變電站二次設(shè)備防雷技術(shù)

1、變電站二次設(shè)備防雷技術(shù)第1頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二2 電力二次設(shè)備雷擊防護必要性4 變電站二次設(shè)備防雷方案1 雷電基礎(chǔ)3 目前國內(nèi)電力防雷動態(tài)5 電力系統(tǒng)防雷產(chǎn)品性能要求6 公司及產(chǎn)品介紹第2頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二1.2 雷擊分類1 雷電基礎(chǔ)1.1 雷云第3頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二1.1 雷云+ + + + + + + +- - - - - -帶電的云稱為雷云第4頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二1.2 雷擊分類 雷電是一種自然現(xiàn)象，歸為大氣物理學(xué)，雷擊的分類方法比較多，按雷

2、擊形式分三類：直接雷擊、感應(yīng)雷擊、球形雷。第5頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二直接雷擊：雷云對地面某一點或雷云之間的迅猛放電。主要破壞對象是野外的建筑物、人、畜等。+ + + + + + + +- - - - - -第6頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二I KAt us1035010/350US模擬直接雷電流波0.10.50.91直接雷擊雷電波第7頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二感應(yīng)雷擊：直接雷擊發(fā)生時，由于靜電感應(yīng)與電磁感應(yīng)引起的過電壓。其主要破壞對象是電子設(shè)備。電力二次設(shè)備防護是感應(yīng)雷擊防護。+ + + + + + +

3、+- - - - - -第8頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二I KAt us8208/20US模擬感應(yīng)雷電流波0.10.50.91雷擊過電壓是高達幾千甚至上萬伏，微秒級的電脈沖。感應(yīng)雷擊雷電波第9頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二球形雷：飄浮的帶電高能量的球體，發(fā)生幾率很小，目前還沒科學(xué)的認識，有科學(xué)家認為是一個發(fā)生“核聚變”的氣體球。其危害也是隨機的。？第10頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二2 電力二次設(shè)備雷電防護必要性2.4 雷電防護基本原則2.2 電力二次設(shè)備雷電防護必要性分析2.1 雷電危害的幾種形式2.3 雷電入侵

4、樓內(nèi)設(shè)備途徑分析第11頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二雷電是人類社會八大災(zāi)害之一，據(jù)初步統(tǒng)計全球每年雷擊造成直接經(jīng)濟損失超過140億美元。在中國一個大中型以上城市每年雷擊造成直接經(jīng)濟損失超過6000萬。重大的雷擊案例1987年美國弗吉尼亞州的一火箭發(fā)射場，五枚即將發(fā)射的火箭，其中三枚因雷擊自燃點火升空。我國山東黃島油庫雷擊起火100多人傷亡，數(shù)萬立方被毀，周圍生態(tài)環(huán)境嚴重破壞。2.1 雷電危害的幾種形式第12頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二雷擊危害的幾種形式：（1）熱效應(yīng)的破壞作用，雷擊中心通道的溫度可達3000度以上。3000度以上高溫，可熔化

5、鋼鐵等金屬。第13頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二（2）沖擊波的破壞作用，雷擊通道因溫度高使氣體快速膨脹，產(chǎn)生沖擊波，該沖擊波對人、畜有很大的傷害，對建筑物等有破壞作用。氣體快速膨脹,類似炸彈,產(chǎn)生強大的沖擊波,可以使附近的人畜受傷,震碎門窗玻璃等.第14頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二（3）動力效應(yīng)的破壞作用，雷擊時強大的雷電流流過導(dǎo)體時，導(dǎo)體之間有強大的電磁力作用。雷電流I雷電流I由于雷電電磁場作用,兩導(dǎo)體間有強大的作用力.第15頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二（4）感應(yīng)雷電的破壞作用，雷擊時，周圍產(chǎn)生強大的電磁場，該

6、電磁場損壞附近的設(shè)備，處在該電磁場內(nèi)的導(dǎo)體會感應(yīng)到感應(yīng)電動勢，即過電壓。雷擊時強大的電磁場可能直接破壞設(shè)備，可能使處在其內(nèi)的導(dǎo)體感應(yīng)到很高的過電壓第16頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二（5）雷擊引起的高電壓反擊，雷擊時附近某處產(chǎn)生高電壓，該高電壓對其附近的人、畜、設(shè)備等都有危害。- - - - - -雷擊時樹為高電位，在其下的人可能被該高電位放電產(chǎn)生危險。第17頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二 2003年開始與清華教授等對國內(nèi)200多個35KV以上的變電站的二次設(shè)備雷害情況進行了調(diào)查，并編寫了變電站二次設(shè)備雷擊過電壓防護的必要性與可行性研究，調(diào)查

