談?wù)勛冸姸芜^(guò)電壓防護(hù)問(wèn)題

卜光文

摘要:本文分析了變電站二次系統(tǒng)過(guò)壓防護(hù)問(wèn)題，并提出相應(yīng)的防護(hù)級(jí)數(shù)措施，僅供參考。

關(guān)鍵詞:變電站;二次設(shè)備;過(guò)電壓

1變電二次過(guò)電壓防護(hù)

近年來(lái),變電站的通信、通信系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)、后臺(tái)管理模塊經(jīng)常發(fā)生過(guò)電壓損毀事件,究其原因主要是其相關(guān)系統(tǒng)和弱電產(chǎn)品過(guò)電壓防護(hù)水平較弱,甚至根本沒有過(guò)電壓防范技術(shù)措施,其后果對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來(lái)了較大負(fù)面影響。隨著綜合自動(dòng)化系統(tǒng)和通信自動(dòng)化系統(tǒng)等二次弱電系統(tǒng)在變電站的廣泛應(yīng)用,這類電子系統(tǒng)(設(shè)備)元器件的集成度愈來(lái)愈高,信息存儲(chǔ)量愈來(lái)愈大,速度和精度不斷提高,而工作電壓只有幾伏,信息電流僅為微安級(jí),因而對(duì)外界干擾極其敏感,特別對(duì)雷電等電磁脈沖和過(guò)電壓的耐受能力很低。當(dāng)雷電等過(guò)電壓和伴隨的電磁場(chǎng)達(dá)到某一閥值時(shí),輕則引起系統(tǒng)失靈,重則導(dǎo)致設(shè)備或其元器件永久性損壞。盡管雷電直擊電子系統(tǒng)(設(shè)備)的可能性不大,但是雷擊附近大地、建筑物、交流供電線路和空中雷云放電時(shí)直接形成的,或者由于靜電感應(yīng)及電磁感應(yīng)形成的沖擊過(guò)電壓,都有可能通過(guò)與之相連的電力線路、信號(hào)線路或接地系統(tǒng),通過(guò)各種接口,以傳導(dǎo)、耦合、輻射等形式,侵入電子系統(tǒng)(設(shè)備)并釀成嚴(yán)重的干擾或事故。因此,加強(qiáng)和改進(jìn)電子系統(tǒng)(設(shè)備)的防護(hù),盡量減小其遭受雷電等沖擊干擾損害造成的直接損失和間接損失,已成為當(dāng)今解決的問(wèn)題。

2過(guò)電壓保護(hù)設(shè)計(jì)

IEC(國(guó)際電工委員會(huì))TC/81技術(shù)委員會(huì)將防雷分為外部防雷和內(nèi)部防雷兩個(gè)部分,外部防雷是指避雷針(或避雷帶、避雷網(wǎng))、引下線和接地系統(tǒng),是被保護(hù)物體免受直接雷擊;內(nèi)部防雷則是防止雷電和其他內(nèi)部過(guò)電壓侵入設(shè)備造成的毀壞。一個(gè)完善的防雷及過(guò)電壓保護(hù)系統(tǒng)必須綜合運(yùn)用泄流(分流)、均壓(等電位)、屏蔽(隔離)、接地、限壓(箝位)保護(hù)等各項(xiàng)技術(shù),按照外部防雷和內(nèi)部防雷的原則, 根據(jù)防護(hù)對(duì)象的特點(diǎn),靈活應(yīng)用,采取具體措施,構(gòu)成一個(gè)完整的防護(hù)體系。變電站內(nèi)的過(guò)電壓形式主要有:雷電過(guò)電壓、工頻過(guò)電壓及諧振過(guò)電壓、操作過(guò)電壓等,這些過(guò)電壓以傳導(dǎo)或電磁感應(yīng)的方式在線路及設(shè)備上形成危險(xiǎn)的過(guò)電壓,特別是雷電過(guò)電壓,雷擊變電站時(shí),會(huì)在低壓供電系統(tǒng)及弱電系統(tǒng)產(chǎn)生很強(qiáng)的感應(yīng)過(guò)電壓,同時(shí)使變電站的地電位升高(例如:變電站的接地電阻為1Ω,雷電流為10kA,則地電位為10kV),因地電位升高造成對(duì)線路及設(shè)備的反擊而損壞線路及設(shè)備的事件時(shí)有發(fā)生,因此,盡管變電站的外部防雷系統(tǒng)(避雷針引下線及接地裝置)符合國(guó)家及部頒標(biāo)準(zhǔn)的要求,且其綜合自動(dòng)化和通信自動(dòng)化等二次弱電系統(tǒng)也采取了諸如屏蔽、接地、隔離、濾波等措施,但卻不能完全避免強(qiáng)大的雷電過(guò)電壓及電壓反擊對(duì)系統(tǒng)造成的干擾和破壞,因此,變電站二次弱電系統(tǒng)內(nèi)部防雷及過(guò)電壓也必須采取相應(yīng)的防護(hù)措施,按照IEC內(nèi)部防雷EMP的分區(qū),對(duì)設(shè)備的電源線、信號(hào)線、數(shù)據(jù)線等加裝內(nèi)部防雷及過(guò)電壓器件,防止雷電感應(yīng)、雷電流沿線竄入、電壓反擊、浪涌過(guò)電壓等瞬間暫態(tài)過(guò)電壓造成系統(tǒng)故障及損壞電子設(shè)備。

