變電站二次系統(tǒng)防雷介紹

1、變電站二次系統(tǒng)防雷介紹一、二次系統(tǒng)防雷的意義變電站二次系統(tǒng)指變電站內(nèi)保護(hù)設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備、通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及監(jiān)控系統(tǒng)、交直流電源系統(tǒng)等各種二次設(shè)備的總稱。二次系統(tǒng)集中了變電站自動(dòng)化監(jiān)控管理的重要設(shè)備, 具有微機(jī)監(jiān)測(cè)、監(jiān)控、保護(hù)、小電流接地選線、故障錄波、低頻減載、 “四遙”遠(yuǎn)傳等功能 , 在電力調(diào)度自動(dòng)化領(lǐng)域起著舉足輕重的作用。近年來(lái)， 隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的不斷發(fā)展，微機(jī)保護(hù)和自動(dòng)化設(shè)備在電力系統(tǒng)中得到大量的應(yīng)用，調(diào)度通訊、網(wǎng)絡(luò)等信息設(shè)備越來(lái)越多，規(guī)模越來(lái)越大，一方面自動(dòng)化系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通訊系統(tǒng)等設(shè)備核心元件耐過(guò)電壓、過(guò)電流和抗雷電電磁脈沖的能力越來(lái)越差，敏感性提高；另一方面由于信號(hào)

2、來(lái)源路徑增多，系統(tǒng)較以前更易遭受雷電波侵入，致使雷電災(zāi)害頻繁發(fā)生，影響二次系統(tǒng)正常運(yùn)行，特別是雷電多發(fā)區(qū)，輕者導(dǎo)致設(shè)備損壞、性能下降，重者造成系統(tǒng)癱瘓。變電站二次系統(tǒng)遭受雷擊的事例及原因分析如下：1、重避雷輕接地事故過(guò)程：2008年7月11日，威海轄屬石島某35kV變電站1#避雷針遭雷擊后，其 附近電纜溝內(nèi)二次電纜起火，導(dǎo)致保護(hù)裝置完全失靈，造成災(zāi)難性的事故。事故分析：我們通常所說(shuō)的避雷針并不能起到躲避雷擊的作用，相反稱之為引雷針或接閃器似乎更恰當(dāng)。它只是把周圍強(qiáng)大的雷電能量泄放到大地，起到引雷入地的作用，從而避免周圍被保護(hù)設(shè)備遭到損害。當(dāng)避雷針遭雷擊后，強(qiáng)大的雷電流沿避雷針和接地引下線進(jìn)入變

3、電站的接地網(wǎng)，再經(jīng)接地網(wǎng)流入大地時(shí)，造成接地網(wǎng)的局部電位迅速升高。如果該接地網(wǎng)的接地電阻太大，局部電位升高超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，就會(huì)對(duì)附近電纜溝內(nèi)的電纜產(chǎn)生反擊或旁側(cè)閃擊，引起電纜著火，造成災(zāi)難性的事故。2、重直擊雷輕感應(yīng)雷事故過(guò)程：2012年7月，汾西礦業(yè)集團(tuán)某110kV變電站在雷電活動(dòng)時(shí)造成該站綜合自動(dòng)化插件損壞，并使 35kV開(kāi)關(guān)誤動(dòng)。事故分析：變電站內(nèi)的通訊、自動(dòng)化控制系統(tǒng)的損壞大都是由感應(yīng)雷造成的。當(dāng)雷電活動(dòng)時(shí)其周圍的磁場(chǎng)發(fā)生強(qiáng)烈的變化，雷電所形成的強(qiáng)電場(chǎng)會(huì)以靜電感應(yīng)的方式在附近的導(dǎo)體上感應(yīng)出很高的感應(yīng)電壓，而計(jì)算機(jī)等電子器件又是對(duì)干擾非常敏感的元件，因此極易造成微機(jī)保護(hù)和綜合自動(dòng)化系統(tǒng)模

