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[摘 要]随着变电站综合自动化技术的发展,其在电力系统中的应用也越来越广泛。然而由于大量集成电路的使用,二次设备经常受到感应雷击而损坏的事故时有发生。为防止雷电入侵变电站二次设备,本文提出了相应的防雷保护措施,推出了可行的二次设备防雷方案,并取得良好的成效。
[关键词]变电站;防雷;二次设备;浪涌保护器;屏蔽
中图分类号:TM863 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)38-0274-01
引言 随着变电站综合自动化技术的普及,我国电力行业的发展水平得到了很大的提高。但也由于大量集成电路在综合自动化设备中的使用,其抗雷击过电压的能力变得相对较弱,二次设备容易被雷击而损坏。据统计,近5年来的雷雨季节每年都会发生几起雷击损坏二次设备的事故,然后都得进行设备维修,耗费了大量的人力、物力和财力,因维修引致停电给人们的生活带来了很多不便,造成了极其不良的社会影响。因此必须研究相应的解决变电站二次设备防雷过电压保护技术措施,以确保变电站二次设备安全稳定运行。
一 变电站综合自动化系统的组成部分
变电站综合自动化系统,即变电站二次设备主要有以下几部分组成:交流站用电设备、直流站用电设备、继电保护设备、逆变电源设备、测控设备、通信设备和后台计算机等。这些设备主要通过控制电缆、通信线路等连接在一起,非常复杂,加大了防雷技术的难度。
二 雷电对变电站二次设备的影响
首先,雷电是一种非周期性的冲击波,其特点是波头部分上升比较快,然后缓慢下降。因为上升的坡度大,所以对变电站二次设备的危害比较大。其危害主要体现在两方面。
一是对元器件的损坏。由于电压过高,使器件内部过热或击穿半导体结,造成器件的永久性失效。频繁而较低的过电压冲击虽然在器件的耐压范围内,但会导致器件的老化,大大缩短器件的工作寿命。雷电引起的过电压有可能将电能转化为热能,烧坏导线和电路板,从而导致火灾的发生,造成不可挽回的损失。
二是破坏数据文件及设备误动作。主要表现在数据在储存和传输过程中受到干扰,从而丢失原有的数据,并导致网络不稳定。设备进行错误的操作,会导致死机,甚至有可能使系统瘫痪,从而影响工作的正常进行。
三 雷电入侵二次设备的主要途径
现在很多变电站内都安装有适量的避雷针,架空地线、避雷器等设备也已安装在变电站进出输电线路上,能够对一次设备进行很好的保护,防止雷电入侵,但相对于一次防雷设备来说,二次设备的防雷措施比较匮乏,亟需改善的地方还有很多。接下来将介绍一下雷电是如何入侵二次设备的,其入侵途径主要有以下几点。
1.交流站用电系统-
雷电时雷电波的波峰幅值比较高,能量比较强,即使变压器前端装有高压避雷器,也不能完全抑制一些过电压雷电。残余的过电压会通过变压器的低压电缆传输,在交流站用电屏内母线排处汇集、分配,然后传到交流站内用电回路中。
2.直流站用电系统
直流220V电压是变电站内二次设备最广泛使用的数值电压,通往室外开关场的控制信号回路能将二次设备和室外密切联系起来。因此在雷电的时候,室外的直流控制、信号回路可能会感应到电流,然后传送到室内的二次设备上。
3.变电站通信线路感应
变电站的二次设备都是由多种多样的通信线路相互交叉、互联的,将不同的二次设备也密切地联系在了一起,形成自动化网络,在雷击的时候相互感应的概率就比较大,即时感应的过电压不会很高,但也会损坏一些通信接口。
4.通过地电位反击
当雷电入侵变电站内部设备时,雷电流会经过避雷器、避雷针而流入接地网,当接地电阻偏大时,地电位也因此被抬高,使二次设备接地线和设备上其它外接线之间出现电位差,形成反击,从而导致对二次设备的损坏。
