變電站自動化系統防雷保護
2014-06-16 05:38:05桂建生
科技創新導報 2014年4期
桂建生
摘 要：該文根據變電站自動化系統特點，結合變電站自動化系統防雷保護方案，闡述變電站自動化系統防雷保護措施。
關鍵詞：變電站自動化系統 過電壓 雷電電磁脈沖 防雷保護
中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0105-01
從20世紀50年代起，變電站二次系統的防雷保護采用避雷針、避雷器及自動合閘等多道防線，達到對變電站進行防護的目的。隨著變電站自動化設備的廣泛應用，特別是計算機技術、通訊技術、控制技術的發展和廣泛應用，變電站的自動化系統、監控系統、通信系統、計算機信息網絡系統、繼電保護系統等二次系統大量采用高度集成化的CMOS電路和CPU單元的電子設備。高度集成化的電子設備其瞬間過電壓承受能力弱，極易遭受雷電過電壓、操作過電壓或電磁干擾的損壞，容易造成二次系統設備的繼電拒動的事故、保護誤動，嚴重威脅電網的安全運行。因此，對變電站采取更好的保護措施，面受過電壓或電磁干擾的損壞，是非常必要的。
1 變電站自動化系統防雷保護分析
1.1 防雷保護原則
自動化系統的防雷，應綜合運用各項技術，如攔截、均壓、分流、屏蔽、接地和保護、濾波等，構成一個完整的防雷體系；應滿足雷電防護分區、分級確定的防雷等級要求；需要保護的電子信息系統必須接地保護措施與等電位連接。
1.2 防護對象
110 kV變電站的綜合自動化系統。
1.3 雷擊環境與雷擊隱患
根據當地歷年氣象資料的統計，年平均雷暴日為45 d左右，屬雷電高發自然環境區域。
1.4 變電站雷電電磁脈沖防護等級分類分析
綜合自動化變電站廣泛應用了微電子技術為主的遠動裝置、繼電保護及通信網絡，這些高科技的自動化系統設備耐過電壓過電流水平顯著下降，因此，變電站一旦遭到雷擊，將造成大面積的停電，給社會生產和人民生活帶來不便，造成較大的經濟損失，且社會影響嚴重。
根據常規變電站自動化系統雷害風險分析計算，建筑物年預計雷擊次數為0.079，大于0.06次/年，根據GB50057-94《建筑物防雷設計規范》規定，變電站確定為第二類防雷建筑物。
根據GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》和GB9361-88《計算站場地安全要求》，對常規變電站自動化系統雷害風險分析計算，變電站信息系統雷電電磁脈沖防護可確定為A級。
1.5 防雷區劃分
1.5.1 建筑物防雷區劃分原則
在GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》中規定了雷電防護區應劃分。將需要保護的空間劃分為不同的防雷區，是為了規定各部分空間不同的雷擊電磁脈沖的嚴重程度和等電位連接點的位置，從而決定位于該區域內的電子設備采用何種電涌保護器在何處以何種方式實現與共用接地體等電位聯結。
1.5.2 變電站自動化系統防雷區劃分
根據GB50057-94《建筑物防雷設計規范》，變電站自動化系統按一般原則確定具體防雷區：引入交流所用電屏的供電線路處于LPZOB和LPZ1區交界處；引入充電屏、通信電源、逆變器等的供電線路處于LPZ1和LPZ2區交界處；引入各保護屏、通信設備的直流供電電源處于LPZ2和LPZ3區；從室外引入的各種信號電纜如電壓互感器、電流互感器、高頻信號、RS485數據傳輸信號處于防雷區處于LPZOB和LPZ1區交界處；室內的各種信號傳輸電纜處于LPZ1和LPZ2區交界處。
1.6 自動化系統雷電過電壓防護
1.6.1 配電線路過電壓防護
為確保工作人員以及系統設備的安全，防止由配電線路引入的雷害，從交流電力網高壓線路開始，到自動化設備電源入口端，室內電源應采用分級措施。
根據IEC61312的原則，信息系統（計算機、通信和各類電子系統）的供電線路上應設置多級防雷保護措施，一般為三級配置，從而讓過電壓能承受的水平。