4、塊損壞，或者導(dǎo)致微機(jī)保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)。3、重高壓設(shè)備輕弱電系統(tǒng)事故過(guò)程：2012年9月，同煤浙能集團(tuán)某煤礦辦公樓10kV變電所遭雷擊，高壓設(shè)備安然無(wú)恙，保護(hù)裝置電源模塊損壞。事故分析：雷電活動(dòng)時(shí)，雷電波沿 10kV線路侵入到10kV母線，再經(jīng)過(guò)10kV所用交變電磁耦合，闖入低壓出線。由于雷電波的電壓、能量極高，雖然經(jīng)過(guò)10kV 線路避雷器、母線避雷器和所用交變避雷器三級(jí)削鋒和所用交變低壓出線的平波作用，電壓幅值大大降低，但雷電波仍以高幅值、尖脈沖的形式，瞬間加到低壓電源系統(tǒng)。由于大多數(shù)變電站在低壓電源系統(tǒng)沒(méi)有過(guò)電壓保護(hù)措施，雷電過(guò)電壓得不到有效抑制，因而在低壓電源系統(tǒng)中絕緣薄弱處造成擊穿。相對(duì)于

5、二次系統(tǒng)的快速發(fā)展，二次系統(tǒng)的的雷擊防護(hù)工作還存在不少認(rèn)識(shí)誤區(qū)， 還有很多需要完善的地方。在這種環(huán)境下，更凸顯出變電站二次設(shè)備雷擊防護(hù)工作的必要性和重要性。二、雷電入侵二次系統(tǒng)途徑雷擊過(guò)電壓入侵變電站二次系統(tǒng)的主要途徑有：1) 配電線路對(duì)于配電線路引入的雷電過(guò)電壓雷電波通常是通過(guò)變電站臨近的線路侵入母線，再經(jīng)過(guò)變壓器高、低壓繞組間的靜電和電磁耦合，進(jìn)入低壓出線，途中經(jīng)過(guò)了線路避雷器、母線避雷器等多級(jí)削峰，再經(jīng)過(guò)變壓器低壓出線的平波作用，電壓幅值大為下降。但由于雷電波的波峰幅值和能量很大，雖然雷電波在經(jīng)過(guò)上述避雷器后，大部分能量得以消除，但仍有部分雷電波以幅值相對(duì)很高且作用時(shí)間很短的低能量尖峰脈

6、沖的形式通過(guò)變壓器的低壓出線，加到變電站內(nèi)所有的380V交流回路中。220V等直流線路因進(jìn)出高壓場(chǎng)等原因也是引入雷電的主要線路。2) 通信線路引入雷擊目前， 變電站二次系統(tǒng)采用了多種多樣的通信線路進(jìn)行同一系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備與設(shè)備之間、 系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的連接。導(dǎo)體型通信線路感應(yīng)到雷電后，雷擊過(guò)電壓直接傳到設(shè)備，該過(guò)電壓輕則使設(shè)備加速老化，重則直接將設(shè)備損壞。對(duì)于電力系統(tǒng)來(lái)講，電話音頻與 MODEM連接線、RS485 RJ45網(wǎng)線、FDK/CAN現(xiàn)場(chǎng)總線、LON WORKs GPS及微波載波等饋線等都是引入雷電的通信線路。因目前遠(yuǎn)距離多采用光纖傳輸，所以以上大部分通信線路主要是在室內(nèi)被其他線路上的過(guò)電壓感

