梁 倩 李公波

1.青島理工大學(xué)（臨沂）；2.國網(wǎng)山東平邑縣供電公司，山東

由多種原因引起的設(shè)備過電壓是現(xiàn)代化變電站微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的主要威脅。本文就變電站中由過電壓的情況引起微機(jī)保護(hù)裝置損壞的現(xiàn)象和原因予以分析，并對保護(hù)措施進(jìn)行闡述，希望能為以后的微機(jī)保護(hù)裝置的過電壓保護(hù)提供參考。

1 微機(jī)保護(hù)裝置

微機(jī)保護(hù)裝置主要采用了數(shù)字信號處理技術(shù)，即將常規(guī)保護(hù)連續(xù)的模擬量處理方法量化為一種離散的數(shù)字式的處理方法。微機(jī)保護(hù)基本系統(tǒng)包括四部分，數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、開關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng)以及通信接口。

1）數(shù)據(jù)采集單元：即模擬量輸入系統(tǒng)，它將模擬輸入量轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)字量。包括輔助變換器（即電壓形成器）、低通濾波器（ALF）、采樣/保持器（S/H）、多路開關(guān)（MPX）以及模/數(shù)（A/D）變換器等功能器件。包括變換器、壓頻變換器（VFC）、計數(shù)器等器件。

2）數(shù)據(jù)處理單元：即微機(jī)主系統(tǒng)（CPU 主系統(tǒng)）它將數(shù)據(jù)采集單元輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，完成各種繼電保護(hù)功能。它包括微處理器（MPU）、只讀存儲器（EPROM和E2PROM）、隨機(jī)存取存儲（RAM）、時鐘等器件。

3）開關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng)：完成各種保護(hù)的出口跳閘、信號顯示、打印、報警、外部觸點輸入及人機(jī)對話等功能。它由多種輸入/輸出接口芯片（PIO 或PIA）、光電隔離器、有觸點中間繼電器等組成。

4）通信接口：在縱聯(lián)保護(hù)中，與線路對端保護(hù)交換各種信息?；蛟谂c中調(diào)聯(lián)絡(luò)中，將保護(hù)各種信息傳送到中調(diào)，或接受中調(diào)的查詢及遠(yuǎn)方修改定值。它由輸入輸出串行接口芯片構(gòu)成。

微機(jī)保護(hù)裝置因其保護(hù)響應(yīng)的速動性、運(yùn)行維護(hù)的方便性以及高靈敏性在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。其核心現(xiàn)已發(fā)展為32 位的單片機(jī)為主要數(shù)據(jù)處理元件，但是隨著微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，其系統(tǒng)芯片的具有了更高的集成度，邏輯電路的設(shè)計越來越復(fù)雜，但是工作電壓卻越來越低，于是要求其工作環(huán)境具有更高的穩(wěn)定性。微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)抗電磁干擾和耐壓沖擊能力始終是電力工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用中的兩大薄弱環(huán)節(jié)。

2 引起變電站微機(jī)裝置遭受過電壓的原因

微機(jī)保護(hù)裝置設(shè)備遭受異常過電壓根據(jù)其來源方式可分為外部過電壓和內(nèi)部過電壓。

外部過電壓

引起外部過電壓的方式一種由雷云感應(yīng)使電氣設(shè)備引起的過電壓，稱為感應(yīng)過電壓，另外一種是雷云通過電力網(wǎng)或設(shè)備直接放電而引起過電壓稱為直擊雷過電壓。

侵入方式一：外部過電壓通常是通過外部高壓線路侵入變電站母線系統(tǒng)，經(jīng)過連接在母線上的站用變壓器高低壓繞組電磁耦合闖入站內(nèi)低壓出線。通常在外部過電壓會經(jīng)過母避雷器多級削峰，及站變低壓母線的平波作用，電壓幅值會出現(xiàn)較大的下降。但雷電波仍可能以幅值相對較高，但作用時間很短的低能量尖峰脈沖的形式，通過站變系統(tǒng)的低壓出線，存在于變電站內(nèi)所有的低壓交流回路中。

侵入方式二：雷電波通過高壓線路侵入變電站母線，經(jīng)過連接在母線上的PT 或者CT 的二次出線竄入微機(jī)保護(hù)設(shè)備的模擬量輸入端口，造成微機(jī)保護(hù)裝置損壞。

內(nèi)部過電壓

內(nèi)部過電壓分為操作過電壓和暫時過電壓兩大類，其中在故障或操作時瞬間發(fā)生的稱為操作過電壓，其持續(xù)時間一般在幾十毫秒之內(nèi)；在暫態(tài)過渡過程結(jié)束以后出現(xiàn)的，持續(xù)時間大于0.1 秒甚至數(shù)小時的持續(xù)性過電壓稱為暫時過電壓。暫時過電壓又可以分為工頻過電壓和諧振過電壓。

微機(jī)保護(hù)設(shè)備比繼電保護(hù)設(shè)備易遭受過電壓損害的原因：在變電站的二次回路中存在有相當(dāng)數(shù)量的電感線圈（例如控制開關(guān)合分閘線圈，電機(jī)儲能的繼電器線圈等），這些設(shè)備都具有一定的電感量，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生事故跳閘或停電操作時，突然切斷電感電路的電流時會產(chǎn)生較高的反向電動勢。在開關(guān)斷開過程中，觸點間的距離尚未到達(dá)足夠大時就被其產(chǎn)生的幅值大并且頻率高的的電壓擊穿，高電壓會通過直流操作回路進(jìn)入電源系統(tǒng)，部分承受電壓水平較低半導(dǎo)體器件就會受到破壞及影響。因為半導(dǎo)體器件的過電壓承受水平較低，反應(yīng)靈敏，損壞后往往無法正常工作。而此類內(nèi)部過電壓對電磁元件影響不大，因其絕緣水平較高，并且其動作過程有一定的惰性，所以不會造成誤動作影響正常工作。這就是造成微機(jī)裝置損壞而常規(guī)保護(hù)裝置卻能安全運(yùn)行的關(guān)鍵原因。

