電力自動化設備浪涌防護技術的分析

周雪會

（廣西工業職業技術學院 廣西南寧 530001）

電力自動化設備浪涌防護技術的分析

周雪會

（廣西工業職業技術學院 廣西南寧 530001）

科學技術的發展雖然推動了電力自動化設備的創新和完善，但電力自動化設備也有諸多缺點，如雷電的影響不僅會使電力系統設備出現故障，更會影響整個電力系統的運行。本文旨在分析電力自動化設備出現浪涌的原因和浪涌對電力自動化設備的危害。針對浪涌產生的原因和引起的危害，探討保護電力自動化設備的技術。

電力自動化；原因；危害；保護技術

1 概述

科學技術的發展推動了各種高科技術的發展，特別是進入21世紀之后，電力自動化設備代替了傳統中的人力操作電力設備。電力自動化設備不僅提高了生產速度生產效率，更降低了人力物資的消耗。然而電力自動化設備雖然有諸多優點，但也不乏缺點。如雷雨季節，電力系統自動化設備常常會遭受雷電襲擊，輕者導致電力系統自動化設備出現部分故障，嚴重者直接導致電力企業經濟損失，更影響人們日常生活和經濟生產活動。當前，浪涌電壓已經成為破壞電力自動化設備的主要原因，如何解決電力自動化設備浪涌問題，是當前電力企業面臨的主要問題之一，本文在分析電力自動化設備出現浪涌和原因和危害的基礎上，簡單介紹保護電力自動化設備的技術。

2 電力自動化設備出現浪涌原因及危害

2.1 電力自動化設備出現浪涌原因

電力企業電力自動化設備出現浪涌的原因主要有兩個：①雷電襲擊導致大功率電器斷開和閉合后形成的操作浪涌；②雷電本身襲擊電子自動化設備后產生的浪涌。而前者稱之為操作浪涌，后者稱之為雷電浪涌[1]。以下作詳細介紹：

（1）雷電形成的雷電浪涌包括兩種：①雷電直擊；②雷電感應。雷電直擊產生的雷電浪涌往往尖波幅度高，且時間短，低頻率明顯。雷電浪涌雖然在總量浪涌中占比很小，但它的危害卻是最大，很小的雷電浪涌可以直接破壞電子設備的集成芯片和主板，間接的導致整個設備控制系統出現故障。除了影響整個運行系統正常運行，雷電浪涌襲擊電力設備之后，也會降低電力設備的使用壽命。而雷電感應指的是雷電襲擊電力設備后周圍大地的電力線路反應，連接電力設備的電力線路往往會感應到不同程度的電壓和電流。

（2）大功率電器斷開與閉合形成的操作浪涌占了浪涌總量的大部分，操作浪涌形成后上升和下降時間都比較長，但電流和電壓值卻往往比較低，操作浪涌如雷電浪涌一樣，除了影響電力自動化設備中的各項組成期間的使用壽命，也會影響整個電力設備系統的正常運行。

2.2 電力自動化設備出現浪涌的危害

上述已提及自動化設備出現的浪涌包括兩種：①操作浪涌；②雷電浪涌。操作浪涌占了總浪涌中2/3，而雷電浪涌只占其中的1/3。兩者在總浪涌中所占比率雖然相差明顯，但雷電浪涌和操作浪涌相比，雷電浪涌帶來的危害更加嚴重。而兩者對電力自動化設備產生的危害，除了會影響電力自動化設備相關器件的使用壽命，更會導致連接在電子自動化設備線路上的機器出現故障，嚴重者會導致整個電路的正常通電。

3 電力自動化設備浪涌保護器和浪涌保護技術

3.1 浪涌保護器

在分析電力自動化設備浪涌保護技術之前，首先介紹浪涌保護器。浪涌保護器是防護浪涌電壓對電子設備產生損害的一種保護器件。目前常用的浪涌保護器主要有壓敏電阻、暫態抑制二極管以及熔斷器。這三種浪涌保護器的作用方式不同，因而他們的特點也不盡相同[2]。

（1）壓敏電阻具有通流容量大、無續流等優點，但其缺點是容易老化，使用壽命短。當壓敏電阻遇到高于它的電壓時，壓敏電阻可以將高于它的電阻變為低阻抗，最后讓巨大的浪涌釋放到大地中，從而保護電子自動化設備中的各種組成器件。

（2）暫態抑制二極管具有反應時間快、寄生電容小等優點，但是和壓敏電阻相比，其缺點是非線性特性差，通流能力較差。當瞬態電壓發生，暫態抑制二極管就會迅速反應，耗散大容量浪涌電流，起到保護電路的作用。

（3）熔斷器和壓敏電阻和暫態抑制二極管相比，它的反應時間長，不適合使用在靈敏度高和電流流通速度快的浪涌保護中。

但除了以上提及的三種浪涌保護器，在電力自動化設備中所采用的浪涌保護器分為電源保護型和信號保護型。電源保護型用于電源進線端口，該保護器主要防護浪涌從電源端口入侵設備；信號保護型用于調度中心通道中，其作用為降低浪涌對線路的傷害。