7、應(yīng)。3) 雷電電磁場(chǎng)上述兩條途徑是有形的看得到的途徑，而電磁場(chǎng)是空間傳播看不到的東西，這里的雷電電磁場(chǎng)是指雷擊引起的室內(nèi)的電磁場(chǎng)，主要集中在電纜溝、布線層及電纜井內(nèi)。該電磁場(chǎng)使室內(nèi)的線路感應(yīng)到過(guò)電壓，該過(guò)電壓直接傳到設(shè)備，進(jìn)出 高壓場(chǎng)地的各種線路（如交流采樣、開(kāi)關(guān)量回路等）都是雷電電磁場(chǎng)的產(chǎn)生源。4）地電位反擊對(duì)于電力系統(tǒng)來(lái)講，因采用共用接地方式，不存在地與地之間反擊，但地電位因雷擊抬高時(shí)使得設(shè)備接地線對(duì)設(shè)備其他外接線之間可能產(chǎn)生能損壞設(shè)備的電位差。三、二次系統(tǒng)防雷措施變電站二次系統(tǒng)的主要防護(hù)工程措施有：傳統(tǒng)的雷電防護(hù)方法由外部防護(hù)和內(nèi)部防護(hù)兩個(gè)環(huán)節(jié)組成。外部防護(hù)是防止雷電擊中建筑物時(shí)在建筑物

8、本身出現(xiàn)的火災(zāi)和機(jī)械損害包含建筑物外將雷電放電電流導(dǎo)人大地的設(shè)施避雷針（避雷帶）、引下線、建筑物周圍的接地網(wǎng)及接地系統(tǒng)等。內(nèi)部防護(hù)是減少被保護(hù)空間雷電流的電磁影響的措施，目的是降低由雷電流引起的電位差。那么概括的說(shuō)，當(dāng)今電子設(shè)備的防雷手段，主要采用分流、接地、屏蔽、等 電位和過(guò)電壓保護(hù)等方法。1）分流利用避雷針、避雷帶或避雷網(wǎng)等將雷電流沿引下線安全地流入大地，防止雷電直接擊在建筑物和設(shè)備上。2）屏蔽計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所有的金屬導(dǎo)線，包括電力電纜、通信電纜和信號(hào)線均采用屏蔽線或穿金屬管屏蔽，在機(jī)房建設(shè)中，利用建筑物鋼筋網(wǎng)和其他金屬材料，使機(jī)房 形成一個(gè)屏蔽籠。用以防止外來(lái)電磁波（含雷電的電磁波和靜電感應(yīng)

9、） 干擾機(jī)房 內(nèi)設(shè)備。3）等電位連接國(guó)際上非常重視等電位連接的作用，它對(duì)用電安全、防雷以及電子信息設(shè)備 的正常工作和安全使用，都是十分必要的。根據(jù)理論分析，等電位連接作用范圍 越小，電氣上越安全。等電位聯(lián)結(jié)分為：總等電位聯(lián)結(jié)（MEB）和局部等電位聯(lián)結(jié)（LEB） o國(guó)家建筑 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集等電位聯(lián)結(jié)安裝（02D501-2）對(duì)建筑物的等電位聯(lián)結(jié)具體做法作 了詳細(xì)介紹?？偟入娢宦?lián)結(jié)做法是通過(guò)每一進(jìn)線配電箱近旁的總等電位聯(lián)結(jié)母排將下列 導(dǎo)電部分互相連通：進(jìn)線配電箱的 PE（PENW排、公用設(shè)施的上、下水、熱力、 煤氣等金屬管道、建筑物金屬結(jié)構(gòu)和接地引出線。它的作用在于降低建筑物內(nèi)間 接接觸電壓和不同金屬

10、部件間的電位差，并消除自建筑物外經(jīng)電氣線路和各種金 屬管道引入的危險(xiǎn)故障電壓的危害。4）接地規(guī)范變電站設(shè)備的接地、屏蔽工作，是提高二次設(shè)備防雷水平最直接、最 有效的措施：1、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)及其它二次設(shè)備應(yīng)共同接入變電站主地網(wǎng) ，首先檢 查變電站接地網(wǎng)接地電阻是否在設(shè)計(jì)值以下，一般不宜大于0.5 Q ,接地電阻 越小，設(shè)備抗干擾能力就越強(qiáng)。2、主控室接地網(wǎng)采用各盤(pán)柜內(nèi)接地銅排用連線首尾相連，最后形成環(huán)網(wǎng)，接 地銅排截面積不小于100mm。銅牌之間連線采用多股絕緣銅導(dǎo)線，截面積不 小于100mn2,銅牌及連線接線端子均電鍍或鍍錫，防止氧化增大接地電阻。3、高壓開(kāi)關(guān)柜接地網(wǎng)要求與主控室接地網(wǎng)類

