電力二次系統(tǒng)防雷接地規(guī)范化管理創(chuàng)新與實踐

廣東電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心 盧建剛 徐展強 李波 武天龍 鐘志明 馮善強 文婷張銳 黃曙 馬凱 胡春潮 林冠強 李欽 黎鎮(zhèn)毅 徐文輝 黃國政 何寶華 劉振華

1　概述

長期以來，如何減少和預(yù)防雷電過電壓對設(shè)備的損害，降低對系統(tǒng)運行的影響，是電力行業(yè)創(chuàng)新管理的重要方向。電力二次設(shè)備和系統(tǒng)等多為低壓電子計算機類產(chǎn)品，受雷電過電壓影響更為明顯，易導(dǎo)致電力監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生控制失靈、誤控等嚴重后果。近年來，電網(wǎng)企業(yè)在二次系統(tǒng)大量安裝SPD防雷設(shè)備，極大程度減少了雷擊損壞設(shè)備事故的發(fā)生，有效的保障了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

然而，隨著使用年限的增加，前期安裝的大量二次防雷設(shè)備存在著設(shè)備功能配置差異大、工程建設(shè)質(zhì)量管控不足、運行狀態(tài)不可知、檢測維護困難、管理方式粗放等問題，諸多安全隱患問題逐步暴露出來，極大降低了防雷設(shè)備對二次系統(tǒng)的保護能力。

基于上述現(xiàn)狀，廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心協(xié)同廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，以“標準化、規(guī)范化”管理為指導(dǎo)，開展了電力二次防雷規(guī)范化管理創(chuàng)新與實踐，通過設(shè)備配置規(guī)范化、工程建設(shè)標準化、運維管理一體化、決策支持智能化四個方面進行二次防雷全生命周期管理提升。創(chuàng)新成果在廣東電網(wǎng)1000余座35kV及以上變電站工程應(yīng)用，全面提升了防雷設(shè)備運行管理水平和運維工作效率，有效保障二次系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

2　電力二次系統(tǒng)防雷接地設(shè)備現(xiàn)狀分析

目前，國內(nèi)二次系統(tǒng)按照國家及行業(yè)標準技術(shù)要求配備了各種防雷保護設(shè)備，大幅減少了雷擊損壞二次設(shè)備事件的發(fā)生，有效的保證了電網(wǎng)的可靠運行。但是，由于管理標準不統(tǒng)一，調(diào)度主站系統(tǒng)、變電站自動化系統(tǒng)、保護、交直流電源等設(shè)備配套的防雷器由系統(tǒng)集成商統(tǒng)一采購，品牌、型號眾多，結(jié)構(gòu)、樣式多樣，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，實際的應(yīng)用過程中引發(fā)了一系列新的隱患問題，具體現(xiàn)狀和問題如下。

2.1　功能配置差異大

（1）防雷設(shè)備結(jié)構(gòu)標準差異大

在運的的防雷產(chǎn)品多為民用產(chǎn)品或者多行業(yè)通用產(chǎn)品，須進行復(fù)雜的拆接線才能開展檢測，工作效率極低、作業(yè)風(fēng)險極高；多數(shù)不具備狀態(tài)監(jiān)測功能，難以及時發(fā)現(xiàn)防雷設(shè)備不正常狀態(tài)；大部分防雷設(shè)備不可在線插拔，導(dǎo)致現(xiàn)場難以按標準要求開展防雷器定期檢測工作。

（2）直流防雷設(shè)備結(jié)構(gòu)存缺陷

傳統(tǒng)配置的直流電源防雷設(shè)備存在的泄漏電流會對站內(nèi)絕緣監(jiān)測系統(tǒng)造成誤報警情況；同時，防雷器漏電流持續(xù)增大可能造成短路起火事故。

（3）后備保護裝置配置不規(guī)范

防雷設(shè)備沒有配備專用后備保護裝置，一般的空開在較大雷電流沖擊情況下容易發(fā)生誤跳閘，跳閘后導(dǎo)致后端防雷器還未失效就失去保護作用；同時防雷設(shè)備老化短路后，存在配置不合理導(dǎo)致的不跳閘、不動作脫離電網(wǎng)的情況，導(dǎo)致火災(zāi)事故頻發(fā)，存在極大的安全風(fēng)險。

