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          首頁 解決方案 探討綜合自動化變電站二次系統防雷措施

          探討綜合自動化變電站二次系統防雷措施

          發布時間:2011-08-20  點擊次數:6055  新聞來源:

                 

          防雷器

          與您分享探討綜合自動化變電站二次系統防雷措施。

            1、 引言

          隨著電力設備自動化改造的深入,綜合自動化變電站的不斷增多,雷電對變電站二次系統設備的危害越發突出,2004年九江地區妙智變電站二次設備多次遭受雷擊,造成二次系統設備的繼電保護誤動、拒動的事故,嚴重威脅電網的安全運行。本文針對九江地區妙智變電站的二次設備的實際情況,通過分析雷電波入侵途徑的分析,結合當今防雷的新技術,探討變電站二次系統的防雷措施。

          2、 雷電危害及雷電入侵變電站建筑物內弱點設備途徑分析

          2.1雷電的危害

          雷電從形式上可分為直擊雷和感應雷。直擊雷是雷云之間或雷云對地面上某一點(如樹木、建筑物等)直接放電,感應雷是雷云放電時,在附近導體上產生的靜電感應和電磁感應,其中對地雷擊由于距雷擊點較近,產生的感應浪涌電壓較大,作用半徑也大,作用范圍內的電子設備均是破壞對象。雷擊對電力系統的危害是非常巨大的,直擊雷可以造成線路跳閘、開發、TV、TA及其它一次設備故障、爆炸。感應雷主要危害變電站的通信、調度、載波、繼保系統及監控設備。這些設備對雷電等電磁脈沖和過電壓過電流的耐受能力很低,而且由于電力系統二次防雷工作滯后,這些設備遭受雷擊損壞極高,后果也越來越嚴重。

          2.2雷電入侵變電站建筑物內設備的途徑分析

          變電站內建筑物一般不超過3層,屬二類防雷建筑物,但由于變電站設備處在一個強電和弱電系統形成的錯綜復雜的電磁環境中,高壓開關設備的操作切換,雷電閃擊,一次設備短路接地,二次回路切換,人員及鄰近物體的靜電放電和無線電輻射等產生的電磁干擾可能通過各種耦合進入二次系統形成浪涌和過電壓。其中雷擊在線路上引起的上萬伏的過電壓、過電流及極強的交變電磁場是損壞建筑物內設備的主要原因,雷電入侵建筑物內設備的途徑有配電線路、通信線路、雷擊電磁場、地反擊等四種途徑,具體分析如下:

          2.2.1配電線路引入的雷電過電壓

          雷電波通常是通過變電站臨近的線路侵入母線,再經過變壓器高、低壓繞組間的靜電和電磁耦合,進入低壓出線, 途中經過了線路避雷器,母線避雷器等多級削峰,再經過變壓器低壓出線的平波作用, 電壓幅值大為下降。但由于雷電波的波峰幅值和能量很大, 雖然雷電波在經過上述避雷器后,大部分能量得以消除,但仍有部分雷電波以幅值相對很高且作用時間很短的低能量尖峰脈沖的形式通過變壓器的低壓出線,加到變電站內所有的380 V交流回路中。

          220V等直流線路因進出高壓場等原因也是引入雷電的主要線路。

          2.2.2通信線路引入雷擊

          通信線路(通信線路一般包括一般有載波線、電話線、控制線等)由于變電站的通信電纜出線較長,感應雷電通過遠控系統電纜及信號電纜侵入,以很高的電壓直接加在二次設備上,該過電壓輕則使設備加速老化,重則直接將設備損壞。對于電力系統來講,RS485、RJ45網線、GPS及微波載波等饋線等都是引入雷電的通信線路。大部分通信線路主要是在室內被其他線路上的過電壓感應。

