探析電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的防雷技術(shù)

黃奮志

摘 要:電力調(diào)度化可以保證供電額適量優(yōu)良、保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全水平，也可以。保證提供強(qiáng)有力的事故處理措施。因此為大家介紹電力調(diào)度自動(dòng)化的典型應(yīng)用—電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)防雷新技術(shù)：電源系統(tǒng)等電位技術(shù)和避雷器殘壓衰減技術(shù)。希望大家能對電力調(diào)度化有一個(gè)很好的了解。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；調(diào)度自動(dòng)化；防雷技術(shù)

隨著電力系統(tǒng)容量的增加和自動(dòng)化水平的不斷提高，電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)已廣泛使用計(jì)算機(jī)、RTU等微電子設(shè)備。縣級電力調(diào)度及其變電站由于其所在地土壤電阻率較高或地處山區(qū)等，其地網(wǎng)的接地電阻往往很難達(dá)到規(guī)程的要求，其防雷工作更需引起重視。由于一些微電子器件工作電壓僅幾伏，傳遞信息電流小至微安級，對外界的干擾極其敏感，而雷電流產(chǎn)生的瞬變電磁場對微電子設(shè)備的干擾和損害尤為嚴(yán)重。在雷雨季節(jié)，有些電力公司調(diào)度大樓和電力公司所屬自動(dòng)化顯示系統(tǒng)、通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)（Modem、載波機(jī)、程控交換機(jī)等）等常常遭到雷擊，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)的正常調(diào)度、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民的日常生活。盡管有些電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)采取了一定的防雷措施，但其效果并不理想，仍然經(jīng)常發(fā)生雷害事故。本文通過在縣級電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)防雷的實(shí)踐，提出調(diào)度自動(dòng)化設(shè)備的現(xiàn)代防雷技術(shù)。

1 雷電入侵通道概述

雷電直接擊在變電所設(shè)備上，這種情況幾率比較小，因?yàn)樵O(shè)計(jì)和施工的都會考慮到安裝獨(dú)立的避雷針，避雷帶和避雷網(wǎng)。

雷電可能沿著電源線入侵，雷電波沿線路侵入到變電所，如避雷器動(dòng)作，則是避雷器殘壓疊加后，通過所用變的電磁感應(yīng)耦合到低壓網(wǎng)絡(luò)，使微機(jī)保護(hù)、綜合自動(dòng)化的電源模塊損壞的。此時(shí)，低壓電網(wǎng)過電壓的幅值主要與避雷器的殘壓，避雷器與變壓器距離和避雷器接地引下線的長度有關(guān)。

雷電可能沿著通信線入侵，雷電引起的過電壓在通信線路與設(shè)備之間有一定電位差直接作用于串行通信口（RS232/422/485等），根本原因是在400V低壓電源側(cè)缺少必要的防雷保護(hù)措施，特別是缺少相應(yīng)電壓等級的避雷器保護(hù)，使低壓網(wǎng)絡(luò)中的雷電過電壓得不到有效的限制。同時(shí)，雷電對微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的電源又沒有與其他電源分離，或采取特別的防止雷電干擾的措施而使雷害事故發(fā)生。

雷電感應(yīng)時(shí)常發(fā)生，通過35kV或10kV高壓感應(yīng)到400V的低壓線路。如低壓網(wǎng)絡(luò)較大，或有低壓架空線路時(shí)，當(dāng)雷電在其近區(qū)活動(dòng)時(shí)，會在400V低壓網(wǎng)絡(luò)上感應(yīng)出較高的過電壓而打壞接在低壓電網(wǎng)上的微機(jī)保護(hù)、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，調(diào)度系統(tǒng)或通信系統(tǒng)的電源部分。 此外，雷電還通過反擊、截波以及倒灌等方式作用在設(shè)備上。

2 目前二次設(shè)備防雷存在的問題

2.1 MOV殘壓與二次設(shè)備耐壓值配合不合理

由于目前的制造工藝有限，使得避雷器的殘壓比額定電壓高６倍。例如在220V線路上使用的低壓避雷器殘壓為1.3kV，而一些敏感芯片的耐壓值僅為6～10V，其殘壓值極大地超過了芯片的安全電壓。

2.2 MOV動(dòng)作時(shí)引起截波過電壓

避雷器在動(dòng)作時(shí)電壓下調(diào)（截波），通過避雷器安裝點(diǎn)到二次設(shè)備端之間導(dǎo)線的電感與二次設(shè)備輸入端對地電容構(gòu)成諧振回路。截波通過該諧振回路會產(chǎn)生很高的過電壓（截波過電壓）。

