孫宏吾

【摘 要】近年來，變電站的通信、通信系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)、后臺管理模塊經(jīng)常發(fā)生過電壓損毀事件，究其原因主要是其相關(guān)系統(tǒng)和弱電產(chǎn)品過電壓防護(hù)水平較弱，甚至根本沒有過電壓防范技術(shù)措施，其后果對電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來了較大負(fù)面影響。為使變電站二次設(shè)備安全和可靠運(yùn)行，本文對二次過電壓防護(hù)技術(shù)措施進(jìn)行了簡單分析。

【關(guān)鍵詞】變電站；二次設(shè)備；過電壓防護(hù)

1.變電二次過電壓防護(hù)

隨著綜合自動(dòng)化系統(tǒng)和通信自動(dòng)化系統(tǒng)等二次弱電系統(tǒng)在變電站的廣泛應(yīng)用，這類電子系統(tǒng)（設(shè)備）元器件的集成度愈來愈高，信息存儲量愈來愈大，速度和精度不斷提高，而工作電壓只有幾伏，信息電流僅為微安級，因而對外界干擾極其敏感，特別對雷電等電磁脈沖和過電壓的耐受能力很低。當(dāng)雷電等過電壓和伴隨的電磁場達(dá)到某一閥值時(shí)，輕則引起系統(tǒng)失靈，重則導(dǎo)致設(shè)備或其元器件永久性損壞。

2.過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)

IEC（國際電工委員會(huì)）TC/81技術(shù)委員會(huì)將防雷分為外部防雷和內(nèi)部防雷兩個(gè)部分，外部防雷是指避雷針（或避雷帶、避雷網(wǎng)）、引下線和接地系統(tǒng)，是被保護(hù)物體免受直接雷擊；內(nèi)部防雷則是防止雷電和其他內(nèi)部過電壓侵入設(shè)備造成的毀壞。一個(gè)完善的防雷及過電壓保護(hù)系統(tǒng)必須綜合運(yùn)用泄流（分流）、均壓（等電位）、屏蔽（隔離）、接地、限壓（箝位）保護(hù)等各項(xiàng)技術(shù)，按照外部防雷和內(nèi)部防雷的原則，根據(jù)防護(hù)對象的特點(diǎn)，靈活應(yīng)用，采取具體措施，構(gòu)成一個(gè)完整的防護(hù)體系。

變電站內(nèi)的過電壓形式主要有：雷電過電壓、工頻過電壓及諧振過電壓、操作過電壓等，這些過電壓以傳導(dǎo)或電磁感應(yīng)的方式在線路及設(shè)備上形成危險(xiǎn)的過電壓，特別是雷電過電壓，雷擊變電站時(shí)，會(huì)在低壓供電系統(tǒng)及弱電系統(tǒng)產(chǎn)生很強(qiáng)的感應(yīng)過電壓，同時(shí)使變電站的地電位升高（例如：變電站的接地電阻為1Ω，雷電流為10kA，則地電位為10kV），因地電位升高造成對線路及設(shè)備的反擊而損壞線路及設(shè)備的事件時(shí)有發(fā)生，因此，盡管變電站的外部防雷系統(tǒng)（避雷針、引下線及接地裝置）符合國家及部頒標(biāo)準(zhǔn)的要求，且其綜合自動(dòng)化和通信自動(dòng)化等二次弱電系統(tǒng)也采取了諸如屏蔽、接地、隔離、濾波等措施，但卻不能完全避免強(qiáng)大的雷電過電壓及電壓反擊對系統(tǒng)造成的干擾和破壞。

3.變電站二次系統(tǒng)過電壓防護(hù)

3.1站用電系統(tǒng)過電壓防護(hù)