3 變電站微機(jī)裝置的保護(hù)措施

變電站低壓線路上裝設(shè)電涌保護(hù)器

在變電站保護(hù)屏內(nèi)部，在低壓電源負(fù)荷開關(guān)下口與易遭受雷電感應(yīng)過電壓的電源小開關(guān)上口安裝電涌保護(hù)器（SPD），安裝SPD 是目前低壓系統(tǒng)來限制電壓幅度最有效、經(jīng)濟(jì)、普遍的保護(hù)措施。

采取電磁屏蔽措施

對于變電站內(nèi)一些特別重要的裝置如遠(yuǎn)程通信計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊機(jī)等，一旦受到雷擊電磁脈沖的侵襲，有可能帶來重大的工作障礙和經(jīng)濟(jì)損失，為此必須在室內(nèi)或室外用屏蔽網(wǎng)將房間屏蔽起來。對于一些不十分需要重點保護(hù)的微電子設(shè)備，也可以用屏蔽箱或法拉第籠來阻擋電磁脈沖的干擾。在設(shè)計屏蔽箱時，可根據(jù)所要屏蔽的LEMP頻譜來選擇其壁厚、導(dǎo)電率、磁導(dǎo)率和幾何尺寸。

顯然，采用電磁屏蔽措施，可以將雷擊電磁脈沖限制至影響最小化，但是由此將付出的昂貴的代價。

接地與等電位連接措施

接地與等電位連接是微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)防止高電壓損害必不可少的輔助性措施?，F(xiàn)代防雷裝置的保護(hù)都是基于泄流、限幅和屏蔽原理的，無一例外的都需要可靠接地。只有通過接地，才能使閃電或高電壓主要能量泄入大地。接地線的長度、直徑和接地電阻的大小，需要按照相關(guān)設(shè)計規(guī)范予以確定才能夠保證其效果。但是接地不能代替上述的SPD 防雷裝置，有人認(rèn)為只要將電氣設(shè)備接地了，就不會遭雷擊了，這是錯誤的。

等電位連接是把建筑物內(nèi)、附近的所有金屬物，如混凝土內(nèi)的鋼筋、自來水管、其它金屬管道及其它大型的埋地金屬物、電纜金屬屏蔽層、電力系統(tǒng)的零線、建筑物的接地線統(tǒng)一用電氣連接的方法連接起來（焊接或者可靠的導(dǎo)電連接）使整座建筑物成為一個良好的等電位體，防止在這些物件上由于感應(yīng)過電壓造成對設(shè)備內(nèi)部絕緣的損壞；同時可以防止大電流泄入大地所產(chǎn)生的高電壓反擊。

PT、CT 裝置二次側(cè)接地，保證有且僅有一端接地

電壓互感器（PT）二次側(cè)要有一個接地點，這主要是出于安全上的考慮。當(dāng)一次、二次側(cè)繞組間的絕緣被高壓擊穿時，一次側(cè)的高壓會竄到二次側(cè)，有了二次側(cè)的接地能確保人員和設(shè)備的安全。另外，通過接地，可以給絕緣監(jiān)視裝置提供相電壓。所有PT 的中性點均引至中控室中的某一保護(hù)柜內(nèi)全站一點接地。

電流互感器（CT）在正常運(yùn)行時，其二次回路的阻抗很小，基本上接近短路狀態(tài)。一次電流所產(chǎn)生的磁化力大部分被二次回路的電流所補(bǔ)償，總磁通密度不大磁路不飽和，二次回路的電動勢也不大。當(dāng)電流互感器二次回路開路時，回路阻抗無限增大，二次電流等于零，二次繞組磁化力等于零，總磁化力等于一次繞組磁化力。此時一次電流完全變成了激磁電流，由于二次繞組比一次繞組多得多，在二次繞組中產(chǎn)生很高的電動勢，其峰值可以達(dá)到幾千伏，極易造成儀表、微機(jī)保護(hù)裝置損壞。

公用電流互感器二次繞組的二次回路只允許、且必須在相關(guān)保護(hù)屏內(nèi)一點接地。獨立的、與其他電流互感器二次回路沒有電的聯(lián)系CT 二次一點接地在開關(guān)場接地更適宜，當(dāng)一次繞組擊穿時，接地線最短，限制高電壓傳入二次回路最有效。

中性點加裝消弧線圈

在中性點加裝消弧線圈可以避免因電弧接地而引起的過電壓；改善電網(wǎng)的參數(shù)或者運(yùn)行方式避免諧振條件的形成；保證斷路器三相同期動作，不重燃，或在斷路器觸頭處裝低值并聯(lián)電阻，降低操作過電壓；裝設(shè)并聯(lián)電抗器補(bǔ)償線路的電容效應(yīng)，限制切合空載線路時的過電壓

4 結(jié)語

隨著變電站對微機(jī)保護(hù)裝置靈敏性與精密系的要求越來越高，變電站微機(jī)保護(hù)裝置的保護(hù)日漸重要，為了保證變電站微機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，保障變電站的安全運(yùn)行，變電站微機(jī)保護(hù)裝置需要從外部工作環(huán)境及內(nèi)部工作機(jī)理上多方面、多層次的保護(hù)同時對其定期檢查。