三、變電所防雷措施及對電子設備保護的不足
3.1避雷針
為免遭直擊雷破壞，變電所一般設有獨立避雷針和構架避雷針，有些峽谷地帶變電所則采用避雷線保護。其結構均分為接閃器、引下線和接地體，防雷原理相同。
為了防止反擊，要求避雷針與被保護設備之間空中距離不小于5m，地中距離不小于3m。構架避雷針一般用于110kV及以上，且裝設集中接地裝置后與主地網(wǎng)連接。
獨立避雷針的保護范圍對地面為1.5h（針高），對超過針高一半的空間其保護范圍只能在45°角內(nèi)校核。目前國際上流行的一種滾球法理論校核獨立避雷針的保護范圍比較符合實際。滾球法理論認為直擊和繞擊與雷云帶電量有關，能量越小的雷越易產(chǎn)生繞擊?？尚蜗蟮亟忉尀橐粋€半徑與雷云帶電量成比例的以雷云先導為圓心的球，滾落在地面上，到碰到避雷針尖為止。球與地面接觸點到針尖這段弧，如果碰不到被保護物體，則被保護物處在保護范圍內(nèi)。如中等強度的雷云（U0=50MV），按雷電先導的閃擊距離公式rs=1.63U01.75，可得球的半徑為133m。在此情況下得出的保護半徑比有關設計規(guī)程的大一些。按防雷規(guī)范校核保護范圍，一般110kV中等規(guī)模變電所采用3～5根，35kV變電所1～４根30m左右避雷針，以覆蓋全所被保護區(qū)。
微波塔也是一種獨立避雷針。對于所內(nèi)設有微波塔的，規(guī)程規(guī)定微波塔必須與通信室地網(wǎng)連接。通訊室和主控室地網(wǎng)一體，雷電流通過主控室地網(wǎng)泄放。按前面分析，如果高壓配電室、主控室、通訊室內(nèi)保護、監(jiān)控、計量表、RTU等接于相距較遠的地網(wǎng)，且之間又有電的聯(lián)系時，所內(nèi)電子設備遭受的反擊機率更大。
避雷針的年雷擊次數(shù)，可按經(jīng)驗公式N=0.015?n?k（l+5h）（b+5h）10-6計算[4]。其中n為年雷暴日數(shù)，K為校正系數(shù)金屬結構取2。l、b、h分別為建筑物的長、寬、高。按該式在年雷暴日為40的地區(qū),35kV室外終端變電所，母線構架5.5m高，受雷擊概率為每年0.000454次，而加１根30m高避雷針后，則每年將受0.027次雷擊。如果一個變電所有４根針，每邊相距50m，雷擊概率則為0.048次／年。
避雷針大大增加雷擊概率，使得依附于一次設備的目前正在大量更新的保護、監(jiān)控、綜自及通訊等微電子設備感受雷害的機率大大增加，損壞方式也多種多樣，使電力生產(chǎn)帶來很大的損失。
3.2避雷器
為了防護感應雷和輸電線路的雷電侵入波的危害，變電所采用了避雷器。以前裝設的避雷器大多為裝在線路端的管型避雷器和裝在母線、設備處的閥型避雷器，目前均由性能更好的金屬氧化物避雷器所取代。
由于雷電侵入波主要對35kV以下系統(tǒng)危害較大，變電所著重對35kV和10kV線路入侵波進行防護。對35kV架空進線，一般是采用進線段1～2km的架空避雷線配其兩端的管型避雷器進行防護。對10kV線路，則每條進線均采用一組閥型或氧化鋅避雷器進行防護。對3～10kV配電變壓器，一般只規(guī)定了高壓側采用閥型避雷器的保護，對多雷區(qū)外送的Y/Y0連接的變壓器的只規(guī)定了裝設以防變波及低壓側雷電入侵波擊穿變壓器高壓側絕緣的避雷器。
上述防護措施未考慮低壓部分過電壓，未考慮雷電入侵波或危險電位通過進所金屬管線引入構成對電子設備的威脅。
3.3建筑物內(nèi)的防雷措施
室外變電所的建筑物一般有高壓室、主控室、通訊室以及部分附屬住宅樓辦公樓等。按建筑物防雷等級劃分，變電所生產(chǎn)性建筑物一般被劃分為第三類工業(yè)建筑。由于設計時一般將此類建筑物置于變電所避雷針保護范圍，因此除通訊室按相關標準進行過防雷處理外，其它部分因不設屋面避雷針和避雷帶，故均壓帶以及利用建筑物鋼筋作分流線和組成法拉第籠屏蔽網(wǎng)等措施均未采用。對于防雷電波入侵，引入建筑物內(nèi)的纜線等一般均通過與接地網(wǎng)連成一體的電纜溝支架和電纜豎井支架引入，且部分電纜作了兩端屏蔽接地處理。
由于以往建筑物防雷未考慮當今大量電子設備的防護問題，致使許多已建和在建的建筑物，存在嚴重的防雷先天缺陷。電子設備防感應雷基本上靠機殼和內(nèi)部措施，使其可靠性下降。
