◆背景描述

计算机、通信和仪表控制系统（以下统称“微电子系统”）在工业化社会得到了广泛的应用，随着科学技术的快速发展，这些系统的微电子器件的集成化和微型化程度愈来愈高，而其元器件的抗电气冲击水平却都很低，因此，防雷问题和元器件间、系统间的电磁兼容问题日显突出。《大型变电站》是自动化程度很高使用的场所之一，在气象条件下微电子系统的雷害事件偶有发生。

◆挑战与需求

1、微电子系统设备遭受雷害的途径和防雷保护措施

1）遭受雷害的途径：微电子系统设备遭受雷害的途径有直击雷的侵害、反击，由电源线路引入的雷电侵入波、感应雷或雷电电磁脉冲的侵害等。电网系统内部产生的过电压冲击或电磁耦合等也会造成设备损坏。在电力网内部因系统操作失误或出现异常工况甚至短路等故障，会引起电力网系统出现内部过电压或电压瞬态降低的现象。过电压会经电源侵入微电子设备，也会因布线不当而通过线路耦合到微电子器件的电路中。

2）防雷保护措施思想：由于微电子系统设备对雷电特有的敏感性和雷害途径的多样性，在对微电子系统设备的雷电防护方面，应根据各微电子系统的重要程度划分防雷区域，并针对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，这种防护体系是《大型变电站》采用的纵深雷电防护防御体系。

3）防雷保护具体措施：

a）采用接闪器（接闪针、接闪带、网）及其构成的系统防止直击雷的侵害。

b）泄流（分流）雷电能量，防止直击雷反击。

c）采用对系统设备接地的等电位连接的方法防止直击雷反击。

d）采用多层次的电磁屏蔽来降低或限制感应过电压的产生。这些屏蔽包括建筑物屏蔽、微电子系统设备机房内屏蔽、设备外壳屏蔽和信号管线屏蔽等。作为电磁屏蔽，在微电子系统的设备中，除了要具备防雷暴屏蔽外，还要求达到设备间、电子元件间的电磁干扰屏蔽，即系统间、设备间要达到电磁兼容的标准要求。

e）采用过电压保护器防止元器件损坏，即在微电子系统的电源回路、信号接口等回路安装过电压保护器（过电压限制器或浪涌吸收器），经限制器将已产生的过电压箝制于限制值以下，保证系统设备或元器件免于异常动作或损坏。过电压保护器的设置或选择应按其保护系统的重要级别或系统回路接口方式全面、系统地统筹考虑。

4）微电子系统雷电防护基本框架：《大型变电站》微电子系统设备防雷害和过电压保护的基本框架，由纵深雷电防护防御体系构成一个完整的现代雷电防护体系，即全方位、多层次的综合防护措施，任何单一的防护技术并不能有效地防止雷电的侵害。

2、《大型变电站》微电子系统的防雷需求

1）计算机网络系统：作为大型电站的生产管理、生产控制的计算机网络系统，在发电机组安全、稳定运行中起着非常重要的作用。电站计算机网络系统主要由计算中心（电站计算机辅助隔离系统、国家或部委生产管理系统）、工业计算机系统和仪表控制计算机系统组成，在气象条件下计算机网络系统是雷电电磁脉冲侵害的主要对象。

2）通信系统：通信系统在生产中的作用是不言而喻的，《大型变电站》采用完全独立而互为备用的微波中继通信电路和光纤通信电路，由于雷电存在着随机性和不可控性，通信系统运行正常并不代表系统设计或运行状态符合雷电侵害保护的要求，在气象条件下易遭雷电流产生的电涌而损坏设备，应在交、直流电源配电设备各侧及交流屏输入端安装相应浪涌吸收装置作以保护。

3）《大型变电站》微电子系统防雷接地装置：《大型变电站》接地网上连接着全站的高低压电气设备的接地线、低压用电系统接地、电缆屏蔽接地、通信、计算机监控系统设备接地，接地是防雷技术最重要的环节，不管是直击雷，感应雷或其它形式的雷，都将通过接地装置导入大地。接地装置的作用是把雷电对接闪器闪击的电荷尽快地泄放到大地，使其与大地的异种电荷中和。

◆方案与解决

1、《大型变电站》微电子系统防雷装置结构组成：

1）建筑物（体）直击雷

2）电源系统（高、低压）配电装置

3）微电子系统（网络系统、监控系统、火灾报警装置、消防系统、通信系统）

4）均压（等电位）装置

5）接地泄流系统

2、《大型变电站》微电子系统雷电防护内容：

1）直击雷装置

2）雷电电磁脉冲防护装置

3）均压（等电位）装置

4）泄流装置

3、《大型变电站》微电子系统雷电及过电压防护措施技术依据：

1）直击雷装置：《大型变电站》微电子系统建筑物直击雷防护应符合建筑物防雷标准GB50057-2010第4.2.1条、第4.2.4条、第4.3.1条、第4.4.1条、第4.4.8条、第4.5.2条技术要求。

