淺談電力調度自動化系統的防雷保護

摘要：電力調度自動化是利用計算機、遠動、通信等技術實現電力系統調度自動化功能的綜合系統，其擔負著供電系統正常時監視運行情況，故障時記錄數據的重任。但自動化系統對外界的干擾極其敏感，而雷電流產生的瞬變電磁場對微電子設備的干擾和損害尤為嚴重，而且一旦遭到雷電的侵害，其破壞性是非常嚴重的。供電部門要從自動化系統的供電電源、接地保護、屏蔽機房等多方面做好綜合防雷工作，最大限度地減少雷電對電力調度自動化系統的侵害，改善電網的安全運行水平。

關鍵詞：電力 調度 自動化 防雷保護

隨著計算機及其網絡技術、通信技術、遠動技術的發展，為縣級電網調度自動化及其支撐平臺的發展提供了條件，特別是近些年，電力系統容量不斷增加，自動化水平也進一步提升，計算機以及模擬屏、交換機等微電子設備在調度自動化系統中的應用越來越廣泛。一些微電子器件只需要幾伏的電壓就可以正常工作，傳遞信息電流小至微安級，也很容易受到外部因素的干擾，其中雷電流產生的瞬變電磁產生的干擾作用最強。在夏秋時節的雷雨高發期，強大的雷電流經常會毀壞自動化顯示系統、通信聯絡系統(Modem、交換機、載波機) 等機械設備，經濟損失相當嚴重。隨著時代的發展和科技的進步，有的電力調度自動化系統的確安裝了防雷措施，但雷害事故仍然頻繁發生。本文現就如何正確、全面實施調度自動化系統防雷保護措施作一簡要分析探討。

1 雷電的成因和危害

1.1 雷電的形成

雷電的放電現象比較復雜，夏秋季正是其高發期。雷電產生的過程為：雨水大，空氣濕度高，如果高空中的水蒸氣達到一定的程度，或空中存在強烈的且不斷上升的氣流，空氣中的水蒸汽就會與電流產生摩擦，相互較力，水滴分裂產生電荷，電荷匯聚到一起形成帶電的云，當電壓升高到一定程度，不同極性的兩朵云之間、云和地之間的空氣介質被擊穿，就會發生強烈的放電現象，放電時產生強烈的光，這就是閃電。閃電時，將釋放出大量熱能，這些熱能的破壞力可想而知，它會毀壞設備和建筑物，引起火災，甚至傷及人畜。

1.2 雷電按危害方式的分類

雷電包括直擊雷、感應雷、滾球雷、雷電侵入波等。

直擊雷：指在雷電活動范圍內，雷電對建筑物、人體和設備等直接放電的現象。大氣中帶有電荷的雷云對地電壓可高達幾十萬KV。雷電直接對建筑物或其他物體放電，產生具有很大破壞性的熱效應和機械效應，還伴有閃絡放電和電磁效應。設備、線路常因雷擊發生故障，特別是會破損壞氣設備。架空線路遭雷擊，線路就不能正常工作，甚至引發火災、房屋倒塌或損壞電氣設備。

感應雷：落雷處鄰近物體因靜電感應或電磁感應產生高電位所引起的放電現象叫做感應雷。雷電在雷云之間或雷云對地放電時，在周圍的戶外傳輸信號線路、地埋電力線、設備間連接線產生電磁感應并侵入設備，毀壞與線路相接的管線和設備，距管線、設備較近的人畜安全也會受到威脅，其破壞為二次破壞。當有雷云出現，這種電荷感應在雷云向其他地方放電后自動流向線路或傳導給地面，而不像地面與云層之間的電場立刻散去。建筑物和構筑物的頂部或線路對地面的電位在這個時侯都比較高，因此會形成感應過電壓。這種電壓會導致金屬管道、屋內電線、大型金屬設施放電，發生爆炸事故或引起火災，不僅破壞供電系統，還會對人身安全帶來巨大的威脅。

滾球雷：它是肉眼可見的光亮的火球，遇到雷雨天氣，大都漂浮在空氣中，帶火帶電，有的會順著地面滾動，能通過門窗、煙囪和較小的縫隙進入室內，有的可以原路返回。滾球雷消失時都會發生爆炸，不但毀壞設備和建筑物，還會危害人畜安全。

雷電侵入波：指雷擊發生時，埋地較淺的電纜和金屬管道直接被雷電架空或擊中，強大的雷電流順著管線進入室內，不但毀壞設備，還可能傷及人畜。若四周有可燃物，也可能引起火災。

