變電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)防雷電干擾措施

摘要：文章探討了變電站中的雷電干擾對自動(dòng)化系統(tǒng)的影響和破壞，分析了干擾產(chǎn)生的原因和危害，提出解決監(jiān)控系統(tǒng)抗雷電干擾的有效措施，從而達(dá)到抑制雷電干擾的目的。對自動(dòng)化系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行起到極其重要的作用。

關(guān)鍵詞：變電站 自動(dòng)化 監(jiān)控系統(tǒng) 雷電干擾 措施

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，變電自動(dòng)化技術(shù)得到越來越快的發(fā)展，它們以通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，把各種繼電保護(hù)裝置、自動(dòng)裝置、RTU（遠(yuǎn)程終端）和調(diào)度端連接起來，使變電站實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高速度、高靈活性和低成本的生產(chǎn)管理。實(shí)際中，在增加自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)候，往往對自動(dòng)控制系統(tǒng)的防雷性能也要求越來越高，因?yàn)閷ΜF(xiàn)在的綜自變電站中的微機(jī)保護(hù)、監(jiān)控系統(tǒng)來說，雷電波一旦侵入，往往會(huì)極大的損壞設(shè)備，有的可能引起整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓，導(dǎo)致巨大的損失。在石家莊供電公司主網(wǎng)或是用戶的配網(wǎng)中，2001年有據(jù)可查的就有十?dāng)?shù)次因雷擊引起的弱電損壞事故，有的由于變電站線路落雷，導(dǎo)致設(shè)備和主控地出現(xiàn)電位差而使很多保護(hù)設(shè)備被損壞；有的由于變電站的微波塔落雷，因?yàn)楦袘?yīng)過電壓而使很多遠(yuǎn)動(dòng)和通訊設(shè)備受損；有的由于雷擊造成線路過電壓而使監(jiān)控系統(tǒng)和微機(jī)保護(hù)誤動(dòng)作。

1 雷擊變電站包括兩方面

一是雷擊變電站的構(gòu)架或獨(dú)立避雷針；二是雷擊變電站控制室所在建筑物的防雷系統(tǒng)。雷電會(huì)對控制室等四周的空間造成輻射和傳導(dǎo)的電磁干擾。雷電波等值頻率范圍內(nèi)的電磁干擾屬電感耦合型的。多數(shù)電線和電纜是通過戶外的電纜溝引入控制室內(nèi)，很少受到因雷電形成的空間電磁場的干擾，其緣由是線的走向垂直于避雷針。但若在建筑物內(nèi)走線感應(yīng)回路就易出現(xiàn)，而且感應(yīng)回路的一端接入輸入阻抗大的電子設(shè)備，和開路類似，穿透建筑物鋼筋水泥墻壁的電磁脈沖會(huì)在感應(yīng)回路中感應(yīng)出暫態(tài)電壓。

人們頗為重視高電壓等級(jí)的電網(wǎng)防雷，尤其是將很多防雷措施設(shè)置在變電所和發(fā)電廠，防直擊雷有各級(jí)避雷器、避雷線及避雷針保護(hù)，但一般的對400v低壓電網(wǎng)未設(shè)置防雷設(shè)施，由于變壓器低壓側(cè)的絕緣裕度較大，若使在變壓器的高壓側(cè)的雷電過電壓不超出要求的幅值，一般不會(huì)引起變壓器低壓側(cè)的絕緣被擊穿。此外，由于之前的電網(wǎng)很少受低壓側(cè)設(shè)備的影響，因此未過多關(guān)注。但是由于近來采用了很多通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控的微機(jī)保護(hù)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)及綜合自動(dòng)化系統(tǒng)等，真正扭轉(zhuǎn)了上述發(fā)展趨勢，電網(wǎng)的安全與微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)有直接的關(guān)系。所以，需高度重視雷電干擾對變電所和發(fā)電廠的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)電源的影響，同時(shí)制定相應(yīng)的防范保護(hù)措施。

2 微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)電源防止雷電干擾的措施

2.1 將電壓等級(jí)的氧化鋅避雷器安裝在廠用變、所用變的低壓側(cè)。按照400v低壓電網(wǎng)的負(fù)荷狀況，將低壓氧化鋅避雷器安裝于主要用電設(shè)備及其支線路上。

2.2 通信系統(tǒng)、微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)需通過專用的變壓器單獨(dú)供電，不能和生活、辦公等共用電源，也可利用隔離變壓器隔離供電。應(yīng)通過電纜對對向微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)及調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)供電的低壓電源線路供電，使用屏蔽電纜最為適宜，避免在變電所和發(fā)電廠近區(qū)雷電活動(dòng)時(shí)，感應(yīng)雷過電壓發(fā)生于低壓電源網(wǎng)絡(luò)上，對通信系統(tǒng)、微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的電源安全造成威脅。

2.3對廠用變、所用變的中性線要在變壓器處接地且在低壓網(wǎng)絡(luò)各分支處重復(fù)接地，以避免中性線在發(fā)生雷害故障時(shí)突然斷線，或中性線在雷電頻發(fā)時(shí)帶高電壓，相電壓升高到線電壓，使通信系統(tǒng)、微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的電源模塊被燒壞。

