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变电站二次系统的防雷保护问题及措施
点击次数:561 发布时间:2018-08-25

一、前言

随着电力体制改革的推进,变电站数字化改造与建设也不断深入发展,综合自动化变电站的不断增多,雷电对弱电设备的危害问题日益突显出来。从国内有关报道和变电站运行的实际来看,变电站二次设备遭受到雷击,造成设备损坏、通信中断、系统退出等情况普遍存在。这不仅严重威胁电网的安全运行,而且给人们的生活带来了诸多的不便。笔者结合工作实践,针对变电站二次系统的特点,通过对雷电波危害的途径分析,结合当今弱电防雷的一些技术和供电局变电站的情况,探讨变电站二次系统防雷措施。

二、变电站二次系统的结构特点

变电站二次系统,是指变电站的内保护设备、自动化设备、通信系统、计算机网络设备及监控系统、交直流电源系统等各种二次设备的总称。二次系统集中了变电站自动化监控管理的重要设备,其具有微机监测、监控、保护、小电流接地选线、故障录波、低频减载、“四遥”远传等功能,在电力调度自动化领域起着举足轻重的作用。

由于二次系统内部连接线路纵横交错,当雷击附近大地、架空线路和雷雨云放电时直接形成的,或者由于静电及电磁感应形成的冲击过电压,极易通过与之相连的电源线路、信号线路或接地系统,通过各种接口,以传导、耦合、辐射等方式侵入自动化系统,从而可能造成危害系统正常工作甚至破坏系统的雷击事故。

三、雷电放电对变电站二次系统的主要危害形式

雷电是自然界中强大的脉冲放电过程,雷电侵入地面建筑物或设备造成灾害是多途径的,一般来说,有直接雷击、感应雷击、电磁脉冲辐射、雷电过电压的侵入、反击等。

(一)直接雷击:主要破坏力在于电流特性而不在于放电所产生的高电位,它所产生强大的雷电流转变成热能将物体损坏。

(二)感应雷击:从雷云密布到发生闪电放电的整个过程中,雷电活动区几乎同时出现两种物理现象—静电感应和电磁感应,这两种现象可能造成称之为感应雷击的危害形式。

(三)电磁脉冲辐射:当闪电放电时,其电流是随时间而非均匀变化,脉冲电流向外辐射电磁波,这种电磁脉冲辐射虽然随着距离的增大而减小,但却比较缓慢,闪电的电磁脉冲辐射通过空间以电磁波的形式耦合到对瞬间电磁脉冲极其敏感的现代电子设备上,造成设备的损坏。

(四)雷电过电压的侵入:直接雷击或感应雷都可以使导线或金属管道产生过电压,这种过电压沿导线或金属管道从远处雷区或防雷区域外传来,侵入建筑物内部或设备内部。

(五)反击:在雷暴活动区域内,当雷电闪击到建筑物的接闪装置上时,尽管接闪装置的接地系统十分良好,其接地电阻也很小,但由于雷电流幅值大,波头陡度高,雷电流流过时也会使接地引下线和接地装置的电位骤升到上百千伏。

四、变电站二次系统进行防雷保护的技术措施分析

弱电设备抗过电压能力低,在雷雨季节极易受到雷电波的侵害,造成设备的损坏和误动作。弱电设备的电源系统可能受到侵入过电压和感应过电压的危害,在实际运用中应加装电源防雷保护器SPD进行多级保护,将过电压降低到无危害的水平,对于引入控制室的信号线,网络线和微波馈线,均应加装信号防雷保护器,保证自动化系统、远动设备及通信的正常工作。对于弱电设备的防雷保护,总体来说是一个综合性的问题,长期的防雷实践告诉我们,在防雷中从直击雷防护到接地、均压、屏蔽、限幅、分流、隔离等多个环节都要认真对待,才能确保设备的安全。

(一)接地与均压

接地是提高二次设备防雷水平直接、有效的一个措施,所有雷击电流均可以通过接地网引入大地,可靠的接地可以有效的避免电涌电压对二次设备造成危害。防雷规范对不同接地网规定有不同的电阻值,在经济合理的前提下,应尽可能降低接地电阻,能够有效限制地电位的升高。

