变电站防雷方案
目录
第一章概述 (3)
第二章雷电危害途径 (4)
第三章雷电入侵变电站建筑物内设备的途径分析 (4)
第四章设计方案 (6)
第五章产品清单 (12)
第六章产品性能参数……………………………………………………………１3
第一章概述
雷电灾害亘古有之,雷电这个早已被我们所“克服”的困难,却像突然被注入了新的活力般，让我们在感受科技的同时也品尝了许多突然而至的无奈和烦恼。随着现代科学技术的发展，计算机技术(Coｍｐutｅr)、控制技术(Ｃonｔrｏl)、通讯技术(Coｍmunicａtioｎ)、显示技术（CRＴ)得到广泛发展和应用，并有机结合构成功能强大的综合自动化控制系统。
由于这些系统中的很多设备内部集成电路工作电压很低,对瞬态过电压极其敏感,因雷电及各种浪涌会导致的系统瘫痪、设备损坏、甚至造成人员伤亡比比皆是，造成不计其数的经济和物力损失，其间接损失及政治影响更是无法估量。
具体到现代化程度较高的变电站，大规模集成电路为核心的各种设备在变电站保护、远动、通讯升级中的使用，其高度集成化的CMＯS电路和CPＵ单元,对瞬间过电压的承受能力大幅降低,很容易成为受雷电损害的主要设备。
新设备和系统的投入运行,带来了防雷方面的客观需求，大量的微机保护等在变电站保护、远动、通讯的升级中使用，大规模集成电路的耐过电压水平比原来的晶体管电路脆弱了许多,晶体管设备的耐压水平可达到500～1000V,而大规模集成电路的耐压水平不到100V。变电站一次系统和二次系统是一个相辅相承的整体，其相互关联，但二次系统的耐过电压水平要比一次系统小的很多很多,如果二次系统的防雷设施不完善，雷电变电站二次系统,造成变电站二次控制部分瘫痪而发生变电站毁灭性的事故。
从目前的不完全统计数据分析,变电站综合自动化系统因雷电造成的损坏并非个案，而且南宁地区年平均雷暴日高达90.3天/年，因此对于雷电多发地区各系统采取有效的防雷保护措施是非常必要的。
本方案制定的目的是考虑实际环境因素和用户实际需要而做出一套比较完整而易于操作的防雷设计方案，从而保障变电站综合自动化系统安全地运行。
我们认为,要做到在建筑物及其内部设备安装了防雷装置以后达到万无一失的水平,从经济角度出发,做到这一点就太浪费了,而且即使按照国家标准规范设计的防雷装置的防雷安全度也并非10０％。
本方案依据国家、国际有关标准,本着安全可靠，技术先进,经济合理和特殊化需要原则,以及高度负责的精神,并根据贵单位的具体要求，结合贵单位提供的资料和情况介绍，对现场进行了初步勘
查,精心设计，力求将雷击的损害降到最低点。
第二章 雷电危害途径
雷电是一种自然放电现象,按其造成的危害可分为:? (１)直击雷。大气中带有电荷的雷云,其对地电压高达几亿伏。当雷云与地面凸出物之间电场强度达到空气击穿强度时，就发生放电现象，闪电直接击在建筑物、其他物体、大地、或者防雷装置上,产生电效应、热效应和机械力。
当雷电直接击在建筑物上,强大的雷电流使建(构)筑物水份受热汽化膨胀,从而产生很大的机械力,导致建筑物燃烧或爆炸。另外，当雷电击中接闪器,电流沿引下线向大地泻放时,这时对地电位升高，有可能向临近的物体跳击,称为雷电“反击”，从而造成火灾或人身伤亡。? (2）雷电感应。雷电感应俗称感应雷，它分为静电感应和电磁感应。
静电感应是带有大量电荷的雷云所产生的电场使金属导体上感应出被电场束缚的相反电荷。当雷云对地放电或云间放电时，云层中的电荷在一瞬间消失了(严格说是大大减弱)，那么在线路上感应出的这些被束缚的正电荷也就在一瞬间失去了束缚,在电势能的作用下，这些正电荷将沿着线路产生大电流冲击。