2.2　工程建設(shè)無統(tǒng)一標準

（1）防雷設(shè)備安裝方式隨意

同類型屏柜內(nèi)安裝的防雷設(shè)備安裝位置差異性大，不便于日常巡視。有些不具備導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)安裝，綁扎式結(jié)構(gòu)，交叉走線及其不規(guī)范、信號相互干擾，影響信號傳輸。

（2）安裝工藝不規(guī)范

對線材的線徑、顏色、接地線長度沒有按照規(guī)范配置，導(dǎo)致對后期的維護工作造成困難。現(xiàn)有二次接地系統(tǒng)室外部分多數(shù)采用普通鍍鋅材料，存在銹蝕嚴重、接觸不可靠的安全隱患。室內(nèi)雖多采用銅排做為接地連接排，但亦存在截面積不夠、接地點接觸不可靠、接地工藝不規(guī)范等隱患。

（3）施工安全管控不足

既有二次接地系統(tǒng)改造施工，多采用鉆孔壓接或者放熱焊接的施工方式，但對于線纜相對較多的狹窄施工場地鉆孔時產(chǎn)生的飛濺銅屑以及放熱焊接的火焰都可能帶來較大的安全隱患。

2.3　運維檢修困難

（1）防雷設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測手段不足

運行的防雷設(shè)備很多不具備遙信輸出功能，二次系統(tǒng)無法對防雷器狀態(tài)進行實時監(jiān)測，導(dǎo)致已失效的二次防雷設(shè)備掛網(wǎng)運行、防雷設(shè)備已脫開被保護設(shè)備等安全隱患不能及時發(fā)現(xiàn)、排除。

（2）定期檢測困難

按照行業(yè)標準要求，對安裝的防雷設(shè)備需要進行定期的檢測，變電站二次安裝的防雷設(shè)備沒有實現(xiàn)在線檢測，動作或者損壞及性能狀態(tài)的監(jiān)測必須靠人工巡視或者經(jīng)驗判斷，不能及時知曉，無法及時定位查找，防雷設(shè)備的檢修、維護帶來了工作量巨大，難以有效實施。

2.4　管理決策支持手段缺乏

（1）管理信息化手段缺乏

對防雷設(shè)備和防雷工程缺少信息化管理手段，設(shè)備臺賬、狀態(tài)信息、缺陷信息均無統(tǒng)一管理，導(dǎo)致巡檢、維護計劃等無法針對性制定。

（2）雷電數(shù)據(jù)智能分析應(yīng)用缺乏

現(xiàn)階段對侵入二次電源系統(tǒng)的雷電過電壓、過電流數(shù)據(jù)缺少監(jiān)測手段，導(dǎo)致系統(tǒng)是否有雷電侵入不可知，系統(tǒng)發(fā)生的故障后沒有實際的分析數(shù)據(jù)作為支撐，很多問題找不到關(guān)鍵問題點。得不到準確的數(shù)據(jù)和判斷，防雷器參數(shù)選擇和安裝布局將沒有準確的依據(jù)。

3　廣東電網(wǎng)電力二次防雷規(guī)范化管理創(chuàng)新與實踐

針對于電力二次防雷接地設(shè)備功能配置差異大、工程建設(shè)質(zhì)量管控不足、運行狀態(tài)不可知、檢測維護困難、管理方式粗放的現(xiàn)狀，廣東電網(wǎng)從要求防雷接地設(shè)備的規(guī)范配置、安全施工、運維管理等方面開展了規(guī)范化、標準化的管理創(chuàng)新研究與實踐。

3.1　設(shè)備配置規(guī)范化

（1）規(guī)范二次防雷設(shè)備結(jié)構(gòu)

通過標準化規(guī)范，要求防雷設(shè)備結(jié)構(gòu)可插拔、可更換，解決便于維護檢修的問題。

①規(guī)范防雷器結(jié)構(gòu)，采用插拔式結(jié)構(gòu)，信號防雷設(shè)備采用標準導(dǎo)軌安裝結(jié)構(gòu)，多路信號防雷器采用模塊插拔結(jié)構(gòu)；