1.6.2 信號線路過電壓防護
數據傳輸線路、衛星（微波）通信天饋線路、計算機網絡數據傳輸線路等對防雷電電涌有更高要求，感應雷擊是計算機網絡雷害事故的主要原因。因此，必須在系統或設備的各進出傳輸線路安裝相應的電涌保護器（SPD），一旦線纜上感應過電壓（或遭直接雷擊），由于SPD的作用，系統和設備的各端口電壓大致達到相等水平（即等電位），從而保護系統或設備免遭損壞。
2 變電站自動化系統防雷保護方案
2.1 電涌保護器選擇原則
2.1.1 電源電涌保護器的選擇
電源電涌保護器必須能承受預期通過它們的雷電流，并應符合以下兩個附加要求：通過電涌時的最大箝壓，有能力熄滅在雷電流通過后產生的工頻續流。
2.1.2 信息系統電涌保護器的選擇
信息系統電涌保護器的選擇，應根據線路的工作頻率、傳輸介質、傳輸速率、傳輸帶寬、工作電壓、接口形式、特性阻抗等參數、選用電壓駐波比和插入損耗小的適配的浪涌保護器。
2.2 變電站自動化系統防雷保護方案
2.2.1 交流采樣、開關量回路
電壓互感器和電流互感器二次線，還有提供開關量給保護測控裝置及五防使用，該回路上安裝電涌保護器。
2.2.2 配電回路
在變電站所用電屏、直流屏、后臺機的UPS配電回路安裝電源電涌保護器。
2.2.3 通信回路
在變電站主控室的通信回路主要有：光纖通訊，GPS天饋線、RS485信號控制線、CAN網電纜連接到10 kV饋線測控、電話撥號音頻與MODEM連接線，以上的連接電纜安裝信息系統電涌保護器。
3 結語
隨著我國電力系統的迅速發展，變電站自動化設備的廣泛應用，防雷保護技術更加強調全方位防護、綜合治理、層層設防。變電站綜合自動化系統的防雷及過電壓保護是一個系統工程，必須有整體防護的思想，采用屏蔽，均壓，分流的各個保護，全方面的防雷措施。
參考文獻
[1] 呂家安.綜合自動化變電站二次系統防雷措施的探討[J].廣西電力，2005（28）：5.
[2] 吳劍凌，陶雪梅，葉蜚譽.變電所弱電系統電源電涌保護器配置方式[J].通用低壓電器篇，2007（5）.endprint
摘 要：該文根據變電站自動化系統特點，結合變電站自動化系統防雷保護方案，闡述變電站自動化系統防雷保護措施。
關鍵詞：變電站自動化系統 過電壓 雷電電磁脈沖 防雷保護
中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0105-01
從20世紀50年代起，變電站二次系統的防雷保護采用避雷針、避雷器及自動合閘等多道防線，達到對變電站進行防護的目的。隨著變電站自動化設備的廣泛應用，特別是計算機技術、通訊技術、控制技術的發展和廣泛應用，變電站的自動化系統、監控系統、通信系統、計算機信息網絡系統、繼電保護系統等二次系統大量采用高度集成化的CMOS電路和CPU單元的電子設備。高度集成化的電子設備其瞬間過電壓承受能力弱，極易遭受雷電過電壓、操作過電壓或電磁干擾的損壞，容易造成二次系統設備的繼電拒動的事故、保護誤動，嚴重威脅電網的安全運行。因此，對變電站采取更好的保護措施，面受過電壓或電磁干擾的損壞，是非常必要的。
1 變電站自動化系統防雷保護分析
1.1 防雷保護原則
自動化系統的防雷，應綜合運用各項技術，如攔截、均壓、分流、屏蔽、接地和保護、濾波等，構成一個完整的防雷體系；應滿足雷電防護分區、分級確定的防雷等級要求；需要保護的電子信息系統必須接地保護措施與等電位連接。
1.2 防護對象
110 kV變電站的綜合自動化系統。
1.3 雷擊環境與雷擊隱患
根據當地歷年氣象資料的統計，年平均雷暴日為45 d左右，屬雷電高發自然環境區域。
1.4 變電站雷電電磁脈沖防護等級分類分析
綜合自動化變電站廣泛應用了微電子技術為主的遠動裝置、繼電保護及通信網絡，這些高科技的自動化系統設備耐過電壓過電流水平顯著下降，因此，變電站一旦遭到雷擊，將造成大面積的停電，給社會生產和人民生活帶來不便，造成較大的經濟損失，且社會影響嚴重。
