電氣二次設備的防雷與抗干擾措施研究

深圳康普盾科技股份有限公司 黃 峻 林少森 雷全學

電氣二次設備的防雷與抗干擾措施研究

深圳康普盾科技股份有限公司 黃 峻 林少森 雷全學

電廠發電是一個極其復雜的程序，在電能發出過后，需要經過許多級別的變電站將電能進行升壓或者降壓才能供居民日常生活和企業的工業生產使用。如果這其中的某一個變電站發生了故障，會直接導致整個電網的癱瘓，不僅影響了企業的經濟效益，而且對居民的用電安全也產生了極大的威脅，給社會帶來非常嚴重的影響。近幾年來，我國的變電站發生故障都是由于電氣設備遭受雷擊導致斷電，無論是雷電擊中的是變電站還是以雷電波的形式沿變電站進線傳入站內，都會影響到變電站的安全穩定運行。

變電站；電氣二次設備；防雷與抗干擾

在電力系統中，二次設備和電纜共同組成二次系統中的硬件層部分，通常這些電纜都處在一次設備的高壓磁場當中，對于外部因素的干擾變得非常敏感。隨著近幾年我國的電力系統信息化的建設，我國在變電站中應用了各種先進的電子設備產品，越來越多的微電子設備也廣泛應用到變電站工作當中。因此對于這些敏感的電子設備，需要對其采取有效的防雷與抗干擾措施，防止出現雷擊事故導致電氣二次設備出現問題，影響整個變電站的工作。

1.電氣二次設備防雷保護

電力二次設備主要是指那些在變電站中對一次設備的工作進行監測、控制、調節以及保護的電壓電氣設備，例如，熔斷器、控制開關、繼電器、控制電纜以及自動裝置等設備。電氣二次設備一般都是在干擾強度較高的電磁環境中運行，現階段我國的電力二次設備一般只做了接地的處理，在防雷和抗干擾方面的水平還不夠，很容易受到雷擊的影響導致出現設備的故障問題。如何解決電力二次設備的防雷問題是目前我國變電站要解決的首要問題。

1.1 系統電源的防雷保護

由于變電站都是建設在一些郊區比較空曠的區域，在這些空曠的區域中，變電站的存在會導致空氣中電磁強度相對較強，很容易遭受到感應雷電的電擊，當雷電擊中電力線路會沿著通信線路進入到變電站的電氣二次設備中，較高的電壓會直接損壞電氣二次設備。因此，對于電氣二次設備的保護首要是在系統電源的地方進行防雷處理，交流母線處應該加裝第一級電源防護，它能夠將雷電中超過80%的電壓傳到大地當中，從而保證整個控制室的安全。剩下的20%仍然有可能導致設備出現故障，在這種情況下應該在重要的交流饋線處進行第二級的電源防護，通過進一步的將電壓降低直到傳入到電氣二次設備當中，這些設備能夠接受的電壓水平。

1.2 系統通信接口的防雷保護

通信接口的回路對過電壓的敏感程度相比電網的供電系統更加敏感，而且對雷電這種高壓電的情況下非常脆弱，整個設備的絕緣設備耐受的程度也很低。同時，一些處在LPZOB區域的與設備相連的線路，例如信號線、數據線以及控制線路等，也有一些是穿過LPZOA區域的，當線路上感應的過電壓超過一定限度的時候，微型計算機設備處產生誤動的情況，導致數據的丟失。而且這些系統通信接口的回路在實際運行中的安全會直接關系到電氣一次系統中設備的運行情況，需要對電氣二次系統中一些特別重要的回路運行安全性進行控制，做好這些電氣二次設備的高電壓防護工作。現階段，我國的變電站都是采取全自動化信息管理，沒有專門的值班人員對一次回路的狀態進行控制。一次回路的各種測量、調節信號通過光纖、數據通信網絡或載波向遠方傳送數據。但是如果在變電站的附近遭受雷擊的時候，處在LPZOB區域的數據通信線路很容易因為過強的電壓導致一次回路的信號傳輸出現問題，因此必須在系統通信接口處加裝避雷裝置，防止雷擊的干擾而影響通信的傳送，從而導致出現用電的安全問題。