          2.2.3、雷電電磁場

          上述兩條途徑是有型的看到的途徑,而電磁場是空間傳播的看不到的東西,這里的雷電電磁場是指雷擊引起的室內的電磁場,該電磁場使室內的線路感應到過電壓,該過電壓直接傳到設備,該電磁場也可使設備內的PCB板上的線路或器件感應到過電壓,使設備損壞。實驗表明,設備(包括設備近距離的連接線)處在2.4GS的電磁場中時設備會永久性損壞,設備(包括設備的近距離連接線)處在0.07GS的電磁場中時設備會產生誤動作。說到底,雷電電磁場的危害最終還是使設備及線路感應到過電壓。對于電力系統來講,電力建筑物內的鋼筋(當作引下線用)、變電站布線層內進出高壓場地的各種線路都是雷電電磁場的產生源。

          2.24、地反擊

          當變電站或線路遭受雷擊后, 雷電流會經避雷裝置流人接地網,如果接地網的接地電阻偏大或接地網的均壓效果不好時,在強大的雷電流作用下,會使接地網的局部電位顯著抬高,并由此導致電地位對設備反擊而損壞設備。

          從安全及運行穩定等角度來考慮,電氣設備必須接地,如果雷擊時,設備的接地線路為高電位,而設備的某處因某種原因為低電位,則地線對設備上該點的電位差全部由設備承受,這實際上是地線對設備某點的過電壓,該過電壓也是輕則使設備加速老化,重則直接將設備損壞。這里必須說明的是,地反擊是設備接地線路對設備某點的電位差,如果,設備不存在低電位點則不存在電位差,單是地線高電位只能說是“水漲船高”,沒有電位差也就沒有過電壓(在電磁學里,電位差稱電壓),當然設備也就不會損壞。單獨的一臺設備與外部沒有任何導體連接時為高阻狀態,此時,設備接地線為高電位,也不會存在電位差。一般來講設備接地線高電位對設備外接的配電線路、通信線等有電位差。說到底,地反擊實際上是地線與電源等線路之間產生了過電壓。對于電力系統來講,因采用共用接地方式,不存在地與地之間反擊,但地線對電源線、通信線之間是存在反擊的,這也相當于電源與通信線引入雷電。

          三、九江妙智變電站主控室防雷現狀

          江西省九江地區年平均雷暴日為39.9~64.2d,屬多雷區,其雷電防護按照B級防護等級進行設計,

          3.2.1直擊雷防護現狀

          ①接閃器:整個變電站四個角設有四枝避雷針,主控室的樓體為鋼筋混凝土結構,裝有避雷帶、避雷網做接閃器,符合GB50057-94建筑物防雷設計規范中的要求。

          ②引下線:變電站主控室采用樓體的主體鋼筋作為引下線,符合符合GB50057-94建筑物防雷設計規范中的要求。

          ③接地網:變電站主控室的的接地阻值在0.3左右,符合GB50057-94建筑物防雷設計規范中的要求。

          3.2.1感應雷防護現狀

          我們從這幾方面對某變進行了詳細的勘測,參照相關標準,弱電系統均無防感應雷措施,具體分析如下:

          ①配電系統:電力線是雷電進入電子設備的主要途徑,變電站站內用電進入主控室和載波機房的配電系統必須采取安全、可靠的防雷保護措施,在九江妙智變電站站內總交流配電屏、直流總饋電柜、站內后臺機的UPS配電都沒有安裝電源浪涌保護器,只有在通信機房內的—48V直流電源前廠家配了德國DEHN直流48V的保護器。

          ②通信系統:通信信號線是與外界實現通信聯系的主要途徑,這些與外聯系的通信線路與機房的終端設備相接,如果是架空敷設的,剛遭受雷擊的概率非常大。變電站主控室的通信系統主要有:載波線、GPS天饋線、RS485信號控制線、RS232信號控制線、CAN網電纜連接到10KV饋線測控、RS422連接到后臺監控主機電纜、電話撥號音頻與MODEM相連接線,以上的連接電纜會受其它線路相互感應的影響,較易感應到電流,感應雷電的幾率較大,沒有安全、有效的防雷保護措施。