安裝在變電站內(nèi)的通信調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)大多采用交流電源或直流電源為其設(shè)備供電，在其整流環(huán)節(jié)，一般有較大容量的濾波電容，對瞬態(tài)過電壓沖擊有一定的吸收作用，站用變壓器低壓側(cè)到站用饋電屏之間采用的是屏蔽電纜且設(shè)備都有良好的接地，運(yùn)用現(xiàn)代防雷技術(shù)來分析，必須增加回路的分流措施，因?yàn)槠涔ぷ鹘拥?、保護(hù)接地都與其它電氣設(shè)備采用同一接地裝置，而且設(shè)備都處于LPZOB區(qū)，電磁脈沖強(qiáng)度相對較強(qiáng)，在站用變低壓側(cè)雖然有防止線路侵人波的避雷器，但殘壓高，因此在變電站遭受雷擊時(shí)，通過線路耦合和地電位升高而造成的反擊過電壓依然存在，而且高壓側(cè)的殘壓高達(dá)幾千伏，因此必須對這些調(diào)度自動(dòng)化設(shè)備的供電回路進(jìn)行過電壓保護(hù)。

根據(jù)雷電防護(hù)區(qū)域的劃分原則，變電站內(nèi)二次設(shè)備供電系統(tǒng)感應(yīng)雷電過電壓的防護(hù)可以按兩級（B、C級）來進(jìn)行分流保護(hù)。B級防雷一般采用具有較大通流容量的防雷裝置，可以將較大的雷電流泄散入地，從而達(dá)到限流的目的，同時(shí)將過電壓減小到一定的程度，C級防雷采用具有較低殘壓的防雷裝置，可以將回路中剩余的雷電流泄散入地，達(dá)到限制過電壓的目的，使過電壓減小到設(shè)備能耐受的水平。

3.1.1第一級防護(hù)處理措施

防護(hù)位置：據(jù)據(jù)《雷電電磁脈沖的防護(hù)》中的雷電保護(hù)區(qū)域的劃分原則。避雷器的安裝位置應(yīng)在不同保護(hù)區(qū)的交界處，對于此網(wǎng)絡(luò)即第一級防護(hù)應(yīng)設(shè)在交流母線處。在兩根母線上各加裝一個(gè)同型號的B級三相電源浪涌過電壓保護(hù)器。

3.1.2第二級防護(hù)處理措施

對于較為重要的交流饋線上的設(shè)備，此處為直流充電屏，加裝C級三相電源避雷器。由于直流充電屏是兩路交流供電，所以在直流充電屏處加裝兩個(gè)同型號的C級三相電源浪涌過電壓保護(hù)器。

3.2綜合自動(dòng)化系統(tǒng)過電壓防護(hù)

防護(hù)位置：微機(jī)型綜合自動(dòng)化系統(tǒng)承受過電壓的能力極低，幾百伏的過電壓就足以將設(shè)備損壞，因此必須對高壓側(cè)避雷器的殘壓（幾千伏）進(jìn)行進(jìn)一步的抑制，以滿足設(shè)備絕緣水平的需要，同時(shí)由于地電位升高而感應(yīng)到電源回路零線的過電壓也高達(dá)上千伏，因此必須在采用交流綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的交流回路上加裝C級單相浪涌過電壓保護(hù)器。

3.3不問斷電源設(shè)備（UPS）過電壓防護(hù)

防護(hù)位置：由于內(nèi)部計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、集線器、監(jiān)控設(shè)備、電能量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)等均經(jīng)由UPS供電保護(hù)，為了保障以上微電子設(shè)備的安全，故在UPS電源裝置前端加裝C級浪涌過電壓保護(hù)器。選用型號：選用（UPS為單相電源輸入時(shí)）C級單相電源浪涌過電壓保護(hù)器或（UPS為三相電源輸入時(shí)）的C級三相電源浪涌過電壓保護(hù)器。

3.4通信接口過電壓防護(hù)

通信接口過電壓防護(hù)同電網(wǎng)供電系統(tǒng)相比，此回路對過電壓的敏感程度要高得多，且這些設(shè)備在有過電壓的情況下顯得非常脆弱。設(shè)備的絕緣耐受水平也相當(dāng)?shù)汀Ｅc這些設(shè)備相連的有信號線、數(shù)據(jù)線、測量和控制線路，并且這些線路基本上是處于LPZOB區(qū)域，也有穿過LPZOA區(qū)域的，線路上的感應(yīng)過電壓相對較強(qiáng)，根據(jù)IEC的測試，當(dāng)電磁場強(qiáng)度增大到0.07GS時(shí)，微型計(jì)算機(jī)設(shè)備將產(chǎn)生誤動(dòng)，丟失數(shù)據(jù)。而且這些回路運(yùn)行的安全與否直接關(guān)系到一次系統(tǒng)設(shè)備的安全，因此須對重要回路的接口進(jìn)行過電壓防護(hù)。

