变电站二次设备的防雷保护.doc

变电站二次设备的防雷保护变电站二次设备的防雷保护早期的二次设备为电磁式，诸如线圈、真空管等，这些传统元件对于突波干扰是有一定的免疫力的，但是，随着这些传统元件被基于集成电路等更先进的元器件及设备所代替时，特别是随着计算机网络技术的发展，保护这些智能设备免遭系统瞬态干扰的影响就变得更加重要本文将对二次设备雷电防护进行分析，提出实用的避雷系统方案，并对变电站微机系统提出防雷要点 1 变电站二次设备雷电防护的分析 设备遭受过电压和过电流冲击的途径可分为直击雷、感应雷、传导雷、操作过电压四种结合变电站设备的分布特点及雷电冲击的途径类型，变电站雷电防护存在以下特点 1.1 二次设备过电压发生的过程 (1)雷电波通常是通过变电站临近的线路侵入母线，再经过站用变压器高、低压绕组间的静电和电磁耦合，侵入低压出线途中经过了线路避雷器、母线避雷器和站用变避雷器 3 级削峰，再经过站用变低压出线的平波作用，电压幅值大为下降但由于雷电波的电压、能量极高，且避雷器等设备技术上的局限性，虽然绝大部分的雷电能量都能在到达设备之前得以消除，但雷电波仍可能以幅值相对很高，作用时间很短的低能量尖峰脉冲的形式，通过站用变压器的低压出线，加到变电站内所有的 220 V 交流回路中。

(2)当雷落到通信设施附近的场所时，就会产生一个强电磁场，就会在通信线路上感应一个非常高的感应电压,通过调度远动系统的 RTU 设备和信号采集的二次电缆侵入，以很高的电压直接加到远动系统的信号和传送端上，造成通信装置误动作，以及接收和发送端模块烧坏 1.2 微机装置遭雷害的原因 变电站的保护和合闸电源直流系统的整流充电系统设计容量都比较大，电压耐受能力也比较好而且由于大容量电池组吸收尖峰脉冲的作用，和整流回路的平波作用，加到保护装置上的脉冲电压大大降低再加上常规的电磁式保护装置的元器件多为单元件的电阻、电容和电感线圈等，耐热容量大，对尖锋脉冲的耐受能力也比较强，所以能安全度过低能量、高电压的冲击暂态过程但对于使用超大规模集成电路，运行电压只有数伏，信号电流仅为 mA 级的微机装置来说，就不一定能经受得住这就是造成微机装置损坏而常规保护装置却能安全运行的关键原因 在电源方面：调度的远动载波系统多由独立的小容量 UPS 供电，而这些 UPS 最多的是使用压敏电阻保护在防雷和限幅能力都比较有限，保护 UPS 本身尚且不够，更不用说保护后接的电子设备了实际运用中也屡屡发生 UPS 雷击烧毁现象，所以单从提高 UPS 质量方面入手难以从根本上解决问题。

在信号端方面：当出线比较长，且没采用屏蔽电缆，厂站端也没装设任何防雷设备时，变电站和沿线附件落雷都很容易在电缆中感应出很高的雷电压并通过电缆直接加到设备上，造成设备的击穿损坏 2 二次设备的防雷设计 严格按照 GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》 、DL/T 621-1997《交流电气装置的接地》 、DL 548-94《电力系统通讯站防雷运行管理规程》 、DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》 、GB 18802.1-2002/IEC 61643-1：1998《低压配电系统的电涌保护器》 、GA173-1998《计算机信息系统防雷保安器》 、YD2011-93《微波站防雷与接地设计规范》 、GB 50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》等有关规程规定，并紧密结合现场实际进行优化设计 对于缺少防雷设计的二次设备，应根据需求加装各种市售的防雷装置如交、直流电源过电压保护器、各种信号过电压保护器等，其已设计好参数，根据需要选用即可许多情况下，设备的抗干扰能力与防过电压能力是统一的源于抗干扰目的而采用的电缆屏蔽、提高采集回路电压等级等措施对设备防过电压很有益处，而改善接地等措施同样适用于设备的抗干扰。

