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电力系统防雷方案

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发表时间:2021-03-20 17:10

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近年来,随着计算机技术不断地发展,我国电力系统也在不断地改造和发展,变电所综合自动化系统以它独特的优势在电力系统中逐步被广泛应用。它们不仅为变电所实现无人值守和配电网实现自动化奠定了基础,而且也为供电部门提供更安全、经济、可靠和高质量的电能创造了条件。

   实现变电所综合自动化后,变电所的装置形式、功能配置以及操作方法都发生了根本变化。由微型计算机和大规模集成电路装置组成的自动化系统,代替常规的测量和监视仪表,代替常规的控制屏、中央信号系统、远动屏和常规的继电保护。但是,随之而出现的问题是,对于微机系统的集成电路,运行电压只有数伏、信号电流仅为微安级,相比以往的电磁式保护装置所具备耐热容量要小,对浪涌的耐受能力比较脆弱,特别是雷击过电压的暂态冲击会造成变电所微机系统严重损坏,因此目前变电所综合自动化设备的防雷击问题已经纳入了电力系统正常的保护工作当中。

2 变电所工作原理

变电所二次自动化中,中心处理机是整个系统枢纽,中心处理机通过串行口和前端采集及处理模块进行通讯,并将接收到的信息通过调制解调器的编码以电话通讯网络为载体发送到远端的调度中心室,本地的其他工作站可以通过局域网访问中心处理机,并可以通过并行口同打印机连接,打印数据。

3 现状分析

   变电所在高压系统的防雷保护上还是比较完善的,防直击雷有避雷针;110kV及以上线路有架空地线保护;35kV线路有进线段保护;10kV线路有出线避雷器保护,变电所还有各级母线避雷器保护;发电机出口处还有防雷电容器保护。这些构成了基本完善的防雷保护体系。但在400V低压系统上的防雷保护措施不够完善。

由于大多数所用变压器的低压侧都沒装避雷器保护,这个过电压必然波及到变电所的整个低压电源系统。低压电源系统产生雷电过电压,或强电源浪涌,传输到微机系统的过电压有时甚至达上千伏,由于变电所在低压电源没有过电压保护措施,雷电过电压得不到有效限制和释放,就会在低压电源系统中的绝缘薄弱处击穿或损坏。

4 雷电入侵途径

   雷电直接击在变电所设备上,这种情况几率比较小,因为设计和施工的时候都会考虑到安装独立的避雷针,避雷带和避雷网。雷电可能沿着电源线入侵,雷电波沿线路侵入到变电所,如避雷器动作,通过所用变的电磁感应耦合到低压网络,使微机保护、综合自动化的电源模块损坏的。此时,低压电网过电压的幅值主要与避雷器的残压,避雷器与变压器距离和避雷器接地引下线的长度有关。

雷电可能沿着通讯线入侵,雷电引起的过电压在通信线路与设备之间有一定电位差直接作用于串行通信口(RS232/422/485等),根本原因是在400V低压电源侧缺少必要的防雷保护措施,特别是缺少相应电压等级的避雷器保护,使低压网络中的雷电过电压得不到有效的限制。同时,雷电对微机监控系统、调度自动化系统和通信系统的电源又沒有与其他电源分离,或采取特别的防止雷电干扰的措施而使雷害事故发生。

雷电感应时常发生,通过35kV或10kV高压感应到400V的低压线路。如低压网络较大,或有低压架空线路时,当雷电在其近区活动时,会在400V低压网络上感应出较高的过电压而打坏接在低压电网上的微机保护、综合自动化系统,调度系统或通信系统的电源部分。

5 解决方案

5.1直击雷防护

对于直击雷主要是采用避雷针、避雷器、避雷线和避雷网作为接闪器,然后通过良好的接地装置迅速而安全地把雷电流引入大地。

5.2感应雷

1)等电位连接:均衡电位使变电所内的各个部位都形成一个相等的电位,即等电位。若变电所内的结构钢筋与各种金属设置都能连接成统一的导电体,变电所内当然就不会产生不同的电位,这样就可保证变电所内不会产生因电位不均衡所产生的反击和危及人身安全的接触电压或跨步电压,对防雷电电磁脉冲干扰微电子设备也有很大的好处。钢筋混凝土结构的建筑物最具有实现等电位的条件,因为其内部结构钢筋的大部分都是自然而然地焊接或绑扎在一起的。为满足防雷装置的要求,应有目的地把接闪器与梁、板、柱基础可靠地焊接、绑扎或搭接在一起,同时再把各种金属设备和金属管线以及局部等电位预留金属装置与之焊接卡接在一起,这就使整个建筑物成为良好的等电位体。