3.2 浪涌保護技術

目前用于保護電力自動化設備出現浪涌過電壓的保護技術主要有三種：①對連接電力自動化設備的電子線路進行保護；②根據不同電力系統的浪涌設計保護方案；③對電力設備的終極保護。三種保護技術是逐層上升的，也是逐層加深保護的，以下作詳細介紹。

3.2.1 電子線路保護

連接電力設備的電子線路往往比較脆弱，在雷電襲擊中也容易破壞，傳統中單獨使用一個浪涌保護器已經難以達到全面的保護效果，為了提高保護效果，可以在電子線路中使用多個浪涌保護器，同時，針對電子線路中連接的各種設備，設計不同級別的保護方式。如在一般的電子線路連接中，主要設計三級保護方式。可以將通流能力大和殘壓水平較低的壓敏電阻器作為一級保護。將通流能力小但是反應時間較快的暫態抑制二極管作為二級保護。將響應時間長、對單個浪涌沒有反應的熔斷器作為三級保護[3]。通過這三級防護，可以將雷電襲擊產生的大流量和高能量浪涌最大程度的分流到大地上，使電力自動化設備免受大流量和高能量浪涌傷害，如圖1所示。

圖1 電子線路保護原理圖

3.2.2 不同電力系統浪涌的保護方案

為了降低雷電浪涌和操作浪涌對電子設備的損害，在工程施工中需要安裝浪涌保護器。浪涌保護器能夠起到保護電力設備、儀器儀表以及通訊線路的作用。浪涌保護器的作用原理為：當電氣回路或者通信線路遭受外界干擾出現尖端電流或尖端電壓時，浪涌保護器就會在第一時間內引導和疏通分流，起到保護電力設備的作用。和以上電子線路的保護一樣，電力系統的保護也劃分為三級保護方式。第一級保護主要是為了泄放直接雷擊產生的電流，避免直接雷擊產生的大能量對設備造成傷害。設計第二級保護的目的是為了防護第一級保護中剩余的浪涌電壓，利用浪涌保護器將設備電壓控制在2kV以下。第三級保護的目的是為了防護第一級和第二季剩下的浪涌電壓，將剩下的浪涌電壓控制在1kV以下[4]。

3.2.3 電力設備的終極保護

以上提到的兩種防護技術雖然能避免浪涌對電路設備的損害，但難以達到完全保護的目的。當雷電襲擊電子自動化設備，雷電產生的雷電浪涌和操作浪涌出現后往往是立體的和多渠道的，耦合產生的相線之間浪涌占了總浪涌的6/10，因此，除了以上兩種保護技術，在電子自動化設備保護中，為了完全的保護整個電力自動化設備，還要啟動終極保護技術。

但終極保護技術的啟動并非適合所有的電力自動化設備，它對電力自動化設備要求較高，主要有四個方面。①保護器能夠應對不同程度的浪涌，浪涌引起的電壓是多變的，為了起到終極保護的作用，浪涌保護器必須能夠對不同程度的電壓和電流反應。②現今的電子自動化設備往往體積較小，為了將浪涌保護器安裝在電子自動化設備中，就要求浪涌保護器體積足夠小，并且能夠對大能量的浪涌進行泄流。③組成電子自動化設備的集成電路中安裝有多種電子器件，需要每個電子器件之間能相互兼容。同時，若將浪涌保護器安裝在電子自動化設備中，就需要浪涌保護器對電子自動化設備內的各項電子器件都具有兼容性。④浪涌傳播速度快，需要浪涌保護器的反應也快。以上四點，總結來說，即要求浪涌保護器具有體積小、通流性能好、兼容性以及反應快等特點。

4 結語

電力自動化設備浪涌保護是目前電力企業面臨的主要問題之一，在長期的實踐和研究中不難發現，電力自動化設備浪涌保護是一項復雜且較為困難的工作。而浪涌保護器是針對浪涌危害而研發出來的一種器件，將浪涌保護器使用在電力自動化設備中、不僅能有效泄放雷電浪涌和操作浪涌，更能起到保護組成電子自動化設備的各種器件，防止設備器件的損害，延長設備器件的使用時間，從而維護電力自動化系統的正常運行。

[1]呂宏偉，覃波，付益.直流電源浪涌電流抑制電路研究[J].廣東通信技術，2016，3（03）：77～79.

[2]王鴻鈺，陸 紅，劉志強.浪涌保護器在電子設備中的應用[J].電世界，2016，11（11）：29～31.

[3]吳夢可.電子自動化設備浪涌保護的技術分析[J].電工文摘，2014，11（5）：56～58.

[4]韓寧寧.防雷電浪涌防護在低壓供配電系統中的應用[J].價值工程，2014，5（13）：39.

TM76

A

1004-7344（2016）35-0084-02

2016-11-25

周雪會（1981-），女，河北唐山人，講師，碩士，主要從事電力系統動態仿真及實時控制和電力系統防護方面研究。