3.4建筑物的地網(wǎng)及金屬部分處理
由于變電所建筑物未考慮直擊雷泄流通路，其地網(wǎng)處理一般是與所內(nèi)主接地網(wǎng)相連。雖然許多規(guī)程中分出了防雷地、交流地、直流地、保護地、數(shù)據(jù)地，但是執(zhí)行起來很不易，一是條件苛刻，場地狹小;二是所用設備規(guī)模不大，沒有必要分得太清，于是造成了事實上的聯(lián)合地網(wǎng)?，F(xiàn)代研究認為，這種聯(lián)合地網(wǎng)經(jīng)濟有效，并且可以解決各地網(wǎng)在內(nèi)外過電壓時產(chǎn)生的電位差，造成對耐受水平低的電子設備的反擊。不過聯(lián)合地網(wǎng)必須通過合理布置接地線和等電位處理技術及裝置本身的電磁兼容防護來解決設備的安全問題。
目前變電所的聯(lián)合地網(wǎng)從主控室到高壓室以及到室外高壓配電裝置，因為距離遠、面積大，各種電子設備之間的聯(lián)系復雜，地網(wǎng)各點電位不同易造成設備工作出錯和損壞。其中影響最大的是高頻電纜、長距離導引電纜、控制電纜，以及就地布置電子設備與主控制室之間的網(wǎng)絡線等。
建筑物內(nèi)金屬門窗、玻璃幕墻、吊頂龍骨架、燈線、管線等，常常予以忽視，未作接地。還有二次回路使用的直流蓄電池作浮點運行（特別是舊式電池體積龐大），這些都是雷電二次效應的推波助瀾者，是電子設備潛在的殺手。
四、變電所加強防雷措施
變電所傳統(tǒng)防雷措施對高壓電氣設備的防護是有效的，但對電子設備的防護并不恰當，為了適應智能化變電所的發(fā)展要求，必須在原定防雷措施基礎上，更進一步進行防范。采取措施的原則是分區(qū)防護、三級過壓保護、多重屏蔽、均衡電位、浮點電位牽制。根據(jù)1992年國際建筑物防雷會議上IEC/TC81中提出的防雷保護區(qū)的新概念，對變電的的防雷化分為三個區(qū)進行分級防護，根據(jù)設備的敏感性和重要性進行加強屏蔽可以起到事半功倍的效果。
4.1第一級防護區(qū)為全所范圍內(nèi)的高壓設備部分和高壓線路的進線段保護范圍。主要措施為獨立避雷針、構架避雷針、架空避雷線、高壓避雷器、設備引下線、主接地網(wǎng)和微波塔及其接地。其主要任務為引雷、泄流、限幅、均壓，完成基本的防雷功能。
由于避雷針的采用增加了雷擊概率，感應雷對電子設備的危害機率增加。為了減輕雷擊感應幅射，有些工程采用了帶屏蔽作用的引下線，有的采用多條引下線分流，這些措施均可起到一定作用。
另外有些變電所以前選用了導體消雷器、半導體消雷器、少長針消雷器等多種類型的無源消雷器。其評價褒貶不一，不過有一個不爭的事實:消雷器的保護范圍至少與同等高度避雷針一樣。對于消雷器的運行，只要其接地滿足防雷規(guī)范要求，空間和地中安全距離以及保護范圍滿足規(guī)程要求，就應當繼續(xù)使用作好觀察記錄。如能夠消雷或部分消雷，都將會對電子設備有益。
4.2第二級防護區(qū)包括進出變電所管線、二次電纜、端子箱、所用電系統(tǒng)及微波天饋線。其主要任務是防感應雷過電壓和侵入波過電壓的傳遞，以及危險電位內(nèi)引外送。
4.2.1進出所管線處理
進出所管線包括水管、煤氣管、熱力管、電源線、縱聯(lián)保護導引線、信息傳輸線等。進所金屬管類均應直埋進所，并與地網(wǎng)分幾處連接，且宜在進所前經(jīng)絕緣管道隔離后引入。所用電源一般不外送，如內(nèi)引應經(jīng)隔離變壓器引入，引入前穿管直埋15m進所。仍采用縱聯(lián)導引線保護的，導引線應按部頒反措經(jīng)隔離變壓器后引入，進所部分穿管直埋。進出所的信息傳輸線纜應穿管直埋入所并經(jīng)保安單元或相應的數(shù)據(jù)避雷器后引入機房。有金屬線的光纜穿管直埋入所先經(jīng)接地匯接排后才能引入機房。接地的波導管本身具有良好的防雷作用，不需加避雷器，按規(guī)程沿路接地即可，對同軸電纜天饋線應加裝相應高頻避雷器，避雷器的地線就近與機房的接地匯接排相連。
4.2.2二次電纜及端子箱
直接與電子設備屏柜和裝置相連的控制信號電纜、電流、電壓回路電纜都應該采用屏蔽電纜，且屏蔽層金屬保護層及備用芯均應兩端接地。端子箱及斷路器機構箱、匯控柜等不管內(nèi)部是否安裝電子設備均應避開避雷器或構架避雷針的主要散流線接地。