根据对微机设备干扰、过电压成因的综合分析，可在硬件与软件两个方面加以完善： (1)对于硬件设计：可整改厂站端 RTU 设备的工作电源，将 220 V 交流供电改为 220 V 直流供电方式，退出 UPS，改为由变电站直流小母线直接向 RTU 供电在电源的输入端加装电源切换开关、熔断丝盒和SDY-P 电源滤波装置(其中特别注意合理选择直流回路的熔断丝容量)而对于新建变电站，远动屏与有关二次屏之间的连接采用屏蔽电缆对于改造变电站，新增电缆必须实现屏蔽针对具体变电站的接地情况，改善设备接地性能，提高设备防过电压能力精心设计调度自动化主站机房的接地系统；对城区所有具备条件的变电站的接地情况进行普查，采用屏内钢条和站内铜线编织带形成单一接地点，改善系统的接地性能在遥信采集回路中串接 GKJ-02 光电隔离器，提高遥信采集回路的工作电压等级(由 24 V 提高到 220 V)，以隔离 160 V 以下感应干扰信号 (2)对于软件设计：在遥信采集软件中增加延时模块，提高伪遥信甄别能力现行变电站中，一般由带瞬动触点的信号继电器提供远动遥信信号，信号继电器瞬动触点的动作接触时间一般大于 20 ms(大部分处于 30 ms 左右，最长达到 100 ms)，而变电站电磁干扰引起的误遥信信号周期较多小于 16 ms，因此，将遥信采集软件延时 16 ms，可以屏蔽周期小于 16 ms 的误遥信干扰信号。

为配合软件延时功能，更大程度地消除伪遥信，可以将信号继电器中提供自动化遥信信号的瞬动触点改为常规触点(重合闸设备的信号除外)，同时加大遥信采集软件的延时时间其他配合运行和调度主站系统运行的有关改造包括：修改通信软件模块，增加微机设备间工作状态的自动检测内容，自动检测通信中断故障并报警等 3 变电站微机装置防雷保护方案 本着安全可靠、技术先进、经济合理的原则， 采用均、分、地、保、屏、隔离等方法，坚持综合治理，层层设防，水涨船高，整体防御的原则拟定如下技术方案： (1)变电站地网接地电阻必须满足规程要求，否则应首先改造地网 (2)站用变压器高低压侧应分别安装合成绝缘氧化锌避雷器 (3)进（出）变电站控制室、电源室、通信室的 380/220 V 电源线和信号线穿镀锌钢管（10 m 以上）屏蔽，钢管两端应良好接地 (4)站用变压器配电柜应安装通流容量大的 B 级三相交流电源电涌保护箱 (5)电源室、通信室应分别用 B 级三相（单相）交流电源电涌保护箱；直流电源处安装直流电源电涌保护器 (6)变电站 RTU 应安装直流电源和信号线电源电涌保护器 (7)变电站监控系统应安装与之相适应的同轴电缆电涌保护器。

(8)变电站通信线路的入口处应安装信号线电涌保护器 (9)计算机电源入口处应安装防雷插座 (10)将变电站所有导电体进行等电位连接并良好接地现代防雷强调的就是等电位联合接地，即防雷接地、交流接地、工作接地联接在一起，这种接地方式使设备之间的地电位相等如果不采用联合接地，就有可能在雷击瞬间引起各种接地点的电位不平衡，造成高电位点与低电位点间打火放电，此类现象称为反击GB 9361-88《计算站场地安全要求》规定：设备应采用并联接地方式机房内均压环采用扁铜材或多股扁铜线 万一发生多点接地，应注意接地电阻阻值的协调，最好各接地点的阻值均等，以避免出现新的电流回路 以上只是一个粗线条的防雷保护技术方案，详细的方案应视现场具体实际情况进行分区防护，才能达到良好的预防效果。