          ③交流采樣、開關量回路:TV和TA二次線從戶外高電壓場引入到主控室的各種二次設備,沒有防雷保護措施,極易從一次系統感應雷擊。還有開關場的開關量經直流220V或48V引入到保護裝置和監控后臺機,提供開關,刀閘等開關量給保護裝置和監控及五防使用,該引線較就易感應到雷電流,感應雷電的幾率較大,無有效的防雷保護措施。

          ④地電位反擊:妙智變電站主建筑采用共地方式,不存在地與地之間的反擊而損壞弱電設備。

          4、 妙智變電站二次系統的具體防雷措施

          4.1 配電線路部分:

          一個完善的變電站配電線路防護方案應從總交流配電、直流配電、重要設備配電等全面考慮。

          對交流電源實行三級防雷保護,第一級安裝在站用變400V進線柜母線側,即在變電器的低壓側加裝間隙型浪涌保護器,泄放大部分入侵變電站的雷電流。

          第二級站內總交流配電屏(13P和15P)內的380V線路分別安裝一臺三相電源防雷器,防止雷擊過電壓從交流配電線進入中控室二次設備。

          第三級分直流和交流防雷。直流第三級防雷安裝在站內裝置柜內,如各類保護柜、測控柜、故障錄波裝置、安穩及其它自動裝置、通信直流電源柜等;交流第三級防雷安裝在站內裝置柜內交流電源上,如UPS電源上。

          4.2 信號線路

          ①載波線防雷:在載波到通信柜柜前安裝雙絞線信號浪涌保護器,防止載波線路在高壓場地感應雷電進入機房,對設備構成危害。

          ②通信線防雷:在通信線進入設備前串接信號浪涌保護器,抑制沿線路傳導的過電壓對設備造成的危害,可滿足ADSL,ISDN,DDN幀中繼,模擬電話線等多種通信線路的防雷保護。

          ③天饋線防雷:對擁有帶BNC或N接頭的連接收發器GPS時鐘系統,在同軸進入同步裝置前串接高頻饋線防雷器,防止天饋線從戶外引入雷擊過電壓進入設備,對設備構成危害。

          ④設備間通信線路防雷:變電站二次設備間通信主要采用RS485、RS232 RS422,CAN等方式。主要是通過感應雷擊產生的過電壓,擊毀通信端口或引起設備集成電路芯片損壞。在通信口的兩端口分別安裝相應的信號避雷器。

          ⑤TV二次回路防雷:變電站TV二次電壓進入保護裝置一般都采取了一定的防雷措施,如電抗器隔離、光耦隔離等。

          4.3接地、屏蔽系統

          規范變電站設備的接地、屏蔽工作,是提高二次設備防雷水平的最直接、最有效的措施:

          ①變電站綜合自動化系統及其它二次設備應采用共地系統,接入變電站主接地網。

          ②主控室接地網將各盤柜內地線通過接地銅排首尾相連形成環網,接地銅排截面積不小于100M㎡.

          ③需要接到各接地網的二次設備主要有:自動化設備機箱、保護、測控裝置機箱,自動化系統、保護、測控裝置的隔離變壓器(如采樣系統用的測量TA和TV,直流逆變電源隔離變等)屏蔽層,二次電纜屏蔽層、鎧裝層(采用兩端接地方式),后臺監控計算機機箱、UPS電源機箱。二次設備盤柜(如保護屏、測控屏)、端子箱應直接接地。線路TA和CVT二次回路采用就近接地,母線TA,CVT二次回路采用主控室接地,與母線TA和CVT二次回路有電聯系的所有TA和CVT二次回路應共同一點在主控室接地。

          5、 結語

          本文針對綜合自動化的設備,通過對雷電波入侵途徑的分析,結合當今弱電防雷的技術,探討變電站二次系統的防雷措施。在強調現有變電站二次設備的接地和屏蔽的重要性的同時又突出現代防雷設備在綜合自動化系統防雷上的應用,措施有效,提高了綜合自動化系統二次設備的防雷水平,能確保系統的安全運行。

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