于电流变化率产生感抗的大小。雷电流的时间尺度为微秒，相对来说电阻电压降是非常小的。因雷电流放电频率是工频电流的上千倍，所以感抗在此显得尤为重要。

2.故障电流的泄流。

故障电流以低频段的工频电流为主，时间尺度数量级为秒极，因其电感阻抗极小，则电阻阻抗成为考虑的主要因素。在电气装置的过电压保护和绝缘配合的规范要求中，有明确的技术规定。

3.工作接地。

地面作为设备工作的零电位参考点，能够使电气装置或设备的非截流金属部分保持零电位。为保持设备零电位不发生变化，常采用共用接地概念，即把所有的接地系统连接起来。

结合以上论述，接地网设计过程中，首先应确认设计的主要目的，同时要满足设计的基本要求。实际设计过程当中，对同时存在多个目的的接地网设计，要分析具体的情况再确定设计要点和基本原则。

4.接地和接地电阻。

1）接地意义。接地即把导体通过连接导线连接到大地，并与大地中的地网和接地极相连接。接地能够使电气设备的零电位固定在大地，安全的泄放故障电流和雷电流，能有效地防止地电位大幅度升高，保证人员和设备的安全，同时，对设备和系统稳定性保护也具有十分重要的意义。

2）接地电阻。接地电阻是接地系统中最重要的组成部分。由三部分构成：连接器与连接导体电阻；连接土壤与接地导体间电阻；接地导体周围散流电阻。其中，对接地影响最重要的则为土壤散流电阻，其影响因素最为复杂。影响因素主要包括土壤土质含水量、接地体尺寸、形状，接地系统的设计情况能够决定是否可以以最低造价取得最小的接地电阻值，因此接地系统的设计是地网设计的关键。

在进行防雷接地的设计过程中，一定要按照相关标准严格执行，对变电站接地电阻也要定期测量。对于达不到规定要求的接地电阻，务必要及时改进，避免在工作过程中造成危害。在变电站中长期使用的金属接地导体，有寿命短、易腐蚀、高阻抗等缺陷，在新时期已受到很大挑战，为避免传统金属接地导体的缺陷，现推荐一种采用金属极芯和稳定性良好的非金属导体材料制成的“高效长寿接地极”，有效克服了传统金属接地导体的诸多弊端。

作为电力系统的中心环节，变电站一旦遭受雷击事故，会导致大规模、大面积停电现象，对社会生产和人民日常生活带来诸多不便，严重影响社会秩序。所以，变电站的防雷保护措施是十分重要的，也是不可忽视的，设计单位和建设部门在变电站建设与维护工作中都必须严格对待，加以重视。

参考文献：

[1]葛东芳，钟达文.电力工程设计手册[M].水利电力出版社.2006

[2]袁小华.电力工程[M].中国电力出版社.2008

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关键词：变电站自动化系统 过电压 雷电电磁脉冲 防雷保护

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）02（a）-0105-01

从20世纪50年代起，变电站二次系统的防雷保护采用避雷针、避雷器及自动合闸等多道防线，达到对变电站进行防护的目的。随着变电站自动化设备的广泛应用，特别是计算机技术、通讯技术、控制技术的发展和广泛应用，变电站的自动化系统、监控系统、通信系统、计算机信息网络系统、继电保护系统等二次系统大量采用高度集成化的CMOS电路和CPU单元的电子设备。高度集成化的电子设备其瞬间过电压承受能力弱，极易遭受雷电过电压、操作过电压或电磁干扰的损坏，容易造成二次系统设备的继电拒动的事故、保护误动，严重威胁电网的安全运行。因此，对变电站采取更好的保护措施，面受过电压或电磁干扰的损坏，是非常必要的。

1 变电站自动化系统防雷保护分析

1.1 防雷保护原则

自动化系统的防雷，应综合运用各项技术，如拦截、均压、分流、屏蔽、接地和保护、滤波等，构成一个完整的防雷体系；应满足雷电防护分区、分级确定的防雷等级要求；需要保护的电子信息系统必须接地保护措施与等电位连接。

1.2 防护对象

110 kV变电站的综合自动化系统。

1.3 雷击环境与雷击隐患

根据当地历年气象资料的统计，年平均雷暴日为45 d左右，属雷电高发自然环境区域。

1.4 变电站雷电电磁脉冲防护等级分类分析

综合自动化变电站广泛应用了微电子技术为主的远动装置、继电保护及通信网络，这些高科技的自动化系统设备耐过电压过电流水平显著下降，因此，变电站一旦遭到雷击，将造成大面积的停电，给社会生产和人民生活带来不便，造成较大的经济损失，且社会影响严重。

根据常规变电站自动化系统雷害风险分析计算，建筑物年预计雷击次数为0.079，大于0.06次/年，根据GB50057-94《建筑物防雷设计规范》规定，变电站确定为第二类防雷建筑物。

根据GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》和GB9361-88《计算站场地安全要求》，对常规变电站自动化系统雷害风险分析计算，变电站信息系统雷电电磁脉冲防护可确定为A级。

1.5 防雷区划分

1.5.1 建筑物防雷区划分原则

在GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》中规定了雷电防护区应划分。将需要保护的空间划分为不同的防雷区，是为了规定各部分空间不同的雷击电磁脉冲的严重程度和等电位连接点的位置，从而决定位于该区域内的电子设备采用何种电涌保护器在何处以何种方式实现与共用接地体等电位联结。

1.5.2 变电站自动化系统防雷区划分

根据GB50057-94《建筑物防雷设计规范》，变电站自动化系统按一般原则确定具体防雷区：引入交流所用电屏的供电线路处于LPZOB和LPZ1区交界处；引入充电屏、通信电源、逆变器等的供电线路处于LPZ1和LPZ2区交界处；引入各保护屏、通信设备的直流供电电源处于LPZ2和LPZ3区；从室外引入的各种信号电缆如电压互感器、电流互感器、高频信号、RS485数据传输信号处于防雷区处于LPZOB和LPZ1区交界处；室内的各种信号传输电缆处于LPZ1和LPZ2区交界处。

1.6 自动化系统雷电过电压防护

1.6.1 配电线路过电压防护

为确保工作人员以及系统设备的安全，防止由配电线路引入的雷害，从交流电力网高压线路开始，到自动化设备电源入口端，室内电源应采用分级措施。

根据IEC61312的原则，信息系统（计算机、通信和各类电子系统）的供电线路上应设置多级防雷保护措施，一般为三级配置，从而让过电压能承受的水平。

1.6.2 信号线路过电压防护

数据传输线路、卫星（微波）通信天馈线路、计算机网络数据传输线路等对防雷电电涌有更高要求，感应雷击是计算机网络雷害事故的主要原因。因此，必须在系统或设备的各进出传输线路安装相应的电涌保护器（SPD），一旦线缆上感应过电压（或遭直接雷击），由于SPD的作用，系统和设备的各端口电压大致达到相等水平（即等电位），从而保护系统或设备免遭损坏。

2 变电站自动化系统防雷保护方案

2.1 电涌保护器选择原则

2.1.1 电源电涌保护器的选择

电源电涌保护器必须能承受预期通过它们的雷电流，并应符合以下两个附加要求：通过电涌时的最大箝压，有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流。