②創(chuàng)新在線插拔檢測維護模式，采用便攜的萬用表即可檢測，無需投入專業(yè)檢測設(shè)備，節(jié)省設(shè)備費用，提高檢測、維護效率；

③多路信號防雷器采用模塊插拔結(jié)構(gòu)，無需拆卸整個機架，可輕松實現(xiàn)單個模塊的插拔更換，方便現(xiàn)場檢修、后續(xù)擴容，減少建設(shè)成本。

圖1 插拔式標準結(jié)構(gòu)，易檢測和更換

（2）采用安全直流電源防雷設(shè)備

通過技術(shù)創(chuàng)新解決二次系統(tǒng)直流防雷設(shè)備存在漏電流的問題，可徹底避免因防雷設(shè)備老化、泄露電流增大導(dǎo)致的直流對地絕緣檢測系統(tǒng)誤報警情況發(fā)生，防止防雷設(shè)備因溫度升高、導(dǎo)致的起火等惡性事件。

（3）配備專用后備保護裝置

明確SPD專用后備保護裝置的安裝，選用防雷后備專用保護裝置，解決過大雷擊時誤跳閘、防雷設(shè)備損壞時不跳閘的問題，線路殘壓低，增強了防護效果。

3.2　工程建設(shè)標準化

（1）防雷設(shè)備安裝工藝規(guī)范

規(guī)范了施工布線工藝，規(guī)范作業(yè)材料，做到防雷接地工程施工的統(tǒng)一性，便于日常維護及更換；尤其是規(guī)范了防雷后備保護裝置與防雷器采用銅質(zhì)匯流排連接工藝，達到布線一致目的，最大限度的減少的線路殘壓保護設(shè)備。

（2）接地工藝規(guī)范化

對變電站二次接地系統(tǒng)采用紫銅（針對室內(nèi)部分）或者鍍銅（針對室外部分）材料，延長二次接地系統(tǒng)使用年限。對于新建變電站及改造變電站二次接地系統(tǒng)空曠的位置采用放熱焊接，狹窄的地方創(chuàng)新采用卡盒式全貼接觸面壓緊工藝，保證二次系統(tǒng)設(shè)備和接地可靠性，消除連接不可靠和施工意外帶來的安全隱患。

（3）施工安全監(jiān)管創(chuàng)新

接地排敷設(shè)時做好固定及防誤接觸措施，二次接地系統(tǒng)連接時對于空曠位置采用放熱焊接技術(shù)，并需做好安全防護措施。狹窄位置施工時應(yīng)盡量避免采用鉆孔或者放熱焊接的施工方式，而采用卡盒式全貼接觸面壓緊工藝以避免飛濺的銅屑或者火花帶來的安全隱患。

3.3　運維管理一體化

（1）防雷設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測

電源和信號防雷設(shè)備均要求具備遙信輸出功能，實現(xiàn)現(xiàn)場無需專業(yè)的測試人員，無需投入專業(yè)檢測設(shè)備，常用萬用表即可檢測，提升效率的目的；方便現(xiàn)場檢測的同時，為實現(xiàn)遠程檢測提供技術(shù)支撐，可以及時發(fā)現(xiàn)隱患，降低檢修成本，實現(xiàn)防雷設(shè)備管理的智能化。

在變電站二次系統(tǒng)配置防雷裝置專用數(shù)據(jù)采集裝置對在運行二次防雷設(shè)備運行狀態(tài)實現(xiàn)實時集中監(jiān)測。

圖2 防雷設(shè)備標配遙信接點

（2）防雷設(shè)備集中巡檢

安裝“二次防雷在線監(jiān)測與管理系統(tǒng)”對在運行二次防雷設(shè)備運行狀態(tài)實現(xiàn)防雷設(shè)備的遠程巡檢，解決日常巡檢、定期檢測的困難，提高時效性，減少維護人力、物力的投入。

圖3二次防雷在線監(jiān)測與管理系統(tǒng)

3.4　決策支持智能化

（1）二次系統(tǒng)雷電數(shù)據(jù)采集與儲存

部署二次系統(tǒng)雷電數(shù)據(jù)采集裝置，真實的檢測反映二次系統(tǒng)重要線路瞬間的浪涌過電壓、防雷器泄放回路雷電流，便于安全維護、維護人員隨時隨地監(jiān)測機房的浪涌過電壓事件，對整個電力系統(tǒng)過電壓環(huán)境有全面了解，有利于對防護薄弱的地方進行重點觀察。監(jiān)測數(shù)據(jù)可為電力系統(tǒng)的事故分析及采取相應(yīng)的防范措施提供科學(xué)依據(jù)。

