研究变电站综合自动化变电站二次设备防雷保护
最后更新时间：2024-03-12
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论文导读：后经检修人员到场更换总控单元插件才恢复正常运行。这极大地威胁着无人值班变电站的安全经济运行，应该引起我们足够的重视。2遭受雷击的原因分析(1)雷电波的侵入过程：雷电波通常是通过变电所的10kV线路侵入10kV母线，再经过10kV所用变压器高、低压绕组间的电磁耦合后，闯入低压出现浪涌。途中经过了10kV线路避雷器，母线
摘要：本文分析了综合自动化变电站二次设备遭受雷击的原因，并以建德供电局大同变电所防雷技改为例，提出综合自动化变电站二次设备防雷方案，对35kV综合自动化变电站的防雷工作有一定的参考价值。
关键词：综合自动化；防雷；方案
：A
1概述
抗干扰和耐冲击能力始终是微机系统在输变电行业中恶劣电磁环境下应用的两大薄弱环节。而雷击事件由于其极高的电压幅值和不可预测性更是微机系统的"天敌"。当雷电落在输电线路或附近时，会在输电线路上形成数千伏瞬态过电压，并沿着线路侵入配电回路而损坏电气设备。综合自动化变电站交、直流电源回路、网络通讯回路在雷击时引起的浪涌电压会对综合自动化设备产生严重干扰，它会导致计算或逻辑错误、程序运行出错，总控单元通讯中断，甚至造成RTU装置损坏。建德市地处浙西山区，属中等雷区，年雷暴日达40-80天。2007年，在建德市供电局已经实行无人值班方式的35kV大同变电所内就发生过一起因遭受雷击而造成二次设备的严重损坏事故，暴风雨中运行人员不得不奔波几十公里赶赴现场恢复有人值班方式，后经检修人员到场更换总控单元插件才恢复正常运行。这极大地威胁着无人值班变电站的安全经济运行，应该引起我们足够的重视。
2遭受雷击的原因分析
(1)雷电波的侵入过程：雷电波通常是通过变电所的10kV线路侵入10kV母线，再经过10kV所用变压器高、低压绕组间的电磁耦合后，闯入低压出现浪涌。途中经过了10kV线路避雷器，母线避雷器和所用变避雷器3级削峰，再经过所用变低压馈线的平波作用，电压幅值虽然大为下降，绝大部分的雷电能量都在到达设备之前得以消除，但雷电波的电压、能量极高，且由于避雷器等设备技术上的局限性，雷电波仍可能以幅度相对很高，作用时间很短的低能量尖峰脉冲的形式，通过所用变的低压馈线，加到变电站内所有的220V交流回路中。
还有一种情况，就是感应雷电波通过远动系统的RTU设备和信号采集的二次电缆入侵，以很高的电压直接加到远动系统的信号和传送端上，造成接收发送端模块烧坏。
(2)微机设备易遭受雷害的原因：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，对尖峰脉冲的耐受力也比较强，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ｕ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。
3防止雷击的措施方案
对于交流电源回路采用电源防雷器(SPD，surge protective devices)。电源防雷器是浪涌保护器中最常用的一种，主要是针对电源系统所选用的浪涌保护。电源防雷器包括电源防雷模块、电源防雷箱、电源防雷插座等。电源防雷器能在最短时间释放电路上因感应雷击而产生的大量脉冲能量到安全地线上，从而保护电路上的设备。其工作原理如下：在正常情况下，防雷器处于高阻状态，当电源由于雷击或开关操作出现瞬间脉冲电压时，防雷器立即在纳秒级时间内导通，将该脉冲电压短路到大地泄放，从而保护连接于电源上的设备。该脉冲电压流过防雷器后，防雷器又变为高阻状态，从而不影响设备的供电。
对于网络通讯设备采用数据线浪涌抑制器，它可以防止浪涌通过数据线间接地进入电子设备。总的来说，很大一部分的浪涌事件是由交流电源线的浪涌引起，并导致主板、调制解调器、串并行接口与其它设备的损坏。在RS-232的串并行接口的标准中，用于泄放高能浪涌和故障电流的地线与数据信号的返回路径共享一条线路，从而小至几十伏的瞬态电压都有可能通过这些串并行接口损坏设备，而电话线则更能直接将电源线上的瞬态浪涌传进来。
因此对变电站内的综合自动化设备，主要是针对电源和信号，我们可采用如下防雷方案：
在变电站所用电屏上安装德国DEHN电源B／C级防雷保护器。
