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引言
关于电子信息系统（Electronic
information system），国标GB50343-2004的定义如下：由计算机、有/无线通信设备、处理设备、控制设备及其相关的配套设备、设施（含网络）等的电子设备构成的，按照一定应用目的和规则对信息进行采集、加工、存储、传输、检索等处理的人机系统。近年来随着电子技术的飞速发展,发电厂及变电站（所）的生产自动化程度越来越高,大量的先进设备相继投入运用。这些高精度、高技术的微电子设备内置大量的CMOS半导体集成模块，其工作电压仅几伏，未来可能达到0.8V，传递信息电流小至微安级，对外界的干扰极其敏感，导致设备的过压、过流保护能力极其脆弱（据美国通用研究公司提供的报告：电磁脉冲超过0.07高斯，就可引起计算失效；电磁脉冲超过2.4高斯就可以引起集成电路永久性损坏。）在雷雨季节，有些发电厂及变电站（所）的计算机系统、RTU系统、自动化系统、通信联络系统、监控系统等设备常常损坏，造成了较大的直接和间接经济损失。因此，提高发电厂及变电站（所）的雷电防护水平，是保证电力安全生产运行的重要工作。
根据国家电网生技[2005]394号——国家电网公司输变电设备防雷工作管理规定，以及生技输电【2005】44号——关于做好输电线路防雷工作的通知的要求，对电网公司系统各区域电网公司、省（自治区、直辖市）电力公司及所属供电企业、发电企业和施工企业，必须加强防雷工作。
经过我们广泛的调查研究和大量现场数据统计显示，发电厂及变电站（所）信息系统雷电防护主要存在以下三点不足：
①
重视高压侧的保护，忽视二次侧的保护；
②
信息系统缺乏系统的整体防护理念；
③
现有的低压防雷器体积大、通流量小、残压高、维护难，不能满足发电厂及变电站（所）雷电防护的要求。
对于雷电的防护常规的方法是，根据当地雷暴日指数、土壤电阻率、周围构造物状态、电子信息系统的结构布局以及被保护设备的重要程度等条件与限制，合理地运用接地、均压、屏蔽、分流以及加装SPD浪涌保护器件等具体措施，分区逐层地对核心系统设备进行系统的保护，达到有效抵御一般感应雷产生的电磁脉冲袭扰的目的。
综合防雷工程包含：完善的外部防直击雷系统、合理配置过电压保护装置（含电源、通信）、良好的等电位连接三个有机的整体。
IEC
/TC-81将整体防雷总结为：DBSE技术—即分流（Dividing）、均压（Bonding）、接地（Earthing）、屏蔽（Shielding）四项技术的综合。只要综合考虑四项措施，严格符合防雷接地规范，就能起到理想的防护效果。
图1
整体防雷示意图
理论上，防雷措施越严密，保护会越得力，如同雨伞越大，飞溅到的雨伞下的雨点会越少。然而，滴水不漏的保护伞是不存在的，何况再完美的伞，其使用价值需要体现在伞下的受保护体上。并且，在保护人身安全和设备安全的各项措施中，应遵循周详且适度的基本准则，不能忽视电子信息系统平稳工作的客观条件和安全投资的效益回报问题。即：保护电子信息系统设备不能限制和降低系统的正常功能；防雷保护费用不应当成为阻碍系统性能价格比均衡的负担。
实际处理过程中，一般会采取普遍防范。重点治理的方法。至于系统开通之后出现的规律性损坏漏洞，会采取类似“补丁”的补救措施，施以后续根治。毕竟，雷击现象有其人力不可抗拒的一面，也有其发生概率的一面。应当参照成功的实践经验，注重保护措施的效果预测、分析，充分考虑使用者的风险承受能力。
3 发电厂及变电站（所）信息系统接地问题的考虑
近年来以电子和微机为基础的保护、监控、信号、通信等设备在发、供、配电系统的应用日益普及。在这些新型弱电系统应用的同时，由于电力系统中弱电系统设备耐压水平低、抗干扰能力弱，雷电过电压问题也日益突出。在抑制与消除雷电过电压的措施中，接地技术得到了广泛应用。但接地技术应用是否得当，直接关系到防雷效果。而且在此方面还存在着一些误区。
3.1避雷针与信息控制机房接地采用独立接地系统的弊端
避雷针的作用是输导直击雷的能量，制造一个人工的雷电泄放通道，引导雷电流安全入地。它属于外部防雷接地的范畴。避雷针的接地装置与室内电子设备的接地装置是联合还是分开的问题一直存在争议。我们认为还是采用外部与内部联合接地的方式更为合理。
首先，避雷针独立接地会危害人身安全，当避雷针在接闪时在地面上会产生跨步电压，无法保证工作人员的人身安全。
其次，避雷针独立接地会在设备间产生不同的地电位，设备之间的暂态电位差轻则影响设备正常工作、输出错误指令；重则击坏设备，甚至造成人身伤亡酿成重大事故。
基于上述考虑，在变电站内建成统一的均压接地体，最大限度降低站内设备的电压差。为了防止雷电危及通信和人身安全，首先将变电站的接地系统按照均压等电位理论改造设计，将机房防雷接地铁塔接地，交流变器接地、电力通信引入电缆外层接地，组成联合的大接地网。除此之外在二次侧电源和信号线上安装一些防雷器，均衡线路与接地系统间的电位，才能达到整体保护的目的。
3.2各个信息子系统独立接地的缺点
长时间以来，电力调度、通信系统各子系统间采用独立接地体还是采用共用接地体；各系统的功能性接地（直流地、工作地、保护地、逻辑地等等）采用独立接地体还是采用共用接地体，一直是大家关心的话题。
