浅谈电力系统二次设备雷害及防护_电力系统二次设备保护

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浅谈胜利油田电力系统二次设备雷害及防护

崔文杰（胜利油田电力总公司东区供电公司线路队）

摘要：笔者进行了一番调查后发现，现在油田变电站二次设备防雷十分薄弱。目前，一提起电力系统防雷保护，大家马上就想到避雷针、避雷线、接地装置。但是这只是防雷保护的一部分，防雷问题是一个综合性的工作，因为对电力系统中弱电设备的雷电浪涌防护还重视不够，常常由其而引起设备的损坏和一次设备误动作造成大面积停电。造成巨大经济损失。所以在完善电力系统设备一次设备防护的同时，要加强内部二次弱电设备的防护，本文重点探讨了雷电浪涌对变电站二次设备及其他弱电设备的危害及防雷措施，并提出有益的建议。

[关键词] 雷击 雷电浪涌过电压 变电站二次设备 弱电设备 防雷措施

一 油田电网防雷现状

防雷设施是属预防性的投资，在事故发生之前人们往往觉得可有可无，可少则少。等到事故发生后才发现得不偿失、后悔莫及。以小投资保证大投资的安全才是明智之举，防雷设施省不得。

现在油田电网二次设备防雷十分薄弱，每年雨季都会发生许多雷害事故。某些变电站在雷雨时发生小电流接地选线装臵损坏。每当雷雨天气事故巡线查不出原因时，通常统统归结于线路抗击风雨能力弱，属于不可抗外力破坏。在笔者认真分析后认为变电站二次设备的防雷薄弱应占一部分原因。如六户和王岗地区历来是多雷地区，经常发生线路遭雷击事故，击穿绝缘子。2005年8月16日16:30分（暴风雨），35kV六户变电站6kV一分场线、6kV油井II线、6kV东风线、6kV冷库甲线、6kV冷库乙线同时速断跳闸，同时六户变电站控制室微波电话、值班室空调过电压烧坏，事故巡线未发现问题，事后认真分析后认定是六户变电站遭雷击，侵入低压系统造成保护误动作，低压电器过电压烧坏。事故发生后我们注意到因35kV王岗变电站和六户变电站始建于70-80年代，都是按常规变电站设计，标准比较低。35kV王岗变电站微机保护改造后多次出现雷雨天气保护模块损坏和后台机故障。

二 变电站雷电波侵入途径

雷电波主要是通过电源部分和通讯、信号采样电缆两条途径入侵。特别是低压电源的防雷保护，尤其应该引起足够的重视。

(1)雷电波的从一次设备侵入二次设备：

在设计上高压输电线路较配电线路防雷能力高许多。全线或进线段有避雷线，每基电杆都接地，进线侧安装避雷器。但配电线路架空出线的只在出口1#杆上安装氧化锌避雷器，防雷措施较弱（电缆出线端有避雷器）。每年雷雨时都有变电所6kV母线PT高压保险熔断的，这说明雷电波可以通过变电所临近的6kV线路侵入6kV母线。再经过6kV所用变压器高、低压绕组间的静电和电磁耦合，闯入低压出线。途中经过了6kV线路出口避雷器、母线避雷器和站用变避雷器3级削峰，再经过所用变低压出线的平波作用，电压幅值大为下降。但由于雷电波的电压、能量极高，且避雷器等设备技术上的局限性，虽然绝大部分的雷电能量都能在到达设备之前得以消除，但雷电波仍可能以幅值相对很高，但作用时间很短的低能量尖峰脉冲的形式，通过所用变压器的低压出线，加到变电站内站有的220V交流回路中。

（2）感应雷电波在二次设备电源和通讯、信号电缆上出现

感应雷是雷电在雷云之间或雷云对地放电时，在附近的户外传输信号线路、埋地电力线、设备间连接线产生电磁感应并侵入设备，使串联在线路中间或终端的电子设备遭到损害。感应雷虽然没有直接雷猛烈，但其发生的几率比直击雷高得多。