雷电主要通过交流回路、直流回路、通信回路、设备接地线等设备进行传输,从而损坏二次设备,因此应该从这几个方面入手来研究二次设备防雷的措施。
四 变电站二次设备防雷技术措施
1.加装防雷保护设备
使用安装SPD,SPD实际上是一种快速的电子开关,其作用表现在雷击的时候,其开关闭合,地线将电流引入地下,各级线路分布减少了电流的传导,将雷电流最大限度地限制在变电站二次设备所能承受的范围内,避免了事故的发生,保证了设备安全稳定的运行。
2.做好二次回路接地
将变电站内机柜、二次设备的金属外壳、安全保护接地、外层屏蔽线和SPD接线端等都连接起来,再连接等电位网,这样可以消除二次设备之间的电位差,很大程度上限制了過电压,防止了地电位反击现象的发生,对二次设备起到了很好的保护作用。
3.其它措施
对信号电缆、低压控制、通信线路均采取屏蔽形式,采取屏蔽措施虽然不能将雷电全部屏蔽,但也起到了一定的抗干扰作用。
五 配置变电站二次设备防雷方案
了解了变电站的地理环境、雷电入侵二次设备的主要途径以及二次设备防雷应采取的措施后,选择出了最佳的防雷方案,其方案如下:
1. 交流站用电屏:它是变电站唯一的交流总输入、输出设备,应在交流屏两路输入380V进线电源端安装SPD,对电源进线进行第一级保护,将雷击产生的巨大电流引入地下;在交流屏的两段母线处安装SPD,进行第二级保护,将第一级SPD没有放完的电流泄放入地。
2. 通信电源屏、直流屏、保护测控屏等以及各屏柜交、直流输入端均安装SPD,在直流站用电屏直流输出母线上再加装SPD,并联在直流线路上,将其作为第三级保护,来抑制电源线路上的感应过电压,还能将第二级未泄放完的雷电流泄入地下。
3. 逆变电源屏:为满足后台监控系统、计算机开票系统等的需要,必须将交流电转化成直流电来防止雷电流的影响。另外,在逆电源设备电源一侧加装SPD,作为第四级保护,将第三级未泄放完的电流泄放到地下。 4. 信号SPD:在站内各屏之间的通信线,把靠近要保护的设备端安装上SPD,在计算机后台机侧安装SPD。
5. 屏蔽:信号电缆、低压控制、通信线路处的电缆均改用屏蔽形式。
6. 等电位:将截面积不小于25平方毫米的连接导线将屏柜接地排串接后再连接地網,形成变电站内所有二次等电位体。
六 二次设备防雷技术发展环境及现状
1.变电站地理位置环境
众所周知,变电站大多分布在地理位置比较偏僻的环境中,周边没有多少高大的建筑物,而站内布满了高压电线及其他各种电力设施,比较容易遭受雷电袭击,更有一些变电站地处高雷区,遭受雷击比较频繁。
2.变电站内部设备防雷现状
一次设备防雷现状:在变电站安装适量的避雷针,将建筑物和一次设备很好的保护起来,能避免被雷电击中,这样的防护措施目前是比较完善的。
二次设备防雷现状:由于我国很多变电站都是在早期建立起来的,站内均没有安装SPD,虽然对低压控制、信号电缆、通信线路都采取了屏蔽措施而且比较完善,并且设备间的等电位连接也做到位了,但正因为没有安装SPD,缺少了SPD有效的保护,还是无法实现雷击发生瞬间的等电位保护。
变电站内主地网接地电阻值经测量均能满足要求后,自动化系统可以共用接地网和主接地网。但为了避免雷击时电流互串,损坏设备,而造成安全事故,还需要单独设置自动化系统防雷接地网。
结语
这些年来,变电站二次设备受到感应雷击而损坏的现象时有发生,给人们的生存环境带来了不小的安全隐患和经济损失。因此为了避免雷击损坏二次设备的事故的发生,节约设备的维修成本,保证供电的可靠性和安全性,确保电网安全稳定的运行,我们应提高防患于未然的思想意识,加大对防雷设施的投资力度,在事故发生之前就提起高度的重视,不要等事故发生了再追悔莫及。
参考文献
[1]杨柳萍.关于变电站二次设备综合防雷技术的探讨[J].广西电业,2014.
[2]温增飞.变电站二次系统防雷措施研究[J].中国科技纵横,2013.
