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摘 要：本文针对综合自动化的设备,通过对雷电波入侵途径的分析,结合当今弱电防雷的一些技术,探讨变电站二次系统防雷措施,提出了“低残压、全保护”的安全防雷理念,力求“线路和空间两个干净”,在强调现有变电站二次设备的接地和屏蔽的重要性的同时又突出现代防雷设备在综合自动化系统防雷上的应用,措施有效,提高了综合自动化系统二次设备的防雷水平,能确保系统的安全运行。
关键词：雷击；过电压；防雷保护；综合自动化变电站；二次系统Abstract: This paper as for the integrated automation equipment, through the analysis of the lightning wave invasion pathways, combined with some technology in the current weak lightning protection, substation lightning protection measures of two system, put forward the "lightning protection idea of security and low residual voltage, full protection", and strive to "line and space two clean", on the ground and shielding stress the importance of two existing equipment of substation and prominent application, modern lightning protection equipment in the mine integrated automation system on the effective measures, improve the lightning protection level two equipment integrated automation system, can ensure the safe operation of the system.
Keywords: lightning; over voltage; lightning protection; substation automation system; two
中圖分类号：TM411+.4文献标识码：A文章编号：
1 雷电危害及雷电入侵变电站建筑物内弱电设备途径分析
1．1 雷电危害
雷电已被列入对人类社会危害极大的八大自然灾害之一,从形式上来讲,可分为直接雷击和感应雷击。直接雷击是雷云之间或雷云对地面上某一点（如树木、人畜、建筑物等）直接放电,感应雷击是直接雷击发生时由于电磁感应和静电感应而引起的雷击。直接雷击对建筑物、野外的人畜等有危害。感应雷击是以过电压过电流的形式损坏电气设备。
雷击对电力系统的危害是非常巨大的, 直接雷击可以造成线路跳闸、开关、TV、TA 及其他一次设备故障、爆炸。目前,电力系统的防直接雷击的手段较多,如架空地线、线路避雷器、避雷针、氧化锌避雷器等,这些手段大大降低了一次设备直接雷击的损坏率。感应雷主要危害变电站的通信、调度、载波、继保系统及监控设备, 这些设备对雷电等电磁脉冲和过电压耐受能力很低,而且,由于电力系统二次防雷工作滞后,这些设备遭雷击损坏极高,后果也越来越严重。
1．2 雷电入侵变电站建筑物内弱电设备途径分析
变电站内建筑物一般不超过3 层,属二类防雷建筑物,但由于站内带有强电特性,变电站遭雷击的几率较大,雷击在线路上引起的上万伏的过电压、过电流及极强的交变电磁场是损坏建筑物内设备的主要原因, 雷电入侵建筑物内设备的途径有配电线路、通信线路、雷击电磁场、地反击等四种途径,具体分析如下:
1．2．1 配电线路引入雷电过电压
配电线路（对于高压线路,高压MOV 的残压很高,弱电设备受到此高压都会损坏,变压器虽有一定的隔离和衰减作用,但还有相当大的剩余雷电会传到后续设备）产生过电压后,该过电压直接传到弱电子设备,并将设备损坏,根据线路上的过电压的成因及危害,其入侵方式有以下几种形式:
