具有防雷功能的聯動式計量聯合接線盒的研究

國網溫州供電公司 楊橋橋

國網泰順縣供電公司 田 權

在智能電網不斷普及的情況下，電能信息的采集就顯得尤為重要，電能計量裝置分布在電力系統的各個環節，如電壓互感器、電流互感器、智能電表等等，這些計量設備用以計量電網中的各種電能數據，不僅為電網的可靠運行提供了數據支撐，也為電力公司提供了實時的用電數據，還為用電企業了解自身用電情況、保證智能電網運行提供技術支撐。但是隨著電網智能化發展的加速，電能計量裝置越發小型化、越發精細化，也就越容易受到擾動的影響。本文在研究雷電對于電能計量裝置影響的基礎上研制出一種具有防雷功能的聯動計量措施，保障電力信息采集的安全穩定。

1 雷電影響電能計量裝置機理

在電力系統中，以智能電表為例，如不加裝保護設備的情況下，無法達到國際電信聯盟所達到的要求，一旦出現電力系統內過電壓或受到直接的雷擊，設備的內部結構將要損壞。在各種過電壓的故障中，雷擊過電壓最為隨機而且難以預測。

1.1 雷電影響機理研究

通常將雷擊分為直擊雷、感應雷和雷電入侵波幾種形式：（1）直擊雷。直擊雷是雷云和大地之間的放電，當雷云和大地接近時，由于靜電感應作用使得地面最高的電荷聚集的地方和雷云進行放點，直擊雷的危害較大，但較好防御。（2）感應雷。由于雷電的感應而使系統出現過電壓，根據感應情況不同又可分為靜電感應過電壓和電磁感應過電壓兩類：靜電感應過電壓為當雷云接近高壓線時，形成靜止電荷，當雷云對其它目標放電后，導線上原來受到束縛的異性電荷因失去電場束縛而變成自由電子。自由電子沿導線向兩側移動，形成600kV左右的電壓。電磁感應過電壓是指雷擊發生時產生的巨大電流感應出的變化的磁場從而在電力設備上感應出很高的電壓。（3）雷電侵入波。雷電入侵指的是雷電在架空線路或金屬管道上產生沖擊電壓，并沿線路或管道向兩側迅速傳播，這種雷電將通過管道進入變電站，擊穿絕緣設備，危及人身安全。

無論是上面哪種情況，都會產生一個逐漸增大的電壓，這種電壓有一定的沖擊性，沖擊頻率高、周期短，當上一個脈沖信號還沒有消失的時候，下一個脈沖信號就已經到來了，這就會使電路中的結電容在未將電量放完時就開始充電，久而久之電壓會越來越高，最終超過電路的電壓限值，給電路的正常工作帶來損害。

1.2 主要防雷元件介紹

目前主要防雷原件從工作原理上可以分為氧化鋅元件、氣體放電管、瞬間抑制二極管等元件。

氧化鋅電阻元件、氣體放電管、TVS管（瞬間抑制二極管）三種器件都限壓型的保護器件，普遍用在電路中用作浪涌保護，TVS管基于二極管雪崩效應；壓敏電阻器基于氧化鋅晶粒間的勢壘作用；而氣體放電管則是基于氣體擊穿放電。二極管可以很方便地與其它器件集成在一個芯片上，現階段有很多把過濾和防護集成到一個器件上，從而降低成本也保證布線時安全，防止發生自感以及短路等情況。

TVS二極管在三者中的反應速度最快，通常用于通信線路的保護；氧化鋅電阻的反應速度介于TVS和氣體放電管之間，通常用于電路元器件的保護，氧化鋅電阻的保護原理如圖1所示小電流不動作，大電流反應極快，保護電流范圍區間較廣。

圖1 氧化鋅電阻保護電流原理圖

2 電力采集系統防雷措施

2.1 裝設防雷電能計量裝置

目前電能計量方面國內主要計量裝置已經有防雷式電子電能表，主要原理是有效防止雷擊入侵電子線路內部，通常安裝在電表的入口處，該種設計是采用分流的原理防止出現過電壓導致內部結構損壞。

2.2 設置有效防雷系統

為了應對直擊雷，在電力線路高點應設置相應的直擊雷點，減少設備的接地電阻，接地系統保證有足夠的安全性，單獨的電子接地設備和接地系統間保持足夠的安全距離。可以在不同的接地系統之間連接地電位均衡器，這樣不僅可以在雷擊發生時保證不同接地系統之間的電位差減小，以避免電能計量裝置受到損壞，同時還能夠確保電能計量裝置在正常工作的情況下將電能計量裝置干擾降到最小。

2.3 智能采集系統防雷現狀

由于雷電活動導致的過電壓其中產生的電流頻率很高，傳統上的電涌保護器(Surge Protection Device，SPD)會因各級屏蔽層感應電阻太大而無效，如加大電涌保護器的信號上線，容易導致電源端口二次電壓放電造成的通訊接口損壞。目前很多智能電表在農村地區、接地無法有效覆蓋，電表計量裝置防雷措施無法做到100%防護，需要包括相間、通信等設備的保護，保護動作策略亟待完善。

3 具有防雷功能的聯動式計量聯合接線盒研究

電能計量裝置大多都放置在室內，對于雷電抵御能力很低，必須對依附建筑物的一些電能計量裝置采取特殊的防護措施，如使用電能計量聯合接線盒，這對電能計量的防雷研究至關重要。電能計量盒也就是電能計量裝置檢驗規程中所指的試驗端子，電能計量聯合接線盒可以減少電流互感器和電壓互感器的數量，便于帶電校驗測量儀表，并可在帶電情況下調換所接儀表而不影響其他儀表的正常工作。

為了防止接地線上的反擊電壓對電能計量裝置產生危害，聯動式計量聯合接線盒的電能計量裝置接地線必須與建筑物底層的接地總線匯流，將各種安全保護都接入同一個線路中，保證雷電發生時能量可以直接通過大地釋放，保障用電安全。如圖2所示，保護中包含相間保護、中線保護、通信保護，保證足夠接地，保證接地電流的通暢。

圖2 綜合型防雷計量接線裝置示意圖

接線盒的設置如圖3所示，聯動式計量接線盒和用戶電表之間設置防雷擊的設備，當雷電發生時，處于雷擊一定范圍內的導體由于電磁場的作用而產生過電壓，便可通過聯動式計量接線盒導通避雷器，將電荷導入到地面，保證設備的安全。

圖3 聯動式計量接線盒接入示意圖

結束語：雷擊對于智能電表的危害較大，本文對于極端天氣下的電能表的防雷措施做了全面的分析，提出一種基于聯動式計量接地線盒從而提高電能計量裝置的安全運行，提高電力的系統安全性。