7、結(jié)果具體如下。2.2 電力二次設(shè)備雷電防護必要性分析第18頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二2年只有一次雷擊的站所占比例2年只有二次雷擊的站所占比例2年只有三次雷擊的站所占比例2年只有四次雷擊的站所占比例2年有五次以上雷擊的站所占比例39.2%32.8%12%8.8%6.4%2年沒有一次雷擊的站所占比例0.8%變電站二次設(shè)備2年內(nèi)遭雷擊損壞幾率第19頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二保護、錄波等設(shè)備的站所占比例后臺機的站所占比例測控（遠動）設(shè)備所占比例通信設(shè)備所占比例其他設(shè)備所占比例11.9%50.5%6.3%28.8%9.4%交流配電設(shè)備所占比例1

8、1.4%二年內(nèi)雷擊損壞變電站二次設(shè)備統(tǒng)計直流電源設(shè)備所占比例32.8%第20頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二載波饋線所占比例以太網(wǎng)線、RS232線、RS485線等（站內(nèi)被感應(yīng)）所占比例PT線占比例微波饋線所占比例普通電話線、語音線占比例25.9%46.3%21.3%23.8%19.7%交流電源線所占比例27.6%變電站二次設(shè)備2年內(nèi)遭雷擊損壞原因(雷電入侵途徑)統(tǒng)計直流電源線路所占比例7.8%雷擊但具體原因不明占比例6.3%第21頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二2.3 雷電入侵樓內(nèi)設(shè)備途徑分析 雷電入侵樓內(nèi)設(shè)備簡單地說有路與場兩條途徑，其中路是指

9、設(shè)備的配電線路、通信線路、接地線路等，場是指雷擊電磁場。引下線、附近雷擊等引起的樓內(nèi)電磁場地線通信線配電線地網(wǎng)第22頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二電源線路：電源線架空（還可能遭直接雷擊）或走電纜溝，當(dāng)其穿過雷電電磁場時都會感應(yīng)到雷擊過電壓，據(jù)IEEE等標準電源線路上的雷擊過電壓可達20KV，雷電流可達20KA。該過電壓沿配電線路直接傳到設(shè)備，并可能將設(shè)備損壞。通信線路：通信線架空（還可能遭直接雷擊）或走電纜溝，當(dāng)其穿過雷電電磁場時都會感應(yīng)到雷擊過電壓，據(jù)IEEE等標準電源線路上的雷擊過電壓可達10KV，雷電流可達3KA。該過電壓沿通信線路直接傳到設(shè)備，并可能將設(shè)備損壞

10、。第23頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二接地線路：主要是當(dāng)設(shè)備同時接有幾個地時存在地反擊，或設(shè)備接地不規(guī)范造成的危害等。雷電電磁場：雷擊時，附近有很強的電磁場，該電磁場可能直接損壞設(shè)備，也可能通過線路感應(yīng)出過電壓損壞設(shè)備。第24頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二2.4 雷電防護基本原則 雷電防護基本原則是采取綜合防護措施使得線路與空間都“干凈”。主要的措施有安裝SPD、等電位、屏蔽等。安裝SPD：SPD能泄放線路上的雷擊過電流，并將雷電壓鉗位在設(shè)備能承受的范圍內(nèi)。目前比較先進的SPD是并聯(lián)型短路工作原理。SPD相當(dāng)于一快速的電子開關(guān)，雷電過來時，開

11、關(guān)閉合，雷電入地，保護了后續(xù)設(shè)備。被保護設(shè)備并聯(lián)型SPD第25頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二等電位：正常不帶電的大件金屬體（機柜外殼等）連接起來，并與地（采用共用接地方式）做良好連接，以消除金屬件之間的電位差，防止地反擊等現(xiàn)象發(fā)生。機柜接地母排（柜下的槽鋼）地網(wǎng)第26頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二屏蔽：采用屏蔽電纜，金屬機柜屏蔽等措施，一般的屏蔽措施雖不能完全將雷電屏蔽，但屏蔽能有效地防止高頻干擾。一端接地效果差兩端接地效果良好套金屬管雙層屏蔽能屏蔽90%的雷電。第27頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二 電力系統(tǒng)高壓防雷

12、很早就開始，并取得了良好的效果,但二次設(shè)備防雷工作近幾年才開始，還沒有統(tǒng)一的行業(yè)標準。目前還在試點推廣應(yīng)用中。3 目前國內(nèi)電力防雷動態(tài)第28頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二 電力系統(tǒng)還沒二次設(shè)備防雷的行業(yè)標準。 隨著電力自動化的快速發(fā)展，才出了弱電設(shè)備防雷的需求。 電力系統(tǒng)研究雷電防護最早，早期研究高壓線路防雷。各省電力已經(jīng)開始了二次設(shè)備防雷的試點，部分省電力起草了自己的企業(yè)標準。 近幾年的變電站二次設(shè)備防雷取得了良好的防護效果。行業(yè)標準已經(jīng)在籌備中，在行業(yè)標準推出前，變電站二次設(shè)備防雷還存在局限性。第29頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二4 變電