电磁感应是雷击发生在供电线路附近,或击在避雷针上会产生强大的交变电磁场，此交变电磁场的能量将感应于线路并最终作用到设备上。由于避雷针的存在，建筑物上落雷机会反倒增加,内部设备遭感应雷危害的机会和程度一般来说是增加了,对用电设备造成极大危害。因此,避雷针引下线通体要有良好的导电性，接地体一定要处于低阻抗状态。
(３)雷电波侵入。由于雷击，在架空线路或空中金属管道上产生的冲击电压沿线路或管道的两方向迅速传播的雷电波称为雷电波入侵。其传播速度为3０0 m ／μs （在电缆中为１5０ ｍ/μｓ）。可以导致设备损坏、人员伤亡、建筑物损坏或电气系统故障，严重者还可导致火灾和爆炸。
第三章 雷电入侵变电站建筑物内设备的途径分析
由于变电站设备处在一个强电和弱电系统形成的错综复杂的电磁环境中，高压开关设备的操作切换，雷电闪击，一次设备短路接地，二次回路切换，人员及邻近物体的静电放电和无线电辐射等产生的电磁干扰可能通过各种耦合进入变电站综合自动化系统形成浪涌。
其中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(讯）线路、电磁感应、地电位反击等四种途径,具体分析如下：
3-１：延配电线路引入的雷电过电压
雷电波通常是通过变电站临近的线路侵入母线,再经过变压器高、低压绕组间的静电和电磁耦合,进入低压出线, 途中经过了线路避雷器，母线避雷器等多级削峰,再经过变压器低压出线的平波作用, 电压幅值大为下降。但由于雷电波的波峰幅值和能量很大, 虽然雷电波在经过上述避雷器后,大部分能量得以消除，但仍有部分雷电波以幅值相对很高且作用时间很短的低能量尖峰脉冲的形式通过变压器的低压出线,加到变电站内所有的38０V交流回路中。220Ｖ等直流线路因进出高压场等原因也是引入雷电的主要线路。
3-2：延通信（讯)线路引入雷击
通信（讯)线路(通信线路一般包括一般有载波线、电话线、控制线等)由于变电站的通信电缆出线较长,感应雷电通过远控系统电缆及信号电缆侵入,以很高的电压直接加在二次设备上,该过电压轻则使设备加速老化,重则直接将设备损坏。对于电力系统来讲,RS485、RJ45网线、ＧPＳ及微波载波等馈线等都是引入雷电的通信（讯)线路。
3-3：电磁感应
上述两条途径是有形的途径，而电磁场是空间传播的看不到的东西,这里的雷电电磁场是指雷击引起的电磁场变化，该瞬变电磁场使各种线路产生感生电动势，从而危害设备,该电磁场也可使设备内的线路板内部线路产生感生电动势，使设备损坏。实验表明,设备(包括设备近距离的连接线)处在2.４GS的电磁场中时设备会永久性损坏,设备(包括设备的近距离连接线)处在0.０7GＳ的电磁场中时设备会产生误动作。
雷电电磁场的危害最终还是使设备及线路感应到过电压。对于电力系统来讲,电力建筑物内的钢筋（当作引下线用)、变电站布线层内进出高压场地和连接室内外的各种金属线路都是发生雷电感应的通道。
3-4：地电位反击
当变电站或线路遭受雷击后, 雷电流会经避雷装置流人接地网,如果接地网的接地电阻偏大或接地网的均压效果不好时，在强大的雷电流作用下,会使接地网的局部电位显著抬高,并由此导致电地位
对设备反击而损坏设备。从安全及运行稳定等角度来考虑,电气设备必须接地,如果雷击时，设备的接地线路为高电位,而设备的某处因某种原因为低电位,则地线对设备上该点的电位差全部由设备承受,这实际上是地线对设备某点的过电压,该过电压也是轻则使设备加速老化，重则直接将设备损坏。
地反击是设备接地线路对设备某点的电位差,如果,设备不存在低电位点则不存在电位差,单是地线高电位只能说是“水涨船高”，没有电位差也就没有过电压,当然设备也就不会损坏。
第四章设计方案
一、设计依据
依据国际电工委员会IEC标准和中国国家标准与行业标准及规范的要求,变电站综合自动化系统必须有完整完善的防浪涌保护措施,保障该系统能正常运作。
设计依据如下:
1)国家标准《建筑物防雷设计规范》GB５0057－94（2００0年版）