根據常規變電站自動化系統雷害風險分析計算，建筑物年預計雷擊次數為0.079，大于0.06次/年，根據GB50057-94《建筑物防雷設計規范》規定，變電站確定為第二類防雷建筑物。
根據GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》和GB9361-88《計算站場地安全要求》，對常規變電站自動化系統雷害風險分析計算，變電站信息系統雷電電磁脈沖防護可確定為A級。
1.5 防雷區劃分
1.5.1 建筑物防雷區劃分原則
在GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》中規定了雷電防護區應劃分。將需要保護的空間劃分為不同的防雷區，是為了規定各部分空間不同的雷擊電磁脈沖的嚴重程度和等電位連接點的位置，從而決定位于該區域內的電子設備采用何種電涌保護器在何處以何種方式實現與共用接地體等電位聯結。
1.5.2 變電站自動化系統防雷區劃分
根據GB50057-94《建筑物防雷設計規范》，變電站自動化系統按一般原則確定具體防雷區：引入交流所用電屏的供電線路處于LPZOB和LPZ1區交界處；引入充電屏、通信電源、逆變器等的供電線路處于LPZ1和LPZ2區交界處；引入各保護屏、通信設備的直流供電電源處于LPZ2和LPZ3區；從室外引入的各種信號電纜如電壓互感器、電流互感器、高頻信號、RS485數據傳輸信號處于防雷區處于LPZOB和LPZ1區交界處；室內的各種信號傳輸電纜處于LPZ1和LPZ2區交界處。
1.6 自動化系統雷電過電壓防護
1.6.1 配電線路過電壓防護
為確保工作人員以及系統設備的安全，防止由配電線路引入的雷害，從交流電力網高壓線路開始，到自動化設備電源入口端，室內電源應采用分級措施。
根據IEC61312的原則，信息系統（計算機、通信和各類電子系統）的供電線路上應設置多級防雷保護措施，一般為三級配置，從而讓過電壓能承受的水平。
1.6.2 信號線路過電壓防護
數據傳輸線路、衛星（微波）通信天饋線路、計算機網絡數據傳輸線路等對防雷電電涌有更高要求，感應雷擊是計算機網絡雷害事故的主要原因。因此，必須在系統或設備的各進出傳輸線路安裝相應的電涌保護器（SPD），一旦線纜上感應過電壓（或遭直接雷擊），由于SPD的作用，系統和設備的各端口電壓大致達到相等水平（即等電位），從而保護系統或設備免遭損壞。
2 變電站自動化系統防雷保護方案
2.1 電涌保護器選擇原則
2.1.1 電源電涌保護器的選擇
電源電涌保護器必須能承受預期通過它們的雷電流，并應符合以下兩個附加要求：通過電涌時的最大箝壓，有能力熄滅在雷電流通過后產生的工頻續流。
2.1.2 信息系統電涌保護器的選擇
信息系統電涌保護器的選擇，應根據線路的工作頻率、傳輸介質、傳輸速率、傳輸帶寬、工作電壓、接口形式、特性阻抗等參數、選用電壓駐波比和插入損耗小的適配的浪涌保護器。
2.2 變電站自動化系統防雷保護方案
2.2.1 交流采樣、開關量回路
電壓互感器和電流互感器二次線，還有提供開關量給保護測控裝置及五防使用，該回路上安裝電涌保護器。
2.2.2 配電回路
在變電站所用電屏、直流屏、后臺機的UPS配電回路安裝電源電涌保護器。
2.2.3 通信回路
在變電站主控室的通信回路主要有：光纖通訊，GPS天饋線、RS485信號控制線、CAN網電纜連接到10 kV饋線測控、電話撥號音頻與MODEM連接線，以上的連接電纜安裝信息系統電涌保護器。
3 結語
隨著我國電力系統的迅速發展，變電站自動化設備的廣泛應用，防雷保護技術更加強調全方位防護、綜合治理、層層設防。變電站綜合自動化系統的防雷及過電壓保護是一個系統工程，必須有整體防護的思想，采用屏蔽，均壓，分流的各個保護，全方面的防雷措施。
參考文獻
[1] 呂家安.綜合自動化變電站二次系統防雷措施的探討[J].廣西電力，2005（28）：5.
