水电站二次系统防雷方案设计及应用 江坪河水电站

水电站二次系统防雷方案设计及应用

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.