其特点如下：
模块式设施-可不停电更换单一相位模件；
大通流容量-最大可达100kA(8／2uS)过载电流；
高速-动作反应时间少于25nS；
特大显示窗口-机械标贴绿色(正常)和红色源于：毕业论文致谢怎么写www.7ctime.com
(故障需更换)，清晰直观，运行维护起来非常简单方便；
可选件-多类型可供选择，适合不同要求，有声光报警器，故障遥信触点、光电耦合监控器等。
调度通信回路采用DEHN双绞线信息防雷保护器，防止电话线直接将电源线上的瞬态浪涌传进来。
采用DEHN双绞线信息线路过电压保护器保护PC和终端的DB-9串行口，峰值电压±6000V，可以防止浪涌通过数据线间接地进入电子设备。
具体布置如图1所示：
图1 防雷器布置示意图
注意事项：电源避雷器中的电容器和热熔保险丝的选择也很重要。电源避雷器长期工作在电网中，由于电容器的质量问题造成电源避雷器整机损坏的事例很多，因此，电容器的耐压选择很重要，特别是耐受脉冲高电压的冲击能力。
电源避雷器中的热熔保险丝的作用是当雷电流超过电源避雷器最大承受能力时，由于过流作用，可使保险丝断开，同时由于过载使氧化锌压敏电阻温度上升亦可使保险丝断开，起到过流和温度双重保护作用。由于电源避雷器常态工作条件下，电流非常小，只是在雷电冲击或脉冲电压冲击时，在瞬态条件下起保护作用，因此与常规热熔保险丝的使用条件有所区别，所以，电源避雷器中的热熔保险丝应有独特性能，即在瞬态条件下的熔断特性。
同时还应特别注意以下问题：当RTU出线电缆较长时应使用屏蔽电缆，屏蔽层两端接地；使用带防雷功能的UPS；使用高质量的金属氧化物低压避雷器；安装良好的接地系统 ，防雷器的交直流电源必须独立设置等，这样才能建立完善有效的防雷系统。
结语
综合自动化变电站的防雷设施是属于预防性的投资，在雷击事故发生之前人们往往觉得可有可无，能少则少，顾此失彼，等到事故发生论文导读：
后才后悔莫及。上述变电所经加装SPD ，经过5年来的运行实践，未再因雷击而再次发生损坏综合自动化设备的事故。我们应该树立防患于未然的意识，以小投资为代价来保证大投资的安全才是明智之举。
参考文献
程明，金明，李建英，刘远龙.无人值班变电站监控技术[M].中国电力出版社，1999.
陈志清，谢恒坤.氧化锌压敏瓷及其在电力系统中的应用[M].水利电力出版社，1992.
[3]中华人民共和国电子工业部标准[S]. MYL1型防雷用氧化锌压敏电阻器SJ2307.1.－83.
摘要：本文分析了综合自动化变电站二次设备遭受雷击的原因，并以建德供电局大同变电所防雷技改为例，提出综合自动化变电站二次设备防雷方案，对35kV综合自动化变电站的防雷工作有一定的参考价值。
关键词：综合自动化；防雷；方案
：A
1概述
抗干扰和耐冲击能力始终是微机系统在输变电行业中恶劣电磁环境下应用的两大薄弱环节。而雷击事件由于其极高的电压幅值和不可预测性更是微机系统的"天敌"。当雷电落在输电线路或附近时，会在输电线路上形成数千伏瞬态过电压，并沿着线路侵入配电回路而损坏电气设备。综合自动化变电站交、直流电源回路、网络通讯回路在雷击时引起的浪涌电压会对综合自动化设备产生严重干扰，它会导致计算或逻辑错误、程序运行出错，总控单元通讯中断，甚至造成RTU装置损坏。建德市地处浙西山区，属中等雷区，年雷暴日达40-80天。2007年，在建德市供电局已经实行无人值班方式的35kV大同变电所内就发生过一起因遭受雷击而造成二次设备的严重损坏事故，暴风雨中运行人员不得不奔波几十公里赶赴现场恢复有人值班方式，后经检修人员到场更换总控单元插件才恢复正常运行。这极大地威胁着无人值班变电站的安全经济运行，应该引起我们足够的重视。
2遭受雷击的原因分析
(1)雷电波的侵入过程：雷电波通常是通过变电所的10kV线路侵入10kV母线，再经过10kV所用变压器高、低压绕组间的电磁耦合后，闯入低压出现浪涌。途中经过了10kV线路避雷器，母线避雷器和所用变避雷器3级削峰，再经过所用变低压馈线的平波作用，电压幅值虽然大为下降，绝大部分的雷电能量都在到达设备之前得以消除，但雷电波的电压、能量极高，且由于避雷器等设备技术上的局限性，雷电波仍可能以幅度相对很高，作用时间很短的低能量尖峰脉冲的形式，通过所用变的低压馈线，加到变电站内所有的220V交流回路中。
