变电综合自动化系统防雷措施应用探讨

2010-09-07蒋志华

中国新技术新产品 2010年1期

蒋志华

（广西合浦县供电公司，广西合浦 536100）

引言

随着我国电力自动化技术的成熟和推广，大部分县级供电企业变电站开始大规模应用变电综合自动化技术，微机一体化测控装置、通信管理器等大量自动化设备投入运行。高效的新技术、新设备为县级变电站向无人值守化、运行管理自动化迈进提供了基础，提高了供电企业的经济效益。但自动化微机装置对外界的干扰极为敏感，电流、电压冲击耐受能力弱小。特别是雷击过电压对自动化系统电源、通信等回路的冲击，常常破坏自动化设备的稳定性甚至使装置损坏。本文通过分析变电自动化系统过电压产生的来源，进而有针对性地提出对电源系统进行四级保护等过电压防护措施。

1 自动化系统过电压的主要来源

1.1 来自通信通道的过电压

来自通信通道的过电压，主要是通信通道引入雷电引起的感应过电压，如通信电缆或钢芯光缆通过铜线或钢芯引入雷电感应过电压。该过电压使通信通道与设备之间有一定的电位差直接作用于串行通信口、光收发设备通信接口，会直接损坏微机和通信设备的串行口、光收发口，严重时会损坏微型计算机及通信设备。如我公司35kV 西场变电站，通信通道采用带钢芯的光缆直接接至通信用的光端机，2007年7月，架设光缆用的钢绞线因雷击流过雷电流，与钢绞线平行架设的光缆钢芯通过互感耦合产生感应过电压，致使光端机烧毁。

1.2 来自站用电源的过电压

雷击过电压的暂态冲击会通过站用电电源线，引入雷电电磁脉冲引起瞬态过电压，直接进入自动化设备电源系统，将引起设备电源模块甚至整套设备的损坏。如我公司110kV 大龙变电站，站用电低压侧无防雷设施，2004年8月，10kV 站用变二次侧通过电磁感应，在二次电缆上产生过电压，将同样无防过电压设施的直流系统交流进线设备击坏、烧毁。此外，站用电低压电缆因互感耦合引起的感应过电压，严重时也会引起自动化设备的损坏。

1.3 来自二次电缆的过电压

如高压电流互感器和电压互感器采样的二次电缆通道，雷电电磁脉冲很容易从这两种高压设备侵入二次自动化设备。此外，二次电缆附近的接地体流过雷电流时，会通过互感耦合在二次电缆上产生干扰电压，此干扰电压在二次电缆上形成的感应电压也可能损坏自动化设备。

2 自动化系统的防雷措施

在认识以上对自动化设备产生影响的过电压来源后，采取有针对性的防护措施，截减来自各方的过电压，才能全方位地保护自动化设备免受过电压的影响，提高自动化设备的运行可靠性。

2.1 保证接地网电阻合格、设计规范

接地电阻越小，过电压值越小，因此良好的接地是防雷的关键一环。接地电阻的要求如下表。

合格的接地电阻能有效限制地电位升高，而根据实际情况对接地网进行规范的设计则能更有效地发挥接地网的防雷作用。在接地网设计或改造时，应注意以下设计应用：

2.1.1 在构架避雷针、避雷器下增加垂直接地极，的放射状的水平接地以降低其冲击接地电阻,防止雷电流入地时造成的局部地电位升高向二次电缆反击；

2.1.2 在设计接地网时应尽量采用方孔地网以改善地面电位分布，对方孔地网的网格大小要从地电位分布均匀考虑,防止局部电位升高；

2.1.3 在电缆沟内要设置接地带、在电缆沟附近要设置与电缆沟平行的水平均压带以改善电缆沟的电位均匀。防止地电位不均对二次回路的干扰；

2.1.4 接地网表面的地电位分布要满足接触电压和跨步电压的要求。

2.2 通信通道的防过压措施

2.2.1 对采用架空光缆作通信通道的变电站，应避免带钢芯的光缆直接接入光收发设备。应在控制室外将光缆转接为不带钢芯的光缆后，再接入控制室内的光收发设备上。避免感应过电压通过光缆钢芯损坏设备。另外，应将架设光缆的钢绞线在站内可靠与接地网连接，将钢绞线上的雷电流直接引入地网，进而降低感应过电压。

2.2.2 对采用电缆作通信通道的变电站，室外通信电缆应采用屏蔽电缆，屏蔽层两端要接地；对于既有铠带又有屏蔽层的电缆，在室内应将铠带与屏蔽层同时接地，而在另一端只将屏蔽层接地。电缆进入室内前水平埋地10m 以上，埋地深度应大于0.6m；非屏蔽电缆应穿镀锌铁管并水平埋地10m 以上，铁管两端应接地。无论室内、室外，通信电缆应尽可能与强电导线分开排放。同时，在通信电缆末端加装信号电涌保护器，这样针对通信通道形成的防护措施较全面、有效。

2.3 站用电电源防过压措施

变电站内10kV/380V 所内变压器，且经验证明变电站内60%的累积事故均为电源系统防雷措施不完善造成的，因此，自动化系统防过电压保护，电源系统防护应放于重要位置。除了在站用变高、低压侧安装避雷器外，还应参照GB 50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》的要求，对变电自动化低压配电系统采用3～4 级电涌保护器进行保护。

2.3.1 一级电源保护：在10kV/380V 所内变压器低压侧安装大容量三相电源电涌保护器。如KJRX80-B/4M 电涌保护器，电压380V、保护水平 2500V、通流容量80kA、8/20ms 冲击波形、响应时间≤25ns。

2.3.2 二级电源保护：站用配电柜馈线电源安装三相电源型电涌保护器。如KJRX60-B/4M电涌保护器。

2.3.3 三级电源保护：自动化设备交流电源进线端安装三相电源型电涌保护器。如KJRX40-B/4M 电涌保护器。

2.3.4 四级电源保护：由于自动化系统控制电源的需要，必须将交流电转换成直流电，因此直流电源的安全稳定是自动化系统安全稳定的基础。为防止雷电电磁脉冲对直流电源造成损害，在整流电源侧加装KJRA 系列电源型电涌保护器，从根本上解决雷击对直流系统的损害。

通过逐级的防护，可以将雷电流最大限度地控制在自动化装置允许的耐受范围之内，以确保设备稳定运行。

2.4 二次回路的防过压措施

2.4.1 自动化系统遥测通道采集的模拟量，大多数来自一次系统的电压互感器和电流互感器；遥信通道采集开关量，主要是断路器、隔离开关的辅助触点等；遥控通道输出的开关量，大多数也是对断路器、隔离开关的控制。它们均处于强电回路中，电磁干扰较强，不能直接输入到自动化系统，必须经过光耦合元件、继电器或隔离变压器隔离。采用隔离变压器隔离时，隔离变压器一次、二次中间必须有隔离层和屏蔽层，而且屏蔽层必须安全接地，这样可起电场屏蔽作用，防止高频信号通过分布电容进入自动化系统的相应部件。采用光耦合隔离，在开关量模块的出、入口处各设置一级光电隔离，效果会比较好。

2.4.2 二次回路布线时，应考虑隔离，减少互感耦合，避免干扰由互感耦合侵入。控制电缆尽可能离开高压母线，并尽可能减少平行布设长度。避雷器和避雷针的接地点、电容式电压互感器等都是高频暂态电流的入地点，控制电缆也应尽可能离开它们，以便减少感应耦合。