2.4將雷電浪涌吸收器安裝在通信系統(tǒng)、微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)上，避雷器、電感和電容構(gòu)成了雷電浪涌吸收器的吸收單元，對高頻雷電脈沖起到很好的過濾和吸收作用，限制雷電過電壓，使其免受雷電過電壓的破壞。將電壓和電流互感器型電涌保護(hù)器安裝于電壓或電流互感器的低壓側(cè)；采取二級(jí)防護(hù)：在電流及電壓互感器線路進(jìn)入控制配電柜處，即PT和CT保護(hù)系統(tǒng)、信號(hào)采集、二次回路、控制回路、信號(hào)回路及通信系統(tǒng)等，按照需求完成相應(yīng)的電涌保護(hù)器的安裝。同時(shí)可根據(jù)雷電電磁脈沖產(chǎn)生的地電位反擊而進(jìn)行等電位連接器的安裝。

3 微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的防雷措施

微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的防雷措施包括內(nèi)部防護(hù)、外部防護(hù)。內(nèi)部防護(hù)是指在建筑物內(nèi)部微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對過電壓(雷電或電源系統(tǒng)內(nèi)部過電壓)的防護(hù)。可采取等電位聯(lián)結(jié)、屏蔽、保護(hù)隔離、合理布線、設(shè)置過電壓保護(hù)器等方法進(jìn)行內(nèi)部防護(hù)；外部防護(hù)是指對安裝微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的建筑物本體的防護(hù)。其方法包括接地、屏蔽網(wǎng)、避雷針、均衡電位和分流等，以下是對這兩種防護(hù)措施的具體闡述。

3.1 微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的外部防護(hù) 第一，通過建筑物的避雷針將主要的雷電流引入大地；第二，雷電流被引入大地時(shí)使將雷電分流，以防引起過電壓對設(shè)備造成損壞；第三，使用建筑物內(nèi)的鋼筋及金屬部件作為法拉第籠，起屏蔽作用，若建筑物中的電器屬小功率信號(hào)電路、遙控及低壓電子邏輯系，就需安裝專門的屏蔽網(wǎng)，在整個(gè)屋面構(gòu)成5m-5m，6m-4m范圍內(nèi)的網(wǎng)格，全部使用避雷帶對均壓環(huán)等電位連接；第四，均衡建筑物各點(diǎn)的電位，以防電位差對設(shè)備造成損害；第五，確保建筑物接地良好，在建筑物遭受雷擊時(shí)，盡量避免接點(diǎn)電位對設(shè)備造成的損壞。

3.2 微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)部保護(hù) 從電磁兼容方面來分析，應(yīng)將防雷保護(hù)劃分成多級(jí)保護(hù)區(qū)。最外層屬直接雷擊區(qū)域，危險(xiǎn)系數(shù)最高，是0級(jí)，越往里危險(xiǎn)程度越低。金屬管道、防雷系統(tǒng)及鋼筋混凝土等組成的屏蔽層劃分出了保護(hù)區(qū)界面，從0級(jí)保護(hù)區(qū)到最內(nèi)層保護(hù)區(qū)，一定要分層多級(jí)保護(hù)，降低過電壓降，使其不超出設(shè)備的承受范圍。經(jīng)傳統(tǒng)避雷設(shè)備往往仍有50%左右的雷電流直接泄入大地，另外50%將流進(jìn)金屬管道、電源線和信號(hào)線等的電氣通道。但對微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)而言，操作瞬間過電壓和雷電會(huì)在很大程度上損壞系統(tǒng)，因此，需從一維防護(hù)轉(zhuǎn)化成三維防護(hù)，綜合考慮防地電位反擊、防雷電電磁感應(yīng)、防感應(yīng)雷電波侵入和防直擊雷等作多中要素。例如對380V低壓線路應(yīng)進(jìn)行過電壓保護(hù)，根據(jù)要求應(yīng)分為三方面：一級(jí)保護(hù)應(yīng)在高壓變壓器后端至二次低壓設(shè)備的總配電盤間的電纜內(nèi)芯線兩端應(yīng)對地加保護(hù)器、避雷器；二級(jí)保護(hù)應(yīng)將保護(hù)器和避雷器安裝在二次低壓設(shè)備的總配電盤到二次低壓設(shè)備的配電箱間電纜內(nèi)芯線兩端應(yīng)對地；三級(jí)保護(hù)應(yīng)將避雷器或保護(hù)器安裝在全部精密的設(shè)備和UPS的前端應(yīng)對地。目的是通過分流(限幅)技術(shù)達(dá)到保護(hù)的目的，因此，網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的關(guān)鍵就是分流(限幅)技術(shù)中所用的防護(hù)器的性能及品質(zhì)，所以，選用合格優(yōu)良的保護(hù)器、避雷器至關(guān)重要。

3.3 良好的接地系統(tǒng)對防雷電干擾也很重要，因全部防雷系統(tǒng)均要通過接地系統(tǒng)將雷電流泄入大地，以對人身安全及設(shè)備起到保護(hù)作用。不良的接地系統(tǒng)將導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障，元器件被燒壞，甚至?xí)ぷ魅藛T的生命安全造成威脅。此外，防靜電及防干擾的屏蔽問題均要求接地系統(tǒng)必須良好。

4 結(jié)語

總體來說，自動(dòng)化系統(tǒng)的抗干擾及防雷不是簡單的避雷、抗干擾設(shè)備的安裝和堆砌，而是一項(xiàng)要求高、難度大的系統(tǒng)工程，涉及多方面的因素。因此在自動(dòng)化系統(tǒng)的防雷及抗干擾實(shí)施過程中一定要從現(xiàn)場實(shí)際出發(fā)，本著經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求、高起點(diǎn)、高可靠性的原則進(jìn)行，嚴(yán)格遵照國家和行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以達(dá)到更好的防護(hù)效果。