發(fā)電廠、變電站電涌保護(hù)器配置探討

陳政　陳亮

摘要：電涌保護(hù)器是近年來新型的防雷裝置之一，是保護(hù)電子信息系統(tǒng)安全、完善綜合防雷體系的重要手段。本文介紹了發(fā)電廠、變電站電涌保護(hù)器的選擇、配置原則，具備工程實(shí)用意義。

關(guān)鍵詞:電涌保護(hù)器防雷發(fā)電廠變電站

中圖分類號：TM6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X(2012)06(c)-0048-02

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,各類信息設(shè)備、電子計(jì)算機(jī)、精密儀器、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛,此類設(shè)備一般工作電壓低、耐壓水平弱、敏感性高、抗干擾能力差,因而極易受到雷電電流脈沖的危害。國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域越來越重視對此類系統(tǒng)的保護(hù),多個有關(guān)電涌保護(hù)器的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)頒布。

電涌保護(hù)器是一種新型的防雷裝置,是保護(hù)電子信息系統(tǒng)安全、完善綜合防雷體系的重要手段。在國內(nèi)一些行業(yè),如金融、電信、機(jī)場等行業(yè)已經(jīng)得到了較廣泛的使用,電涌保護(hù)器在信息系統(tǒng)電源防雷保護(hù)上發(fā)揮了明顯的作用。在電力行業(yè),在一些經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)較早使用了電涌保護(hù)器,如廣東電網(wǎng)在2007年初就發(fā)布了其企業(yè)標(biāo)準(zhǔn):《廣東電網(wǎng)變電站二次系統(tǒng)防雷接地規(guī)范》。該企標(biāo)對電涌保護(hù)器的設(shè)置做了較詳細(xì)的論述。為了適用形勢的發(fā)展,國家能源局頒布了電力行業(yè)的相關(guān)規(guī)程——DL/T5408-2009《發(fā)電廠、變電站電子信息系統(tǒng)220/380V電源電涌保護(hù)配置、安裝及驗(yàn)收規(guī)程》。近年來,為了提高發(fā)電廠、變電站運(yùn)行的可靠性,電力行業(yè)使用電涌保護(hù)器的情況日益增多。

1 電涌保護(hù)器原理簡介

電涌保護(hù)器(SPD):英文全稱是surge protective device,其譯意為電涌保護(hù)器,是限制雷電反擊、侵入波、雷電感應(yīng)和操作過電壓而產(chǎn)生的瞬時過電壓和泄放電涌電流的器件。

供電系統(tǒng)電涌的來源分為外部(雷電原因)和內(nèi)部(電氣設(shè)備啟停和故障等)兩種。

雷擊對地閃電可能以兩種途徑作用在低壓供電系統(tǒng)上。直接雷擊:雷電放電直接擊中電力系統(tǒng)的部件,注入很大的脈沖電流。發(fā)生的概率相對較低。間接雷擊:雷電放電擊中設(shè)備附近的大地,在電力線上感應(yīng)中等程度的電流和電壓。

內(nèi)部電涌發(fā)生的原因同供電系統(tǒng)內(nèi)部的設(shè)備啟停和供電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的故障有關(guān):供電系統(tǒng)內(nèi)部由于大功率設(shè)備的啟停、線路故障、投切動作等,都會帶來內(nèi)部電涌,給用電設(shè)備帶來不利影響。

間接雷擊和內(nèi)部電涌發(fā)生的概率較高,絕大部分的用電設(shè)備損壞與其有關(guān)。所以電源防浪涌的重點(diǎn)是對這部分電涌能量的吸收和抑制。對于低壓供電系統(tǒng),電涌引起的瞬態(tài)過電壓保護(hù),采用分級保護(hù)的方式來完成。從供電系統(tǒng)的入口開始逐步進(jìn)行電涌能量的吸收,對瞬態(tài)過電壓進(jìn)行分階段抑制。SPD正常發(fā)揮效用的前提是將電涌電壓引起的電涌電流以最短的途徑通過等電位系統(tǒng)接地。電源線、信號線、金屬管道等都要通過等電位連接導(dǎo)體或電涌保護(hù)器進(jìn)行等電位連接,各個局部等電位連接排互相連接,并最后與主等電位連接排相連。

2 發(fā)電廠、變電站電涌保護(hù)器配置原則

電涌保護(hù)器的配置應(yīng)符合綜合防雷的原則,并與其他各種防雷措施緊密配合,力求做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。電涌保護(hù)器的選擇應(yīng)與電源系統(tǒng)的接地方式相配合。電涌保護(hù)器的配置不是一個孤立的系統(tǒng),是綜合防雷里的一個子系統(tǒng)。

考慮到安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的原則,在進(jìn)行電涌保護(hù)器的選擇、配置前,應(yīng)該進(jìn)行雷擊風(fēng)險評估,當(dāng)無法計(jì)算得到所需數(shù)據(jù)時,可按照如下原則配置。

