电力自动化设备浪涌防护技术的分析

周雪会

（广西工业职业技术学院 广西南宁 530001）

电力自动化设备浪涌防护技术的分析

周雪会

（广西工业职业技术学院 广西南宁 530001）

科学技术的发展虽然推动了电力自动化设备的创新和完善，但电力自动化设备也有诸多缺点，如雷电的影响不仅会使电力系统设备出现故障，更会影响整个电力系统的运行。本文旨在分析电力自动化设备出现浪涌的原因和浪涌对电力自动化设备的危害。针对浪涌产生的原因和引起的危害，探讨保护电力自动化设备的技术。

电力自动化；原因；危害；保护技术

1 概述

科学技术的发展推动了各种高科技术的发展，特别是进入21世纪之后，电力自动化设备代替了传统中的人力操作电力设备。电力自动化设备不仅提高了生产速度生产效率，更降低了人力物资的消耗。然而电力自动化设备虽然有诸多优点，但也不乏缺点。如雷雨季节，电力系统自动化设备常常会遭受雷电袭击，轻者导致电力系统自动化设备出现部分故障，严重者直接导致电力企业经济损失，更影响人们日常生活和经济生产活动。当前，浪涌电压已经成为破坏电力自动化设备的主要原因，如何解决电力自动化设备浪涌问题，是当前电力企业面临的主要问题之一，本文在分析电力自动化设备出现浪涌和原因和危害的基础上，简单介绍保护电力自动化设备的技术。

2 电力自动化设备出现浪涌原因及危害

2.1 电力自动化设备出现浪涌原因

电力企业电力自动化设备出现浪涌的原因主要有两个：①雷电袭击导致大功率电器断开和闭合后形成的操作浪涌；②雷电本身袭击电子自动化设备后产生的浪涌。而前者称之为操作浪涌，后者称之为雷电浪涌[1]。以下作详细介绍：

（1）雷电形成的雷电浪涌包括两种：①雷电直击；②雷电感应。雷电直击产生的雷电浪涌往往尖波幅度高，且时间短，低频率明显。雷电浪涌虽然在总量浪涌中占比很小，但它的危害却是最大，很小的雷电浪涌可以直接破坏电子设备的集成芯片和主板，间接的导致整个设备控制系统出现故障。除了影响整个运行系统正常运行，雷电浪涌袭击电力设备之后，也会降低电力设备的使用寿命。而雷电感应指的是雷电袭击电力设备后周围大地的电力线路反应，连接电力设备的电力线路往往会感应到不同程度的电压和电流。

（2）大功率电器断开与闭合形成的操作浪涌占了浪涌总量的大部分，操作浪涌形成后上升和下降时间都比较长，但电流和电压值却往往比较低，操作浪涌如雷电浪涌一样，除了影响电力自动化设备中的各项组成期间的使用寿命，也会影响整个电力设备系统的正常运行。

2.2 电力自动化设备出现浪涌的危害

上述已提及自动化设备出现的浪涌包括两种：①操作浪涌；②雷电浪涌。操作浪涌占了总浪涌中2/3，而雷电浪涌只占其中的1/3。两者在总浪涌中所占比率虽然相差明显，但雷电浪涌和操作浪涌相比，雷电浪涌带来的危害更加严重。而两者对电力自动化设备产生的危害，除了会影响电力自动化设备相关器件的使用寿命，更会导致连接在电子自动化设备线路上的机器出现故障，严重者会导致整个电路的正常通电。

3 电力自动化设备浪涌保护器和浪涌保护技术

3.1 浪涌保护器

在分析电力自动化设备浪涌保护技术之前，首先介绍浪涌保护器。浪涌保护器是防护浪涌电压对电子设备产生损害的一种保护器件。目前常用的浪涌保护器主要有压敏电阻、暂态抑制二极管以及熔断器。这三种浪涌保护器的作用方式不同，因而他们的特点也不尽相同[2]。

（1）压敏电阻具有通流容量大、无续流等优点，但其缺点是容易老化，使用寿命短。当压敏电阻遇到高于它的电压时，压敏电阻可以将高于它的电阻变为低阻抗，最后让巨大的浪涌释放到大地中，从而保护电子自动化设备中的各种组成器件。

（2）暂态抑制二极管具有反应时间快、寄生电容小等优点，但是和压敏电阻相比，其缺点是非线性特性差，通流能力较差。当瞬态电压发生，暂态抑制二极管就会迅速反应，耗散大容量浪涌电流，起到保护电路的作用。

（3）熔断器和压敏电阻和暂态抑制二极管相比，它的反应时间长，不适合使用在灵敏度高和电流流通速度快的浪涌保护中。

但除了以上提及的三种浪涌保护器，在电力自动化设备中所采用的浪涌保护器分为电源保护型和信号保护型。电源保护型用于电源进线端口，该保护器主要防护浪涌从电源端口入侵设备；信号保护型用于调度中心通道中，其作用为降低浪涌对线路的伤害。