11、似，但應(yīng)將該接地網(wǎng)與高壓開(kāi)關(guān) 柜絕緣，接地點(diǎn)與避雷器接地點(diǎn)距離應(yīng)不小于 15m,防止一次系統(tǒng)接地引起開(kāi)關(guān) 柜柜體電位升高對(duì)接地網(wǎng)的“反擊”。4、高壓開(kāi)關(guān)場(chǎng)接地網(wǎng)要求與高壓開(kāi)關(guān)柜接地網(wǎng)類似，主要用于二次電纜屏蔽 層及鎧裝層接地。四、主要測(cè)試方法1、避雷針測(cè)試變電站避雷針主要是用全站儀來(lái)測(cè)量其高度，用來(lái)計(jì)算其保護(hù)范圍，除此之 外，還用接地電阻儀來(lái)測(cè)量其接地電阻。2接地網(wǎng)測(cè)試接地網(wǎng)用接地網(wǎng)接地電阻測(cè)試儀測(cè)量，測(cè)量方法：首先將將儀表上的P2、C2連結(jié)在一起，再如下圖所示進(jìn)行布極，G為被測(cè)接地裝置，P為測(cè)量用的電壓 極，C為電流極。圖中測(cè)量用的電流極C和電壓極P離被測(cè)接地裝置G邊緣的距 離為dGC= (

12、4-5) D和dGP= (0.50.6) dGC, D為被測(cè)接地裝置的最大對(duì)角線長(zhǎng) 度，點(diǎn)P可以認(rèn)為是處在實(shí)際的零電位區(qū)內(nèi)。為了較準(zhǔn)確地找到實(shí)際零電位區(qū)時(shí)， 可把電壓極沿測(cè)量用電流極與被測(cè)接地裝置之間連接線方向移動(dòng)三次，每次移動(dòng)的距離約為dGc的5%,測(cè)量電壓極P與接地裝置G之間的電壓。如果電壓表的 三次指示值之間的相對(duì)誤差不超過(guò) 5%,則可以把中間位置作為測(cè)量用電壓極的位置。電極分布圖如下:3、接閃器測(cè)量首次檢測(cè)時(shí)應(yīng)用經(jīng)緯儀或測(cè)高儀和卷尺測(cè)量接閃器的高度、長(zhǎng)度、建筑物的長(zhǎng)、寬、高，然后根據(jù)建筑物防雷類別用滾球法計(jì)算其保護(hù)范圍，測(cè)量接閃器的 規(guī)格尺寸，應(yīng)符合 GB5005J1994中第4章的要

13、求。檢查接閃器上有無(wú)附著的 其他電氣線路。如果接閃器上有附著的其他電氣線路則應(yīng)按GB50169-1992中第2.5.3條規(guī)定檢查，即“裝有避雷針和避雷線的構(gòu)架上的照明燈電源線，必須 采用直埋于土壤中的帶金屬護(hù)層的電纜或穿入金屬管的導(dǎo)線。電纜的金屬護(hù)層或金屬管必須接地 埋入土壤中的長(zhǎng)度應(yīng)在10m以上，方可與配電裝置的接地相連 或與電源線、低壓配電裝置相連接”。4、引下線根據(jù)GB50057-2010的第4章要求，第一類防雷建筑物和第二類防雷建筑物至少應(yīng)有兩條引下線，其間距離分別不得大于 12m和18m；第三類防雷建筑物 周長(zhǎng)超過(guò)25m或高度超過(guò)40m時(shí)，也應(yīng)有兩條引下線，其間距離不得大于25m。防

