龚大江，常 强，吴洪学，王 勇，杨草田

（1.贵州电网有限责任公司遵义供电局 供电服务中心，贵州 遵义 563000；2华立科技股份有限公司，浙江 杭州310000）

0 引 言

亚热带湿润季风气候地区，雷雨较多，近年来，现场使用的计量终端在雷雨季节遭受雷击而损坏的现象时常发生[1]。贵州电网统计了过去一段时间现场运行的来自不同厂家、不同类别的计量终端故障，发现由于雷击损坏引起的故障约占6%，对电网公司造成了严重损害。鉴于此，解决计量终端如何防雷的问题迫在眉睫。

本文分析了计量终端的雷击故障，提出了一系列防护措施和相应的研究方案，研制了一种防雷设备，将其内置或外挂在计量终端，在雷电进入终端前加装防雷卸放机制，并进行多路径泄流。当雷雨季节来临时，将雷击信号引入大地，尽可能避免计量终端被雷击损坏。经试点应用验证有效，对保障电网公司终端设备的可靠运行具有重要意义。

1 计量终端雷击故障分析

1.1 直接式雷击

1.1.1 电源部分引入

雷击事故中，60%～70%是由于雷击入侵电源线路造成过电压导的。因为电源线路处于架空状态，雷电易沿电源线路侵入用电设备[2]。目前，通过分析现场取回的被雷击损坏的计量终端可知，雷电的引入处都在电源侧，雷击主要破坏了电压接线端子和位于后方的压敏电阻。

1.1.2 通信天线部分引入

计量终端通信天线为金属制造，一般吸附在台架上，易遭受雷击，造成过电压影响，导致计量终端严重损坏[3]。

1.2 感应式雷击

感应式雷击（间接式雷击）和内部浪涌发生的概率较高，绝大部分用电设备受雷击损坏都与其有关。由于雷电流有极大的峰值和陡度，周围空间会出现瞬变电磁场，处于电磁场中的导体会感应到较大电动势，在信号线路及回路上产生过电压，损坏相应的接口电路[4-5]。

2 计量终端防雷设计研究

2.1 直接式雷击

本文从以下两个方面研究、设计了计量终端受到直接式雷击时的防雷方案。

2.1.1 电源部分引入

经分析，雷击导致计量终端损坏，其中压敏电阻失效也造成了一定影响。但是，瞬间放大电压、电流是导致终端损坏的主要原因，且终端零线部分被烧断，相间放电较多。鉴于此，需要在计量终端电压前侧加装防雷卸放设备（电源浪涌保护器SPD），并进行多路径泄流，保证计量终端遭受雷击时可通过防雷设备进行一次卸放，终端内部进行二次防护，尽可能保证终端在电源侧受到雷击时不会损坏。

2.1.2 通信天线部分引入

经分析，要防止从天线口进入设备的雷电造成过电压影响，可以在馈线口串接一个与终端设备功率、频率和接口型号相匹配的天馈浪涌保护器（天馈SPD），并可靠接地。

2.2 感应式雷击

从以下两个方面设计了计量终端受到感应式雷击时的防雷方案。

2.2.1 电源和通信天线引入

防护措施与计量终端受到直接式雷击的防雷方案相同。感应式雷击需要利用8/20 μs的雷电流曲线参数，直接式雷击需要利用10/350 μs的雷电流曲线参数，SPD安装时尽量采用凯文接线法。

2.2.2 计量终端内部浪涌和耦合

为了有效预防雷电浪涌对计量终端产生影响，终端硬件主要通过过电压保护电子元器件实现，包括压敏电阻和TVS管（高能瞬变抑制管）。防雷设备的载波回路采用压敏电阻→TVS管→高频变压器隔离的硬件防护设置，以保护载波模块。对RS485回路而言，采用TVS管和热敏电阻共同配合的防护措施，终端通信天线采用TVS管进行防护。另外，由于瞬变雷电电磁脉冲对终端内部电路的冲击较大，因此设计了信号保护电路，提高线路绝缘水平，减少耦合回路的总面积，并减弱磁场耦合效应。

3 防雷设备功能及应用分析

3.1 防雷设备主要功能

3.1.1 防止直接式雷击

发生雷击时，终端最易进雷的通道是电源部分和天线部分。若防止电源部分进雷，可在计量终端电压前侧加装防雷卸放设备，并进行多路径泄流。若防止天线部分进雷，可在馈线口串接一个与设备功率、频率和接口型号相匹配的天馈浪涌保护器，并可靠接地，以保证终端遭受雷击时，防雷设备可以进行一次卸放，终端内部可以进行二次防护。

3.1.2 防止感应式雷击

通过计量终端内置或外挂防雷设备，利用防雷卸放设备将雷击信号引入大地，防止感应式雷击。

3.2 防雷设备研制

该防雷设备安装于标准35 mm导轨，具备老化自动分离、损坏指示报警等功能，符合GB18802.1-2011等国家、行业的相关标准要求。组合安装4块HL-100/160 A低压配电电涌保护器，便可对三相电源系统进行雷电电磁脉冲防护。防雷设备的基本参数及使用包括两方面。

（1）具体技术参数

防雷设备的具体技术参数，如表1所示。

表1 防雷设备具体技术参数

（2）接线图及安装说明

接线端子：L1、L2、L3均为火线接口端子孔，N为零线/中线/接口端子孔，PE为地线接口端子孔，如图1所示。PE地线端子口必须接地线，否则防雷设备作用失效，无法正常工作。

图1 防雷设备接线图

老化表示窗口：三个孔颜色无变化时，表示防雷设备处于正常工作状态；有一个及以上变为红色，表示防雷设备失效。设备配备空气开关，提高防雷设备的安全性。

连接方式：电源→空气开关→防雷设备→低压防护设备。防雷设备连接为并行连接。

3.3 安全、质量保障措施

安全风险：效果验证过程中，安装防雷设备时，电压二次回路存在短路风险。

控制措施：试验过程中，取二次电压时，断开接线盒连接片。

质量保障措施：使用能够将雷电引入大地的接地线。

3.4 设备试运行

2018年雷雨季节前，在2017年计量终端遭受雷击严重的区域，安装防雷设备HL-100/160 A低压配电电涌终保护器。雷雨季节试运行以来，安装防雷设备的计量终端没有发生雷击损坏现象，电源、天线和RS485电路等均正常，终端安全运行；而没有安装防雷设备的部分计量终端，2018年再次遭受雷击。

4 结 论

本文分析了终端遭受雷击的几种故障情况，提出了对应的防护措施方案，研制了防雷设备HL-100/160 A低压配电电涌保护器。它可以内置或外挂在计量终端，在雷电进入终端前加装防雷卸放机制，进行多路径泄流，实现防雷功能。将防雷设备安装到现场进行试运行，运行结果表明，当雷雨季节来临时，安装防雷设备的计量终端能有效将雷击信号引入大地，尽可能避免终端被雷击损坏，达到预期效果。该防雷设备的应用对终端防雷的研究与实现具有重要意义。