在一个建筑物内设有多个独立的接地体，独立接地体与共用接地体之间在地下的土壤可以看作一个阻抗Zearth，当独立接地体与共用接地体间有地电流Iearth流过Zearth时，在两个接地体间会产生一定的压降。这就是所谓的共模电位差。当Iearth为雷电流或工频短路电流时，在电子系统与地线或周围的接地系统间将会产生跳火而击坏设备。当Iearth为干扰电流时，就会引入干扰。因此国际电工委员会IEC的相关标准规定：每一个建筑物的所有接地体都应等电位直接连接在一起，通常是在总等电位连接带处，采用共用接地系统。这样就消除了上述的共模电位差。
电力调度、通信站内，有特殊要求需另设独立接地体的特殊设备，为达到消除共模电位差，其独立接地体与共用接地体之间，可通过放电间隙连接，如OBO的480、481的地极保护器（见图2），以保证正常时隔离，雷击时均衡电位。
图2
480地极保护器
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发电厂及变电站（所）信息系统雷电防护案例
吉林云峰发电厂、丰满发电厂，均位于鸭绿江畔，地处山区，以往每年都有雷击损坏设备现象，严重地影响了生产的正常运营。我们采用电压开关型和限压型防雷器进行有效配合，对远动设备的低压供电系统和UPS进行三级的电源防雷保护，同时对远动设备的直流供电系统也采用雷电保护，经过几个雷雨季节的实践检验，两个电厂再没有发生过雷击损坏设备事故，确实起到了很好的防雷效果。
尤其值得一提的是：针对通讯机房面积较小的情况，我们经济合理地解决了两级防雷器（开关型和限压型SPD）的能量有效的配合问题。
根据国际电工委员会标准IEC61312-3
浪涌保护器的要求第6节：能量配合的一般目的是借助于诸SPD将总威胁值减到需要保护的设备的耐受能力，而各个SPD荷载电涌电流的额定能力不应被超过。当时考虑到两个电厂的地理位置，因此电源的第一级采用开关型SPD，根据标准6.2基本配合原则：需要采用去耦元件。配合方；安基本电路图见图3：
在SPD1触发放电之前，这两个SPD之间的电压分配遵循下式（1）:
USG＝Ures＋UDE (1)
即一旦USG（放电间隙两端间的电压）超过放电间隙的动态火花放电电压，不出现放电间隙的“盲点”，本配合就实现了。但是防雷区界面和设备之间的电缆的自然电阻和电感由于机房面积较小，达不到要求，而增加去耦器件成本会增加很多，因此我们考虑不用去耦器件。
根据式（1）可知：
USG＝Ures＋L·
如果让L为“零”，即不加装去耦装置，同时满足能量的有效配合，则要求SPD1的动态火花放电电压必须小于电压MOV（SPD2）动作时的残压。如果满足了这个条件，开关电压型和限压型SPD的能量配合就能实现。
经过对所有防雷器参数的匹配，SPD1选用MCD50-B（动态火花放电电压为1.3kV），SPD2选用V20-C（残压为1.4kV）相配合，不用增加去耦器件，完全满足开关型和限压型SPD的有效能量配合。
图4
SPD有效配合现场安装示意图
在监控系统、自动化控制系统采用信号线的防雷保护，实践证明加装相应的防雷器以后，取得了很好的防护效果，截至目前加装防雷器的监控、控制设备没有再发生过雷击事故。
图5
丰满电厂安装的信号线防雷器
在拉萨羊卓雍湖发电厂和昆明的几个变电站同处于海拔较高的地区，每年也时有雷击事故发生，我们在变电站的控制室分别对低压供电、UPS和直流供电采用了相应的防护（使用间隙50kA，10/350波形的防雷器作为第一级，60kA，8/20波形的防雷器作为防护的第二级，在直流侧采用V20-C/3-PH（正对地、负对地、正对负全模保护），对遥测、遥信、遥调等通信信号设备加装相应匹配的防雷器。
图6
拉萨羊卓雍湖发电厂
Fig.6
Yang lake power plant of Lhasa
在有些变电站内通信机房有单独的铁塔，并且铁塔的接地系统与通信机房的接地系统直接相连，则产生的雷击过电流可能通过铁塔接地引线直接影响通信机房其他设备的接地。我们根据IEC／TC81标准和国标GB50057－94（2000年版）均明确推荐采用综合公共接地极（网）的作法，采用在铁塔接地和机房接地之间加装OBO地极保护器480，作为等电位连接的器件，雷电防护效果非常明显，有效保证了设备的安全运行。
山西临汾刘村220V变电站实现调度自动化以后，路由器安装在主控室运动屏上，距通信机房SDH设备DDF架约40m，通过2M电缆直连SDH设备。开始测试2M通道时电路正常，路由器安装完成后，2M运行不正常。经详细测量发现通信机房与变电站控制室之间有电位差，一端接地设备运行正常，两端接地则运行不正常，分别测试两个机房的接地电阻均小于0.5Ω。考虑到变电站投运已20余年，由于长时间的腐蚀等作用，逐渐使两个机房的接地系统相对独立。两个机房接地点间呈现一定的共模电位差。使数据通信传输形成障碍。最后用25mm2的铜线连接两个机房后，设备恢复正常。
总之，发电厂、变电站接地网复杂，干扰源众多，雷电、线路故障、电气设备操作等暂态过电压以地电位差的形式通过信号接地引入的干扰较严重，在采用抑制雷电和消除接地干扰措施时应考虑分流、均压、接地、屏蔽四项技术的综合应用。