13、站二次設(shè)備防雷第30頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二4.5 主通道信號線防雷方案4.4 交直流配電線防雷方案4.6 接地與屏蔽4.1 變電站雷擊特點4.2 雷電入侵站內(nèi)二次設(shè)備途徑分析4.3 變電站二次設(shè)備雷擊過電壓防護原理及原則4.7 實際案例第31頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二4.1 變電站雷擊特點 變電站是個包括高壓場地（部分新建站是室內(nèi)高壓）與一棟以中控室為主的小樓，設(shè)備主要集中在中控室，部分站還有通信樓。第32頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二 變電站雖然樓層不高，但有自帶高壓、外露金屬線很多特點，因此，雷擊幾率

14、及強度都很大、應(yīng)該按強雷區(qū)來設(shè)計防護措施。第33頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二4.2 雷電入侵站內(nèi)二次設(shè)備途徑分析 變電站的防直接雷擊系統(tǒng)完善，地網(wǎng)接地電阻小，雷電泄放快。雷電入侵中控室內(nèi)的自動化、繼保、通信等二次設(shè)備主要途徑如下： 低壓交流配電線路：站用變前端的高壓交流線路雖然有避雷線、高壓避雷器等，但到站用變還有1萬多2萬伏以上的過電壓脈沖，變壓器不能完全抑制這過電壓，因此，過電壓會傳到低壓線路，并傳到站內(nèi)二次設(shè)備。 220V直流配電線路：變電站的自動化等很多二次設(shè)備是直流220V配電，該直流的還送到了高壓場地，因此，220V直流線路會感應(yīng)到雷電，并傳到站內(nèi)二次設(shè)

15、備。第34頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二站內(nèi)布線層內(nèi)線路相互感應(yīng)：變電站的特點就是進出站的線多，站內(nèi)各屏（柜）之間的連接線多，而且這些都經(jīng)過布線層進出，因此，這些信號線相互感應(yīng)的幾率很大，室內(nèi)線路之間感應(yīng)的過電壓不會太高，但就足可損壞一些敏感的通信接口（如RJ45口，232口、485口等）。 進出站的信號線路：高壓場地有很多各種通信控制線路經(jīng)布線層到中控室，這些線路雖然大多數(shù)有屏蔽層，但因雷電能量集中在中低頻，一般的屏蔽措施效果不顯著，因此，這些信號線路會感應(yīng)到雷電，并傳到站內(nèi)二次設(shè)備。第35頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二測控交流直流高壓場地

16、主控通信后臺保護GPS到局調(diào)度等PTCTYXYC等線變電站主通道示意圖4.3 變電站二次設(shè)備雷擊過電壓防護原理及原則第36頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二原則：目前沒有相關(guān)標準，而現(xiàn)有的其他行業(yè)標準及框架式的國標在變電站內(nèi)沒有可操作性。 在標準頒布前，變電站二次設(shè)備的防雷還是必須的措施，并非完善的措施。原理：可能引入雷電過電壓的各種主要線路安裝相應(yīng)的SPD，做好等電位連接。第37頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二4.4 交直流配電線防雷方案站用變備份交流屏直流屏通信保護測控主控后臺監(jiān)控UPS48V整流直流母線第38頁，共55頁，2022年，5月20

17、日，5點30分，星期二（1）交流屏：作為變電站主要設(shè)備的交流總配電，應(yīng)在交流屏輸入端安裝SPD，將雷電在入口處盡量地泄放入地。其作用是作為設(shè)備總保護，同時減少室內(nèi)雷電電磁場。（2）直流屏、通信電源屏、UPS、主控屏等：其交流配電輸入端應(yīng)安裝SPD，其作用有二，一是抑制室內(nèi)電源線路上感應(yīng)的過電壓，二是作為重要設(shè)備的雙重保護。（3）保護屏、測控屏等：其交流配電輸入端為建議安裝SPD。這些屏的主要裝置主要為直流配電，但也有交流，應(yīng)按 根據(jù)實際情況來區(qū)別對待。第39頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二（4）直流屏：因直流電源送到了高壓場地，應(yīng)當(dāng)外線看待，直流屏的控母和合母都應(yīng)安裝S

