超高压变电站微电子系统的雷电干扰防护

　　1变电站微电子设备干扰源

超高压变电站二次设备是在一个干扰强度高的电磁环境中运行。雷电是一种强烈的大气过电压强放，而当雷电将电流泄放到大地时，将产生一个旋转快速变化的运动电磁场，邻近的电源线、弱电电缆等相对切割磁力线，产生感应高压，这样感应电压有可能通过行波侵入或耦合回路感生干扰电压等途径对设备产生间接的有害影响，在电流的陡度为90kA/ms，并且环路为10m时，在瞬时内感应电压可超过1000kV，这样的高压沿着线路传输，会击毁线路上的设备。当空气击穿放电，电场强度在500kV/m时，将形成对系统有明显作用的电磁场。这样不仅电源线容易产生感应浪涌脉冲，弱电电缆和传感器电缆，即使埋设在电缆沟或者地下也会受到雷电电磁脉冲(LEMP)的影响。

另外，雷电击中站内避雷针或邻近高大构件时，强大的泄放电流引起地网电位升高，有时会在各接地点产生过大的电位差，而地下敷设的二次电缆的屏蔽层，会分流泄放雷电流，在缆芯间以及芯地间产生干扰电压。除了雷电冲击之外，所有高压设备的操作，尤其是站内带电一次设备故障和邻近变电站带电送电线路故障，都不可避免地对二次系统产生损害性过电压或破坏其信号流的电磁冲击，轻则引起系统控制混乱，重则损坏设备。

　　2微电子设备的干扰途径

干扰源通过各种耦合途经作用在二次系统，从二次设备接受干扰的角度来看，耦合可分为传导耦合和辐射耦合两类。传导耦合是指干扰源的电磁能量以电压或电流的形式通过金属导线、电阻、电容及电感而耦合至二次系统，它又可分为电导性耦合、电感性耦合、电容性耦合。一个电路产生的磁场可能会对另一电路产生电感性耦合，它是由干扰源与被干扰对象之间的互感所引起的，主要由干扰源的电流所决定，一次回路有大电流通过时，必然在其周围产生大的磁场，从而在其附近的二次系统上感应出干扰电压。特别是在发生事故的情况下，一次回路中的电流产生突变将会引起强烈的电磁感应。

如在隔离刀闸操作一个回路时，产生多次重燃的电弧，在线路上产生相应的脉冲，这种脉冲为高频，会对邻近的二次系统引起干扰，干扰的大小决定于磁场的变化率及与该磁场交链的电路所包围的面积当两个电路只有公用导线时，一个电路中有用的电流信号，可能在另一个回路中构成不希望的电压降。干扰的大小决定于公用线段的阻抗及干扰电流的大小。

　　辐射干扰是指一次系统产生的电磁干扰辐射干扰能量通过电磁场以空间电磁波的形式传播到二次系统中，随二次电缆的接地方式不同形成共模和差模干扰。雷电的电磁干扰可以通过多种途径进入敏感设备。这些途径包括公共导线(例如公用电线、电话线路等)、相邻导电部分间的电容、相邻导电通路间的互感，哪一种是主要的，则视具体情况而定，通常同时存在多种干扰源和多种干扰方式。

在微机保护和综合自动化装置的电源前边串接隔离变压器进行隔离，隔离变压器都具有屏蔽层，且可靠的接地;并加装对地电容进行雷电波的吸收;前边串接浪涌吸收保护器。

变电所二次系统使用屏蔽电缆，防止雷电活动时，在二次回路上产生感应过电压或产生静电感应，同时注意强、弱信号电缆的间隔，信号电缆应尽可能避开电力电缆;尽量増大与电力电缆的距离，并尽量减少其平行长度。

在设计接地网时，应尽量采用方孔地网以改善地面电位分布，对方孔地网的网格大小，要从地电位分布均匀考虑，防止局部电位升高。在电缆沟内要设置接地带、在电缆沟附近要设置与电缆沟平行的水平均压带，以改善电缆沟的电位均匀。防止地电位不均对二次回路的干扰，且接地网表面的地。综合上面所述，超高压变电站在强大的电磁场环境下，雷电干扰进入二次系统，侵坏微电子设备。为保证电子设备的正常工作，必须对其防护进行加强，如在电子设备前构建二级防护，极力降低雷电波干扰，改善接地网形状，降低接地电阻，降低局部电位的影响;在二次回路中采用屏蔽电缆，降低感应过电压。

总之，加强变电站微电子设备的防护，应根据微电子系统设备的可靠性要求程度，确定出相应的雷电防护等级，全方位、多层次地建立一套完整的防护体系。