2)国家标准《低压配电设计规范》GB5005４-９5
3)国家标准《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343－２004
4)ＩEC61０24－1《建筑物防雷》标准
5)IEC61３１２-１《雷电电磁脉冲的防护》第一部分通则
6)IEC６1312－２《雷电电磁脉冲的防护》第二部分建筑物的屏蔽、内部等电位连接及接地
7)IＥC613１２－3《雷电电磁脉冲的防护》第三部分浪涌保护器的要求
8)IEC61312-4:19９8《雷电电磁脉冲的防护》第四部分现有建筑物内设备的防护
9)GA１73-19９8《计算机信息系统防雷保护器》
10)国家标准《计算机站场地技术条件》ＧＢ２８８７-８9l
11)电力行业推荐标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》ＤＬ/T６20-1997
12)电力行业推荐标准《交流电气装置的接地》DL/T621-1997
13)《广西电网二次系统防雷接地技术规范》(讨论稿)
二、现场情况
根据《XX二次系统防雷技术规范》提供的要求进行设计
三、保护对象
本方案保护对象将按照《ＸX二次系统防雷技术规范》的要求,为前提进行设计,但因要求中未涉及到具体的设备及参数，因此本方案,最终还需以实际设备为准，可由双方确认修改。
四、设计原则
安全可靠:由于建筑物内人员的安全性和设备的重要性,如果雷击对其造成损害，则由此所造成的影响将非常大。依据国际、国内标准和自身丰富的经验,根据中国国情和贵单位的具体情况，对本项目进行安全化的设计和评审,以确保系统的安全可靠。
技术先进：在现有条件下，尽量采用当今国际、国内最先进和成熟的技术和产品，对建筑物、信息系统等起到最好的保护，能够最大限度地适应今后技术和业务发展的变化。
经济合理：根据设计要求和现场实际情况，在确保安全可靠的前提下，对产品材料进行优化组合,力求最优性价比，并不一味追求产品单项指标和档次。
五、设计思路
针对可能的雷电波入侵途径,我们应该在接闪、分流、接地、屏蔽、合理布线、等电位连接等六个方面做完整的、多层次的防护，其中等电位连接最为重要。
系统防雷包括外部防雷和内部防雷两个方面:
外部防雷以避雷针（带、网)、引下线、接地装置为主，其主要的功能是为了确保建筑物本体免受直击雷的侵袭,将可能击中建筑物的雷电通过避雷针(带、网）、引下线等泄放入地。
内部防雷系统是为保护建筑物内部的人员和设备的安全而设置的。通过加装SＰＤ(电源ＳPD、信号ＳPD)等方法,使建筑物、设备、线路与大地形成一个有条件的等电位体,将内部设施因雷击所感应到的雷电流泄放入地,确保人员和设备的安全。
综合防雷系统示意如下：
建筑物综合防雷系统
内部防雷外部防雷
接闪器
引
下
线
屏
蔽
接
地
装
置
共用
接地
装置
屏
蔽
等
电
位
连
接
合
理
布
线
电
涌
保
护
器G B50057-94(2000)I E C
年版系列标准相关国家行业标准
六、具体防雷措施
(1）防直击雷：
本方案不考虑直击雷部分
(2）防雷电感应及雷电波侵入:
电源系统
１、配电变压器低压侧应安装避雷器。避雷器的接地端子与变压器的外壳、中性线以及电力电缆的铠装层应就近接地。
可选:ASP ＰＰS-I/3-100ＢA
2、进入变电站室内的低压电力电缆应走电缆沟或采用带金属外皮的电缆或直接穿金属管埋地引入，其金属管长度不宜小于１5m。
3、当供电系统采用TN-S方式,低压电力电缆引入机房后，在交流稳压器内或交流配电屏（箱)内,相线及中性线应分别对地加装限压型SPD；当供电系统采用ＴＮ－Ｃ-S方式,低压电力电缆引入机房后，在交流稳压器内或交流配电屏（箱)内,相线应分别对地加装限压型SPD。
可选:ＡSP ＡＳafｅ－２5/４
