水电站二次系统防雷方案设计及应用

　摘要：介绍了二次系统防雷设计原则，并对水电站电源系统、信号系统防雷设计及安装、防雷器的运行和维护进行了阐述。
　　关键词：水电站 二次系统防雷 电源防雷 信号防雷 运行及维护
　　中图分类号：TV61 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（c）-0188-02
　　近年来，水电站中的交直流电源系统、微机保护及监控后台系统、二次回路、电能计量系统、视频监控系统、网络通讯以及其他一些弱电设备，集成度、速度和精度不断提高，而工作电压只有几伏，信息电流仅为微安级，因而对外界干扰极其敏感，特别对雷电等电磁脉冲和过电压的耐受能力很低。当雷电等过电压和伴随的电磁场达到某一阀值时，轻则引起系统失灵，重则导致设备或其元器件永久性损坏。据有关统计，约25%的电子设备损坏事故是供电系统过电压所造成。即使采用稳压电源或在线不停电电源，也不能消除瞬时过电压的破坏作用，在强大的瞬时过电压作用下，稳压电源和不停电电源本身也可能被损坏。
　　1 二次系统防雷设计原则
　　尽管雷电直击弱电设备的可能性不大，但是雷击附近大地、建筑物、交流供电线路和空中雷云放电时直接形成的，或者由静电感应及电磁感应形成的冲击过电压，都有可能通过与之相连的电力线路、信号线路或接地系统，通过各种接口，以传导、耦合、辐射等形式，侵入弱电系统并酿成严重的干扰或事故。
　　国标GB50343-2004《电子信息系统防雷技术规范》中规定电子信息系统应采用外部防雷和内部防雷等措施进行综合防护，如图1。长期的防雷实践证明，在防雷中从直击雷防护到接地、均压、屏蔽、限幅、分流等多个环节都要认真对待，才能确保设备的安全。
　　根据电子信息系统防雷技术规范的相关设计要求，防雷产品必须配套设计3～4级防雷模块，逐级降压泄流，任何一级均无法独立承担防雷降压泄流的工作（如图1）。
　　2 水电站电源系统防雷保护设计及安装
　　水电站电源一般实行三级防雷保护，防雷模块具有理想非线性伏安特性和高能量特性。在正常工作条件下，保护模块为高阻状态。对电网正常工作无影响。如电网出现瞬时过电压，保护模块在数纳秒时间内转换为低阻状态，使过电压造成的大电流经模块泄放，从而使瞬时过电压不会影响用电设备。模块式防雷器一般由底座和插拔式保护模块组成，易于安装和维护。
　　（1）第一级防雷安装在站用变低压侧主盘380V进线侧，主要是泻放大部分侵入水电站的雷电流；即在变电器的低压侧加装间隙型浪涌保护器，泄放大部分入侵变电站的雷电流。该区域属于B级防雷区，雷击危险性较高，应采用放电电流较大（≥40kA），响应时间<25ns的B级防雷保护装置，可采用B级三相交流电源防雷器并联安装380V输入母线侧；电源防雷模块的安装方式为35mm导轨安装。
　　（2）第二级安装在站用380V负荷盘处，主要用于限制雷击引起的瞬态过电压；防止雷击过电压从交流配电线进入控制室等二次设备。该区域属于C级防雷区，应采用放电电流≥20kA，响应时间<25ns的C级防雷保护装置。
　　（3）第三级防雷安装在站内二次装置柜内，如保护柜、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。应采用放电电流≥10kA，响应时间≤25ns的C级防雷保护装置。
　　①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。可采用C级220V直流电源防雷器并联安装在220V直流输出母线侧（如图2）。
　　②交流第三级防雷安装在站内装置柜内交流电源上，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。例如UPS电源，可采用第三级三相交流电源防雷器并联安装在380V交流输入处，同时采用220V直流电源防雷器并联安装在220V直流输入处，防雷模块的安装方式为35mm导轨安装。
　　3 信号系统防雷保护设计及安装
　　3.1 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。
　　3.2 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，以满足ADSL、ISDN、DDN帧中继、模拟电话线等多种通信线路的防雷保护。
　　3.3 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（如图3）。
　　3.4 工业电视视频监控线路
　　在线路上串联安装插入损耗小于0.5dB， 频率范围在0～1.0GHz的防雷模块。3.5设备间通信线路防雷
　　在通信口的两端分别安装相应的信号防雷器，防止过电压击毁通信端口或引起设备集成电路芯片损坏。
　　4 防雷器的运行维护
　　防雷器一般具有过热、过流脱扣装置，含有窗口红色标注反映的故障显示和远程监控所需的遥信端子，能自动记录过电压次数，停电后记录的过电压次数不丢失。
　　水电站防雷器安装数目较多，区域较为集中。可将编号后的防雷器的遥信端子与就近安装的PLC信息采集单元相连接，然后上传至监控系统。监测每个防雷器工作状态，实现防雷器发生动作之后或者发生损坏后，可以通过监控系统进行查看，迅速确定防雷器的安装位置。减少防雷器的现场巡检次数和时间，大大降低劳动强度，提高工作效率。
　　防雷器维护分为周期性维护和日常维护，周期性维护周期为一年，每年在雷雨季节到来前进行一次全面检查。日常性维护一般在每次雷击后进行，进行目视检查，必要时进行有关试验。
　　5 结语
　　根据水电站电源系统采用梯级供电、逐级配电的特点，根据现场电源实际情况逐级安装不同型号的电源防雷器，同时对信号系统加装防雷保护，并利用防雷器的遥信端子将信号传送至监控系统，方便了运行和维护，最大限度的消除了雷电对二次系统的干扰和危害，确保在雷电活动时水电站二次系统的安全稳定运行。
　　参考文献
　　[1] 国家标准.GB50343-2004电子信息系统防雷技术规范[S].北京：中国电力出版社，2004.
　　[2] 刘树新，程宇，张绍强.变电站二次系统防雷方案设计[J].电工技术，2010（11）：28.
　　[3] 陈创庭.浅谈发电厂主控大楼二次系统的防雷设计[J].电磁避雷器，2006（4）：20-24.