2)建筑屏蔽:对于变电所内部的重要设备、设施,如大型计算机控制系统的主机,RTU、载波机等,应对建筑物采取屏蔽措施,用金属网箔壳、管等把保护对象包围起来,将闪电形成的脉冲电磁场从空间入侵的通道阻隔起来,以达到保护的目的。

3)线缆屏蔽:电源线、信号线要进行屏蔽,并采取适当的布线方式防止电磁脉冲干扰,在全线电气连通的情况下,把线路两端的金属屏蔽线缆进行良好的接地。针对架空电力线由站内终端引下后应更换为屏蔽电缆;室外通信电缆应采用屏蔽电缆,屏蔽层两端要接地;对于既有铠带又有屏蔽层的电缆,在室内应将铠带与屏蔽层同时接地,而在另一端也要同时接地。电缆进入室内前水平埋地10m以上,埋地深度应大于0.6m;非屏蔽电缆应穿镀锌铁管并水平埋地10m以上,铁管两端应接地。

5.3雷电波入侵

1)在变电所的低压侧安装相应电压等级的泄流型避雷器进行保护。对400V低压网络要根据所带负荷情况,在各主要用电设备或每一分支线路加装限压型浪涌保护器进行保护。

2)把向微机监控系统、调度自动化系统和通信系统供电的电源与其它办公和生活电源分开,单独采取专用的变压器供电,或采用隔离变压器进行隔离。对向微机监控系统、调度自动化系统和通信系统供电的低压电源线路要采用电缆供电,**采用屏蔽电缆,防止在变电所近区雷电活动时,在低压电源网络上产生感应雷过电压危及微机监控系统、调度自动化系统和通信系统的电源安全。

3)对变电所的中性线,要在变压器处接 地并在低压网络各分支处重复接地,防止在雷电活动时,中性线带高电压,或雷害故障时中性线断线,相电压升高到线电压,烧坏微机监控系统、调度自动化系统和通信系统的电源模块。

4)对微机监控系统、调度自动化系统和通信系统的电源加装浪涌保护器,雷电浪涌保护器利用电感、电容和避雷器组成浪涌吸收单元,能吸收和滤掉高频雷电脉冲,限制雷电过电压,能有效地保护微机监控系统、调度自动化系统和通信系统的电源,使其免受雷电过电压的破坏。

5.4 接地

良好的接地是防雷系统中至关重要的一环。接地电阻值越小,过电压值越低。因此,在经济合理的前提下应尽可能降低接地电阻。

1)安全接地:使用交流电的设备通过黄绿色安全地线接地,这里包含所有用电设备的机壳,金属框架及传输的金属管道等。

2)雷电接地:设施的雷电保护系统是一个独立的系统,由避雷针通过引下线与接地系统相连组成。该接地系统通常与用做电源参考地及黄绿色安全地线的接地是共用的。

3)电磁兼容接地:出于电磁兼容设计而要求的接地,包括: 屏蔽接地:为了防止电路之间由于寄生电容存在产生相互干扰、电路辐射电场或对外界电场敏感,必须进行必要的隔离和屏蔽,这些隔离和屏蔽的金属必须接地。 滤波器接地:滤波器中一般都包含信号线或电源线到地的旁路电容,当滤波器不接地时,这些电容就处于悬浮状态,起不到旁路的作用。

电路参考:电路之间信号要正确传输,必须有一个公共电位参考点,这个公共电位参考点就是地。因此所有互相连接的电路必须接地。

6 产品选型

   在实际的应用中,信号防雷器的选型比较容易一些,根据数据接口的类型,就可以确定使用哪一款防雷器。而对于电源防雷器,需要根据使用场合及环境来进行参数的确认。