（1）架空线路遭直接雷击:架空线路遭直接雷击后,雷电流经配电线路和变压器等直接传到弱电设备,因线路较长,发生的几率较大,线路上的雷电流相当大,危害也很大。
（2）架空线路遭感应雷击:当架空线路附近发生雷击（主要是空闪）时,雷电电磁场使得线路上感应雷电流,遭感应雷击后,雷电流经配电线路和变压器等直接传到弱电设备, 有较大的发生几率,但雷电流不太大。
（3）地埋或电缆沟线遭感应雷击:地埋或电缆沟线遭落地雷或强烈的空间电磁场感应后, 线路上感应的雷电流直接传到弱电设备。相对前面两种情况来讲,发生几率及雷电流都不大。
（4）建筑物内配电线路受引下线电磁场感应而产生雷电流:雷电流的大小和发生几率与建筑结构及布线有关。垂直方向的线路,没有屏蔽而且离引下线（立柱）较近时,发生几率及雷电流较大。
（5）建筑物内配电线路受户外附近雷击（附近落雷）电磁场感应而产生雷电流:雷电流的大小与建筑物的屏蔽性、布线、落雷位置、落雷点电流等有关。当建筑物屏蔽性较差,线路靠外墙,落雷点靠楼较近,落雷点电流大时,线路感应雷电流就较大。
（6）建筑物内线路相互感应:是指较多的线布得很近（如电源线、地线等都在电缆沟布线）时,如其中的一条线上有过电压（过电流）,则其它线上都会感应到过电压（过电流）,但雷电流不大。
1．2．2 通信线路引入雷电
通信线路（通信线路一般有载波线、电话线、控制线等）感应雷电后,雷电直接传到设备,并将设备损坏,一般是将设备的通信口损坏。与电源线路上产生雷电流的情况相似,一般来讲,通信线路上的雷电流比电源线路上的雷电流要小, 通信线路上产生雷电的6 种情况:
（1）通信线路在室外架空布设时遭直接雷击,因通信线有绝缘层、架空布线的情况不多等原因,发生几率较低。但一旦发生,线路上的雷电流大。
（2）通信线路在室外架空布设,附近发生雷击（主要是空闪）时,线路上感应到雷电流。如架空线路较长,则有较大的发生几率。
（3）通信线路在室外走地缆沟或埋地布设,发生雷击后雷电流入地时,线路上感应到雷电流。雷电流不大。
（4）建筑物内通信线路受引下线电磁场感应而产生雷电流,如线路没有屏蔽又离引下线较近,则发生几率大,而且雷电流也足以将通信口损坏。
（5）建筑物内通信线路受户外附近雷击电磁场感应而产生雷电流,雷电流的大小与建筑物的屏蔽性、布线、落雷位置、落雷点雷电流等有关。当建筑物屏蔽性较差,线路靠外墙,落雷点靠楼较近,落雷点电流大时,线路感应雷电流较大。
（6）建筑物内线路相互感应。这是较多的线布得很近（如电源线、通信线、地线等相互在电缆沟布线）时,如其中的一条线上有过电压（过电流）,则其它与之平行、且靠近的线上都会感应到过电压（过电流）,但雷电流不大。
2 变电站二次系统防雷措施设想
2.1 原则
按照“低残压、全保护”的安全防雷理念,力求“线路和空间两个干净”,同时又突出重点。
2.1.1 电源线路防护设计原则
一个完善的配电线路防护方案应从总配电、楼层配电、机房配电、重要设备配电等全面考虑。
2.1.2 通信线路防护设计原则
一个完善的通信线路防护方案应从进出建筑物的所有有源通信线、建筑物内跨楼层的非常重要的数据线、建筑物内接近或超过30m 长的数据线等全面考虑。对于建筑物内普通电话线等无明显雷击感应源则不予考虑。
2.1.3 接地及等电位设计原则
采用共用接地方式,接地电阻不大于10Ω。雷击地电位抬高对低电位线路（主要是对外的电源线、通信线等）形成的电位差,采用线路上加装的雷电保护下装置SPD 的方法进行防护。
2.1.4 雷电电磁场防护设计原则
建议对线路实施多重保护措施（即采用加装SPD 的方法）,
防止建筑物内雷击电磁场再次在线路感应过电压。
3 配电线路
考虑到广东省恶劣的雷暴环境和其他因素, 对交流电源实行三级防雷保护, 第一级安装在站用变400V 進线柜母线侧,主要是泻放大部分侵入变电站的雷电流; 第二级安装在站用变400V 进线柜内,第一级防雷器之后,主要用于限制雷击引起的瞬态过电压;第三级分直流和交流防雷,直流第三级防雷安装在站内装置柜内,如各类保护柜、测控柜、故障录波装置、安稳及其它自动装置、通信直流电源柜等;交流第三级防雷安装在站内装置柜内交流电源上, 如UPS 电源等, 主要是当前端安装的SPD所得到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第三级防雷装置,保护该设备。