2.1 大(中)型發(fā)電廠宜裝設(shè)電涌保護(hù)器的位置

1.220/380V側(cè)動力中心(PC)母線進(jìn)線段、保安母線段;

2.安裝有電子信息設(shè)備的電源入口處;

3.交流不間斷電源(UPS)220/380V側(cè)的電源入口處。

沖擊電流及標(biāo)稱放電電流參數(shù)宜按A級選擇。

2.2 小型發(fā)電廠應(yīng)裝設(shè)電涌保護(hù)器的位置

1.220/380V側(cè)動力中心(PC)母線進(jìn)線段;

2.安裝有電子信息設(shè)備的電源入口處;

3.交流不間斷電源(UPS)220/380V側(cè)的電源入口處。

沖擊電流及標(biāo)稱放電電流參數(shù)宜按B級選擇。

2.3 35kV以上變電站宜裝設(shè)電涌保護(hù)器的位置

1.所用變壓器220/380V側(cè)母線進(jìn)線段;

2.監(jiān)控用計(jì)算機(jī)交流不間斷電源(UPS)220/380V的電源側(cè)。

沖擊電流及標(biāo)稱放電電流參數(shù)宜按B級選擇。

2.4 35kV及以下變電站應(yīng)裝設(shè)電涌保護(hù)器的位置

1.220/380V所用電母線進(jìn)線段;

2.220/380V饋線母線段。

沖擊電流及標(biāo)稱放電電流參數(shù)宜按C級選擇。

電涌保護(hù)器的種類很多,性能也存在差異。主要分為三種類型:電壓開關(guān)型、電壓限制型、復(fù)合型。其中復(fù)合型電涌保護(hù)器由開關(guān)型元件和電壓限制型元件串聯(lián)或并聯(lián)組成。其特性隨所加電壓的特性可以表現(xiàn)為電壓開關(guān)型、電壓限制型或二者皆有。

考慮到發(fā)電廠及變電站的重要性,一般選擇泄漏電流小、無續(xù)流的串聯(lián)型復(fù)合式電涌保護(hù)器。在選擇配電線路電涌保護(hù)器沖擊電流及標(biāo)稱放電電流時可以經(jīng)過評估計(jì)算后確定或按照表1選用。電壓保護(hù)水平Up與受保護(hù)設(shè)備耐壓水平對應(yīng)。

標(biāo)稱放電電流In:流過SPD具有8/20波形的電流峰值。用于Ⅱ級試驗(yàn)的SPD分級以及I級、Ⅱ級試驗(yàn)的SPD的預(yù)處理試驗(yàn)。

沖擊電流Iimp:由電流峰值Ipeak和電荷量Q確定,其試驗(yàn)應(yīng)根據(jù)動作負(fù)載試驗(yàn)的程序進(jìn)行,是用于I級試驗(yàn)的SPD分類試驗(yàn)。

電涌保護(hù)器在電力行業(yè)使用時間不長,目前運(yùn)行中的狀態(tài)有待進(jìn)一步總結(jié)。大(中)型發(fā)電廠、變電站的屏蔽接地等防雷措施比較完善,故電涌保護(hù)器的配置應(yīng)按照實(shí)際情況分級選擇。

電涌保護(hù)器的安裝要求:電涌保護(hù)器應(yīng)安裝在被保護(hù)設(shè)備電源線路的前端。帶有接線端子的電涌保護(hù)器與導(dǎo)線連接時應(yīng)采用壓接,帶接線柱的電源保護(hù)器宜采用線鼻子與接線柱連接。為了保證工程質(zhì)量,采用壓接方式較好。從電涌保護(hù)器保護(hù)側(cè)接至需要保護(hù)的電子設(shè)備(ITE),其線路應(yīng)短且加屏蔽。電涌保護(hù)器的連接導(dǎo)線最小截面宜符合表2的規(guī)定。

3 結(jié)語

發(fā)電廠、變電站的防雷是一個復(fù)雜的綜合性工程。我國雖然已經(jīng)引入了IEC有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)作為建筑物雷擊防護(hù)水平和風(fēng)險評估的標(biāo)準(zhǔn),但其評估方法復(fù)雜,工程上難以應(yīng)用。交流低壓電源系統(tǒng)電涌保護(hù)使用電涌保護(hù)器時只有正確地選擇、配置、安裝才能使其達(dá)到預(yù)期的效果,使保護(hù)方案成功地付諸實(shí)施。發(fā)電廠、變電站的電涌保護(hù)器配置應(yīng)對照DL/T5408-2009:《發(fā)電廠、變電站電子信息系統(tǒng)220/380V電源電涌保護(hù)配置、安裝及驗(yàn)收規(guī)程》來執(zhí)行,該方法簡明扼要,是符合工程實(shí)際應(yīng)用的。實(shí)際應(yīng)用時也可參照GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》、CECS174:2004《建筑物低壓電源系統(tǒng)電涌保護(hù)器選用、安裝、驗(yàn)收和維護(hù)規(guī)程》相關(guān)規(guī)定。