浪涌過(guò)電壓保護(hù)器根據(jù)其接線方式分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種,使用串聯(lián)浪涌過(guò)電壓保護(hù)器時(shí),有可能存在由于傳輸信號(hào)不匹配的原因?qū)е聦?duì)傳輸信號(hào)有干擾的情況,特別是數(shù)據(jù)通信接口在串入浪涌過(guò)電壓防護(hù)器后,會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)無(wú)法正常通訊。因此,在數(shù)據(jù)通訊接口中串入浪涌過(guò)電壓防護(hù)器后,必須對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸情況進(jìn)行認(rèn)真檢查,如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)法正常傳輸,則有可能是由于不匹配的原因?qū)е聦?duì)傳輸信號(hào)的干擾,應(yīng)更換相匹配的浪涌過(guò)電壓防護(hù)器。如果在使用浪涌過(guò)電壓防護(hù)器時(shí)采用并聯(lián)方式,基本上不存在上述情況,但這種接線方式對(duì)浪涌過(guò)電壓防護(hù)器的技術(shù)要求更高。

3變電站二次系統(tǒng)過(guò)電壓防護(hù)

3.1站用電系統(tǒng)過(guò)電壓防護(hù)

安裝在變電站內(nèi)的通信調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)大多采用交流電源或直流電源為其設(shè)備供電,在其整流環(huán)節(jié),一般有較大容量的濾波電容,對(duì)瞬態(tài)過(guò)電壓沖擊有一定的吸收作用,站用變壓器低壓側(cè)到站用饋電屏之間采用的是屏蔽電纜且設(shè)備都有良好的接地,運(yùn)用現(xiàn)代防雷技術(shù)來(lái)分析,必須增加回路的分流措施,因?yàn)槠涔ぷ鹘拥亍⒈Ｗo(hù)接地都與其它電氣設(shè)備采用同一接地裝置,而且設(shè)備都處于LPZOB區(qū),電磁脈沖強(qiáng)度相對(duì)較強(qiáng),在站用變低壓側(cè)雖然有防止線路侵入波的避雷器,但殘壓高,因此在變電站遭受雷擊時(shí),通過(guò)線路耦合和地電位升高而造成的反擊過(guò)電壓依然存在,而且高壓側(cè)的殘壓高達(dá)幾千伏,因此必須對(duì)這些調(diào)度自動(dòng)化設(shè)備的供電回路進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù)。

根據(jù)雷電防護(hù)區(qū)域的劃分原則,變電站內(nèi)二次設(shè)備供電系統(tǒng)感應(yīng)雷電過(guò)電壓的防護(hù)可以按兩級(jí)(B、C級(jí))來(lái)進(jìn)行分流保護(hù)。B級(jí)防雷一般采用具有較大通流容量的防雷裝置,可以將較大的雷電流泄散入地,從而達(dá)到限流的目的,同時(shí)將過(guò)電壓減小到一定的程度,C級(jí)防雷采用具有較低殘壓的防雷裝置,可以將回路中剩余的雷電流泄散入地,達(dá)到限制過(guò)電壓的目的,使過(guò)電壓減小到設(shè)備能耐受的水平。

電源系統(tǒng)的防護(hù)主要是抑制雷電及操作在電源回路上產(chǎn)生的浪涌和過(guò)電壓。根據(jù)變電站的現(xiàn)狀,對(duì)變電站的二次系統(tǒng)感應(yīng)雷及操作過(guò)電壓采用兩級(jí)防護(hù)。

