变电站系统中的二次设备防雷接地

2016-03-15李响

科学中国人 2016年26期

关键词：耐压过电压电位

李　响

国网黑龙江省电力有限公司鹤岗供电公司

变电站系统中的二次设备防雷接地

李响

国网黑龙江省电力有限公司鹤岗供电公司

工业的发展对电力行业的发展提出了更高的要求，越来的供电量已将无法满足现代化工业发展的需要，电力行业不断提升发电量，在原来标准上提高输送电量的容量。电力系统包括发电、变电、输电、配电、用电整个过程的各个环节，因此电力行业要做好各环节的质量保证工作。由于我国是雷电频发的国家，南方地区每年的5、6月份是雷电频发的高峰期，如果雷电侵入变电站系统中的二次设备造成雷击事故，将会产生很大的损失。文章主要通过说明雷电对变电站二次系统的入侵途径，以及二次设备的耐雷电强度，阐述变电站系统中的二次设备防雷接地技术，以实现我国发电站的安全可靠运行。

变电站；二次设备；防雷接地

1　雷电入侵变电站二次设备的途径

1.1雷电由220V交流电源供电线入侵二次设备

架空电力线路为变电站二次回路电源的输入，而在实际运行中架空线路容易受到感应雷和直击雷的雷击。由于电力线路电压较高在受到直击雷雷击后会经过变压器的高压侧的电容耦合至低压侧，侵入二次系统设备，由于电磁感应现象，架空电力线会感应出过电压。220V电源线的遭受雷击，致使二次系统设备损坏的概率占整个电力设备遭受雷击损坏的60%以上，并且电源线上的雷过电压平均值高达10KV以上。

1.2雷电由二次系统通信线侵入

当雷电由二次系统通信线侵入后，通信线中会出现过电流过电压，雷电的入侵主要是由于第一、在雷雨天气，电力设备附近的雷云地放电感应出过电压，电压强度达1KV以上，由于电压强度过大会使得二次设备接口和通信线接口击坏长线驱动器接收器、调制解调器、光电隔离器和其他通信单元等，甚至强度过大时雷击进入二次系统内部而损坏下级电路。第二、当道路两旁存在高于地面的突出物时，突出物遭受雷击时会使得雷电击穿土壤，从而直接侵入地下电缆的外皮，对于高压电缆线产生损坏，当雷电击穿电缆外皮时会在电缆内部芯线上感应出过电压和过电流。第三、在电量传输过程中为了使传输量的增加，采用平行导线传输，当平行导线遭受雷击时，会感应出极强的过电压，由通信导线感应出的过电压平均强度为5KV，最高可达11KV。

1.3雷电由地电位反击侵入

变电站为了保障设备及现场的工作安全，会设置专门的避雷装置［1］。避雷针是变电站常见的避雷装置，雷电强度较大时，雷电会沿着避雷针将电流释放于大地，从而使得周围形成喇叭形状的电位分布，变电站二次设备使用单独的接地装置时，将会在其周围产生较大的雷过电压，强度最高达几十千伏，会严重损坏变电站系统中的电子电气类型的二次设备。

2　二次设备的耐雷强度

变电站系统二次设备遭受雷击其中主要是感应雷的作用，感应雷频谱较宽，但是其能量主要集中在低频段，频率为18KHZ以下的能量占到总能量的90%，因此在采取防雷接地时主要是针对低频段的采取必要措施，以避免对电子电气设备产生较大损坏［2］。当集成电路的任意一个端口的能量达到6～10J时，都会造成电子芯片产生永久性的损坏。正常情况下二次设备集成电路的耐压值如下：接口-驱动器，接收器，收发器等一系列集成电路MC1488P型号的输入输出端的冲击耐压值分别为22V、60V。 MC1489P型号的输入端冲击耐压值为24V。J274集成芯片的输出端对地、输出端子之间的冲击耐压值分别为32、50V。J175系列的输出端子对地和输出端子之间的冲击耐压值分别为31、30V。TIL117系列的集成电路芯片二极管、三极管的反向冲击耐压值分别为90、25V。由及集成电路芯片耐压的平均水平可知，它们的耐压水平较低，因此要采取必要的防雷保护措施。

3　变电站二次设备的防雷技术

3.1电源防雷

将电源的防雷采用三级防雷保护。第一级防雷保护，电源设备配置避雷器和防雷器，避免直击雷对电源产生损坏，将防雷器接在电源交流配电屏输入端的三根相线和零线地线之间。第二级防雷保护，机械设备配电箱输入端配置电源防雷器，直流电源输出端配置小型断路器，其中放电电流选用20KA的，以实现对雷击过电压过电流的吸收，保证直流电源和机房设备的安全。第三级防雷保护，主要是指针对变电站机房内的路由器、服务器、交换机、小型机等设备的输入端配置电源避雷器，以防感应雷击或者过电压。

3.2等电位点连接

等电位连接主要是针对变电站二次系统中的自动化设备和控制屏柜采取的保护措施，采用等电位连接构成等电位面，可以有效保证自动控制系统安全可靠运行，避免传统的就近铜排接地产生的接地点之间的较大电位差，干扰系统的正常工作。构造等位面可以通过采用将保护柜底部的接地铜排通过焊接相连，形成一个铜网络，使得控制室内的各接地点相连形成位移的接地点。也可以在微机保护柜底部设置专门的铜网络，控制柜的专用的接地端与铜网络相连。

3.3屏蔽电缆屏蔽层

屏蔽电缆必须可靠接地，其中接地方式主要分为两种：单端接地和双端接地［3］。第一、单端接地。电缆连接被控设备的一段悬空，另一端接地。当雷击大电流流入地面时，由于接地网的高阻抗性，电流衰减非常快，这就使得屏蔽电缆接地点的感应电压大大降低，电缆外层感应电压在电缆芯线内部的感应电压就大大降低，从而实现保护变电站的作用。第二、双端接地。电缆双端接地是为了改善接地电网的电位分布情况，采用等电位连接方式以控制屏蔽电缆两接地端的电位差，以保证电缆的正常传输电能。其中在防护高频雷电造成的对地电位的升高方面，单端接地效果较好，但是抗电磁干扰能力差。双端接地具有良好的抗电磁干扰能力，但是容易引起额外的冲击或者干扰电压。在进行具体选用接地方式时，可以根据防护要求具体选择。