電力遠程抄表系統防雷技術的實踐應用

鐘磊波

（國網浙江省電力公司舟山供電公司，浙江 舟山316000）

0 引言

近年來，為了提高抄表準確率和供電服務水平，浙江省某地區低壓臺區已基本實現遠程抄表全覆蓋。某地區屬于強雷區，夏天雷暴天氣多，遠程抄表系統因雷擊損壞的事件時有發生。遠程抄表系統雷電防護已是一個重要的急需研究的課題，我們針對強雷區電力遠程抄表系統多發因遭受雷擊而損壞的情況進行了分析，推廣應用了專用極間放電二合一電涌保護器。

電涌保護器（SPD）也叫防雷器，是一種為各種電子設備、儀器儀表、通訊線路提供安全防護的電子裝置。當電氣回路或通信線路中因為外界干擾突然產生尖峰電流或電壓時，浪涌保護器能在極短的時間內導通分流，從而避免浪涌對回路中GPRS設備和流量計的損害。遠程抄表系統中有電源線路SPD 和信號線路SPD 兩種，電源線路SPD 接在開關電源交流側或開關電源直流側，信號線路SPD 接在流量計RS485信號線上。

本文將從某地區因雷擊而損壞電能表的實際情況入手，論述專用極間放電二合一電涌保護器的實踐應用。

1 電能表雷擊損壞原因分析

2011年某地區因幾次雷擊共493只電能表受損壞，我們將3只樣品表拿到廠家進行檢測，據電能表生產廠家報告，3只樣品RS485通信全部損壞，其中兩只樣品電源部分遭雷擊損壞（表1）。

表1 樣品損壞情況

我們對這些電能表安裝情況進行實地勘察，發現幾個問題：一是現場安裝情況多樣化，有些地方接地較為困難；二是土壤電阻率較高，很多地方接地電阻難以達到要求。市場上的電涌保護器都需要在有接地條件的前提下保護后端的設備，而在這種實際情況下這些電涌保護器就很難發揮作用。所以我們需要研究接地無法達到要求的情況下如何有效對電力遠程抄表系統進行雷電防護。

雷擊主要有兩種：一是直接雷擊，發生概率相對較低；二是間接雷擊，雷電放電擊中設備附近的大地，在電力線上感應中等程度的電流和電壓。間接雷擊發生概率較高。

根據電能表損壞情況分析，我們確定引起電能表損壞的主要原因是間接雷擊。間接雷擊時，電源線有感應雷電流通過，就會產生很強的磁場，感應到附近電線或信號線，并在附近電線或信號線產生二次感應雷電流，我們得出雷擊電流是通過電源線入侵到單相電能表上的結論。

我們又對通信信號部件易遭雷擊損壞的情況進行了分析。根據RS485 通信標準定義，RS485 信號線最大電壓不超過±12V，通信時實測＜1.0V，通信芯片的電壓為直流5V，都屬于低壓范疇。所以當雷擊造成電源電壓增加時就極易使通信芯片電壓超過極值，從而燒毀芯片。當雷擊瞬態過電壓不能及時消除時，就會對電能表造成損壞，特別是對于電源和通信信號部件。

2 解決方案

電源防浪涌的重點是對這部分浪涌能量的吸收和抑制，一般在用電設備內部電源部分使用一個電源電涌保護器，以達到消除瞬態過電壓的目的。該處使用的電源防浪涌保護器要求的最大通流量為10kA，限制電壓應小于1 500V。如果有信號入口，也應該在信號線入口處安裝相應的信號防雷器。根據實際情況，在接地不好的情況下，要想實現有效的雷電防護我們首先應做好電能表的屏蔽，同時在設備入口處的線路間安裝線間保護防雷器，使得瞬態過電壓發生時設備線間能達到等電位，消除線路間雷擊感應產生的瞬態過電壓。

具體實施措施如下：（1）在電能表電源線進線端安裝電源線間保護防雷器，主要防止雷電流從電源線直接進入單相電能表，裝上防雷器以后，線間能達到等電位，消除線路間雷擊感應產生瞬態過電壓，從而保護電能表。具體安裝：電源電涌保護器需要并聯安裝，不需要改變原有線路，直接在空余的地方并聯（圖1、圖2）。入戶電源為220V，分火線（L）、零線（N）兩極，智能電表的進線L線通過C25空氣開關進入智能電表，N 線直接進入智能電表。二合一電涌保護器在電源模塊處，利用2.5mm2紅色線從L端口并聯到C25空氣開關的進線端口，利用2.5mm2藍色線從N 端口直接并聯到智能電表的N 線進線端口。（2）在RS485 通信線處安裝信號線間保護防雷器。信號線與電源的距離受到產品及安裝條件限制，當雷電從電源線進來時，肯定會感應到信號線上，所以我們要安裝專門用于485信號的線間保護防雷器對其進行保護。具體安裝：信號電涌保護器需要串聯安裝。RS485通信線直接接入智能電表，分正極（＋）和負極（－）帶屏蔽層的兩芯線。把485通信線從智能電表拆下接入二合一電涌保護器信號模塊進線端，正極接模塊對應的1，負極接模塊對應的2，信號電涌保護器模塊的出線端口1和2分別接入智能電表的正極和負極。把屏蔽線的屏蔽層接入電涌保護模塊進線端的接地端口。（3）電源線與485通信線盡量分開走線，并保持一定距離。線間距離越大，感應的雷電流會越小。

經過試驗，極間放電二合一電涌保護器（電源和信號）需要達到規定指標才能有效保護電能表不被雷擊損壞。

圖1 二合一電涌保護器安裝實圖

圖2 二合一電涌保護器安裝原理圖

3 應用效果

2011年，我們在浙江省某地區進行了電表采集器線間防雷措施應用的首次試點試驗。針對某區域電表無法做接地的情況，為試點的電表采集器安裝專用極間放電二合一電涌保護器，其主要技術指標如表2 所示。經過兩年的觀察試驗，試點的電表采集器均未因雷擊而損壞，這證明了線間保護防雷器能有效保護電表采集器免遭雷擊損壞。

表2 二合一電涌保護器主要技術指標

4 結語

兩年多來，我們投入了大量資金研究遠程抄表系統防雷技術，實踐應用了專用極間放電二合一電涌保護器。實踐表明，這種防雷裝置能有效減少雷電對電力系統的危害，應用效果良好。