2.1.2 信息系统电涌保护器的选择

信息系统电涌保护器的选择，应根据线路的工作频率、传输介质、传输速率、传输带宽、工作电压、接口形式、特性阻抗等参数、选用电压驻波比和插入损耗小的适配的浪涌保护器。

2.2 变电站自动化系统防雷保护方案

2.2.1 交流采样、开关量回路

电压互感器和电流互感器二次线，还有提供开关量给保护测控装置及五防使用，该回路上安装电涌保护器。

2.2.2 配电回路

在变电站所用电屏、直流屏、后台机的UPS配电回路安装电源电涌保护器。

2.2.3 通信回路

在变电站主控室的通信回路主要有：光纤通讯，GPS天馈线、RS485信号控制线、CAN网电缆连接到10 kV馈线测控、电话拨号音频与MODEM连接线，以上的连接电缆安装信息系统电涌保护器。

3 结语

随着我国电力系统的迅速发展，变电站自动化设备的广泛应用，防雷保护技术更加强调全方位防护、综合治理、层层设防。变电站综合自动化系统的防雷及过电压保护是一个系统工程，必须有整体防护的思想，采用屏蔽，均压，分流的各个保护，全方面的防雷措施。

参考文献

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关键词：变电站 二次设备 防雷保护

前言

随着科学技术的日新月异，变电站综合自动化系统在电力系统中得到了飞速的发展和广泛的应用，变电站的二次防雷问题逐渐引起重视。一方面变电站综合自动化系统内部各个子系统芯片高度集成化、电路复杂化，造成设备耐压、耐过流水平下降，对雷电的承受能力下降。另一方面信号来源路径增多，雷电的入侵途径也增多，使得变电站二次设备受雷击损坏的事件也不断增加。如何提高变电站二次防雷水平作为一个迫切问题摆在我们面前。

一、封开局二次设备受雷损坏数据统计

2010年封开地区变电站二次防雷改造前变电站遭受雷击造成二次设备毁损的统计数据。

导致二次设备被雷击损坏的可能原因是二次设备产品自身制造质量问题吗？但是无论哪个厂家设备出厂前都必须做过试验经过检验及格后方可出厂。因此变电站二次设备频繁遭受雷击损坏并不在于产品自身制造问题，而是在于变电站二次设备防雷设计问题上。

二、变电站二次设备雷电入侵途径和表现

雷电干扰是变电站所受干扰的重要因素，特别是对于二次系统而言，闪电的电磁脉冲辐射危害极大。从作用原理来讲，变电站受到雷击从而破坏二次系统有一个比较复杂的作用路径：雷电入侵变电站后使避雷器发生动作，电流通过变电站地网进入大地，但同时也引起了变电站地网电位升高。由于变电站各种二次设备对地电位不相等，由此形成地网电位差，该电位差通过电源中性点形成回路，导致反击引起设备损坏。雷电入侵变电站二次系统主要有以下几个途径：（1）雷电从电源线入侵。雷电波由站用变或一些外场设备经由交流母线和直流母线分散到各用电设备。（2）雷电从通信线路和天馈线入侵。通信电缆与综合自动化系统设备直接连接，且大多通信电缆无论是载波还是光纤大多为架空线架设，遭受直雷击的概率较大。（3）雷电放电时强大的电磁场。直接与一次设备连接的二次线路、从高压室进入保护室的电缆感应到雷击产生的电磁场从而产生过电压直接传到二次设备引起设备损坏。（4）地电位反击。二次设备电源是由变电站所用变压器供给的，在正常情况下，各二次设备的电压就等于电源供给的电压。当发生雷击的时候，由于各二次设备分布在不同的位置，且设备外壳就近接地，其接地点与雷击点产生水平距离，由于各自距离的不同，各分布点的电位则不同，而次设备接地点与电源点的电位差也不同，这就导致地网电位差的产生。

三、目前变电站二次防雷现状及存在问题

1、电源部分：电力线是雷电进入而次设备的主要途径，变电站站内用电进入主控室和通信机房的配电系统必须采取安全、可靠的防雷保护措施，但是目前大部分变电站站内的交流配电屏、直流电源屏、UPS电源屏都没有安装浪涌保护器或者只设置一级防护浪涌保护器。2、通信系统：通信信号线是与外界实现通信联系的主要途径，这些与外界联系的通信线路与机房的终端设备相接，比较容易将雷电带入到二次设备，有没有有效的防雷措施。3、二次回路：TV和TA二次线从湖外高压场引入到主控室的各种二次设备缺少防雷保护措施，极易从一次系统感应雷击。还有开关场的开关量经220V或48V引入到保护测控装置，该引入线感应雷击波的概率就比较大，无有效的防雷保护措施。

四、变电站二次防雷改造

针对雷击入侵变电站的主要途径和目前变电站的现状采取相应的防护措施。

1、多级引流防护：在薄弱环节安装SPD，通过SPD的接地线将雷电流引入地下，通过在线路各级安装SPD分步减少雷击电流的传导，将雷电流最大限度地控制在二次设备可承受的范围之内，确保设备稳定运行。主要措施有：1）交流站用电屏：作为变电站唯一的交流总输入、输出设备，应在交流屏两路输入380V进线电源端安装SPD，作为交流站用电系统中电源进线的第1级防护，将雷击产生的大电流瞬间泄放入地，在交流屏两段输出母线处安装SPD，作为第2级防护，将第1级SPD未泄放完的雷击电流瞬间泻放入地。2）直流屏、通信电源屏、保护测控屏等的交、直流输入端安装SPD，另外，直流站用电屏输出母线上加装SPD，串联安装在直流线路上，作为第3级防护。一方面是抑制室内电源线上的感应过电压，另一方面是将第2级SPD未泻放完的雷电流瞬间泻放入地。3）逆变电源屏：由于后台监控系统、五防系统等的需要，必须将交流电转换成直流电。因此，为防止雷击电流对其影响，在逆变电源侧加装SPD，作为第4级防护，将第3级SPD未泻放完的雷击电流瞬间泻放入地。4）信号用SPD：站内各屏之间的通信线，在靠近保护设备端安装SPD。

2、等电位：将变电站内机柜、二次设备的金属外壳、屏蔽线外层、安全保护地和SPD接地端等连接起来，再与等电位网做好连接，形成变电站内所有二次设备等电位，防止发生地电位反击现象，可有限制过电压，保护二次设备不会损坏。

3、接地、屏蔽：屏蔽是指把雷击电磁脉冲从空间感应入侵的通道加以阻断，对信息系统中信号线路采用屏蔽线可大大减少雷击感应的可能。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感应过电压。具体措施有以下1）变电站综合自动化系统及其它二次设备应采用共地系统，接入变电站主接地网。2）主控室接地网将各盘柜内地线通过接地铜排首尾相连形成环网，接地铜排截面积不小于100M.3）需要接到各接地网的二次设备主要有：自动化设备机箱、保护、测控装置机箱，自动化系统、保护、测控装置的隔离变压器（如采样系统用的测量TA和TV，直流逆变电源隔离变等）屏蔽层，二次电缆屏蔽层、铠装层（采用两端接地方式），后台监控计算机机箱、UPS电源机箱。二次设备盘柜（如保护屏、测控屏）、端子箱应直接接地。线路TA和CVT二次回路采用就近接地，母线TA，CVT二次回路采用主控室接地，与母线TA和CVT二次回路有电联系的所有TA和CVT二次回路应共同一点在主控室接地。

