王 上 馬練哲 彭 昕 周笛青

國(guó)網(wǎng)上海嘉定供電公司

0 引言

電力工作人員為了便于帶電校驗(yàn)、測(cè)試、更換電能儀表，為不影響其他表計(jì)的正常工作，通常采用電能計(jì)量聯(lián)合接線(xiàn)盒進(jìn)行連接。聯(lián)合接線(xiàn)盒就是指試驗(yàn)端子，是《電能計(jì)量裝置檢驗(yàn)規(guī)程》中規(guī)定用于測(cè)試的接線(xiàn)端子。采用聯(lián)合接線(xiàn)盒可以減少電壓、電流互感器等設(shè)備的使用數(shù)量，節(jié)約成本，便于電能表的校驗(yàn)和調(diào)試，方便現(xiàn)場(chǎng)工作人員的操作。聯(lián)合接線(xiàn)盒在電力系統(tǒng)電測(cè)計(jì)量線(xiàn)路中，起到了連接和隔離的作用，有效地防止接線(xiàn)差錯(cuò)，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，得到了廣泛的應(yīng)用[1]。

電子技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)量表計(jì)也逐步更新了電子式設(shè)備，如電子式電能表、電子式互感器等。電子器件的發(fā)展，使電子計(jì)量表計(jì)向集成化、小型化、高速化方向不斷發(fā)展，但這些電子器件的耐受過(guò)電壓、過(guò)電流和抗雷電電磁沖擊的能力較弱。雷電過(guò)電壓會(huì)造成測(cè)量表計(jì)不能正確工作，影響電能參數(shù)計(jì)量精度，甚至損壞計(jì)量表計(jì)[2]。本文對(duì)電能計(jì)量表設(shè)計(jì)了一種防雷擊措施，可以有效預(yù)防因過(guò)電壓而對(duì)電能表造成的損壞。

1 電能計(jì)量裝置遭雷擊的途徑及損壞機(jī)理

雷電是一種常見(jiàn)的自然現(xiàn)象，它既有高滲透性的高頻成份，也有高能量的低頻成份[3]。雷電過(guò)電壓根據(jù)形成過(guò)程的不同，可以分為直擊雷過(guò)電壓和感應(yīng)雷過(guò)電壓兩種。雷電對(duì)電氣設(shè)備的損壞主要有兩種方式：一種是雷直擊輸電線(xiàn)路或電氣設(shè)備引起的設(shè)備損壞；另一種是雷擊輸電線(xiàn)路地面附件設(shè)備時(shí)，由于電磁感應(yīng)引起的過(guò)電壓而損壞設(shè)備。同時(shí)，雷電波沿輸電線(xiàn)路入侵發(fā)電廠(chǎng)或變電所，也會(huì)對(duì)其中設(shè)備造成威脅。

相關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，電能計(jì)量表遭受雷電直擊而損毀的概率很低，更多的是雷電電磁感應(yīng)造成的損壞[4]。如，雷電電磁感應(yīng)的過(guò)電壓通過(guò)電源線(xiàn)或金屬管線(xiàn)傳導(dǎo)至電能表，會(huì)造成其損壞。雷電直擊線(xiàn)路或在線(xiàn)路上耦合感應(yīng)產(chǎn)生過(guò)電壓可以達(dá)到幾百千伏。當(dāng)雷電過(guò)電壓產(chǎn)生時(shí)，沿傳輸線(xiàn)路到電能表計(jì)裝置，如果電壓幅值大于電能表最大耐受電壓時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致電能表?yè)p壞[5]。此外，雷電產(chǎn)生時(shí)，所帶來(lái)的瞬態(tài)電磁場(chǎng)，會(huì)以電磁輻射的方式傳播到周?chē)臻g。電能表的電子元器件對(duì)電磁脈沖較為敏感，容易造成元器件輸出波動(dòng)，甚至永久損壞［6］。