3.1 信号线路
（1）载波线防雷:在载波到通信柜前串联安装双绞线信号防雷器,防止载波线路在高压场地感应雷电进入机房,对设备构成危害。
（2）通信线防雷:在通信线进入设备之前串联安装过电压保护器,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。
（3）天馈线防雷:对拥有带BNC 或N 接头的连接收发器GPS时钟系统,在同轴电缆进入同步装置屏前串联安装高频馈线防雷器,防止天馈线路从户外引入雷击过电压进入设备,对设备构成危害。
（4）TV 二次回路防雷:变电站TV 二次电压进入保护装置一般都采取了一定的防雷措施,如电抗器隔离、光耦隔离等,但有些设备没有采取相应防雷措施, 因此对全部TV 二次回路串联安装信号防雷器,防止TV 二次回路从高压场引入雷电,对设备构成危害。
3.2 接地、屏蔽系统
规范变电站设备的接地、屏蔽工作,是提高二次设备防雷水平最直接、最有效的措施:
（1）变电站综合自动化系统及其它二次设备应共同接入变电站主地网, 首先检查变电站接地网接地电阻是否在设计值以下,一般不宜大于0.5Ω,接地电阻越小,设备抗干扰能力就越强。
（2）主控室接地网采用各盘柜内接地铜排用连线首尾相连,最后形成环网,接地铜排截面积不小于100mm2。铜牌之间连线采用多股绝缘铜导线,截面积不小于100mm2,铜牌及连线接线端子均电镀或镀锡,防止氧化增大接地电阻。
（3）高压开关柜接地网要求与主控室接地网类似,但应将该接地网与高压开关柜绝缘, 接地点与避接地点距离应不小于15m, 防止一次系统接地引起开关柜柜体电位升高对接地网的“反击”。
（4）高压开关场接地网要求与高压开关柜接地网类似,主要用于二次电缆屏蔽层及铠装层接地。
（5）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),通讯电缆屏蔽层（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 二次回路采用就地接地, 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。
关键词：雷击；过电压；防雷保护；综合自动化变电站；二次系统Abstract: This paper as for the integrated automation equipment, through the analysis of the lightning wave invasion pathways, combined with some technology in the current weak lightning protection, substation lightning protection measures of two system, put forward the "lightning protection idea of security and low residual voltage, full protection", and strive to "line and space two clean", on the ground and shielding stress the importance of two existing equipment of substation and prominent application, modern lightning protection equipment in the mine integrated automation system on the effective measures, improve the lightning protection level two equipment integrated automation system, can ensure the safe operation of the system.