五、结束语

依据现代防雷技术，2011年封开供电局建立了封开地区变电站二次防雷改造项目，对封开的所有综自站进行了二次防雷改造。改造至今，变电站的二次设备经受了两年雷雨期的考验，取得了很好的效果，二次设备受雷击损坏的概率明显下降，说明了防雷改造的效果。

参考文献

[1]Q/GD001 1122.03-2007广东电网公司变电站二次系统防雷接地规范

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关键词：微机保护和自动化装置；二次系统；防雷。

中图分类号：U665文献标识码： A

引言

近年来，随着电力系统的不断改造及科学技术的发展，特别是计算机技术的发展，变电站微机综合自动化系统以其独特的优势在电力系统中被广泛的应用。变电站实现综合自动化不仅为变电站实现无人值守和配电网实现自动化奠定了基础，而且也为电网提供更安全.经济可靠和高质量的电能创造了条件。

变电站实现综合自动化是传统变电站二次系统的重大变革，其装置形式，功能配置以及操作方法都发生了根本的变化。利用多台计算机和大规模集成电路装置组成的自动化系统，代替了常规的测量和监视仪表，代替了控制屏，代替了中央信号系统和远动屏机常规的继电保护。但是，对于使用超大规模集成电路，运行电压值只有数伏，信号电流仅为微安级的微机装置与以往电磁式保护装置相比，耐热容量要小，对尖峰脉冲的耐受能力比较脆弱，特别是雷击过电压的暂态冲击会造成变电站二次系统严重损坏，甚至造成监控系统瘫痪，严重威胁电网的安全运行。

1.低压二次系统存在的问题

范县供电局管辖的电网有110kv变电站4座，35kv变电站10座，由于变电站原来是按常规站设计，标准比较低，设计时未考虑低压系统防雷。近几年以来，变电站低压系统、综自系统、后台系统不同程度遭受到二次雷电波的侵袭，造成低压二次设备烧坏，比较严重的就先后发生了四次由于雷电波通过站用变低压侧和两路引出的通信电缆入侵，致使调度通道机、远动柜的电源插件、RTU信号插件、UPS和后台监控微机都受到了不同程度的损坏，已经影响到系统的安全运行，而雷击事件由于其极高的电压幅值和不可预测性更是微机系统的“天敌”。

2、原因分析

随着电子及技术的迅速发展，雷电击各种浪涌信号通过供配电线路和网络通讯传输线路造成的危害越来越大，由于在网络系统内集中了大量的微电子设备，而微电子设备所固有的特殊性，比如速度快、精度高、抗干扰能力差、过压过流保护能力及其脆弱，对其工作环境的要求越来越高。雷电以及大型设备的瞬间过电压、过电流会通过电源线，信号传输线等导体，是储存的信号或数据受到干扰或丢失，甚至使电子设备产生误动或暂时瘫痪，系统停顿，数据图像传输暂停，网络遭到破坏。

雷电和浪涌并非只是在遭受雷击时才会出现危害，实际上感应雷和强浪涌是经常会发生的，比如网络系统临近区域内大负载用电产生的开关闭合以及大量设备开关而产生的浪涌（操作过电压、过电流），对于脆弱的电子设备始终都存在着潜在的威胁。据统计，设备遭受感应雷击和雷电流侵入的事故要比设备遭受直击雷事故多70%以上。雷击往往造成通信线路完全中断或通信质量明显下降。因此，必须重视雷电对通信网络线路的危害，并及时采取有效的防雷措施，确保通信畅通。因范县据所辖区域变电站属濮阳雷电流易发区，且临近区域大负载用电开关闭合频繁极易遭到感应雷击，造成系统瘫痪。雷电防护就是要切断雷电和浪涌进入的途径，也就是从供电和通讯两条途径（即线路）切断侵入网络的强浪涌；对于实际情况，通过分析雷电入侵途径，有必要对变电站低压电源系统的雷电干扰进行系统、深入的研究，找出在低压电源系统防雷方面存在的问题和不足，并进行改造和完善。

我局所辖变电站在高压系统的防雷保护方面是比较完善的，防直击雷有避雷针，110kv及以上线路架空地线保护，35kv线路有进线段保护，10kv线路有出线避雷器保护体系。但在400v低压系统上的防雷措施都不够完善，存在较多问题和不足，如低压交流、直流配电线路是雷电及过电压进入电子设备的主要途径，并未采取安全、可靠的防雷保护措施；通信线路上感应雷击强度虽然比电力线上的要低，但通信接口（GPS 无馈线RS232、 RJ45、RJ117等）的耐过流能力较低，仍然存在很大的感应雷击隐患；交流采样，开关量回路TV和TA二次线从户外高压场引入到主控室的各种二次设备，没有防雷保护措施，极易从一次系统感应雷击，还有开关场的开关量经直流220V或48V引入到保护装置或监控后台机，提供开关、刀闸、等开关量给保护装置和监控及五防使用，该引线较易感应到雷电流，感应雷电的几率较大，也无防雷保护措施，以及部分自动化控制设备接地不符合规范要求。

以及部分自动化控制设备接地不符合规范要求。

3、解决方案及对策

在二次系统易遭受雷击的变电站低压交流系统加装三级防雷模块，在直流系统总馈线开关加装防雷模块；在信号传输线路连接的设备通信口侧安装信号浪涌保护器（SPD）进行防雷保护。

交流电源系统SPD基本配置；考虑到局下属的变电站雷暴环境和其他因素，在低压交流电源的SPD配置采用2-3级保护，每个SPD保护范围一般不超过30m，超过则需再设置SPD。一般第一级标称放电电流最大，装设了带雷击技术功能的SPD。各级SPD宜具有劣化指标功能。第一级安装于三相交流配电总屏（进线柜）内，主要是泄放大雷电流；第二级安装于交流分屏（包括整流屏）内，主要用于限制雷击引起的瞬态过电压；第三级安装于重要设备电源入库处，主要是当前端安装的SPD所得的电压保护水平加上其两端引线的感应过电压以及反射波效应不足以保护远端设备时，在该远端设备处加装了第三级防雷装置，保护该设备。

信号系统防雷装置：在信号传输线路连接的设备通信口侧安装信号浪涌保护器（SPD）进行防雷保护。通信线防雷：在通信线进入设备之前串联安装了过电压保护器，抑制沿线路传导的过电压对设备造成危害，可满足ADSL、ISDN、DDN帧中继模拟电话线等多种通信线路的防雷保护。

直流电源SPD基本配置：在低压交流侧安装SPD后，根据规范要求，在直流侧各总馈出线开关处也安装SPD。

4结论

通过将近一年多的实践检验，自我局在低压二次系统安装了浪涌保护器、防雷插座等防雷模块后，该四个变电站系统运行正常，再未发生过调度通道机、远动柜的电源插件、RTU信号插件、UPS和后台监控微机遭雷击而损坏的现象。我局将逐步实施，在一些重要机房的低压二次系统全部装设防雷模块，确保低压二次系统的正常运行，为电网提供安全、可靠、稳定的电源，确保电网安全生产。