3.4.1微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備接口過電壓防護(hù)

防護(hù)位置：由于變電站微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置采用分布分散式結(jié)構(gòu)。由遙信模塊、智能遙測模塊、智能遙控模塊、智能遙調(diào)模塊組成。各單元模塊都裝設(shè)在不同的自動(dòng)化屏內(nèi)，模塊之間通過RS232接口或現(xiàn)場總線進(jìn)行通信。這些接口線路都處在室內(nèi)，設(shè)備接口線路的距離較短，因此不會(huì)感應(yīng)到較強(qiáng)的過電壓，但是各自動(dòng)化設(shè)備與其它二次設(shè)備（測量單元、計(jì)算機(jī)等）有電氣連接，當(dāng)其它二次設(shè)備感應(yīng)到很強(qiáng)的感應(yīng)過電壓時(shí)，將會(huì)反擊到這些自動(dòng)化設(shè)備的通信接口上，從而使設(shè)備接口電路損壞，因此有必要在這些設(shè)備的接口上加裝RS232的浪涌過電壓保護(hù)器。

3.4.2電能量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)信號過電壓保護(hù)

防護(hù)位置一：變電站采用多功能電子電能表進(jìn)行電能量采集，電子電能表承受過電壓的水平極低。由于電能表與站內(nèi)微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備的通信采用RS232的接口，其通信線路較長，又處在LVZOB區(qū)域，在變電站附近或變電站遭受直接雷擊時(shí)，將感應(yīng)出較強(qiáng)的感應(yīng)過電壓，為了防止設(shè)備的損壞。在靠近電子電能表的RS232端口加裝RS232的浪涌過電壓保護(hù)器。

防護(hù)位置二：電子電能表采集的信息通過集中采集器的MODEM（調(diào)制解調(diào)器）由電話線將數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)端，由于電話線路從室外引入，線路上感應(yīng)到的感應(yīng)雷電流相對較強(qiáng)，容易將調(diào)制解調(diào)器設(shè)備的接口損壞，因此必須在調(diào)制解調(diào)器的電話線路接口處加裝一個(gè)接口浪涌過電壓保護(hù)器。

3.4.3遠(yuǎn)方通信接口過電壓保護(hù)

防護(hù)位置：由于變電站基本采用無入值守。對一次回路的各種保護(hù)、測量、控制、調(diào)節(jié)信號通過光纖、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)或載波向遠(yuǎn)方（省調(diào)、地調(diào)、集控站等）傳送數(shù)據(jù)。如果采用載波，由于載波機(jī)與微機(jī)自動(dòng)化裝置的信號連接線路相對較長，在變電站附近或變電站遭受直接雷擊時(shí)，處在LPZOB區(qū)的通信線路將感應(yīng)出較強(qiáng)的感應(yīng)過電（下轉(zhuǎn)第196頁）（上接第174頁）壓，因此必須在靠近微機(jī)自動(dòng)化裝置的信號接口端加裝信號避雷器，同時(shí)處在LPZOB區(qū)并延伸到LPZOA區(qū)的通信線路（DDN、X.25）非常容易感應(yīng)上雷電過電壓，也必須加裝浪涌過電壓保護(hù)器。

4.結(jié)語

變電站二次系統(tǒng)過電壓防護(hù)問題是近年來提出的一個(gè)新課題，以上僅是結(jié)合本單位相關(guān)變電站施工現(xiàn)場實(shí)際情況對防護(hù)技術(shù)措施的初步探討，還需在不斷吸取實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)分析和不斷完善，希望在今后新建變電站或者對老舊變電站進(jìn)行綜合自動(dòng)化改造時(shí)，加強(qiáng)對二次過電壓防護(hù)系統(tǒng)的同時(shí)規(guī)劃和設(shè)計(jì)，確保設(shè)備和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。 [科]