接地与均压是相辅相成的,所谓均压就是要在同一层面、同一房间内的四周设置一闭环的接地母线带,在同一房间里的所有仪器、设备的壳体、电力电缆、信号电缆的外皮和金属管道等应分别直接就近连接到接地母线上,并连接牢固,以保证各个接地点的等电位。雷电流的幅值非常大,陡度很高,其流过之处相对零电位的大地立即升至高电位,周围尚处于大地零电位的物体会产生旁侧闪络放电。这种旁侧闪络不仅会导致装有易燃易爆物的建筑物失火和爆炸,而且其放电过程所伴随的脉冲电磁场会对室内电子设备造成感应电位,使其受到损害。完善的等电位可有效防止非等电位体间电位差造成事故。

(二)屏蔽

屏蔽指的是采用屏蔽电缆、各种人工的屏蔽箱、盒、法拉第屏蔽笼和各种可利用的自然屏蔽体来阻挡、衰减施加在电子设备上的电磁脉冲干扰,需强调的是屏蔽体外壳必须有效接地,进入屏蔽室的各种电源线、信号线都必须采取有效的电磁脉冲隔离和高频电磁波滤波装置过滤,否则一根来自干扰源环境中未经过滤波器或隔离的导线,都将使屏蔽笼失去屏蔽作用。

一般来说,为减少外界雷电电磁干扰,通信机房及通信调度综合楼的建筑钢筋、金属地板构架等均应相互焊接,形成等电位法拉第笼。设备对屏蔽有较高要求时,机房六面应敷设金属屏蔽网,将屏蔽网与机房内环行接地母线均匀多点相连。

(三)分流与隔离

分流的主要作用是把可能的直击雷用接闪器经多根分散的接地引下线直接连到接地装置,将雷电流分流散入地下,以免在每根接地引下线上流过过大的雷电流以及周围产生的强大电磁场造成大的干扰。由接地引下线将直击雷的雷电流有效引入地下,而非窜入弱电设备工作区域。需要强调的是,建筑物顶部各种装置(如微波接收器等)的外壳都应与主接地引下线或接地带呈放射性连接,且设备的外壳不应有串接之处,前者是避免雷电流在非接地引下线上产生强感应电位,而后者是避免雷电流串入设备后造成设备损坏,为保证散流效果,接地引下线要有足够的面积,特别要防止接地引下线中途腐蚀断裂或中途串有设备。要经常性对接地引下线及地网进行测量和检查。

对于不同接地网之间的通信线宜采取防止高、低电位反击的隔离措施,如光电隔离、变压器隔离等。在电力调度通信综合楼内,需另设接地网的特殊设备,其接地网与大楼主接地网之间可通过击穿保险器或放电器连接,可用地电位均衡器或220V低压氧化锌避雷器(箱),通流容量应大于10kA,残压不超过1.5kV。以保证正常时隔离,雷击时均衡电位。

(四)限幅

在过电压可能侵入的所有端口,设置必要的保护装置。在弱电系统的信号出入线上装设多级防雷保护装置,将侵入弱电系统的冲击过电压抑制在系统允许的程度内。并且,各种低压防雷器但应遵循接线尽量短的原则,直接装于被保护的电路点上。

电源线路侵入波过电压可能是电源配电线路遭直击雷,也可能是空间雷电电磁脉冲在电源配电线路上感应的过电压。对于变电站站用低压电源线路或220V直流电源线路侵入波过电压应按照电源分级保护、逐级泄流原则,进行四级防雷保护设置,采用三相电源防雷箱、单相交直流防雷器、防雷插排等防护措施,在电源进入弱电设备前,全面限制电源线路侵入波过电压。

对于装置之间到通信管理机485通信控制线、到调度及后台通信控制线、载波高频通信电缆等信号线路防雷采用全面拦截原则,分别采用控制信号防雷器、过电压保护器等相应的防雷设备。当信号线路感应到过电压产生过电流时通过信号浪涌保护器将电流泄放到大地,从而达到保护后端设备的目的。

五、结束语

由于变电站微机保护设备种类繁多,它们的耐过压能力也各有差别,系统遭受雷击危害机率大大增加。通过采取上述措施,变电站二次控制系统遭雷击现象明显减少,但不能完全根除,只能不断采取防范,将雷害事故和干扰减少到低程度。

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