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【关键词】变电站 二次设备 防雷技术

随着电力设备自动化改造的深入，综合自动化设备电子技术的不断发展，精密电子设备、微电子技术的广泛应用不断增多，雷电对变电站各系统设备的危害越发突出。一方面变电站自动化系统等设备核心元件耐过电流、雷电压的水平越来越低，敏感性提高；另一方面由于信号来源路径增多， 系统较以前更易遭受雷电波侵入，致使雷电灾害频繁发生， 特别是雷电多发区，轻者导致性能下降，重者造成系统损坏雷击事故。严重威胁电网的安全运行。

1 防雷设施认识误区

许多电力工作人员都认为安装避雷针（塔）、避雷带、架空地线能防护二次系统设备遭受雷电干扰。其实不然，避雷针（塔）、避雷带、架空地线为直击雷保护装置，主要是为了保护外部建筑设施以及高压线路免受直击雷引起的事故及人生安全。同时，当雷电直接击中室外的电源线、信号线、通信线路雷电流就会沿着这些线路侵入室内设备，烧毁设备。高压线路避雷器也不能满足变电站二次系统设备的雷电防护需求，高压线路避雷器的限制电压（雷电流通过后的残压）很高，远远大于变电站二次系统设备的电压承受值，因此高压线路避雷器对变电站二次系统设备不能起到有效的雷电防护作用。有些二次设备自身带有一级防雷装置，但是大多设备自身带有的防雷装置通流容量较小，是按照防雷逐级防护原理的最后一级设计的，当遇到较大的浪涌电流，必须要有前两级防雷装置的配合下才能正常工作，否则自身会因承受不了强大的浪涌冲击而损坏，因此说单凭设备自身带有的防雷装置不能起到很好的防雷效果。

2 雷击故障原因

分析发现变电站在弱电设备防雷方面主要存在以下不足：个别建筑物直击雷防护措施不合格，建筑物本身容易遭受直击雷破坏，雷电波经金属体入侵并危及建筑物内部的弱电设备。变电站地网的接地电阻偏大，没有达到小于 0.5欧姆的国家标准要求，遭雷击时地电压抬高偏大，干扰并损坏弱电设备。部分弱电设备的外壳以及连接电缆的屏蔽线没有可靠接地，容易遭受雷电波的侵入，引起过电压，造成设备损坏。站内通过网络进行通讯，通讯线路长，在雷击时易感受雷电波，造成系统的损坏。大部分弱电设备的电源线、控制线和信号线没有安装相应的防雷器（spd），即使加装了部分防雷装置，也因为设计不合理、spd选型不符合、分级不完善、技术参数不匹配、安装位置不准确、无整体系统意识等原因。有些立于房顶和空阔地的闭路监视设备，没有安装接地装置，容易遭受直击雷的破坏。

3 雷电波入侵的途径

在变电站内，雷电波一般通过以下途径入侵： gps卫星天线；监控视频线、控制线、电源线；室外通信线缆； pt线路、各测控线路；环路感应过电压；变压器低压侧电源线路；直击雷电流通过接地装置时所产生的电位差，形成雷电反击。

4 雷电防护措施

电力系统变电站外部防雷设施基本完善，现有设施基本能满足外部防雷需求，目前主要考虑内部防雷系统及雷电过电压防护措施。

4.1 等电位连接

将机房内各设备金属外壳、水管、暖气片等金属管道以及机房内所有无源金属体连接至接地汇流排，消除其相互间的电位差。

4.2 合理布线

为防止不同电压等级的电源线、信号线相互间的电磁干扰。对不同电压等级的电源线、信号线分类布置，其相互间隔需满足安全距离，所有进出室内的线缆须使用铠装电缆或穿金属管埋地通过，其金属外皮实行两端接地。

4.3 接地系统

首先在保证机房接地系统的接地电阻符合防雷要求的基础上，还要防止可能存在的由接地系统的多元化而造成的在接地系统中产生电位差，防止反击雷入侵。

4.4 雷电过电压防护

过电压是在雷电放电、开关过程以及静电放电时形成并沿线窜入的，其可能对电子信息系统造成危害的入侵渠道主要是：电源线、测控线、通信线和接地线。雷电过电压防护的基本原理是在瞬态过电压的极短时间

，在被保护区域内的所有导电部件之间建立一个等电位，这种导电部件包括了供电系统的有源线路和信号传输线，也就是说为了对电子信息系统雷击电磁脉冲的防护，要用一种现代高科技电涌防护器（spd）设置在供电、信号线路上，使在极短的时间（ns级）内，将可能产生高达千安级的雷电流从电源传输线和信号传输线分流或传导入地。其防护要点如下：

4.4.1电源部分

在交流电源线路加装spd，并采用三级逐级泄流方式进行防护，使其限制电压低于所保护设备的瞬间耐压值，以保证所保护设备不遭受雷电以及各种因素引起的强电流、高电压的侵害。

在直流电源线路加装与电压相匹配的直流spd， 使其限制电压低于所保护设备的瞬间耐压值，以保证所保护设备不遭受雷电以及各种因素引起的强电流、高电压的侵害。

4.4.2信号部分

在有可能遭受雷电干扰以及其它电磁感应的信号线路加装信号防雷装置。使其限制电压低于所保护设备的瞬间耐压值，以保证所保护设备不遭受雷电以及各种因素引起的强电流、高电压的侵害。

5 防雷器（spd）工作原理及选型标准

5.1 防雷器工作原理

防雷器（spd）是防止过电压的。工作原理是：防雷器的泄流器件与设备母线并联，防雷器会根据被保护设备的耐压值设定一个浪涌启动电压，当母线电压正常时，防雷器处于休眠状态，此时的母线与地隔离，母线对地绝缘，当母线电压不正常（包括雷电过电压和内部过电压），达到或超过防雷器的启动电压时，防雷器动作，使母线接地，释放电流。过电压时间一般很短。过电压作用过去后，流过避雷器的电流是工频续流，要求防雷器这时能可靠切断工频续流，使母线对地隔离。这时防雷器又恢复到原来的休眠状态。

5.2 防雷器选型标准

依据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》gb50343-2004和《gb50057-2010_建筑物防雷设计规范》对防雷器各参数值要求，并结合变电站的实际现场情况，各防雷器及主要辅助器材主要参数选型如表1、表2、表3。

6 结束语

由于二次设备总体防雷方案是按照现有设备对防雷等级的要求综合进行设计的，结合现运行变电站的特点，对需要改造的变电站现运行二次设备进行了综合检查，对现有防雷保护设施、接地电阻等进行了现场测试，对可能存在雷电波入侵区域、设备进行了全面考虑，充分考虑了各类二次设备的耐压水平、工作电压、电流以及各电源线、信号线的布线特点，并按照当地的雷暴日和雷电活动特点综合考虑，多方面入手，形成一个整体的、系统的综合防雷系统。方案实施后再没有发生雷害及过电压烧损设备事件，二次设备防雷技术改造取得了明显效果。

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关键词：变电所 土建工程 施工

随着社会经济的不断持续快速增长，电力供需矛盾也不断突出。近年来，电力企业新建了大量的变电所。这些变电所的建成，对电网的供电结构、电网供电可靠性、降低供线损等方面都起到了积极作用。

一、变电所土建工程施工常见问题

1.土方平衡达不到优化

变电所工程的土地规划往往以尽量少占良田为原则，一般所址选在山坡、荒地、水塘等地势起伏较大的地块，从而使场地平整、挡土墙、建构筑物、电缆沟的基础土方、留置利用的耕植土等土方挖填量难以准确掌握。同时，影响所内的土方最优平衡方案的确定。