雷擊造成的過(guò)電壓，不管是直接擊中，還是間接擊中，都會(huì)造成電能表裝置損壞。即使沒(méi)有造成電能表的當(dāng)場(chǎng)損壞，但遭受雷電過(guò)電壓沖擊后，其內(nèi)部的某些電氣器件性能也會(huì)受到一定程度的影響，也會(huì)使電能表整體性能受到影響，造成計(jì)量的不準(zhǔn)確和不穩(wěn)定。因此，采取針對(duì)性的防雷措施，可以起到保護(hù)電能計(jì)量表的作用，或者延長(zhǎng)電能計(jì)量表的安全使用周期。

2 電能計(jì)量裝置的一般防雷措施

電力系統(tǒng)是一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。電網(wǎng)上工作使用的各類(lèi)電子式電能表多達(dá)數(shù)億，每逢春夏雷雨多發(fā)季節(jié)因雷擊損壞的電能計(jì)量裝置不計(jì)其數(shù)。統(tǒng)計(jì)表明，夏季的一次雷擊就有可能造成一個(gè)供電臺(tái)區(qū)所轄區(qū)域的數(shù)千只電能計(jì)量表同時(shí)損壞，不僅帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失，也給運(yùn)行維護(hù)增加了很多工作量。電能計(jì)量裝置的防雷措施十分必要。目前，電能計(jì)量裝置通常從以下方面進(jìn)行防雷保護(hù)。

2.1 合理安裝防雷裝置

電能計(jì)量裝置本身不具有抗擊雷電能力。按照國(guó)家規(guī)定，建筑物要安裝相應(yīng)合理的防雷設(shè)備，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)按照電子計(jì)量裝置的特點(diǎn)和性能，采取特殊的措施進(jìn)行重點(diǎn)防護(hù)。增設(shè)電能計(jì)量裝置的防浪涌保護(hù)系統(tǒng)，利用浪涌保護(hù)裝置把過(guò)電流導(dǎo)入地下，保障電能計(jì)量裝置的安全運(yùn)行。

2.2 合理設(shè)置接地系統(tǒng)

接地系統(tǒng)就是把設(shè)備與電位參照點(diǎn)的地球作電氣上的連接，對(duì)地保持一個(gè)低的電位差。接地裝置是由埋入土中的金屬接地體（角鋼、扁鋼、鋼管等）和連接用的接地線(xiàn)構(gòu)成。防雷接地是用來(lái)將雷電流順利泄入地下，減小過(guò)電壓，保障人身和設(shè)備的安全。防雷接地裝置性能好壞將直接影響到被保護(hù)設(shè)備的耐雷水平和防雷保護(hù)的可靠性。室內(nèi)的電能計(jì)量裝置接地線(xiàn)和建筑物的接地線(xiàn)匯流，靜電接地、絕緣接地、防雷接地和安全保護(hù)接地連接在一起，對(duì)接地電阻進(jìn)行定期的測(cè)量，保證接地電阻值在規(guī)定水平，最大限度地保障電能計(jì)量裝置的安全運(yùn)行[3]。

2.3 完善線(xiàn)路進(jìn)線(xiàn)段保護(hù)

線(xiàn)路進(jìn)線(xiàn)段保護(hù)是指在鄰近變電所1～2km的一段線(xiàn)路上加強(qiáng)防雷措施。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：變電所的雷電入侵事故約有50%是由雷擊變電所1km以?xún)?nèi)的線(xiàn)路引起的；約有71%的雷擊是由3km以?xún)?nèi)的線(xiàn)路引起的。由于電能計(jì)量裝置接于線(xiàn)路一端，一旦發(fā)生雷電入侵事故，電能計(jì)量裝置必然會(huì)受到?jīng)_擊。因此，要保護(hù)電能計(jì)量設(shè)備，線(xiàn)路進(jìn)線(xiàn)段加強(qiáng)保護(hù)是很重要的。