18、PD，做為直流的總保護。（5）保護屏、測控屏、主控屏等：其直流配電輸入端應(yīng)安裝SPD。這些屏的主要裝置主要為直流配電，應(yīng)安裝SPD。其作用有二，一是抑制室內(nèi)直流電源線路上感應(yīng)的過電壓，二是作為重要設(shè)備的雙重保護。（6）通信屏：通信屏的直流配電輸入端為建議安裝SPD。這些屏的主要裝置主要為直流配電，但有時線路非常短，應(yīng)按 根據(jù)實際情況來區(qū)別對待。第40頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二4.5 中控室主要通道信號線防雷方案交流屏直流屏通信保護測控主控后臺監(jiān)控PT、CTM光纖載波等GPSRJ45網(wǎng)線485CAN485語音線CTPT去調(diào)度第41頁，共55頁，2022年，5月20日

19、，5點30分，星期二變電站的通信線路非常多，在沒有標準情況下，我們根據(jù)實際經(jīng)驗，以主控屏為核心按照如下設(shè)計：（1）PT、CT：根據(jù)實際情況來設(shè)計。（2）主控屏到后臺的網(wǎng)線：在主控屏側(cè)安裝SPD。（3）主控屏到保護、測控的485線（或網(wǎng)線）：在主控屏側(cè)安裝SPD。（4）主控屏到交流屏、直流屏的485線（或網(wǎng)線）：在主控屏側(cè)安裝SPD。（5）主控屏GPS線：在主控屏側(cè)安裝SPD。第42頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二（8）主控屏到后臺屏的數(shù)據(jù)線（或網(wǎng)線）：在后臺機側(cè)安裝SPD。（7）主控屏到通信屏的語音線（或網(wǎng)線）：在通信屏側(cè)安裝SPD。（6）主控屏到通信屏的語音線（或網(wǎng)線

20、）：在主控屏側(cè)安裝SPD。（9）通信屏的微波線、載波線：在通信屏側(cè)安裝SPD。第43頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二4.6 接地與屏蔽變電站地網(wǎng)A、共用接地方式B、主地線4*40以上銅或鋼(2條以上)C、設(shè)備及需接地的點就近接地排(槽鋼)。屏蔽措施:機柜接地有良好的屏蔽作用,采用屏蔽電纜.第44頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二目前，變電站的接地與屏蔽已經(jīng)比較規(guī)范，比較規(guī)范的措施如下：（1）共用接地方式，所有需要接地的設(shè)備都接到同一個地網(wǎng)。（2）中控室到主地網(wǎng)對稱布設(shè)兩條以上主地線，地線橫截面積不小于100mm2。（3）中控室內(nèi)沿各屏柜布設(shè)接地母排

21、，或直接用槽鋼做為接地母排，各屏柜就近接到接地母排。第45頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二（4）各通信線采用屏蔽電纜，屏蔽層兩端接地。（5）進出高壓場地的通信線路宜采用光纖改造。第46頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二4.7 實際案例我們在廣東、廣西、云南、四川、江西、福建等承擔(dān)了大量的電力二次設(shè)備防雷項目，取得了良好防護效果。第47頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二5 電力系統(tǒng)SPD技術(shù)性能要求 SPD是電力二次設(shè)備雷擊過電壓防護中須采用的主要防護設(shè)備，其性能的好壞直接影響防雷系統(tǒng)的效果。電力的二次設(shè)備比任何一個系統(tǒng)的設(shè)備都

22、復(fù)雜，它是一個包含了自動化、通信、計算機等多種弱電設(shè)備在內(nèi)的復(fù)雜的系統(tǒng)。SPD不但要求能保護這些二次設(shè)備的安全，同時不能影響這些設(shè)備的正常運行。因此，電力系統(tǒng)的SPD比一般系統(tǒng)要求高。第48頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二 電源SPD除常規(guī)電氣性能必須滿足我國電網(wǎng)要求，通信SPD必須滿足頻率等通信質(zhì)量要求外，SPD在安全方面必須充分考慮如下性能要求：5.1 放電電流5.2 殘壓5.3 保護模式5.4 過流等脫扣5.5 特殊要求第49頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二5.1 放電電流交流電源SPD根據(jù)實際情況選擇放電電流：雷環(huán)境較好地方選用20KA（

23、8/20US），惡劣地方選用40KA（8/20US）。48V、220V直流電源SPD一般選擇放電電流：15KA （8/20US） 。通信及網(wǎng)絡(luò)SPD一般選擇放電電流：10KA （8/20US） 。目前有些標準提出100KA（8/20）或25KA（10/350）的SPD，我們尊重這些標準，但實際上電力系統(tǒng)從來就不提10/350，電力一次設(shè)備防雷都只是提50KA（8/20），這是對架空高壓線路的，難道對其后的二次線路還要安裝100KA的SPD嗎？第50頁，共55頁，2022年，5月20日，5點30分，星期二5.2 殘壓殘壓可簡單地理解為雷電被SPD瀉放后的剩余電壓。是表征防雷產(chǎn)品安全性能中最根本的參數(shù)，IEEE 1100-19