Keywords: lightning; over voltage; lightning protection; substation automation system; two
中圖分类号：TM411+.4文献标识码：A文章编号：
1 雷电危害及雷电入侵变电站建筑物内弱电设备途径分析
1．1 雷电危害
雷电已被列入对人类社会危害极大的八大自然灾害之一,从形式上来讲,可分为直接雷击和感应雷击。直接雷击是雷云之间或雷云对地面上某一点（如树木、人畜、建筑物等）直接放电,感应雷击是直接雷击发生时由于电磁感应和静电感应而引起的雷击。直接雷击对建筑物、野外的人畜等有危害。感应雷击是以过电压过电流的形式损坏电气设备。
雷击对电力系统的危害是非常巨大的, 直接雷击可以造成线路跳闸、开关、TV、TA 及其他一次设备故障、爆炸。目前,电力系统的防直接雷击的手段较多,如架空地线、线路避雷器、避雷针、氧化锌避雷器等,这些手段大大降低了一次设备直接雷击的损坏率。感应雷主要危害变电站的通信、调度、载波、继保系统及监控设备, 这些设备对雷电等电磁脉冲和过电压耐受能力很低,而且,由于电力系统二次防雷工作滞后,这些设备遭雷击损坏极高,后果也越来越严重。
1．2 雷电入侵变电站建筑物内弱电设备途径分析
变电站内建筑物一般不超过3 层,属二类防雷建筑物,但由于站内带有强电特性,变电站遭雷击的几率较大,雷击在线路上引起的上万伏的过电压、过电流及极强的交变电磁场是损坏建筑物内设备的主要原因, 雷电入侵建筑物内设备的途径有配电线路、通信线路、雷击电磁场、地反击等四种途径,具体分析如下:
1．2．1 配电线路引入雷电过电压
配电线路（对于高压线路,高压MOV 的残压很高,弱电设备受到此高压都会损坏,变压器虽有一定的隔离和衰减作用,但还有相当大的剩余雷电会传到后续设备）产生过电压后,该过电压直接传到弱电子设备,并将设备损坏,根据线路上的过电压的成因及危害,其入侵方式有以下几种形式:
（1）架空线路遭直接雷击:架空线路遭直接雷击后,雷电流经配电线路和变压器等直接传到弱电设备,因线路较长,发生的几率较大,线路上的雷电流相当大,危害也很大。
（2）架空线路遭感应雷击:当架空线路附近发生雷击（主要是空闪）时,雷电电磁场使得线路上感应雷电流,遭感应雷击后,雷电流经配电线路和变压器等直接传到弱电设备, 有较大的发生几率,但雷电流不太大。
（3）地埋或电缆沟线遭感应雷击:地埋或电缆沟线遭落地雷或强烈的空间电磁场感应后, 线路上感应的雷电流直接传到弱电设备。相对前面两种情况来讲,发生几率及雷电流都不大。
（4）建筑物内配电线路受引下线电磁场感应而产生雷电流:雷电流的大小和发生几率与建筑结构及布线有关。垂直方向的线路,没有屏蔽而且离引下线（立柱）较近时,发生几率及雷电流较大。
（5）建筑物内配电线路受户外附近雷击（附近落雷）电磁场感应而产生雷电流:雷电流的大小与建筑物的屏蔽性、布线、落雷位置、落雷点电流等有关。当建筑物屏蔽性较差,线路靠外墙,落雷点靠楼较近,落雷点电流大时,线路感应雷电流就较大。
（6）建筑物内线路相互感应:是指较多的线布得很近（如电源线、地线等都在电缆沟布线）时,如其中的一条线上有过电压（过电流）,则其它线上都会感应到过电压（过电流）,但雷电流不大。
1．2．2 通信线路引入雷电
通信线路（通信线路一般有载波线、电话线、控制线等）感应雷电后,雷电直接传到设备,并将设备损坏,一般是将设备的通信口损坏。与电源线路上产生雷电流的情况相似,一般来讲,通信线路上的雷电流比电源线路上的雷电流要小, 通信线路上产生雷电的6 种情况:
（1）通信线路在室外架空布设时遭直接雷击,因通信线有绝缘层、架空布线的情况不多等原因,发生几率较低。但一旦发生,线路上的雷电流大。
（2）通信线路在室外架空布设,附近发生雷击（主要是空闪）时,线路上感应到雷电流。如架空线路较长,则有较大的发生几率。
（3）通信线路在室外走地缆沟或埋地布设,发生雷击后雷电流入地时,线路上感应到雷电流。雷电流不大。
（4）建筑物内通信线路受引下线电磁场感应而产生雷电流,如线路没有屏蔽又离引下线较近,则发生几率大,而且雷电流也足以将通信口损坏。