４、变电站配电变压器低压侧或低压电缆引入配电室或配电屏终端入口处,应具有标称放电电流不小于20kA的限压型SPD;低压电缆引入电力室后，在配电屏终端入口处,应具有标称放电电流不小于15ｋＡ的限压型SPD。若变电站配电变压器和配电室在同一建筑物内,其SＰD应在配电室内安装。
可选：AＳP ＡM2－４0／4
5、当上一级SPＤ与次级SPD都采用限压型SPD时,两者之间的电缆长度应大于5ｍ。
６、当变电站的配电系统采用总配电室与分配电室方式供电时,总配电屏与分配电屏之间的低压埋地电缆长度若大于50m,应在分配电屏电缆输入侧安装标称放电电流不小于１0ｋＡ的限压型SPD。
可选：ASP AM3-20/4
7、配电屏与各层配电箱之间的电源线若长度超过30ｍ或电源线长度虽然未超过30m，但该层控制终端和网络设备、仪表的电源对雷电较为敏感时，配电箱内电源芯线宜对地安装标称放电电流不小于10kA的限压型SPD。
可选:ASP ＡM3－20/4
8、变电站内对雷电敏感的系统从防护考虑,建筑物外墙体应避免安装仪表及计算机用电源插座。
9、变电站直流电源线的雷电过电压保护设计
9.１、直流屏与分屏的连接电缆大于5０米时,应在进入分屏的馈线进线端加装适合的直流SPＤ。
可选:ASP AＭ-4８DC
9.2、变电站内直流配电屏的直流馈线端应安装标称放电电流不小于10kA的直流电源SＰD。
可选：ASP AM-４８DＣ
9．3、变电站内直流电源系统使用的ＳPD应具有带保险丝功能,标称放电电流不小于10kＡ，SPD应就近接地。
10、应在总配电屏,楼层分配电屏,机房配电屏,ＵPS专用设备配电屏等处根据实际情况安装标称放电电流不小于10kA的限压型SＰD．
可选：AＳP AＭ3－20/４
信号系统
1、进入主控或通信机房的载波高频电缆必须在屏内及结合滤波器处将屏蔽层接地。
2、复用载波通道高频电缆进入载波设备前宜安装标称放电电流不小于10kA（8／２0μs）的高频信号SPD。
可选：AＳP ST７5F
3、当载波及微波输出的音频线（或数据线)长超过３0米时，应在载波及微波配线架处安装标称放电电流不小于5ｋA(８/20μs)的信号SＰD。
可选：ASP LＳA1０G－2３0
4、从保护屏、交流电源屏、直流电源屏、测量屏等到总控屏的监控通信线，若长度超过30米时在总控屏内应安装标称放电电流不小于5kA（8/20μｓ)的相应的信号SPD或光电隔离器。
可选:ＡSP ＸP35A+M０6C
5、不同系统的通信连接线，应根据实际情况在其线路的一端或两端都安装标称放电电流不小于5kA(8/20μs）的相应信号SPD或光电隔离器。
可选:ASP ＸＰ３5A+M06C
6、高压场地到站内各室的各种信号线路、站内不同楼之间的的各种信号线应采用光纤或屏蔽电缆,屏蔽电缆的屏蔽层应两端接地，电缆的空置芯线应两端接地。
7、当信号线路垂直长度大于30m时,应穿金属管,其金属管两端必须就近与楼层的均压网或接地网焊接。
微波通信系统
１、铁塔上架设的波导馈线、同轴电缆金属外护层应分别在上、下端及进入机房入口处外侧就近接地,当馈线及同轴电缆长度大于60m时，其屏蔽层宜在塔的中间部位增加一个接地连接点,室外走线架始末两端均应作接地连接。
２、当微波站的馈线采用同轴电缆时,应在同轴电缆引进机房入口处安装标称放电电流不小于1０kA 的同轴SPＤ，同轴SPD接地端子的接地引线应从天馈线入口处外侧的接地线、避雷带或地网引接。可选：AＳP ＳT75F
变电站二次系统接地要求
1、电网二次系统的接地方式应采用共用接地。通信站距发变电站接地网边沿超过１５米时，应另设专用接地网。
2、当互相邻近的建筑物之间有电力和通信电缆连通时，宜将其接地装置互相连接。
3、机房不宜设在建筑物顶层。若机房设在建筑物顶层,机房应进行屏蔽装修.