[2] 吳劍凌，陶雪梅，葉蜚譽.變電所弱電系統電源電涌保護器配置方式[J].通用低壓電器篇，2007（5）.endprint
摘 要：該文根據變電站自動化系統特點，結合變電站自動化系統防雷保護方案，闡述變電站自動化系統防雷保護措施。
關鍵詞：變電站自動化系統 過電壓 雷電電磁脈沖 防雷保護
中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0105-01
從20世紀50年代起，變電站二次系統的防雷保護采用避雷針、避雷器及自動合閘等多道防線，達到對變電站進行防護的目的。隨著變電站自動化設備的廣泛應用，特別是計算機技術、通訊技術、控制技術的發展和廣泛應用，變電站的自動化系統、監控系統、通信系統、計算機信息網絡系統、繼電保護系統等二次系統大量采用高度集成化的CMOS電路和CPU單元的電子設備。高度集成化的電子設備其瞬間過電壓承受能力弱，極易遭受雷電過電壓、操作過電壓或電磁干擾的損壞，容易造成二次系統設備的繼電拒動的事故、保護誤動，嚴重威脅電網的安全運行。因此，對變電站采取更好的保護措施，面受過電壓或電磁干擾的損壞，是非常必要的。
1 變電站自動化系統防雷保護分析
1.1 防雷保護原則
自動化系統的防雷，應綜合運用各項技術，如攔截、均壓、分流、屏蔽、接地和保護、濾波等，構成一個完整的防雷體系；應滿足雷電防護分區、分級確定的防雷等級要求；需要保護的電子信息系統必須接地保護措施與等電位連接。
1.2 防護對象
110 kV變電站的綜合自動化系統。
1.3 雷擊環境與雷擊隱患
根據當地歷年氣象資料的統計，年平均雷暴日為45 d左右，屬雷電高發自然環境區域。
1.4 變電站雷電電磁脈沖防護等級分類分析
綜合自動化變電站廣泛應用了微電子技術為主的遠動裝置、繼電保護及通信網絡，這些高科技的自動化系統設備耐過電壓過電流水平顯著下降，因此，變電站一旦遭到雷擊，將造成大面積的停電，給社會生產和人民生活帶來不便，造成較大的經濟損失，且社會影響嚴重。
根據常規變電站自動化系統雷害風險分析計算，建筑物年預計雷擊次數為0.079，大于0.06次/年，根據GB50057-94《建筑物防雷設計規范》規定，變電站確定為第二類防雷建筑物。
根據GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》和GB9361-88《計算站場地安全要求》，對常規變電站自動化系統雷害風險分析計算，變電站信息系統雷電電磁脈沖防護可確定為A級。
1.5 防雷區劃分
1.5.1 建筑物防雷區劃分原則
在GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》中規定了雷電防護區應劃分。將需要保護的空間劃分為不同的防雷區，是為了規定各部分空間不同的雷擊電磁脈沖的嚴重程度和等電位連接點的位置，從而決定位于該區域內的電子設備采用何種電涌保護器在何處以何種方式實現與共用接地體等電位聯結。
1.5.2 變電站自動化系統防雷區劃分