14、直擊雷的專設(shè)引下線距建筑物出入口或者人行道邊沿不易小于3米，引下線截面銹蝕30%以上者應(yīng)予以更換。實(shí)際測(cè)量時(shí)，可用全站儀對(duì)其的距離進(jìn)行精確 測(cè)量，來(lái)驗(yàn)證其是否達(dá)到規(guī)定的要求。5、電磁屏蔽用毫歐表檢查屏蔽網(wǎng)格、金屬管、（槽 ）防靜電地板支撐金屬網(wǎng)格、大尺寸金屬件、房間屋頂金屬龍骨、屋頂金屬表面、立面金屬表面、金屬門窗、金屬格柵和電纜屏蔽層的電氣連接，過(guò)渡電阻值不宜大于0.03Q。用卡尺測(cè)量屏蔽材料規(guī)格尺寸是否符合本標(biāo)準(zhǔn)GB50057-1994的5.6.1.4的要求。計(jì)算建筑物利用鋼筋或?qū)ｉT設(shè)置的屏蔽網(wǎng)的屏蔽效率，電磁場(chǎng)屏蔽的計(jì)算方法參考 GB50057 1994中第 6.3.2條的規(guī)定。6、等電

15、位連接使用智能等電位測(cè)試儀測(cè)試，測(cè)試儀的一端接觸一個(gè)測(cè)試基準(zhǔn)點(diǎn)，比如等電位連接端子，另一端與被測(cè)設(shè)備接觸，所得到的電阻如果小于3 歐姆， 可以認(rèn)為是導(dǎo)通的，否則不導(dǎo)通。以上測(cè)試方法參考GB50057-1994中第6.3.4條的規(guī)定。7、浪涌保護(hù)器安裝（一）電源部分（ 1）現(xiàn)場(chǎng)情況分析1）檢查建筑物種類及外部環(huán)境，首先觀察變電站的位置位于市區(qū)、郊區(qū)或高山；其次需要觀察是變電站是否有架空線引入。2）檢查建筑物內(nèi)供電系統(tǒng)的類別，了解變電站是單相還是三相供電；是否是TT或TN供電制式。3）觀察供電環(huán)境是否惡劣，電源電壓是否穩(wěn)定，接地網(wǎng)電阻是否偏高。4）分析變電站是否需要額外報(bào)警功能。（ 2）分析收集的

16、數(shù)據(jù)及確定型號(hào)1）可參考GB50057及YD5098等標(biāo)準(zhǔn)，選擇第一級(jí)防雷器的最大通流量。2）按照TN-C-S TN-S或TT系統(tǒng)對(duì)于選擇防雷器基本型號(hào)的要求選型。3）如需選擇帶有報(bào)警功能，擇需選擇帶有報(bào)警功能的防雷器，如：OBO 防雷器一般提供AS和 FS（二）通信防雷（1）現(xiàn)場(chǎng)情況分析1）確定通信線路是否有架空線引入的情況以及是否需要進(jìn)行兩級(jí)防雷保護(hù)。（2）分析收集的數(shù)據(jù)及確定型號(hào)1）如有架空線引入的情況，需要考慮 OBO+F兩級(jí)防雷器。如沒(méi)有，則只需 考慮加裝OBO的F級(jí)防雷器。2）通信線路防雷器的最高工作電壓的選擇是依據(jù) 通信線路的工作電壓來(lái)確定，防雷器的最高工作電壓必須大于通信電壓的 1.2倍, 3）通信線路防雷器安裝在線路上時(shí)，其支持的最高傳輸速率應(yīng)大于通信線的傳 輸速率，否則將導(dǎo)致通信中斷或誤碼率增等情況。4）通