2.挡土墙施工不规范

变电所工程通常设计的挡土墙为浆砌块石挡土墙，在施工时操作人员对浆砌块石的操作规程及质量标准不太清楚，凭个人经验来控制施工质量的现象时有发生；施工技术管理人员对这方面的知识也欠缺，特别是挡土墙的拉结石设置、泄水孔安放、块石的排列、石块空隙填嵌方法等一些砌筑构造方面的规定不太清楚，造成浆砌块石挡土墙的质量失控。

3.土建与电气配合工作不到位

变电所土建工程是送变电安装的先决条件，是变电所投产安全运行的基础工作。随着电力事业的不断发展，变电所的建设周期大幅度缩短，而与电气安装有关的预埋件（管）、预留洞、防雷接地等施工质量及与电气安装施工进度的配合尤为重要，在土建施工时不仅要符合土建设计文件要求更要满足电气安装的要求。

4.施工部署针对性不强

变电所工程施工部署中应充分考虑接地网、施工道路、进所与所内道路、电缆沟、主控楼、接地变消弧线圈室、就地继电器及35 kV屋内配电装置楼、220（110）kV构支架基础的施工流程，特别是建、构筑物基础土方开挖的时间不当，将直接影响下道工序的正常施工。其次，建筑物基础阶段应同时将基础部分内的设备基础及电缆沟一起完成，反之会造成不必要重复劳动及机械、材料损失。

5.回填土质量下降

地基和基础是变电所工程中很重要的一个部分，特别是软土地基和回填土处理时，必须保证分层回填、夯实的质量，使处理后的土层有足够的强度和稳定性，基土不能产生破坏和较大的变形，否则将会使建、构筑物遭受破坏，从而威胁到变电所的正常运行。

二、质量控制措施

1.主体框架的施工质量控制

（1）模板工程：模板工程制作时首先要保证结构部分的形状、尺寸及相互间位置的准确性，其次要求摸扳本身要具有足够的强度、刚度和稳定性，从而保证在混凝土自重、施工荷载及混凝土侧压力的作用下不破坏、不变形。同时对现存大量采用大坍落度商品混凝土的状况，尤其需要注意模板的接缝的严密性，防止漏浆。

（2）钢筋工程：钢筋工程的好坏直接影响到整个土建工程的安全性、可靠性，钢筋工程首先要控制好原材料。要有好的钢筋工程首先要保证钢筋的质量良好，凡施焊的各种钢筋、钢板均应有质量证明书；焊条、焊剂应有产品合格证。一批钢筋要进入施工现场必须要有试验报告和材质单，进入现场后还要按国家标准中的规定做复检，复检合格后这批钢筋才可以用于工程。

（3）混凝土工程：混凝土质量的好坏，对结构物的安全、使用寿命、造价有很大影响，因此在施工中我们必须对混凝土的施工质量有足够的重视。目前大多市区变电所主题工程均采用商品混凝土，施工单位根据施工图纸要求，确定混凝土标号和各个结构部位的混凝土用量，在经过模板、钢筋、预埋件、预留孔、暗埋管道、接地等工种的核对及验收工作后，进入混凝土浇注，为了保证高柱子浇注时产生混凝土离析现象，就要控制混凝土的浇注高度，同时要先给柱子座浆。浇捣时要注意振捣工作，因为混凝土的强度、抗冻性、抗渗性以及耐久性均与混凝土的密实度有关，所以在振捣时要注意振捣时间、振捣间距和振捣方式，浇注完成后要重视混凝上的养护和控制拆模时间。

2.墙面抹灰工程的质量控制

抹灰工程具有提高墙体抗风、雨、雪、日晒及腐蚀介质侵蚀能力，保护墙体，通过观感、体型及色彩变化，装饰立面，同时可增强墙体的保温、隔热、防潮及隔音作用。同样施工处理不好也会产生墙面裂缝、空鼓、脱落、表面粗糙、起泡等质量通病。

为了防止这些质量通病的产生，施工时，要按施工要点，认真处理基体，浇水湿润墙面，砂浆必须使用合格材料，砂浆稠度、保水性及粘结力等指标应符合规定要求，目前南方的沙普遍偏细，施工时要严格按照实验室配合比拌制砂浆，施工中，分次抹灰厚度不能超过规定厚度，凡大于8mm的分层厚度，均应分两次涂抹，对于较光滑的混凝土表面，不应抹灰找平，应剔凿平整后，局部修理，满刮腻子，对于混凝工和砖墙接合处，应先铺设细钢丝网，分层进行抹平。

3.预埋件工程的质量控制

变电所的预埋件施工质量不同于一般工业厂房的预埋件质量要求，它不仅要满足建筑安装工程施工规范要求，更要满足于电力部门的设备安装施工规范要求。在施工时，先要熟悉了解变电所预埋件的种类，认真查看图纸，在施工图上标注清楚，不要漏埋。

对于直接埋置在建筑地面的预埋件，施工时可先在模板上标注位置后，在模板上固定螺栓，待混凝土浇注完毕后，通过水平仪控制高层，将预埋件上钻孔焊接在螺栓上。

对于预埋在预埋件上的槽钢，可先在混凝土浇注前预埋好预埋件，在做建筑地面前再做槽钢埋置工作，这样做可以避免槽钢移位和施工损坏现象。槽钢埋置前先要对采购的槽钢进行加工和矫正工作，防止起翘的槽钢直接用于工程，长度大于6m的槽钢埋置时，可先在预埋位置两端预埋件上焊接两段钢筋，通过水平仪在钢筋上测定预埋高层后，焊接人员通过拉线埋置槽钢。

4.预留孔洞的质量控制

在施工前，作业人员先要熟悉变电所工程的工艺流程，认真核对施工图纸，在技术交底时要说明白透彻，现场施工时，技术人员、质监人员和监理工程师要实时检查，防止漏留、错留，在现浇楼板上预留孔洞时，可先在模板上用墨线弹出预留的位置，在保证预留孔洞内径的前提下，用同样大小相对较硬的泡沫固定在模板上，混凝土浇注完毕达到拆模要求后凿去，清理孔壁后用纯水泥浆修整完成。

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关键词：电极保护；变电站；防雷接地；作用研究

中图分类号：TU99 文献标识码：A

目前，在变电站防雷接地中，最常见的技术就是接地网，但电力系统在快速发展的过程中，也得到了很大的进步，同时在防雷接地网的安全维护中也遇到了巨大的挑战，金属在地下经常被腐蚀，使得整个变电站系统的保护功能以失败而告终。为了能更好的利用防雷接地网，前提就是解决这一挑战问题，在经过工作人员研究之后，发现了阴极电极保护技术，该技术不仅投资小，而且效果也非常好，操作起来还方便敏捷，并且无论实在国内的变电站防雷接地中还是国外的变电站防雷接地中，都得到了普及。