3.2 浪涌保护技术

目前用于保护电力自动化设备出现浪涌过电压的保护技术主要有三种：①对连接电力自动化设备的电子线路进行保护；②根据不同电力系统的浪涌设计保护方案；③对电力设备的终极保护。三种保护技术是逐层上升的，也是逐层加深保护的，以下作详细介绍。

3.2.1 电子线路保护

连接电力设备的电子线路往往比较脆弱，在雷电袭击中也容易破坏，传统中单独使用一个浪涌保护器已经难以达到全面的保护效果，为了提高保护效果，可以在电子线路中使用多个浪涌保护器，同时，针对电子线路中连接的各种设备，设计不同级别的保护方式。如在一般的电子线路连接中，主要设计三级保护方式。可以将通流能力大和残压水平较低的压敏电阻器作为一级保护。将通流能力小但是反应时间较快的暂态抑制二极管作为二级保护。将响应时间长、对单个浪涌没有反应的熔断器作为三级保护[3]。通过这三级防护，可以将雷电袭击产生的大流量和高能量浪涌最大程度的分流到大地上，使电力自动化设备免受大流量和高能量浪涌伤害，如图1所示。

图1 电子线路保护原理图

3.2.2 不同电力系统浪涌的保护方案

为了降低雷电浪涌和操作浪涌对电子设备的损害，在工程施工中需要安装浪涌保护器。浪涌保护器能够起到保护电力设备、仪器仪表以及通讯线路的作用。浪涌保护器的作用原理为：当电气回路或者通信线路遭受外界干扰出现尖端电流或尖端电压时，浪涌保护器就会在第一时间内引导和疏通分流，起到保护电力设备的作用。和以上电子线路的保护一样，电力系统的保护也划分为三级保护方式。第一级保护主要是为了泄放直接雷击产生的电流，避免直接雷击产生的大能量对设备造成伤害。设计第二级保护的目的是为了防护第一级保护中剩余的浪涌电压，利用浪涌保护器将设备电压控制在2kV以下。第三级保护的目的是为了防护第一级和第二季剩下的浪涌电压，将剩下的浪涌电压控制在1kV以下[4]。

3.2.3 电力设备的终极保护

以上提到的两种防护技术虽然能避免浪涌对电路设备的损害，但难以达到完全保护的目的。当雷电袭击电子自动化设备，雷电产生的雷电浪涌和操作浪涌出现后往往是立体的和多渠道的，耦合产生的相线之间浪涌占了总浪涌的6/10，因此，除了以上两种保护技术，在电子自动化设备保护中，为了完全的保护整个电力自动化设备，还要启动终极保护技术。

但终极保护技术的启动并非适合所有的电力自动化设备，它对电力自动化设备要求较高，主要有四个方面。①保护器能够应对不同程度的浪涌，浪涌引起的电压是多变的，为了起到终极保护的作用，浪涌保护器必须能够对不同程度的电压和电流反应。②现今的电子自动化设备往往体积较小，为了将浪涌保护器安装在电子自动化设备中，就要求浪涌保护器体积足够小，并且能够对大能量的浪涌进行泄流。③组成电子自动化设备的集成电路中安装有多种电子器件，需要每个电子器件之间能相互兼容。同时，若将浪涌保护器安装在电子自动化设备中，就需要浪涌保护器对电子自动化设备内的各项电子器件都具有兼容性。④浪涌传播速度快，需要浪涌保护器的反应也快。以上四点，总结来说，即要求浪涌保护器具有体积小、通流性能好、兼容性以及反应快等特点。

4 结语

电力自动化设备浪涌保护是目前电力企业面临的主要问题之一，在长期的实践和研究中不难发现，电力自动化设备浪涌保护是一项复杂且较为困难的工作。而浪涌保护器是针对浪涌危害而研发出来的一种器件，将浪涌保护器使用在电力自动化设备中、不仅能有效泄放雷电浪涌和操作浪涌，更能起到保护组成电子自动化设备的各种器件，防止设备器件的损害，延长设备器件的使用时间，从而维护电力自动化系统的正常运行。

[1]吕宏伟，覃波，付益.直流电源浪涌电流抑制电路研究[J].广东通信技术，2016，3（03）：77～79.

[2]王鸿钰，陆 红，刘志强.浪涌保护器在电子设备中的应用[J].电世界，2016，11（11）：29～31.

[3]吴梦可.电子自动化设备浪涌保护的技术分析[J].电工文摘，2014，11（5）：56～58.

[4]韩宁宁.防雷电浪涌防护在低压供配电系统中的应用[J].价值工程，2014，5（13）：39.

TM76

A

1004-7344（2016）35-0084-02

2016-11-25

周雪会（1981-），女，河北唐山人，讲师，硕士，主要从事电力系统动态仿真及实时控制和电力系统防护方面研究。