雷雨时变电站遭直击雷雷击，由避雷针界引入地。雷电电压非常高，电流非常大，瞬间单脉冲等效频率很高，必然造成避雷针周围电磁场突变。这就必然在避雷针保护范围内的变电站内设备上形成感应雷过电压，危机二次设备。

三 问题的提出

胜利油田电网正在进行变电站微机保护改造。微机保护和自动化装臵拥有高度的灵敏性，速动性和维护管理的方便性。但微机系统越是先进，芯片的集成度就越高，电路越复杂，工作电压越低，对环境稳定性的要求也越高。抗干扰和耐冲击始终是微机系统在电力工业恶劣电磁环境下应用中的两大薄弱环节。微机装臵等电子产品较常规保护装臵抗雷害能力弱，按照老式变电站设计，雷雨时很容易出现微机保护的模块及后台机损坏。故障的主要原因都是由于一次设备发生雷击后在弱电设备造成的浪涌超过了设备承受的能力而损坏设备。而这种浪涌在变电站新建、改建或扩建设备时又往往不被重视。

雷害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”。它直接威胁着现代化变电所的安全运行，应该引起我们足够的重视。有报道潮州110kV城东变电所先后发生了三次由于雷电波通过所用变低压侧和两路引出的通信电缆入侵，致使载波机电源、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事故。对变电站二次及弱电设备的防雷认识不够

(1)常规保护装臵与微机保护设备抗雷害能力比较： 变电所的常规保护和直流系统的整流充电系统设计容量都比较大，电压耐受能力也比较好。而且由于大容量电池组吸收尖峰脉冲的作用，和整流回路的平波作用，加到保护装臵上的脉冲电压大大降低。再加上常规的电磁式保护装臵的元器件多为单元件的电阻、电容和电感线圈等，耐热容量大，对尖锋脉冲的耐受能力也比较强，所以能安全度过低能量、高电压的冲击暂态过程。但对于使用超大规模集成电路的微机保护设备来说，运行电压只有数伏，信号电流仅为μA级，再加上设备信号来源路径增多，系统更容易遭受雷电波侵入，就不一定能安全度过低能量。所以常规保护装臵较微机装臵抗雷害能力强。胜利油田许多老变电站的基础上进行微机保护改造。由于原来是按常规所设计，标准比较低。现在引进一些微机装臵后，如不提高防雷水平雷害发生机会将大增。

(2)远动载波系统受雷害：

首先是电源方面：调度的远动载波系统多由独立的小容量UPS供电，而这些UPS最多的是使用压敏电阻保护。在防雷和限幅能力都比较有限，保护UPS本身尚且不够，更不用说保护后接的电子设备了。实际运用中也屡屡发生UPS雷击烧毁现象，所以单从提高UPS质量方面入手难以从根本上解决问题。

其次是信号端方面：变电站微机保护模块RTU出线较长，如果没采用屏蔽电缆，又地处雷电多发区，变电所和沿线附近落雷都很容易在电缆中感应出很高的雷电压并通过电缆直接加到设备上，造成设备的击穿损坏。

四 解决问题采取措施

雷电会导致多种不同形式的危害，没有任何一种办法可以全面防止雷电的危害，只能通过各种有效的办法可将雷害的程度降到最低，在多年的实践中人们对一次设备直击雷、感应雷的认识比较高，防护也相对完善，但对二次设备雷电浪涌的防护意识和防护措施相对比较薄弱。浪涌电压可以从电源线或信号线等途径窜入电脑设备。