圖4二次系統(tǒng)雷電數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)

（2）設(shè)備管理智能化

通過對雷擊數(shù)據(jù)進行智能分析，推動工程改進，設(shè)備選型。對二次系統(tǒng)雷電數(shù)據(jù)的記錄管理，積累數(shù)據(jù)為雷擊事故提供分析依據(jù)、防雷改進提供數(shù)據(jù)支撐，制定可行的雷電防護方案。

4　應(yīng)用成效

廣東電網(wǎng)通過變電站二次系統(tǒng)防雷接地規(guī)范化管理創(chuàng)新與實踐，有效地規(guī)范了二次防雷器（SPD）配置管理工作，從源頭上保證了安裝在二次系統(tǒng)防雷設(shè)備、接地材料工藝的可靠性、消除安全隱患；規(guī)范了安裝，明確了施工布線工藝要求；實施了變電站二次防雷在線監(jiān)測管理系統(tǒng)，方便維護、檢修，降低運維成本，實現(xiàn)防雷設(shè)備運維管理的智能化達到了電力設(shè)備標準化管理、精益化管理的目的。創(chuàng)新內(nèi)容在在省內(nèi)全面推廣，取得了良好的效果。

（1）實現(xiàn)二次防雷設(shè)備準入、安裝、運維、管理全生命周期閉環(huán)管理

發(fā)布《廣東電網(wǎng)二次系統(tǒng)SPD防雷規(guī)范配置指導(dǎo)意見（試行）》（廣電運【2013】4號）。規(guī)范在網(wǎng)運行的二次防雷器（SPD）的配置原則、現(xiàn)場運維和專業(yè)管理工作。反措在廣東省19個地市，1000余個變電站進行了落地實施。規(guī)范了二次防雷設(shè)備安裝位置、安裝結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，改變以往基建建設(shè)時對防雷比較隨意配置的習(xí)慣，增強系統(tǒng)的安全防護性能，標準化的配置防雷設(shè)備為實現(xiàn)防雷設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)的智能化運維管理提供了硬件支撐。

（2）創(chuàng)立二次防雷設(shè)備運維管理標準化作業(yè)模式

制定了一系列核心表單、流程、措施，對防雷設(shè)備安裝、巡視、定檢、更換流程進行了標準化，包括：

①制定了《變電站二次系統(tǒng)防雷設(shè)備(SPD)運行情況自查表》

②制定了《相互區(qū)域之間二次接地系統(tǒng)過渡電阻測試記錄表》

③制定了《二次地網(wǎng)結(jié)構(gòu)及外觀檢查流程》

④編制了《二次地網(wǎng)接地電阻檢測流程》

⑤制定了《二次防雷接地施工工藝布線規(guī)范》

⑥制定了《二次防雷接地工程安全施工的措施》

⑦制定了《二次防雷安全施工的技術(shù)措施》

⑧制定了《二次方雷安全施工的工藝措施》

⑨制定了《二次防雷設(shè)備布線工藝指導(dǎo)》

（3）構(gòu)建智能輔助決策管理支持系統(tǒng)

①部署“變電站二次防雷在線監(jiān)測與管理系統(tǒng)”，實現(xiàn)二次系統(tǒng)防雷設(shè)備智能化管理，減少人工日常巡視檢查工作量，年檢防雷設(shè)備不需要到現(xiàn)場，節(jié)省了人力物力，管理效率大為提升。

②開展二次系統(tǒng)雷電侵入數(shù)據(jù)的采集存儲和分析，實時采集站點雷擊數(shù)據(jù)，對侵入變電站二次系統(tǒng)的雷電及操作過電壓數(shù)據(jù)，進行全面的監(jiān)測，并捕獲到了數(shù)據(jù)，為二次系統(tǒng)防雷防護理論研究、防雷設(shè)備選型提供了數(shù)據(jù)參考。為管理經(jīng)驗的積累提供了手段。