2.電氣二次設備抗干擾措施

2.1 微機保護裝置的概述

現階段，自動化變電站當中都是采用微機監控系統和微機保護，微機保護裝置的硬件一般是使用大規模的集成電路，具有較高的抗干擾能力，在保護電氣二次設備的精度和速度方面相比傳統的保護裝置有極大的提升。另外，目前的微機保護裝置都是直接接入互聯網高速通信接口，極大的提高了電氣二次設備保護的通信速度以及其可靠性，在實際的使用過程中，可以利用主機對保護調試以及系統故障的記錄。不僅如此，微機保護裝置還有許多的優點。維護調試方便，一般的微機保護裝置都具有自動診斷功能，能夠對變電站中的各個設備進行自動檢測，如果設備出現問題，微機保護裝置會在第一時間內發現并且發出警報，利用微機保護裝置能夠極大的減輕電氣二次設備的維護以及檢修的工作量。可靠性高，由于微機保護裝置都是在計算機的控制之下進行的，具備自動識別，自動糾錯的能力，通過程序化的管理能夠極大的提高微機保護裝置的可靠性。另外，微機保護裝置能夠實現故障錄波，在保護線路的同時還能夠提供測距計算。在設備正常運行的時候能夠顯示出設備運行的各種參數，在設備出現問題的時候也能夠顯示出設備出現的問題，并且提供出解決的方案。采用微機保護裝置能夠解決傳統保護中許多的技術難題，但是由于微機保護裝置都處在工作電壓較低的環境中，各種外部因素的干擾很容易對危機保護裝置產生影響，必須加強對微機保護裝置的保護，防止外部干擾影響整個微機保護裝置的性能。

2.2 干擾源

由于變電站的電氣設備都處于同一電力系統，在實際的運行過程當中，可能由于其他電氣設備的改變或者是故障引起了電磁振蕩，這樣會波及到許多其它的電氣設備，甚至會導致其它的電氣設備損壞。但是變電站本身就是一個電磁干擾源，在實際的發電過程中會產生各種電磁干擾。變電站的干擾源主要有電磁耦合干擾、射頻干擾、雷電干擾、短路電流、二次回路操作干擾、對講機和通信設備干擾以及裝備內部的電子干擾。在電力系統當中的電磁干擾類型多種多樣，所以電磁防護工作也是非常困難的。

2.3 電氣二次設備的硬件抗干擾措施

電氣二次設備的抗干擾主要是從硬件和軟件兩個方面來進行。其中，電氣二次設備從硬件上抗干擾的措施主要有接地、裝置電源抗干擾以及二次回路抗干擾等三種方法。接地是將電氣二次設備的外殼屏蔽接地，安全的接地能夠保護設備使用者的人身安全。例如柜門、機箱蓋板都應該選擇準確的接地點與大地進行可靠導通，用專用的接地線將電氣二次設備與大地連接起來，通過這樣的方式能夠保障電氣二次設備的使用安全。電氣二次設備的內部都有電位存在，大部分的電氣二次設備地電位有一個專門的接地連接位置，在使用設備之前必須將這個接地連接位置與屏內接地排相連，因此必須將電氣二次設備的外殼與屏內接地排相連接。對于裝置電源的抗干擾措施主要是采用UPS來控制工作電源的穩定，在使用的過程中盡量采取直流電源來保證供電電壓的波形穩定。另外，應該利用隔離變壓器來防止共模干擾，在設計輸出回路的時候盡可能使輸出回路短，使用較大的電纜芯能夠減小壓降。對于電纜的屏蔽層的安裝應該使用具備屏蔽層的控制電纜，同時將屏蔽層的開關和控制室兩端接地。

2.4 電氣二次設備的軟件抗干擾措施

目前，在自動化的變電站中，電氣二次設備的軟件抗干擾措施主要是通過數字濾波將干擾信號進行消除的一種過程，數字濾波是通過程序實現的，在對軟件進行設計的時候增添一些對輸入信號進行處理的小程序即可。目前在實際的操作中有算術平均值濾波、加權平均值濾波算法、符合濾波算法、中值濾波算法以及程序判斷濾波算法。不同的數字濾波方法能夠對涉筆的判斷以及處理的速度產生不同的結果。

3.小結

隨著社會的不斷發展，人們越來越迫切的需要更加安全穩定的電力資源來滿足日常的生活以及生產。自動化變電站在運行的過程中會受到許多外部因素的干擾，國家電網應該重視對變電站的防雷與抗干擾措施的探究，提高在變電站運行的過程中電氣二次設備的抗干擾能力，減少電氣二次設備由于外部的因素而出現問題，為電氣二次設備的安全運行提供保障。

[1]張銳．電氣二次回路故障判斷與查找淺析[J]．機電工程技術．2016(09)．

[2]桂建生．變電站自動化系統防雷保護[J]．科技創新導報．2014(04)．