一、分析变电站的防雷接地技术

1 变电站的防雷接地技术

在变电站的防雷接地技术中，根据作用方式的不同将其分为两种，第一种是通过特定的防雷防护装置而将雷引入到接地网中来完成变电站防雷接地的保护工作；第二种是预防雷电的侵入，但在本文中，研究和分析的是第一种，通过特定的防雷防护装置而将雷引入到接地网中。这里所使用的防雷防护装置是接闪器，它可以对电流执行拦截和导引的作用，具体的装置就是避雷线和避雷针。在一些小型的变电站中，只需要使用避雷针就可以达到防雷的效果了，但是在一些大型的变电站中，不仅要在架构上安装一些避雷线或者是避雷针，还要严格设置引流线的参数，这样才能完成变电站的防雷工作。而接地线是连接在屏蔽设施和被保护对象之间的引线，在变电站工作时期电阻要在1Ω以下，它主要有主接地线、分接地线以及等电位连接板三种接地线。

2 变电站防雷接地中的防腐蚀方法

根据上述的论述可知，在变电站的防雷接地中，面对的最大挑战就是腐蚀问题。首先，从材料的角度出发，如果将原来的材料碳钢替换成钢，则会减少材料的腐蚀度，但由于钢的价格非常昂贵，使得变电站防雷接地中的防腐蚀技术再次失败。其次，如果在接地网的材料表面涂上一层抗腐蚀的材料，就会减少腐蚀，但是这种方法需要耗费大量的时间和金钱。最后的一种防腐蚀技术则是本文论述的重点，利用阴极电极保护技术，该技术不仅投资小，而且操作起来也非常简单，下文就对该技术进行探讨和分析。

二、分析阴极电极保护技术

1 原理

对于阴极电极保护技术的原理，是对被保护的金属不断的补充电子，避免在金属原子失去电子之后溶入到溶液里，并出现负电位的现象，而在变电站防雷接地中，是利用阴极电极保护技术对接地网进行不断地补充电子，进而形成一个大型的阴极，这个过程就称为阴极电极保护。对不同阴极的保护根据实现的方法不同而分成了两种，分别是外加电流法和牺牲阳极法。

所谓外加电流法，是在阴极保护的同时将电源的负极和被保护的对象相连接，使得其电位比周围环境的电位低，进而形成阴极，最后达到一个避免被保护的金属被腐蚀的目的。但这种阴极电极保护的方法主要用在土壤的电阻率很高的环境，或者是大型的变电站中。具体的外加电流阴极电极保护的原理图如图1所示。

所谓牺牲阳极保护法，它是与电位比被保护金属更低的金属相连，然后将电子通过转移的方式转到被保护金属上，形成牺牲阳极的阴极保护，在实际的应用中，主要用到的阳极金属主要是镁以及镁合金阳极，和锌合金阳极。这种方法相对上一种方法来说比较方便，并且还不需要外界的电源，在运行时也不会有干扰的现象产生，但这种方法还有一个缺点，使用寿命相对较短，只有3到5年的时间，并且有时还会在阳极表面有一层硬壳产生，该硬壳不仅不导电，还会对电子的输出产生阻碍作用，进而会导致整个保护以失败告终。

导致保护失败的主要原因有以下两种，一是阳极所在地区的土壤电阻率较高；二是阳极的金属不满足所规定的要求。所以，牺牲阳极保护法只适用于变电站的规模较小的情况或者是周围土壤的电阻率比100欧姆小的环境。具体的牺牲阳极保护法的原理图如图2所示。

2 分析两种阴极电极保护技术在使用中所要注意的方面

在现实的防护中，无论是外加电流保护法还是牺牲阳极保护法都需要特别注意的地方，进而才能让整个的保护效果更完美。

在采用牺牲阳极保护法时，首先要测定该环境周围的土壤电阻率以及在不同时间内的变化范围，其次就要根据测出的电阻率来选择作为牺牲阳极的金属材料。下表是镁和锌阳极的性能表，可以通过下表来选择阳极金属的材料，但如果所测出土壤的电阻率大于100欧姆时，建议不选择这种保护方法。

通过上表选完阳极的金属之后，就到计算整体保护的面积以及阴极总电流的时候，而这些计算的依据是根据变电站防雷接地网中的碳钢结构以及外形的尺寸。但对于计算总电流，则还可以根据土壤腐蚀性所规定的最小电流计算。而阴极保护的电位可以根据接地网的自然腐蚀电位而决定，将其左移250MV～300MV或者可以直接规定为-850MV，对于电位的选择，只要能将电流密度保证到最小，则就可以不用考虑电位了。在上述所有理论值计算完之后，就可以决定阳极的质量和个数等各种参数了，最后才是确定用阴极电极保护技术来保护整个变电站防雷接地系统的安全性和可靠性。

三、阴极电极保护在变电站防雷接地中的施工

1 施工需要注意的问题

首先，对于牺牲阳极的材料，在选择和设计时必须要符合国家规定的标准，而且还需要专业的工司或人员来完成。

其次，对于施工的方案和程序，不仅要满足国家规定的标准，还要符合专业的设计要求。

2 两种保护技术的优缺点分析

对于牺牲阳极保护法，优点是不需要外加电源就可以工作，并且干扰小，管理和维护都比较简单，运行时电流的分布也比较均匀，效率也高，整个工程队伍的投资和总体的保护长度成正比；其缺点是必须有高质量的覆盖层，保护的电流不能实现控制，而且还不适用于较高的土壤电阻率环境中，对于阳极的金属材料还必须要定期的更换才能完成。

对于外加电流保护法，对外界环境的电阻率无影响，所需要的覆盖物质量不用太高，对大型的变电站和工程量较大的环境都适合，输出的电流可以随意控制，并且使用的寿命还较长，不需要更换仍然可以继续再用。其缺点首先是需要外加电源才可以运行，对周围金属建筑物的干扰也会产生较大的影响，其次还需要定期的管理和维护。在实际的应用中，可以根据变电站防雷接地的具体情况来选择适当的保护技术。

四、阴极电极保护在变电站防雷接地中的应用实例

无论是国内还是国外，阴极电极保护在变电站防雷接地中的应用都受到了认可。例如，在浙江省台州市，110KV的海保变电站在2005年就将阴极电极保护技术应用到防雷接地中，在2007年，将第一批腐蚀试片挖出时，却未发现有明显腐蚀的地方。而在一些沿海地区，即使气候潮湿容易腐蚀，但阴极电极保护在变电站防雷接地中也受到了应用，例如1982年建立的内蒙古包头市的桥西变电站，在未引进阴极电极保护技术之前，需要经常维修，并且还要填补接地网附近的腐蚀坑，而2009年，该变电站采用了阴极电极保护技术，经过一年的使用之后，挖出测试片进行分析时，却发现测试片的腐蚀速度仅是未保护测试片的1/3，抗腐蚀的效果非常明显。

结语

通过本文对阴极电极保护在变电站防雷接地中的作用，我们可以总结出阴极电极保护技术不仅可以降低腐蚀速度，同时还能为接地网提供稳定性，最后达到接地网使用寿命延长的效果，这为电力系统的正常运行提供了保证。

参考文献

[1]张建德，刘铁.500kV双河变电站接地网阴极保护运行分析[J].湖北电力，2011（06）：57-58.