3 針對問題的對策

3.1 電源系統(tǒng)等電位技術(shù)

IEC1024規(guī)定：為實(shí)現(xiàn)雷擊保護(hù)電位均衡，應(yīng)采用均壓等電位導(dǎo)體或過電壓保護(hù)器，將處于被保護(hù)空間中的外部避雷裝置、建筑物鋼筋架、安裝設(shè)備、各種導(dǎo)電體、供電及通信設(shè)備等連接在一起。當(dāng)雷擊時(shí)，地網(wǎng)電位升高φ=IRch=100kA×2Ω=200kV，水平方向的電位以1kV/m的速度下降。由于二次設(shè)備所用電源都是由變電站的站用變壓器所供給，站內(nèi)各二次設(shè)備分布在不同位置，而設(shè)備外殼則是就近接地，電源中性點(diǎn)與設(shè)備外殼間的電位差引發(fā)反擊，由電源系統(tǒng)造成巨大的電位差，導(dǎo)致反擊和“倒灌”的發(fā)生。

3.1.1電位差計(jì)算。

三個(gè)設(shè)備外殼電位分別為：φ(A,B,C)=IR-L(1,2,3)ε；而電源的電位為：φD=IR-L4ε；設(shè)備外殼與電源電位差為：Δφ=φ(A,B,C)-φD。其中ε為電壓降常數(shù)1kV/m。

2.1.2解決辦法：二次設(shè)備用電源通過1：1 的隔離變壓器向二次設(shè)備供電，使被保護(hù)對象的各部位盡可能構(gòu)成等電位，從而杜絕電位差對電子設(shè)備造成的損害。

隔離變壓器的作用：電位浮動(dòng)，二次設(shè)備用電源通過1：1隔離變壓器向二次設(shè)備供電，實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備局部地網(wǎng)電位“浮動(dòng)”，利用“水漲船高”原理消除反擊。

雷電波隔離，通過隔離變壓器初、次級開路的原理對沿電源入侵的雷電波實(shí)現(xiàn)隔離，被隔離的雷電能量經(jīng)隔離變初、次級的避雷器入地。

3.2 避雷器殘壓衰減技術(shù)

針對避雷器殘壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于二次設(shè)備芯片耐雷水平的情況，可采用一種新型的中和變壓器對其進(jìn)行衰減。

該中和變壓器由一環(huán)形鐵心和繞在鐵心上的線圈組成。如圖1所示，新型中和變壓器的工作原理：一般情況下，中和變壓器是在差模輸入的狀態(tài)，產(chǎn)生的感應(yīng)電勢方向相反相互抵消，對于二次系統(tǒng)無任何影響。

圖1中和變壓器原理圖

當(dāng)雷電入侵時(shí)，變壓器是在共模輸入的狀態(tài)，雷電流經(jīng)避雷器進(jìn)行泄放，在線圈里會感應(yīng)出很高的電勢，這部分的變化電壓抵消部分殘壓，以達(dá)到降低殘壓的目的。

U輸出=U入殘壓-ΔU，

而ΔU=L(di/dt)，此時(shí)兩線圈中的電流方向相同，則

Φ=Φ1+Φ2，

所以總電感值為：

L=L1+L2+2M。

兩線圈的互感系數(shù)M由磁通量和雷電流決定。

雷電流的陡度是非常大的，根據(jù)上式則可明顯看到中和變壓器輸出給二次系統(tǒng)的電壓有很大減低。此外，使用中和變壓器還能消除直接使用避雷器而產(chǎn)生的截波過電壓。

結(jié)語

隨著電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)電腦通信設(shè)備的大規(guī)模使用，雷電造成的危害越來越嚴(yán)重，以往的防護(hù)體系已不能滿足電腦通信網(wǎng)絡(luò)安全的要求。我們應(yīng)從防直擊雷，防感應(yīng)雷電波侵入，防雷電電磁感應(yīng)，防地電位反擊等多方面作系統(tǒng)綜合考慮。嚴(yán)格按防雷接地規(guī)程辦事，應(yīng)用新技術(shù)新裝置，采用電源系統(tǒng)等電位技術(shù)和避雷器殘壓衰減技術(shù)是確保電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)極大減少雷害的重要手段。

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注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。