2）微电子系统设备直击雷防护装置：依据建筑物防雷标准GB50057-2010《附录D：滚球法确定接闪器的保护范围》第D.0.2条技术参数确定接闪器高度的计算公式，作为有效保护半径技术措施。直击雷防护装置材料需符合GB11032-89防雷器材指标要求。

3）微电子系统设备雷电电磁脉冲防护装置：根据GB50057-2010建筑物防雷设计规范和GB50343-2012建筑物电子信息系统的防雷设计规范（第5.4.条规定，参照5.4.1-1图、5.4.1-1表和5.4.1-2表、5.4.2条、5.4.2-1表、5.4.2-2表、5.4.3条、5.4.4条、5.4.5条、5.4.6条、5.4.7条、5.4.8条、5.4.9条之技术参数）的要求，在电源系统输入/出控制端、微电子（信号）系统的线路终端设备、网络系统、监控系统、火灾自动报警装置、消防联动控制系统、通信系统的终端设备加装相对应的防雷器（SPD）防止传输线路中感应雷的雷电波/流侵害智能电子设备及人员的操作安全。

4）均压（等电位）装置：根据GB50343-2012 建筑物电子信息系统的防雷设计规范的要求，参照规范第5.2.1条、第5.2.2条、第5.2.3条、第5.2.4条、第5.2.5条、第5.2.6条、第5.2.7条、第5.2.8条、第5.2.9条、第5.2.10条之规定设计（电源系统、微电子信号设备）等电位（均压环）保护措施。

5）泄流装置：依据防雷规范GB50057-2010/GB50343-2012要求设计接地装置的阻抗值，接地装置安装实施流程参照接地装置示意图D501-1～4建筑物防雷设施安装规范要求施行。

3、《大型变电站》微电子系统雷电及过电压防护措施具体要求：

1）防雷措施分类：《大型变电站》微电子系统防雷措施总体分为二种（避免雷电波的进入和利用保护装置将雷电波引入接地网）。

2）直击雷防护装置：直击雷防护（接闪杆或接闪线）装置防护雷击是通过拦截导引措施改变其入地路径。

3）雷电电磁脉冲防护装置：采用防雷器将侵入微电子系统传输线路中的雷电波降低到微电子设备绝缘强度允许值以内（采用过压保护限制雷电电涌值，通过电涌模块提高微电子设备自身的防护能力，防止微电子设备、电子元件被击坏，在微电子设备电源端和信号控制端口、线缆接口处加装浪涌限压保护器）。

4）均压（等电位）装置在微电子设备的控制室内敷设等电位装置，所有微电子设备的外壳均与等电位汇流排连接，微电子设备的接地点尽量远离接闪杆（接闪线）接地引下线的入地点，接闪杆接地引下线尽量远离微电子设备接地连接点防止引下泄流的雷电流反击微电子设备。

5）泄流装置：采用矩形接地网络装置或法拉第笼保护模式（接地装置体的引导线连接被保护或屏蔽设施的连接线，可设主接地装置体、等电位连接体和分接地体，防雷接地装置的接地线即防雷接闪装置的引下线可采用圆钢或扁钢，两端按规定的搭接长度焊接达到电连接并与泄流主体可靠连接），《大型变电站》微电子系统的防雷接地电阻值设计值为≤1Ω。

6）纵深防御体系总要求：《大型变电站》微电子系统设备的防雷保护是一项系统工程，必须以雷电防护原理为基础对《大型变电站》微电子系统作概要分析，对实际运行的各个微电子系统在保护配置上应根据保护原则具体问题具体分析，即根据系统设备的重要程度和防雷保护的要求等级进行多层次、全方位的综合防御，建立完善的纵深防御体系。

◆方案实施 （产品选型）

1、直击雷防护装置

1）GFL系列接闪塔。

2）普通接闪器： LR02系列。

3）优化接闪器： LR01系列。

4）提前放电接闪器： LRT系列。

2、雷电电磁脉冲防护装置（SPD）

3、泄流（接地）装置

1）铜包钢接地极： EP01系列。

2）离子接地极：EP02系列。

3）石墨接地模块：EP03/P2系列。

4）等电位连接器：EP04系列。

南京宁翔防雷工程科技有限公司

2018-10-02