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【关键词】变电站；二次；防雷；措施

1.引言

近年来，庐江电网飞速发展，随着变电站无人值班改造的深入，我公司变电站综合自动化率已达到百分百，综合自动化改造后，微机保护装置替代了原来的电磁式保护，大量的高度集成的弱电子设备在变电站保护、通信以及远动领域中得到广泛应用，但经过一段时间运行，变电站二次设备遭受雷电冲击而损坏的事故在我公司时有发生，雷电对变电站二次系统设备的危害越发突出，造成难以估算的经济损失，严重威胁电网的安全运行。如何采取有效的防雷保护措施，保障电网正常可靠的运行，这是摆在我们面前的一个新课题。

2.案例分析

下面结合我公司近年来发生的几起典型的二次设备雷害事故，做些浅显的探讨，通过剖析变电站综自改造过程中二次系统防雷存在的疏漏和薄弱环节，探寻雷电入侵变电站二次系统的主要途径以及相应的防雷技术措施。

案例1：2007年春季，我公司110千伏缺口变遭受雷击，二楼主控室RTU总控单元（属早期综自装置）损坏，一楼通信机房内光端机远动串行通信口（RS232/422等）打坏，导致设备通讯中断，实时监控信息无法上传。

案例2：2008年6月某日，雷电造成35千伏汤池变5台微机保护测控装置黑屏，通讯总控单元通讯接口击坏，两只数字式计量电表烧毁，3条线路误动跳闸，导致整座变电站通讯中断、数条线路停电的重大损失！变电站基本瘫痪。

庐江属丘陵地带，地下多有矿藏，雷电频繁，而且雷击强度大、持续时间长，导致近年来庐江电网雷击事故频频发生，造成难以估算的经济损失，给公司带来很坏的社会负面影响。同一变电站多次遭受雷击重创，引起了公司领导的高度重视，责成笔者组成专题小组破解110千伏缺口变屡遭雷害的原因，攻克综自变电站防雷的技术难题。以此契机，笔者对综自变电站二次防雷有粗浅的见解和重新的认识：

雷电入侵综自变电站二次设备不外乎三个途径：

（1）雷电通过交、直流电源电路进入设备，造成微机保护测控装置、通信系统等的电源部分烧毁，这是占比例最多的一种雷电危害。

案例3中雷电过电压就是沿35千伏线路通过1#站用变（1#站变接在35千伏缺裴联络线上），经过站用变高压侧避雷器削峰平波后，其残压与电源电压叠加后耦合到低压所变屏，再经过低压电源回路进入设备，击坏RTU总控单元以及后台监控机、UPS电源、空调等的的电源部分。但雷电何以通过层层障碍，直击二次设备呢？起初，我们也一片茫然百思不得其解。我们对缺口变雷害的形成及雷电入侵的途径作了分析、判断和艰苦的探寻工作。

（2）感应雷过电压通过信号线进入二次设备，造成其通讯接口部分的损坏，也是常见的一种雷电危害。

案例1就属于类似的雷电波入侵。由于变电站综自改造中不严格遵守施工规范，信号电缆无屏蔽，电力电缆也无屏蔽或屏蔽不好，两电缆之间未远离，信号线与强电的电力电缆平行敷设，雷电波通过电力电缆时就在信号电缆中产生感应过电压，从而进入二次系统损坏设备。

（3）通过PT、CT以及开关量回路也是将雷电过电压引入电力二次设备的主要途径之一。

PT、CT一次侧与变电站的高压部分相连，高压线路上的雷击过电压（高压线路遭直接雷击或被感应雷电所产生的过电压）经过流变或圧变传到二次侧，进入保护测控装置，损害电力保护、测控装置等的对应部分，使二次设备遭雷击误动作或损坏。案例2的一部分保护、测控装置以及电能表的损坏就是因为上述情况引起的。

这一方面，我们采取的防范措施是：

（1）保证PT、CT二次侧可靠接地和消谐装置的正常运行。

（2）PT、CT均处于强电回路中，其二次线从户外高电压场引入到主控室的各种二次设备，无有效的防雷保护措施，极易从一次系统感应雷击，应该同电源防护一样进行分级防护，所以，我们在电压互感器的低压侧、电压互感器线路进入测控屏处安装电涌保护器。如此，经过双层保护，使从互感器窜入的雷电流基本能够控制在线路能够承受的额度之内，从而保证了整个系统的正常运行。

（3）开关量回路的隔离：变电站综合自动化系统开关量主要是断路器、隔离开关的辅助触点和主变压器分头位置等。这些断路器和隔离开关都处于强电回路中，必然会受强电回路雷击、操作过电压的影响。因此，开关量回路要采取光电耦合器隔离措施。

3.二次系统综合防雷技术措施

笔者针对我公司综自变电站二次系统的实际情况，结合改造成果和一段时间来积累的运行经验，对变电站的二次系统过电压防护提出一些个人见解和粗浅的综合防雷技术措施，与各位同行共享，以达到共同提高：

（1）提高对综自变电站接地重要性的认识

变电站的主控室是综自二次设备集中摆放的地方，其接地网要与主接地网可靠连接，综自屏柜与接地槽钢要满焊，谨防个别屏柜接地不良，造成人身伤亡和设备的损坏。变电站电缆沟内的接地体比地埋更易腐蚀，造成接地扁铁接地效果差、寿命短等缺陷，为防止局部电位升高，在电缆沟内要设置接地带、在电缆沟附近要设置与电缆沟平行的水平均压带以改善电缆沟的电位均匀。

接地是综自变电站防雷的关键所在，不要只重防雷，忽视接地，对接地的重要性必须有一个深刻的认识。

（2）建立低压配电系统的三级防护体系

1）在低压所变屏的进线侧安装容量足够的浪涌保护器一套，作为电源部分的一级防护。我公司使用的是KJRX60-B/4M型浪涌保护器，技术指标为：电压380V、保护水平2500V、通流容量80kA、8/20ms冲击波形、响应时间≤25ns。

2）在逆变电源的输入端安装压敏电阻，能对电路中出现的瞬间浪涌电压脉冲起到削峰和箝位的作用，可以有效地防止过电压对设备的损害。我公司综自改造中，通信及后台监控机等需交流电源的设备接入逆变电源，逆变电源由直流屏输入，本身具有稳压、隔离作用，起到又一级防护作用。

3）直流220V电源是变电站微机保护测控装置的控制、操作电源和二次设备工作电源，因此，直流电源的可靠、稳定是变电站安全稳定运行的基础。为从根本上解决雷击对直流系统的损害，进而造成二次系统微机保护装置电源、直流端口损坏，在直流屏的交流输入端加装一套浪涌保护器。

低压配电系统的三级防护是建立在高压避雷的基础上，通过低压电源逐级的防护，将雷电过电压层层衰减，从而将雷电流最大限度的控制在自动化装置允许的耐受范围之内，以确保设备稳定运行。

（3）重视施工改造过程中的细节

1）施工改造过程中二次回路布线时，无论是信号电缆（包括网线）、控制或电力电缆均应使用屏蔽电缆，电缆的屏蔽层两端接地，对电场耦合和磁耦合都有显著的削弱作用。

2）充分考虑强、弱信号电缆的隔离，强、弱信号不应使用一根电缆，电缆沟或电缆竖井排布时，应将电缆分层、分压，信号电缆应尽量避开电力电缆，尽量增大与电力电缆的距离，并尽量减少平行长度。另外，注意的细节是强、弱电电缆不能与避雷针、大楼等的接地引下线靠得太近，减少互感耦合，避免过电压由互感耦合侵入。