4、进出机房的金属管道引入室内前应埋地１0米以上，并在入口处应就近与接地网做等电位连接。
5、引入机房的导线如暂不使用,应在配线架上接地，以防引入直击雷、感应雷在开路的导线末端产生反击。
6、管道、构架、竖井、廊道电缆支架等金属物每隔２0米应进行接地一次。
二次系统接地网均压要求
1、应在调度大楼、变电站、微波站的机房内建立水平闭合环形接地带，作为总等电位连接带使用。
2、电网二次系统设备应采取等电位连接,设置等电位连接网络。设备的金属外壳、机柜、机架、金属管、槽、屏蔽电缆缆外层、设备防静电接地、安全保护接地、浪涌保护器(SＰD）接地端等均应以一定距离与等电位连接网络的接地端子连接。
3、建设调度大楼、变电站、微波站时为了保证均衡电位，应由接地网主抽头处接引两条截面不少于３×100 mm２的主母铜线或相当截面的电力电缆,向上连接通信、自动化、保护、调度等机房的环形接地母线。
４、所有进入调度大楼、变电站、微波站的外来导电物均应在不同防雷区的界面处做等电位连接。当外来导电物、电力线、通信线在不同地点进入建筑物时，宜设若干等电位连接带，并应将其就近连到环形接地体、内部环形导体或此类钢筋上，它们在电气上是贯通的并连通到接地体，含基础接地体。
第五章、产品清单
第六章、产品性能参数
1、ASP ＰＰＳ－I/3－1０0BA
产品型号：PＰS-I/3-100BA
防护类型SPD端口ＳＰD类别保护模式最大持续运行电压
电源防护一端口电压开关型L-PE/N-PE ３20V／38５V 标称放电电流冲击电流接地接零不良指示劣化指示限制电压连接导线
100ＫA １5KA ＬＥＤ/蜂鸣报警LED/蜂鸣报警２000V 1６－３5ｍｍ2
２、ＡSＰ ASafe-25/４
产品型号：Ａsafe－25
防护类型SPＤ端口SPD类别电源系统绝缘阻抗连接导线
电源防护一端口电压开关型TT-ＴN－
IT
＞100Mohｍ１6-3５mm2
额定电压最大持续运行电压冲击电流最大放电电流限制电压
2２0V 32０Ｖ２5KA 140KＡ20０0Ｖ
３、AＳＰAＭ2-４０／4
产品型号：AM2-40
防护类别SPD端口SPD类别电源系统额定电压最大持续运行电压
电源防护一端口限压型TT-TN-IT 22０V 385V 标称放电电流最大放电电流限制电压失效指示连接导线2０KA 40ＫA <1800V 绿色正常红色失效16－2５mm2 推荐串接过流保护装置内部过热断路器内部电路过流断路装置32Ａ/3５A 内置内置
4
产品型号：AM3－20
防护类别SPD端口SPＤ类
别
电源系统额定电压最大持续运行电压
电源防护一端口限压型TT-TＮ
-IT
220V 355Ｖ
标称放电电流最大放电电流限制电压失效指示连接导线
1０KA 420KA ＜１200
Ｖ
绿色正常红色失效
16-２５ｍ
m2
推荐串接过流保护装置内部过热断路器内部电路过流断路装置16A/３5Ａ内置内置
5、ASP AM-４８DC
产品型号：AM－48DC
防护类别SPD端口SPD类别电源系统额定电压最大持续运行电压
电源防护一端口限压型直流供电系统48VＤＣ65VＤＣ标称放电电流最大放电电流限制电压失效指示连接导线5KA １0KＡ20０V 绿色正常红色失效4-25mm2 推荐串接过流保护器内部过热断路器内部电路过流断路装置5A/1６A 内置内置
产品型号：ST７5Ｆ
防护类别ＳＰD端
口
SPD类别接口形式匹配阻抗最大允许功率标称放电电流
信号防护两端口电压开关型F头 F/F 75 300W 10KA 最大放电电流限制电压驻波比插入损耗频率范围20ＫA 6０0Ｖ<1.2 ＜0.2dＢ0-2.5G
7、ASP XＰ35A+Ｍ06C
产品型号：XＰ35A
防护类别适用系统最大持续运行电压标称放电电流最大放电电流信号防护各类信息系统１８0Ｖ5KA 10KA 最大负载电流最大传输限制电压插入损耗500mA １０0Mpbs ＜2８０V <0.5dＢ
产品型号：M06C
防护类别适用系统
标称放电电
流
最大负载电
流
标称工作电
压
限制电
压
插入损
耗
信号防护各类信息系
统
50０A 5０0ｍＡ06V <１5Ｖ
＜0.５
dB
8、