根據GB50057-94《建筑物防雷設計規范》，變電站自動化系統按一般原則確定具體防雷區：引入交流所用電屏的供電線路處于LPZOB和LPZ1區交界處；引入充電屏、通信電源、逆變器等的供電線路處于LPZ1和LPZ2區交界處；引入各保護屏、通信設備的直流供電電源處于LPZ2和LPZ3區；從室外引入的各種信號電纜如電壓互感器、電流互感器、高頻信號、RS485數據傳輸信號處于防雷區處于LPZOB和LPZ1區交界處；室內的各種信號傳輸電纜處于LPZ1和LPZ2區交界處。
1.6 自動化系統雷電過電壓防護
1.6.1 配電線路過電壓防護
為確保工作人員以及系統設備的安全，防止由配電線路引入的雷害，從交流電力網高壓線路開始，到自動化設備電源入口端，室內電源應采用分級措施。
根據IEC61312的原則，信息系統（計算機、通信和各類電子系統）的供電線路上應設置多級防雷保護措施，一般為三級配置，從而讓過電壓能承受的水平。
1.6.2 信號線路過電壓防護
數據傳輸線路、衛星（微波）通信天饋線路、計算機網絡數據傳輸線路等對防雷電電涌有更高要求，感應雷擊是計算機網絡雷害事故的主要原因。因此，必須在系統或設備的各進出傳輸線路安裝相應的電涌保護器（SPD），一旦線纜上感應過電壓（或遭直接雷擊），由于SPD的作用，系統和設備的各端口電壓大致達到相等水平（即等電位），從而保護系統或設備免遭損壞。
2 變電站自動化系統防雷保護方案
2.1 電涌保護器選擇原則
2.1.1 電源電涌保護器的選擇
電源電涌保護器必須能承受預期通過它們的雷電流，并應符合以下兩個附加要求：通過電涌時的最大箝壓，有能力熄滅在雷電流通過后產生的工頻續流。
2.1.2 信息系統電涌保護器的選擇
信息系統電涌保護器的選擇，應根據線路的工作頻率、傳輸介質、傳輸速率、傳輸帶寬、工作電壓、接口形式、特性阻抗等參數、選用電壓駐波比和插入損耗小的適配的浪涌保護器。
2.2 變電站自動化系統防雷保護方案
2.2.1 交流采樣、開關量回路
電壓互感器和電流互感器二次線，還有提供開關量給保護測控裝置及五防使用，該回路上安裝電涌保護器。
2.2.2 配電回路
在變電站所用電屏、直流屏、后臺機的UPS配電回路安裝電源電涌保護器。
2.2.3 通信回路
在變電站主控室的通信回路主要有：光纖通訊，GPS天饋線、RS485信號控制線、CAN網電纜連接到10 kV饋線測控、電話撥號音頻與MODEM連接線，以上的連接電纜安裝信息系統電涌保護器。
3 結語
隨著我國電力系統的迅速發展，變電站自動化設備的廣泛應用，防雷保護技術更加強調全方位防護、綜合治理、層層設防。變電站綜合自動化系統的防雷及過電壓保護是一個系統工程，必須有整體防護的思想，采用屏蔽，均壓，分流的各個保護，全方面的防雷措施。
參考文獻
[1] 呂家安.綜合自動化變電站二次系統防雷措施的探討[J].廣西電力，2005（28）：5.
[2] 吳劍凌，陶雪梅，葉蜚譽.變電所弱電系統電源電涌保護器配置方式[J].通用低壓電器篇，2007（5）.endprint