[3]施荣卫.变电站自动化系统的设计及应用[J].西安石油大学,2008.
[4]刘向阳.变电站二次系统防雷设施现状及措施.[J].电源技术与应用,2012.
[关键词]变电站;防雷;二次设备;浪涌保护器;屏蔽
中图分类号:TM863 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)38-0274-01
引言 随着变电站综合自动化技术的普及,我国电力行业的发展水平得到了很大的提高。但也由于大量集成电路在综合自动化设备中的使用,其抗雷击过电压的能力变得相对较弱,二次设备容易被雷击而损坏。据统计,近5年来的雷雨季节每年都会发生几起雷击损坏二次设备的事故,然后都得进行设备维修,耗费了大量的人力、物力和财力,因维修引致停电给人们的生活带来了很多不便,造成了极其不良的社会影响。因此必须研究相应的解决变电站二次设备防雷过电压保护技术措施,以确保变电站二次设备安全稳定运行。
一 变电站综合自动化系统的组成部分
变电站综合自动化系统,即变电站二次设备主要有以下几部分组成:交流站用电设备、直流站用电设备、继电保护设备、逆变电源设备、测控设备、通信设备和后台计算机等。这些设备主要通过控制电缆、通信线路等连接在一起,非常复杂,加大了防雷技术的难度。
二 雷电对变电站二次设备的影响
首先,雷电是一种非周期性的冲击波,其特点是波头部分上升比较快,然后缓慢下降。因为上升的坡度大,所以对变电站二次设备的危害比较大。其危害主要体现在两方面。
一是对元器件的损坏。由于电压过高,使器件内部过热或击穿半导体结,造成器件的永久性失效。频繁而较低的过电压冲击虽然在器件的耐压范围内,但会导致器件的老化,大大缩短器件的工作寿命。雷电引起的过电压有可能将电能转化为热能,烧坏导线和电路板,从而导致火灾的发生,造成不可挽回的损失。
二是破坏数据文件及设备误动作。主要表现在数据在储存和传输过程中受到干扰,从而丢失原有的数据,并导致网络不稳定。设备进行错误的操作,会导致死机,甚至有可能使系统瘫痪,从而影响工作的正常进行。
三 雷电入侵二次设备的主要途径
现在很多变电站内都安装有适量的避雷针,架空地线、避雷器等设备也已安装在变电站进出输电线路上,能够对一次设备进行很好的保护,防止雷电入侵,但相对于一次防雷设备来说,二次设备的防雷措施比较匮乏,亟需改善的地方还有很多。接下来将介绍一下雷电是如何入侵二次设备的,其入侵途径主要有以下几点。
1.交流站用电系统-
雷电时雷电波的波峰幅值比较高,能量比较强,即使变压器前端装有高压避雷器,也不能完全抑制一些过电压雷电。残余的过电压会通过变压器的低压电缆传输,在交流站用电屏内母线排处汇集、分配,然后传到交流站内用电回路中。
2.直流站用电系统
直流220V电压是变电站内二次设备最广泛使用的数值电压,通往室外开关场的控制信号回路能将二次设备和室外密切联系起来。因此在雷电的时候,室外的直流控制、信号回路可能会感应到电流,然后传送到室内的二次设备上。
3.变电站通信线路感应
变电站的二次设备都是由多种多样的通信线路相互交叉、互联的,将不同的二次设备也密切地联系在了一起,形成自动化网络,在雷击的时候相互感应的概率就比较大,即时感应的过电压不会很高,但也会损坏一些通信接口。
4.通过地电位反击
当雷电入侵变电站内部设备时,雷电流会经过避雷器、避雷针而流入接地网,当接地电阻偏大时,地电位也因此被抬高,使二次设备接地线和设备上其它外接线之间出现电位差,形成反击,从而导致对二次设备的损坏。
雷电主要通过交流回路、直流回路、通信回路、设备接地线等设备进行传输,从而损坏二次设备,因此应该从这几个方面入手来研究二次设备防雷的措施。
四 变电站二次设备防雷技术措施
1.加装防雷保护设备