还有一种情况，就是感应雷电波通过远动系统的RTU设备和信号采集的二次电缆入侵，以很高的电压直接加到远动系统的信号和传送端上，造成接收发送端模块烧坏。
(2)微机设备易遭受雷害的原因：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，对尖峰脉冲的耐受力也比较强，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ｕ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。
3防止雷击的措施方案
对于交流电源回路采用电源防雷器(SPD，surge protective devices)。电源防雷器是浪涌保护器中最常用的一种，主要是针对电源系统所选用的浪涌保护。电源防雷器包括电源防雷模块、电源防雷箱、电源防雷插座等。电源防雷器能在最短时间释放电路上因感应雷击而产生的大量脉冲能量到安全地线上，从而保护电路上的设备。其工作原理如下：在正常情况下，防雷器处于高阻状态，当电源由于雷击或开关操作出现瞬间脉冲电压时，防雷器立即在纳秒级时间内导通，将该脉冲电压短路到大地泄放，从而保护连接于电源上的设备。该脉冲电压流过防雷器后，防雷器又变为高阻状态，从而不影响设备的供电。
对于网络通讯设备采用数据线浪涌抑制器，它可以防止浪涌通过数据线间接地进入电子设备。总的来说，很大一部分的浪涌事件是由交流电源线的浪涌引起，并导致主板、调制解调器、串并行接口与其它设备的损坏。在RS-232的串并行接口的标准中，用于泄放高能浪涌和故障电流的地线与数据信号的返回路径共享一条线路，从而小至几十伏的瞬态电压都有可能通过这些串并行接口损坏设备，而电话线则更能直接将电源线上的瞬态浪涌传进来。
因此对变电站内的综合自动化设备，主要是针对电源和信号，我们可采用如下防雷方案：
在变电站所用电屏上安装德国DEHN电源B／C级防雷保护器。
其特点如下：
模块式设施-可不停电更换单一相位模件；
大通流容量-最大可达100kA(8／2uS)过载电流；
高速-动作反应时间少于25nS；
特大显示窗口-机械标贴绿色(正常)和红色源于：毕业论文致谢怎么写www.7ctime.com
(故障需更换)，清晰直观，运行维护起来非常简单方便；
可选件-多类型可供选择，适合不同要求，有声光报警器，故障遥信触点、光电耦合监控器等。
调度通信回路采用DEHN双绞线信息防雷保护器，防止电话线直接将电源线上的瞬态浪涌传进来。
采用DEHN双绞线信息线路过电压保护器保护PC和终端的DB-9串行口，峰值电压±6000V，可以防止浪涌通过数据线间接地进入电子设备。
具体布置如图1所示：
图1 防雷器布置示意图
注意事项：电源避雷器中的电容器和热熔保险丝的选择也很重要。电源避雷器长期工作在电网中，由于电容器的质量问题造成电源避雷器整机损坏的事例很多，因此，电容器的耐压选择很重要，特别是耐受脉冲高电压的冲击能力。
电源避雷器中的热熔保险丝的作用是当雷电流超过电源避雷器最大承受能力时，由于过流作用，可使保险丝断开，同时由于过载使氧化锌压敏电阻温度上升亦可使保险丝断开，起到过流和温度双重保护作用。由于电源避雷器常态工作条件下，电流非常小，只是在雷电冲击或脉冲电压冲击时，在瞬态条件下起保护作用，因此与常规热熔保险丝的使用条件有所区别，所以，电源避雷器中的热熔保险丝应有独特性能，即在瞬态条件下的熔断特性。
同时还应特别注意以下问题：当RTU出线电缆较长时应使用屏蔽电缆，屏蔽层两端接地；使用带防雷功能的UPS；使用高质量的金属氧化物低压避雷器；安装良好的接地系统 ，防雷器的交直流电源必须独立设置等，这样才能建立完善有效的防雷系统。
结语
综合自动化变电站的防雷设施是属于预防性的投资，在雷击事故发生之前人们往往觉得可有可无，能少则少，顾此失彼，等到事故发生论文导读：
后才后悔莫及。上述变电所经加装SPD ，经过5年来的运行实践，未再因雷击而再次发生损坏综合自动化设备的事故。我们应该树立防患于未然的意识，以小投资为代价来保证大投资的安全才是明智之举。
参考文献
程明，金明，李建英，刘远龙.无人值班变电站监控技术[M].中国电力出版社，1999.
陈志清，谢恒坤.氧化锌压敏瓷及其在电力系统中的应用[M].水利电力出版社，1992.
[3]中华人民共和国电子工业部标准[S]. MYL1型防雷用氧化锌压敏电阻器SJ2307.1.－83.