（5）建筑物内通信线路受户外附近雷击电磁场感应而产生雷电流,雷电流的大小与建筑物的屏蔽性、布线、落雷位置、落雷点雷电流等有关。当建筑物屏蔽性较差,线路靠外墙,落雷点靠楼较近,落雷点电流大时,线路感应雷电流较大。
（6）建筑物内线路相互感应。这是较多的线布得很近（如电源线、通信线、地线等相互在电缆沟布线）时,如其中的一条线上有过电压（过电流）,则其它与之平行、且靠近的线上都会感应到过电压（过电流）,但雷电流不大。
2 变电站二次系统防雷措施设想
2.1 原则
按照“低残压、全保护”的安全防雷理念,力求“线路和空间两个干净”,同时又突出重点。
2.1.1 电源线路防护设计原则
一个完善的配电线路防护方案应从总配电、楼层配电、机房配电、重要设备配电等全面考虑。
2.1.2 通信线路防护设计原则
一个完善的通信线路防护方案应从进出建筑物的所有有源通信线、建筑物内跨楼层的非常重要的数据线、建筑物内接近或超过30m 长的数据线等全面考虑。对于建筑物内普通电话线等无明显雷击感应源则不予考虑。
2.1.3 接地及等电位设计原则
采用共用接地方式,接地电阻不大于10Ω。雷击地电位抬高对低电位线路（主要是对外的电源线、通信线等）形成的电位差,采用线路上加装的雷电保护下装置SPD 的方法进行防护。
2.1.4 雷电电磁场防护设计原则
建议对线路实施多重保护措施（即采用加装SPD 的方法）,
防止建筑物内雷击电磁场再次在线路感应过电压。
3 配电线路
考虑到广东省恶劣的雷暴环境和其他因素, 对交流电源实行三级防雷保护, 第一级安装在站用变400V 進线柜母线侧,主要是泻放大部分侵入变电站的雷电流; 第二级安装在站用变400V 进线柜内,第一级防雷器之后,主要用于限制雷击引起的瞬态过电压;第三级分直流和交流防雷,直流第三级防雷安装在站内装置柜内,如各类保护柜、测控柜、故障录波装置、安稳及其它自动装置、通信直流电源柜等;交流第三级防雷安装在站内装置柜内交流电源上, 如UPS 电源等, 主要是当前端安装的SPD所得到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第三级防雷装置,保护该设备。
3.1 信号线路
（1）载波线防雷:在载波到通信柜前串联安装双绞线信号防雷器,防止载波线路在高压场地感应雷电进入机房,对设备构成危害。
（2）通信线防雷:在通信线进入设备之前串联安装过电压保护器,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。
（3）天馈线防雷:对拥有带BNC 或N 接头的连接收发器GPS时钟系统,在同轴电缆进入同步装置屏前串联安装高频馈线防雷器,防止天馈线路从户外引入雷击过电压进入设备,对设备构成危害。
（4）TV 二次回路防雷:变电站TV 二次电压进入保护装置一般都采取了一定的防雷措施,如电抗器隔离、光耦隔离等,但有些设备没有采取相应防雷措施, 因此对全部TV 二次回路串联安装信号防雷器,防止TV 二次回路从高压场引入雷电,对设备构成危害。
3.2 接地、屏蔽系统
规范变电站设备的接地、屏蔽工作,是提高二次设备防雷水平最直接、最有效的措施:
（1）变电站综合自动化系统及其它二次设备应共同接入变电站主地网, 首先检查变电站接地网接地电阻是否在设计值以下,一般不宜大于0.5Ω,接地电阻越小,设备抗干扰能力就越强。
（2）主控室接地网采用各盘柜内接地铜排用连线首尾相连,最后形成环网,接地铜排截面积不小于100mm2。铜牌之间连线采用多股绝缘铜导线,截面积不小于100mm2,铜牌及连线接线端子均电镀或镀锡,防止氧化增大接地电阻。
（3）高压开关柜接地网要求与主控室接地网类似,但应将该接地网与高压开关柜绝缘, 接地点与避接地点距离应不小于15m, 防止一次系统接地引起开关柜柜体电位升高对接地网的“反击”。
（4）高压开关场接地网要求与高压开关柜接地网类似,主要用于二次电缆屏蔽层及铠装层接地。
（5）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),通讯电缆屏蔽层（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 二次回路采用就地接地, 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。