使用安装SPD,SPD实际上是一种快速的电子开关,其作用表现在雷击的时候,其开关闭合,地线将电流引入地下,各级线路分布减少了电流的传导,将雷电流最大限度地限制在变电站二次设备所能承受的范围内,避免了事故的发生,保证了设备安全稳定的运行。
2.做好二次回路接地
将变电站内机柜、二次设备的金属外壳、安全保护接地、外层屏蔽线和SPD接线端等都连接起来,再连接等电位网,这样可以消除二次设备之间的电位差,很大程度上限制了過电压,防止了地电位反击现象的发生,对二次设备起到了很好的保护作用。
3.其它措施
对信号电缆、低压控制、通信线路均采取屏蔽形式,采取屏蔽措施虽然不能将雷电全部屏蔽,但也起到了一定的抗干扰作用。
五 配置变电站二次设备防雷方案
了解了变电站的地理环境、雷电入侵二次设备的主要途径以及二次设备防雷应采取的措施后,选择出了最佳的防雷方案,其方案如下:
1. 交流站用电屏:它是变电站唯一的交流总输入、输出设备,应在交流屏两路输入380V进线电源端安装SPD,对电源进线进行第一级保护,将雷击产生的巨大电流引入地下;在交流屏的两段母线处安装SPD,进行第二级保护,将第一级SPD没有放完的电流泄放入地。
2. 通信电源屏、直流屏、保护测控屏等以及各屏柜交、直流输入端均安装SPD,在直流站用电屏直流输出母线上再加装SPD,并联在直流线路上,将其作为第三级保护,来抑制电源线路上的感应过电压,还能将第二级未泄放完的雷电流泄入地下。
3. 逆变电源屏:为满足后台监控系统、计算机开票系统等的需要,必须将交流电转化成直流电来防止雷电流的影响。另外,在逆电源设备电源一侧加装SPD,作为第四级保护,将第三级未泄放完的电流泄放到地下。 4. 信号SPD:在站内各屏之间的通信线,把靠近要保护的设备端安装上SPD,在计算机后台机侧安装SPD。
5. 屏蔽:信号电缆、低压控制、通信线路处的电缆均改用屏蔽形式。
6. 等电位:将截面积不小于25平方毫米的连接导线将屏柜接地排串接后再连接地網,形成变电站内所有二次等电位体。
六 二次设备防雷技术发展环境及现状
1.变电站地理位置环境
众所周知,变电站大多分布在地理位置比较偏僻的环境中,周边没有多少高大的建筑物,而站内布满了高压电线及其他各种电力设施,比较容易遭受雷电袭击,更有一些变电站地处高雷区,遭受雷击比较频繁。
2.变电站内部设备防雷现状
一次设备防雷现状:在变电站安装适量的避雷针,将建筑物和一次设备很好的保护起来,能避免被雷电击中,这样的防护措施目前是比较完善的。
二次设备防雷现状:由于我国很多变电站都是在早期建立起来的,站内均没有安装SPD,虽然对低压控制、信号电缆、通信线路都采取了屏蔽措施而且比较完善,并且设备间的等电位连接也做到位了,但正因为没有安装SPD,缺少了SPD有效的保护,还是无法实现雷击发生瞬间的等电位保护。
变电站内主地网接地电阻值经测量均能满足要求后,自动化系统可以共用接地网和主接地网。但为了避免雷击时电流互串,损坏设备,而造成安全事故,还需要单独设置自动化系统防雷接地网。
结语
这些年来,变电站二次设备受到感应雷击而损坏的现象时有发生,给人们的生存环境带来了不小的安全隐患和经济损失。因此为了避免雷击损坏二次设备的事故的发生,节约设备的维修成本,保证供电的可靠性和安全性,确保电网安全稳定的运行,我们应提高防患于未然的思想意识,加大对防雷设施的投资力度,在事故发生之前就提起高度的重视,不要等事故发生了再追悔莫及。
参考文献
[1]杨柳萍.关于变电站二次设备综合防雷技术的探讨[J].广西电业,2014.
[2]温增飞.变电站二次系统防雷措施研究[J].中国科技纵横,2013.
[3]施荣卫.变电站自动化系统的设计及应用[J].西安石油大学,2008.
[4]刘向阳.变电站二次系统防雷设施现状及措施.[J].电源技术与应用,2012.