試論變電所微機裝置防雷保護

陳文爽

摘 要：微機保護和自動化裝置以其高度的靈敏性，速動性和維護管理的方便性，在電力系統中得到了飛速的發展和廣泛的應用。但微機系統越是先進，芯片的集成度就越高，電路越復雜，工作電壓越低，對環境穩定性的要求也越高。抗干擾和耐沖擊始終是微機系統在電力工業惡劣電磁環境下應用中的兩大薄弱環節。

關鍵詞：微機保護；自動化裝置；雷擊；運行安全

1 前言

隨著科學技術的日新月異，微機保護和自動化裝置以其高度的靈敏性，速動性和維護管理的方便性，在電力系統中得到了飛速的發展和廣泛的應用。但微機系統越是先進，芯片的集成度就越高，電路越復雜，工作電壓越低，對環境穩定性的要求也越高。抗干擾和耐沖擊始終是微機系統在電力工業惡劣電磁環境下應用中的兩大薄弱環節。而雷擊事件由于其極高的電壓幅值和不可預測性更是微機系統的“天敵”。它極大的威脅著 現代 化變電所的運行安全，應該引起我們足夠的重視。

2 問題的提出

興隆林區有一處110 kV變電所地丘陵地帶。屬季風雷害比較嚴重的區域。該所始建于90年代，由于原來是按常規所設計，標準比較低。近年引進一些微機裝置后，雷害現象頻頻發生。比較嚴重的就先后發生了三次由于雷電波通過所用變低壓側和兩路引出的通信電纜入侵，致使載波機電源、遠動柜的電源插件、RTU信號插件、UPS和后臺監控微機都受到了不同程度的損壞。2008年底我們專門組織了技術力量，在上級部門的支持下對該所進行了有針對性的防雷整改。

為了有針對性和客觀性地分析問題，我們搜集了近幾年本地區幾起雷害事故進行比較研究，在研究中我們發現了幾個值得注意的現象：①該所雖屢遭雷害，使遠動和微機裝置多次燒毀，但該所的電磁式保護回路卻未發生任何雷害事件。②距離該所僅8 km的一處220 kV變電所在1998年發生了一起雷電波侵入，引起了新改造的微機線路保護裝置的電源和部分輸入模塊燒壞的事故，而其他的常規的電磁式保護和自動裝置卻完好無損。③距離該所5 km的另一處110 kV變電所，全所使用全套微機保護、監控及自動裝置，投產5年以來從未發生過類似的雷害事故。

3 原因分析

3.1雷電波的侵入過程

雷電波通常是通過變電所臨近的10 kV線路侵入10 kV母線，再經過10 kV所用變壓器高、低壓繞組間的靜電和電磁耦合，闖入低壓出線。途中經過了10 kV線路閥式避雷器、母線閥式避雷器和所用變閥式避雷器3級削峰，再經過所用變低壓出線的平波作用，電壓幅值大為下降。但由于雷電波的電壓、能量極高，且閥式避雷器等設備技術上的局限性，雖然絕大部分的雷電能量都能在到達設備之前得以消除，但雷電波仍可能以幅值相對很高，但作用時間很短的低能量尖峰脈沖的形式，通過所用變壓器的低壓出線，加到變電所內所有的220 V交流回路中。還有一種情況，就是感應雷電波通過調度遠動系統的RTU設備和信號采集的二次電纜入侵，以很高的電壓直接加到遠動系統的信號和傳送端上，造成接收和發送端模塊燒壞。

3.2微機設備屢遭雷害的原因

變電所的保護和合閘電源直流系統的整流充電系統設計容量都比較大，電壓耐受能力也比較好。而且由于大容量電池組吸收尖峰脈沖的作用，和整流回路的平波作用，加到保護裝置上的脈沖電壓大大降低。再加上常規的電磁式保護裝置的元器件多為單元件的電阻、電容和電感線圈等，耐熱容量大，對尖鋒脈沖的耐受能力也比較強，所以能安全度過低能量、高電壓的沖擊暫態過程。但對于使用超大規模集成電路，運行電壓只有數伏，信號電流僅為μA級的微機裝置來說，就不一定能經受得住。這就是造成微機裝置損壞而常規保護裝置卻能安全運行的關鍵原因。

3.3遠動載波系統受雷害特別嚴重的原因

首先是電源方面：調度的遠動載波系統多由獨立的小容量UPS供電，而這些UPS最多的是使用壓敏電阻保護。在防雷和限幅能力都比較有限，保護UPS本身尚且不夠，更不用說保護后接的電子設備了。實際運用中也屢屢發生UPS雷擊燒毀現象，所以單從提高UPS質量方面入手難以從根本上解決問題。其次是信號端方面：該所有兩路RTU出線比較長，且沒采用屏蔽電纜，又地處雷電多發區，廠所端也沒裝設任何防雷設備，變電所和沿線附件落雷都很容易在電纜中感應出很高的雷電壓并通過電纜直接加到設備上，造成設備的擊穿損壞。相比之下，較晚設計投產的110kV變電所，由于為微機化防雷按較高標準設計，包括遠動通訊，信號和弱電部分全部使用屏蔽電纜并且屏蔽層兩端可靠接地；調度遠動系統廠家已預置了防雷保護模塊；在保護和載波、遠動電源處加裝了高質量的雷盾（OBO V20-C）金屬氧化物低壓防雷裝置。長期以來運行情況良好。

4 采取措施

把上述兩條RTU電纜換成屏蔽電纜，屏蔽層兩端接地。在RTU端加裝壓敏電阻和防雷模塊兩級防雷保護，并在RTU微機電源處加裝“雷盾”（OBO V20-V）帶保險的金屬氧化物低壓防雷裝置。將原來的不帶防雷功能的后備式UPS換成帶防雷功能的智能在線式UPS。在中控載波室的低壓電源（兼供調度后臺監控微機電源）處加裝“雷盾”（OBO V20-C）三相四線式帶保險的金屬氧化物低壓防雷裝置。在所用變壓器低壓出線端加裝普通陶瓷氧化物低壓避雷器。結合黑龍江省電力局關于全面推廣使用金屬氧化物避雷器的要求，把全所（包括10 kV母線）的10 kV閥式避雷器全部更換為高質量的金屬氧化物低壓避雷器。

通過整改，形成了對雷電波的多級攔截和防護體系。經兩年多的運行實踐，至今未發生一起與雷電有關的故障，系統運行情況大有改善。在此期間，該所安裝的“雷盾”金屬氧化物避雷器雖熔絲熔斷而系統仍能安全正常運行，避雷效果相當明顯。

5 經驗與總結

雷害對采用微機系統的現代化變電所是一個極大威脅，變電所微機系統的防雷問題不可忽視。雷電波主要是通過通訊、信號采樣電纜和電源部分兩條途徑入侵。特別是低壓電源的防雷保護，尤其應該引起足夠的重視。endprint