3 電能計(jì)量聯(lián)合接線(xiàn)盒防雷和接地措施設(shè)計(jì)

電能計(jì)量裝置的一般防雷措施雖然可以有效減少雷電沖擊給電能計(jì)量裝置帶來(lái)的損壞，但不能完全解決問(wèn)題。現(xiàn)在的電能表一般采用電子式電能表，通過(guò)聯(lián)合接線(xiàn)盒進(jìn)行電能計(jì)量。電能計(jì)量裝置如果通過(guò)電能計(jì)量聯(lián)合接線(xiàn)盒連接防雷擊過(guò)電壓的避雷器，可有效解決電能計(jì)量裝置使用過(guò)程中遇到因雷擊過(guò)電壓而造成的損毀問(wèn)題。

電能計(jì)量聯(lián)合接線(xiàn)盒防雷和接地措施工作原理示意如圖1所示，在聯(lián)合接線(xiàn)盒與電能表之間接入防雷擊過(guò)電壓的避雷器。三相避雷器及連接地網(wǎng)的導(dǎo)線(xiàn)，通過(guò)三刀雙擲開(kāi)關(guān)連接到接線(xiàn)盒的U2（A相）、V2（B相）、W2（C相）三個(gè)接線(xiàn)端子。

圖1 工作原理示意圖

電能表正常工作狀態(tài)時(shí)，線(xiàn)路電壓互感器通過(guò)聯(lián)合接線(xiàn)盒端子U1、V1、W1與電能表連接；處于校驗(yàn)或檢修狀態(tài)時(shí)，通過(guò)9個(gè)連接片的位置調(diào)整，使電能表與互感器隔離開(kāi)來(lái)，即電能表與互感器斷開(kāi)連接。

當(dāng)電能表處于工作狀態(tài)時(shí)，三刀雙擲開(kāi)關(guān)位于2-4-6位置，聯(lián)合接線(xiàn)盒電壓端子連接到避雷器，起到防雷作用。電能表正常工作時(shí)，如果線(xiàn)路受到雷擊，線(xiàn)路過(guò)電壓通過(guò)互感器、聯(lián)合接線(xiàn)盒電壓端子傳導(dǎo)到避雷器引起放電，起到保護(hù)電能表的作用。

當(dāng)電能表處于校驗(yàn)或檢修狀態(tài)時(shí)，三刀雙擲開(kāi)關(guān)位于1-3-5位置，聯(lián)合接線(xiàn)盒電壓端子連接到接地網(wǎng)，起到防觸電作用。電能表在聯(lián)合接線(xiàn)盒處于校驗(yàn)狀態(tài)時(shí)，電壓接線(xiàn)端子最上面的端子已與電壓互感器二次側(cè)斷開(kāi)，此時(shí)將最上面一個(gè)端子接地，起到接地保護(hù)的作用。電能表在校驗(yàn)或者更換的過(guò)程中，如果發(fā)生誤操作，起到防護(hù)電能表和操作人員的作用。

4 結(jié)論

電能表是用于電能計(jì)量的裝置。目前，電子式電能表廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)。聯(lián)合接線(xiàn)盒的使用給電能表的現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)和更換帶來(lái)了方便，也得到了普遍應(yīng)用。電能表遭受雷擊過(guò)電壓沖擊時(shí)，容易使電能表?yè)p壞。本文利用聯(lián)合接線(xiàn)盒的接線(xiàn)端子，設(shè)計(jì)了一套防過(guò)電壓措施：利用三刀雙擲開(kāi)關(guān)位的位置變化，對(duì)電能表處于工作狀態(tài)、校驗(yàn)或檢修狀態(tài)遭受的過(guò)電壓進(jìn)行有效防護(hù)。電能計(jì)量聯(lián)合接線(xiàn)盒防雷和接地措施具有工程應(yīng)用價(jià)值。