雷击对自动化设备的危害及防护措施.docx

1、雷电的危害
　　出现雷击时，雷电流会沿变电站的接地网散流，支线上的雷电流和各点电位差异很大，连接在不同等电位地网上的自动化设备，如果其间有电信号联系，那么超过其容许承受能力的地电位差将导致设备损坏。由于直击雷放电的能量通过电磁感应和静电感应方式向四周辐射，会出现导致设备过电压放电。显然，这种雷危害是大面积的，变电站二次设备损坏多数都是由此情况产生，特别是自动化设备对雷电等电磁脉冲和过电压过电流的耐受能力很低，就会在设备的绝缘薄弱处造成击穿。而且电力系统针对自动化设备防雷工作滞后，这些设备遭受雷击损坏极高，后果也越来越严重。近年来在电力系统中多次发生因雷电造成综合自动化设备损环，使测控装置误动、拒动，或使远动工作站“罢工”，更严重的将失去对无人值班站的监控而导致事故扩大。
　　2、雷击的侵入途径
　　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，是导致变电站自动化设备遭受雷害的主要原因，雷电波通常是通过变电站邻近的10kV线路侵入10kV母线，再经过10kV站用电变压器高、低压绕组间的静电和电磁耦合闯入交流屏馈电出线。途中经过了10kV线路避雷器、母线避雷器和站用变避雷器3级削峰，再经过站用变低压出线的平波作用 电压幅值有所下降。但由于雷电波的电压、能量极高，且高压避雷器等设备技术上局限性，虽然绝大部分的雷电能量都能在到达自动化设备之前得以消除。但雷电波仍可能以幅值相对很高，作用时间很短的低能量尖峰脉冲的形式，通过站用变压器低压侧馈电出线，加到采用220V交流电源的自动化设备上。此外，雷云在变电站附近活动时,雷云所带强电场会以静电感应方式在二次电缆上感应出很高的感应电压，当局部电位升高超过一定数值，严重得将向二次电缆两端的设备进行反击，并首先在较弱的自动化设备一端放电，这种放电干扰所带来的后果一般情况下会使装置功能紊乱，严重将会损坏自动化系统的元器件。还有一种情况，就是感应雷电波通过测控装置的信号采集电缆入侵，以很高的电压直接加到远动系统的信号采集模块上，造成采集模块烧坏。因而有必要采取防护措施，减少雷击对设备的危害。
　　3、自动化设备对雷击的防护措施
　　应该说，变电站传统防雷措施对高压电气设备的防护是有效的，但对电子设备特别是综合自动化设备的防护并不充分。为了适应自动化变电站的发展要求，必须在传统防雷措施基础上，进一步进行有针对性的防护，使变电站综合自动化设备得到有效的保护。
　　3.1、在自动化设备供电电源安装浪涌保护器（SPD）
　　电源回路是雷电流最容易进入的通道，因此这是自动化设备防止雷电损坏的一道重要防线。在站用变低压侧至交流配电屏的三根相线进线侧安装具有相对地、中性线对地保护模式的第一级（开关型）和第二级（限压型）组合型交流电源SPD。此类防雷器耐受冲击电流不小于20kA（10/350µs）。而在直流屏的直流母线输出端安装具有正极对地、负极对地保护模式的标称放电电流不小于10kA（8/20µs）的直流SPD。SPD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接地网上，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时脉冲电压时 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，从而保护连接与电源上的设备。但该脉冲电压流过防雷器后，防雷器又变为高阻状态，从而不影响自动化设备的供电。其主要作用是防感应雷过电压和防雷电波的入侵。
　　3.2、对自动化信号采集回路进行隔离
　　变电站自动化系统开关量的输入主要是断路器、隔离开关的辅助触点等。这些断路器和隔离开关都处于室外，如果与自动化设备直接相连，在雷击时必然会引起强的电磁涌流干扰。因此，要通过光耦合隔离或继电器隔离才能取得比较好的效果。开关量输入回路前及信号变换部分应考虑采用隔离器，开关量输入信号送给测控装置之前必须进行隔离处理，可采用光电隔离器，这样可有效防止感应电压对测控装置的直接损坏。此方式在综合自动化系统设计时进行考虑，或在设备订购时要求厂家加装隔离装置的方式比较可行。
　　3.3、对自动化设备接地系统进行改进
　　在变电站中一次系统接地是防雷和保证安全（系统中性点接地）为目的，但它对自动化系统的防雷也有重要的影响。如果接地合适可以减少站内的高频瞬时电压幅值，特别是减少设备中各点的瞬时电位差，减低了远动设备瞬时电位升高。改进的方法是在变电站主控室电缆沟敷设不小于100mm2的铜排并延伸至接地网连接；自动化屏柜内设置专用的接地铜排，其截面不得小于100mm2，且屏内的接地铜排就近用不小于100mm2铜导线接到二次接地铜排上；各种防雷器的接地线就近引接至屏内的接地铜排。这一措施这对自动化设备的限制瞬态过电压很有好处，实施以来效果令人满意。
　　3.4、对自动化设备进行屏蔽
　　变电站自动化装置所采集的模拟量，大多数来自一次系统的电压互感器和电流互感器，它们均处于强电回路中，直接输入到自动化系统，在雷电时很容易对自动化设备造成干扰，设计时要考虑到采用屏蔽电缆，在工程实施中所用的线缆必须有隔离层和屏蔽层，在屏蔽层安全接地，而且屏蔽层是在两端接地，有其他剩余缆芯时，不要出现两端接地情况，这样可起电场屏蔽作用，防止雷电电磁脉冲感应自动化线缆而造成设备损坏，另外对已投入运行的自动化屏柜，在自动化设备的金属外壳可靠接地，屏（柜）的门等活动部分与屏（柜）体进行良好连接。采用上述几种措施后，取得良好的效果，因雷击造成自动化设备损坏的故障率大大降低。

　　雷电对自动化设备的干扰，己严重的影响了调度自动化系统的安全运行，曾经产生了一些严重的事故，因而要对处于弱电的自动化系统的防雷给于高度的重视，搞清雷电的“来龙去脉”，然后采取切实可行的防范的措施，将雷害事故和干扰减少到最低程度，从而为自动化设备可靠运行起到了良好的保障作用。