2 調度自動化系統的防雷保護措施

從以上雷電的成因和危害來看，對我們電力調度自動化系統影響比較嚴重的主要是感應雷和雷電侵入波兩種，而且一旦遭到雷電的侵害，其破壞性是非常嚴重的。為做好調度自動化系統的防雷保護工作，筆者認為應從以下幾方面進行保護：

2.1 做好電源與UPS過電壓保護

感應雷或沿電源線進入室內的雷電侵入波會快速大強電源電壓，毀壞UPS和后接設備。另外，當遠處發生雷擊時，雷電浪涌通過電網或通訊線路傳輸到設備端，雖然不一定立即損毀設備，也會對設備內部造成累計性損害。為盡量避免雷擊事故發生，雖然有的UPS中安裝了壓敏電阻，但是對自身或后接微電子設備來說，仍無法起到預期的保護作用，因此，必須采取四級保護。第一級通過三極氣體放電管限制較大的雷電流，使其不超過后續保護系統所能承受的范圍；第二級和第三級分別采用限流模塊和壓敏電阻；第四級為TVS管，確保輸出的箝位電壓符合相關規范。經過四級保護以后，UPS和被保護電源基本不再發生雷擊故障。

2.2 做好接地保護

防雷接地是受到雷電襲擊（直擊、感應或線路引入）時，為防止造成損害的接地系統。常有信號（弱電）防雷地和電源（強電）防雷地之分，區分的原因不僅僅是因為要求接地電阻不同，而且在工程實踐中信號防雷地常附在信號獨立地上，和電源防雷地分開建設。在防雷設備中，良好的接地無疑是非常重要的一步。一般電壓值都會隨著接地電阻的減小而降低。所以，應該盡量減小接地電阻。設計時，水平接地極埋深-1.2米，垂直接地極-1.2米。地網內部區采用2-3根圓線連接；在水平接地極敷設HC高能回填料，每米敷設7KG.地網距離建筑物基礎至少1.5米，接地網通過設備及架構基礎時可以埋于底下或繞道，但接地帶不能斷開。對于重要設施的雷電流、故障電流的泄流，我們需從地網泄流的縱向和橫向考慮，布置水平接地極和等間距的垂直接地極，以形成三維立體接地網。

通信調度綜合樓內的接地網供通信站和動力設備共用，同時要連接防雷接地網。通信機房里最好敷設均壓帶，機房四周還要敷設環行接地母線。電力調度通信綜合樓里應該敷設特殊的接地網設施，可通過擊穿保險器或放電器實現大樓主地網和接地網的連接，這樣一旦發生雷擊就能在最短的時間內均衡電位，五異常情況下也可以起到隔離的作用。

２.3 做好機房屏蔽，減少電磁干擾

為最大限度的避免雷電電磁干擾，可以用電磁屏蔽的方法來解決，其最大好處是不會影響電路的正常工作，因此不需要對電路做任何修改。通信機房及通信調度綜合樓的建筑鋼筋、金屬地板均應相互焊接，構成等電位法拉第式。如果電網設備對屏蔽功能的要求較高，可將金屬屏蔽網敷設在機房六面，使屏蔽網和機房內環行接地母線均勻多點相連。

架空電力線從站內終端桿引下后換成屏蔽電纜；室外通過屏蔽電纜實現通信的目的，屏蔽層兩端接地；有的電纜同時帶有鎧帶和屏蔽層，在室內必須使屏蔽層和鎧帶同時接地，另一端只將屏蔽層接地。電纜進入室內前水平埋地至少10m，埋設深度至少為0.6m；非屏蔽電纜應穿鍍鋅鐵管并水平埋地，埋設深度至少為10m，鐵管兩端接地也要符合施工要求。若在室外入口端將電力線與鐵管間加接壓敏電阻，能起到更好的防雷效果。

2.4 綜合性防雷及應用

為最大限的避免雷害事故發生，管理部門必須秉承“整體防御、綜合治理、多重保護”的工作原則加強電力調度自動化系統防護。具體來講，可通過上述接地措施和保護措施來加強電力調度自動化系統防護，除此以外，在配電變壓器高低壓側裝設金屬氧化物避雷器，并使其和變壓器二次側中性線三點聯合接地。將過電壓保護器安裝在Modem和程控交換機室外進出線等設備上；如果RTU等裝置與顯示屏之間有一段距離，就必須安裝信號線過電壓保護器。

總而言之，電網管理人員應該根據防雷接地流程正確操作，不斷引進先進的技術設備，綜合運用各種技術手段和防雷措施，從整體結構入手加強電力調度自動化系統的防雷保護，盡量避免雷害事故發生。接地、屏蔽設備正常，加上過電壓保護器的保護，就能大大改善防雷效果。

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