3）采取隔离防范措施，随着高度自动化、高集成的运行电压只有数伏、信号电流仅为微安级的微机装置的应用，雷电对变电站二次设备的影响日显突出。变电站综合自动化改造后，我公司变电站通信全部实现光纤化，且使用的是非金属光缆，切断了雷电入侵二次设备的一个主要渠道。另外，在光端机远动RS232口、485以及CAN等数据通讯接口之间加装光电隔离器，在通讯总控单元接入数字通道模块等隔离措施，以起到大大削弱雷电感应电压的作用。

4.结束语

通过以上技术措施的采取，我公司变电站组成一套完整的立体的防雷网络，卡住雷电侵入的各种途径，从近一段时间的运行来看，所采取的措施是得力的，成效是显著的，大大降低综自变电站雷电的危害，提高了我公司电网安全运行水平，达到了防雷减灾的目的。

参考文献

篇10

【关键词】防雷；综合自动化；方案

1、前言

对于微型计算机系统而言，其冲击抵抗能力以及干扰抵抗能力是其在输变电行业极其恶劣的环境下进行应用的过程中最薄弱的两个环节。并且雷电因为其本身的不可预测性以及超高的电压幅值，使其成为了现在计算机系统最可怕的“天敌”。当整个雷电降落在输电线路的周边区域时，会使得输电线路中形成高达数千伏的瞬态电压，并且这股电压会随着输电线路对变电站内部造成极为可怕的毁灭性打击。在下文中，笔者就自动化变电站内部的二次设备受到雷击的作用实际的情况进行简单的分析，并且对相应的防雷措施进行简单的说明。

2、遭受雷电攻击最为主要的原因分析

（1）简析：雷电波侵入全过程

对于雷电波而言，其一般情况下是通过变电站内部的线路（10kV）实现对母线（10kV）的入侵，其次再经由10kV使用的变压器低压绕组以及高压绕组之间的电磁进行耦合以后，成功的闯进低压，并出现浪涌。在整个过程汇总，经过了线路（10kV）避雷器，母线上的避雷器以及所有的变避雷器的三级削峰，其次再一次的经过变低压馈线所产生的拼搏作用，虽然相应的电压幅值在这个时候得到一定程度的降低，很大一部分雷电本身的能量都得到了一定程度的消除，但是雷电波本身的能量都极高，电压也极高，并且因为在避雷器等相关的设备在技术上还存在一定的局限性以及不完善，使得雷电波仍然可能通过尖峰脉冲（幅度高、作用时间比较短、能量较低）的形式，利用低压馈线的途径，施加到变电站站内所有交流回路（220V）当中。

除此之外，还有一种比较特殊的情况，即感应类型的雷电波通过信号采集以及rtu设备的二次电缆进行入侵，同时以极高的电压，将能量直接施加到相应的远动系统中的传送端以及信号端上，从而致使型号的接发端口的模块受到毁坏性伤害。

（2）简析：为什么微机设备最容易受到雷电的攻击

对于变电站而言，其合闸电源、变电保护、整流充电系统以及直流系统本身的容量都很大，相应的耐电能力也很优秀，并且因为容量大的原因，使其对尖峰脉冲的吸收能力也较好，还有一定的平波作用，使得施加到保护装置上面的脉冲电压大小得到极大程度的降低，并且一般情况下的电磁保护装置本身的元件多数都为单元件的电容、电阻等等，其实际耐热的空间极大，对于尖峰脉冲相应的承受能力也极为突出，所以能够成功、安全的度过暂态过程。但是针对一些规模极大的集成电流而言，其实际运行电压只有几伏，而相应的信号电流仅仅还是μA级别的微型计算机设备来讲，就很难能够承受得住。这就是为什么一般情况下微机装置被损害后，常规的保护装置还能够继续安全运行最为关键的原因了。

3、雷电攻击防范办法概述

对于交流电源回路采用电源防雷器（SPD，surge protectiVe deVices）。电源防雷器（Power lightning arrester）是浪涌保护器中最常用的一种，主要是针对电源系统所选用的浪涌保护。电源防雷器包括电源防雷模块、电源防雷箱、电源防雷插座等。电源防雷器能在最短时间释放电路上因感应雷击而产生的大量脉冲能量到安全地线上，从而保护电路上的设备。其工作原理如下：在正常情况下，防雷器处于高阻状态，当电源由于雷击或开关操作出现瞬间脉冲电压时，防雷器立即在纳秒级时间内导通，将该脉冲电压短路到大地泄放，从而保护连接于电源上的设备。该脉冲电压流过防雷器后，防雷器又变为高阻状态，从而不影响设备的供电。对于网络通讯设备采用数据线浪涌抑制器，它可以防止浪涌通过数据线间接地进入电子设备。总的来说，很大一部分的浪涌事件是由交流电源线的浪涌引起，并导致主板、调制解调器串并行接口与其它设备的损坏。在RS-232的串并行接口的标准中，用于泄放高能浪涌和故障电流的地线与数据信号的返回路径共享一条线路，从而小至几十伏的瞬态电压都有可能通过这些串并行接口损坏设备，而电话线则更能直接将电源线上的瞬态浪涌传进来。

所以，在变电站内部的自动化二次设备进行防雷保护研究的过程中，必须针对变电站内部的综合型自动化设备主要就是对其信号以及电源进行考虑，笔者建议我们可以采用下面的办法对其进行雷电防护设计：

在变电站中所使用的点屏上进行相关的电源防雷保护器的安装，其主要的特点如下所示：

其是一个可以进行不同点变换的、相位模件单一的模块式设施；并且还是一个最大过载电流达到了100kA的大通流容量设施；使动作反应速度可以保持在25ns以内的高速设施；并且是具有多种类型可供选择的可选件设施。其主要的调度通信回路所采用的保护器为德国德和盛（DEHN+SOEHNE）双圈绞线型的信息雷电防护设备，并且可以有效地防止电话线将电源线上存在的瞬态浪涌直接传进来。

使用德国德和盛双圈绞线信息类型的线路相关的过电压保护器对于pc以及DB9串行口进行保护，其峰值电压数值保持在±6000V，可以有效的防止浪涌经过数据线直接或者间接的进入到电子设备的内部。

主要的注意事项概述：在电源相关的避雷设施中，其热熔保险丝以及相关的电容器的选择也是十分的重要。对于电源上的雷电防护设备而言，其长时间的在电网中运行，因为电容器本身的质量问题所导致的电源避雷设施的损坏，屡见不鲜，所以，对于电容器实际的电压耐力的选择也十分的重要，特别是对其对于脉冲高压电实际的冲击能力的选择。

电源避雷器中的热熔保险丝的作用是当雷电流超过电源避雷器最大承受能力时，由于过流作用，可使保险丝断开，同时由于过载使氧化锌压敏电阻温度上升亦可使保险丝断开，起到过流和温度双重保护作用。由于电源避雷器常态工作条件下，电流非常小，只是在雷电冲击或脉冲电压冲击时，在瞬态条件下起保护作用，因此与常规热熔保险丝的使用条件有所区别，所以，电源避雷器中的热熔保险丝应有独特性能，即在瞬态条件下的熔断特性。

同时还应特别注意以下问题：当RTU出线电缆较长时应使用屏蔽电缆，屏蔽层两端接地；使用带防雷功能的UPS；使用高质量的金属氧化物低压避雷器；安装良好的接地系统，防雷器的交直流电源必须独立设置等，这样才能建立完善有效的防雷系统。