由于變電站多建在較為空曠的區(qū)域,電磁強(qiáng)度相對(duì)較強(qiáng),電力線路和通信電纜是很容易遭受到感應(yīng)雷電的襲擊,感應(yīng)過(guò)電壓沿著電力線路和通信線路進(jìn)入設(shè)備,從而將設(shè)備損壞,因此,交流母線處加裝第一級(jí)電源防護(hù)(B級(jí))是為了保證整個(gè)控制室的安全,并且將80%的過(guò)電壓泄散到大地,起到初級(jí)保護(hù)的作用,但在交流饋線上仍有部分過(guò)電壓和B級(jí)電源防雷的殘壓加在線路上,因此必須在重要的交流饋線處(直流充電屏、UPS等)進(jìn)行C級(jí)電源防護(hù),從而將過(guò)電壓抑制到后端用電設(shè)備能夠耐受的水平。

3.1.1第一級(jí)防護(hù)處理措施

防護(hù)位置:據(jù)IEC1312《雷電電磁脈沖的防護(hù)》中的雷電保護(hù)區(qū)域的劃分原則。避雷器的安裝位置應(yīng)在不同保護(hù)區(qū)的交界處,對(duì)于此網(wǎng)絡(luò)即第一級(jí)防護(hù)應(yīng)設(shè)在交流母線處。在兩根母線上各加裝一個(gè)同型號(hào)的B級(jí)三相電源浪涌過(guò)電壓保護(hù)器。

安裝位置:交流母線(機(jī)柜內(nèi)) 。

3.1.2第二級(jí)防護(hù)處理措施

對(duì)于較為重要的交流饋線上的設(shè)備,此處為直流充電屏,加裝C級(jí)三相電源避雷器。由于直流充電屏是兩路交流供電,所以在直流充電屏處加裝兩個(gè)同型號(hào)的C級(jí)三相電源浪涌過(guò)電壓保護(hù)器。

安裝位置宜選擇在直流充電屏交流電源空氣開關(guān)處。

3.2綜合自動(dòng)化系統(tǒng)過(guò)電壓防護(hù)

防護(hù)位置:微機(jī)型綜合自動(dòng)化系統(tǒng)承受過(guò)電壓的能力極低,幾百伏的過(guò)電壓就足以將設(shè)備損壞,因此必須對(duì)高壓側(cè)避雷器的殘壓(幾千伏)進(jìn)行進(jìn)一步的抑制,以滿足設(shè)備絕緣水平的需要,同時(shí)由于地電位升高而感應(yīng)到電源回路零線的過(guò)電壓也高達(dá)上千伏,因此必須在采用交流綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的交流回路上加裝C級(jí)單相浪涌過(guò)電壓保護(hù)器。

安裝位置宜選擇在綜合自動(dòng)化屏交流電源空氣開關(guān)處。

3.3不間斷電源設(shè)備(UPS) 過(guò)電壓防護(hù)

防護(hù)位置:由于內(nèi)部計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、集線器、監(jiān)控設(shè)備、電能量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)等均經(jīng)由UPS供電保護(hù),為了保障以上微電子設(shè)備的安全,故在UPS電源裝置前端加裝C級(jí)浪涌過(guò)電壓保護(hù)器。選用型號(hào):選用(UPS為單相電源輸入時(shí))C級(jí)單相電源浪涌過(guò)電壓保護(hù)器或(UPS為三相電源輸入時(shí))的C級(jí)三相電源浪涌過(guò)電壓保護(hù)器。

安裝位置宜選擇在UPS電源進(jìn)線前端。

3.4通信接口過(guò)電壓防護(hù)

通信接口過(guò)電壓防護(hù)同電網(wǎng)供電系統(tǒng)相比,此回路對(duì)過(guò)電壓的敏感程度要高得多,且這些設(shè)備在有過(guò)電壓的情況下顯得非常脆弱,設(shè)備的絕緣耐受水平也相當(dāng)?shù)汀Ｅc這些設(shè)備相連的有信號(hào)線、數(shù)據(jù)線、測(cè)量和控制線路,并且這些線路基本上是處于LPZOB 區(qū)域,也有穿過(guò)LPZOA區(qū)域的,線路上的感應(yīng)過(guò)電壓相對(duì)較強(qiáng),根據(jù)IEC的測(cè)試,當(dāng)電磁場(chǎng)強(qiáng)度增大到0.07