微机化变电所今后防雷要按较高标准设计。电源部分

难以用单一级的避雷装臵一步到位地解决问题。而应该采用多级防护的手段，逐步把雷电压降低到允许的范围之内。

(1)高压架空配电线路终端杆杆上三相对地要分别装设避雷器，如距主接地网较远可做独立接地，接地电阻不应大于10

。目前许多6kV出线1#杆接地不好，接地电阻不合格，使避雷器起不到作用，需要进行整改。

(2)目前变电站6kV母线及6kV站用变高压侧避雷器使用混乱。因为6kV避雷器以前经常出现击穿损坏，所以采用额定电压为7.6kV，但有相当一部分采用额定电压为10kV的避雷器。这样额定电压过高（10kV）虽然避雷器会安全，但会造成避雷器动作门槛值太高，减小了避雷器对雷电浪涌泄放作用。应把变电站(包括6kV母线、站用变压器高压侧)的6kV避雷器全部更换为高质量的氧化锌避雷器。

(3)从站用变低压出线端及进入至控制室交流配电盘及硅整流装臵端要首先加装电源浪涌防雷器。目前，市场上有许多品牌的220V低压朗涌防雷器（浪涌防雷器分电源和信号两类），且技术成熟，我们可以根据设备进行选用。

(4)在调度后台监控微机电源处加装电源浪涌防雷器(5)将原来的不带防雷功能的后备式UPS换成带防雷功能的智能在线式UPS。

信号部分

远动通讯，信号和弱电部分全部使用屏蔽电缆并且屏蔽层两端可靠接地；

(1)调度远动系统厂家预臵防雷保护模块；

(2)引到开关场的电缆使用屏蔽电缆，屏蔽层两端可靠接地。(3)新建的微机系统要向厂家深入了解该系统防雷方面的设计，信号和数采部分一般都要求有光电隔离装臵。

(4)在RTU端加装压敏电阻和防雷模块两级防雷保护，并在RTU微机电源处加装带保险的电源浪涌防雷器。

(5)信号电缆加装信号浪涌防雷器，把所有RTU电缆换成屏蔽电缆，屏蔽层两端接地。(6)微波塔上除架设本站必须的通信装臵处，不得架设或搭挂会构成雷击威胁的其他装臵，如电缆、电线、电视天线等。

应注意系统设备的在线电压、传输速率、按口类型等，以确保系统正常的工作。各种避雷器件均应尽可能缩短引线，直接装于被保护的电(线)路点上。各种避雷器件必须符合标准要求，并经专用仪器检验合格方可使用。

通过以上整改，可以形成对雷电波的多级拦截和防护体系。在高压变压器后端到二次低压设备的总配电盘间的电缆内芯线两端应对地加浪涌防雷器或保护器，作一级保护；在二次低压设备的总配电盘至二次低压设备间信号电缆内芯线两端应对地加装浪涌防雷器，作二级保护；在所有重要的、精密的设备以及UPS的前端应对地加装浪涌防雷器或保护器，作为三级保护。

接地处理

在变电站微机保护改造中，一定要求有一个良好的接地系统，最好与变电站一次设备接地系统分开另设专用独立地，一般要求地阻小于4欧（特殊要求的小于1欧）。不能独立时，微机保护设备与接地网连接时加装击穿保险器或放电器连接，以保证正常时隔离，雷击时均衡电位。防止出现电位反击事故。

五 结论

在防雷设计方面，要用发展的眼光，从高标准的角度出发，遵循“整体防御、综合治理、多重保护”的方针，通盘考虑。尤其是电力系统中弱电设备的雷电浪涌防护还存在许多问题，也常常由其而引起设备的损坏和一次设备误动作造成大面积停电。造成巨大经济损失。所以在完善电力系统设备外部防护的同时，要加强内部弱电设备的防护。第一作者简介：

姓名：崔文杰 职称：助理工程师

从事专业：输配电线路维护

单位：胜利油田电力总公司东区供电公司线路队 单位地址：东营市八分场东区供电公司 邮编：257055 Email：xldcui@slof.com ship111@126.com 联系电话：0546-8732278 9

浅谈电力线路防盗和建议

单位：电力总公司东区供电公司线路队 姓名： 崔文杰 职务： 技术员 职称： 助理工程师 联系电话： 0546-8732278 撰写时间： 2006年1月1日