GS時(shí),微型計(jì)算機(jī)設(shè)備將產(chǎn)生誤動(dòng),丟失數(shù)據(jù)。而且這些回路運(yùn)行的安全與否直接關(guān)系到一次系統(tǒng)設(shè)備的安全,因此須對(duì)重要回路的接口進(jìn)行過(guò)電壓防護(hù)。

3.4.1微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備接口過(guò)電壓防護(hù)

防護(hù)位置:由于變電站微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置采用分布分散式結(jié)構(gòu),由遙信模塊、智能遙測(cè)模塊、智能遙控模塊、智能遙調(diào)模塊組成。各單元模塊都裝設(shè)在不同的自動(dòng)化屏內(nèi),模塊之間通過(guò)RS232接口或現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行通信,這些接口線路都處在室內(nèi),設(shè)備接口線路的距離較短,因此不會(huì)感應(yīng)到較強(qiáng)的過(guò)電壓,但是各自動(dòng)化設(shè)備與其它二次設(shè)備(測(cè)量單元、計(jì)算機(jī)等)有電氣連接,當(dāng)其它二次設(shè)備感應(yīng)到很強(qiáng)的感應(yīng)過(guò)電壓時(shí),將會(huì)反擊到這些自動(dòng)化設(shè)備的通信接口上,從而使設(shè)備接口電路損壞,因此有必要在這些設(shè)備的接口上加裝RS232的浪涌過(guò)電壓保護(hù)器。

安裝位置宜選擇在微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置通信線路接口處。

3.4.2電能量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)信號(hào)過(guò)電壓保護(hù)

防護(hù)位置一:變電站采用多功能電子電能表進(jìn)行電能量采集,電子電能表承受過(guò)電壓的水平極低。由于電能表與站內(nèi)微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備的通信采用RS232的接口,其通信線路較長(zhǎng),又處在LPZOB區(qū)域,在變電站附近或變電站遭受直接雷擊時(shí),將感應(yīng)出較強(qiáng)的感應(yīng)過(guò)電壓,為了防止設(shè)備的損壞,在靠近電子電能表的RS232端口加裝RS232的浪涌過(guò)電壓保護(hù)器。安裝位置宜選擇在靠近電子電能表的RS232端口處。防護(hù)位置二:電子電能表采集的信息通過(guò)集中采集器的MODEM(調(diào)制解調(diào)器)由電話線將數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)端,由于電話線路從室外引入,線路上感應(yīng)到的感應(yīng)雷電流相對(duì)較強(qiáng),容易將調(diào)制解調(diào)器設(shè)備的接口損壞,因此必須在調(diào)制解調(diào)器的電話線路接口處加裝一個(gè)接口浪涌過(guò)電壓保護(hù)器。

安裝位置宜選擇在內(nèi)線電話出線端和外線電話的入線端。

3.4.3遠(yuǎn)方通信接口過(guò)電壓保護(hù)

防護(hù)位置:由于變電站基本采用無(wú)人值守,對(duì)一次回路的各種保護(hù)、測(cè)量、控制、調(diào)節(jié)信號(hào)通過(guò)光纖、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)或載波向遠(yuǎn)方(省調(diào)、地調(diào)、集控站等)傳送數(shù)據(jù)。如果采用載波,由于載波機(jī)與微機(jī)自動(dòng)化裝置的信號(hào)連接線路相對(duì)較長(zhǎng),在變電站附近或變電站遭受直接雷擊時(shí),處在LPZOB區(qū)的通信線路將感應(yīng)出較強(qiáng)的感應(yīng)過(guò)電壓,因此必須在靠近微機(jī)自動(dòng)化裝置的信號(hào)接口端加裝信號(hào)避雷器,同時(shí)處在LPZOB區(qū)并延伸到LPZOA區(qū)的通信線路(DDN、X.25)非常容易感應(yīng)上雷電過(guò)電壓,也必須加裝浪涌過(guò)電壓保護(hù)器。

安裝位置宜選擇在遠(yuǎn)動(dòng)裝置通信線路接口處。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述：變電站二次設(shè)備的過(guò)電壓保護(hù)是以電子信息系統(tǒng)為保護(hù)核心,為被保護(hù)設(shè)備構(gòu)建一個(gè)均壓等電位系統(tǒng),并通過(guò)各級(jí)過(guò)電壓浪涌保護(hù)器逐級(jí)把電流泄放入大地,使變電站二次設(shè)備安全和可靠地運(yùn)行,加強(qiáng)對(duì)二次過(guò)電壓防護(hù)系統(tǒng)的同時(shí)規(guī)劃和設(shè)計(jì),確保設(shè)備和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。