浙江浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限責任公司 吳夢可

0 引言

每到雷雨季節(jié)，部分電力企業(yè)的電力系統(tǒng)自動化設(shè)備很容易受到雷擊損害，這不僅給電力企業(yè)帶來嚴重的經(jīng)濟損失，也難以維護電力系統(tǒng)調(diào)度工作的正常進行，更會影響到人們的日常生活與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動。隨著電力系統(tǒng)容量的不斷增加，電力系統(tǒng)自動化水平在不斷發(fā)展與提高，電力調(diào)度自動化系統(tǒng)需要使用的電子計算機與電子設(shè)備也逐漸增多。因此，電力企業(yè)的技術(shù)人員要做好浪涌保護工作，降低雷電與大功率電器開關(guān)形成的浪涌危害，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1 浪涌產(chǎn)生的原因與危害

浪涌產(chǎn)生的原因主要有兩個：雷電及大功率電器的斷開與閉合。雷電形成的浪涌是雷電浪涌，大功率電器的斷開與閉合形成的浪涌是操作浪涌。

雷電形成的浪涌可以分為雷電直擊與雷電感應(yīng)。雷電形成的浪涌尖波幅值較高，時間極短，低頻特征明顯，主要集中在頻率較低的頻段。雷電浪涌在浪涌總量中所占的比例不高，但是危害卻極大，有時很小的浪涌沖擊就能夠直接破壞一些敏感電子設(shè)備的集成芯片與主板，對設(shè)備的控制系統(tǒng)造成嚴重的損害，影響到整個運行系統(tǒng)，也會減少電力設(shè)備的使用壽命。雷電感應(yīng)則是雷電放電擊中設(shè)備附近的大地，在電力線路上感應(yīng)中等程度的電流和電壓。

而大部分浪涌的產(chǎn)生卻是由大功率感性負荷的使用造成的，也就是操作浪涌，這種浪涌的上升時間與下降時間都比較長，電流與電壓幅值較低，也會影響電力設(shè)備的安全運行。

2 浪涌保護器件分析

目前，常用的浪涌保護器件主要有壓敏電阻、暫態(tài)抑制二極管與熔斷器等，這些器件由于結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、性能良好、體積小、易安裝等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用。

當壓敏電阻遇到瞬時超過它的啟動電壓時，立即由高阻抗變?yōu)榈妥杩?，讓瞬間巨大的浪涌泄放到大地。壓敏電阻因其非線性特性良好、通流容量大、常態(tài)漏電流小、無續(xù)流等優(yōu)點，成為現(xiàn)在浪涌保護中的主要器件，但其缺點是容易老化；暫態(tài)抑制二極管主要包括了二極管與雪崩二級管，這種保護器件與壓敏電阻相比非線性特性稍差，通流能力也較差，電流負荷量小。但是具有響應(yīng)時間較快、寄生電容小等優(yōu)點。當有瞬態(tài)電壓發(fā)生時，瞬態(tài)抑制二極管將快速響應(yīng)擊穿，以耗散大的浪涌電流，使電路得以保護；熔斷器的響應(yīng)時間較長，不適宜應(yīng)用在高靈敏、高速的過電流浪涌保護上。

3 浪涌保護技術(shù)

3.1 對電子線路的多級保護

由于部分電子線路比較脆弱，使用一種浪涌保護器件不能實現(xiàn)良好的保護效果。在實際工作中，可以使用多種浪涌保護器，采取多級保護電路的方式來提高保護效果。

下面介紹一種簡單的多級保護電路：就是將通流能力大、殘壓水平低的壓敏電阻作為第一級保護；將反應(yīng)時間快，通流能力小的暫態(tài)抑制二極管作為第二級保護；熔斷器雖由于響應(yīng)時間長，對單個快速浪涌沒有明顯反應(yīng)，但對于較多的重復(fù)浪涌，就可以利用熔斷器作為第三極保護，有效地熔斷過大電流，保護電子線路。下圖為多級綜合保護電路原理圖。

多級綜合保護電路原理圖

3.2 不同電力系統(tǒng)的浪涌保護方案

為了降低浪涌對電子設(shè)備的損害程度，在工程施工中應(yīng)安裝浪涌保護器，也可以稱之為信號防雷保護器。它能夠為各種電力設(shè)備、儀器儀表與通訊線路提供安全保護。當電氣回路或通信線路受外界干擾時會產(chǎn)生尖端電流或電壓，安裝浪涌保護器可以在最短的時間中導(dǎo)通分流，避免浪涌對設(shè)備造成的損害。

一般在電氣設(shè)計時將電力系統(tǒng)設(shè)計為三級防護：第一級防護是為了泄放直接雷擊電流，或者是泄放電源在受到直接雷擊時產(chǎn)生的極大能量，通常將第一級防護浪涌保護器設(shè)置在大樓總配電柜的位置；第二級防護的目的是將已經(jīng)通過第一級防護后剩下的殘余浪涌電壓，利用浪涌保護設(shè)備限制到2kV以下，第二級防護浪涌保護器通常被設(shè)置在各樓層分配電柜處，也可以安置在重要電子設(shè)備的輸入電源處；第三級防護作為最后的防護設(shè)備，可將殘余浪涌電壓利用浪涌保護設(shè)備降至1kV以內(nèi)。

3.3 電力設(shè)備的終極保護

多級浪涌保護方案能夠很好地降低浪涌對設(shè)備的損害，但是也不能保證完全消除浪涌殘壓，因為浪涌耦合渠道一般是立體的多通道的，由各種耦合產(chǎn)生的相線之間的電浪涌占各種浪涌的60%以上，所以還是要實行電力設(shè)備的終極保護。

終極保護對設(shè)備的要求較高：一.要求要擴大保護器件終極防護電壓等級范圍；二.由于現(xiàn)在的電子設(shè)備設(shè)計體積較小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，就要求保護器件體積要小并具有良好的通流能力；三.在任何一個集成電路組成的電子設(shè)備中具有眾多的電子器件，一旦一個電子器件出現(xiàn)問題就會影響整個電子設(shè)備，因此對其電磁兼容性能有很高的要求；四.在電子設(shè)備中，信號傳輸?shù)乃俣确浅？?，要求浪涌保護器件的響應(yīng)速度也要非常快，這時可以選擇壓敏電阻與暫態(tài)抑制二極管。這些浪涌保護器件都有結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、性能佳的優(yōu)勢，并且體積非常小，有利于在印刷電路板上安裝。

4 浪涌保護技術(shù)的具體應(yīng)用

在實際的電力系統(tǒng)中，影響電力自動化設(shè)備的干擾有共模干擾與差模干擾兩種，這兩種干擾通常是同時產(chǎn)生的，因此在利用浪涌保護器件時要以抑制這兩種干擾為目標。

從人身、設(shè)備的安全與抗干擾的角度分析，變電站與調(diào)度中心的自動化設(shè)備應(yīng)采用共同的接地系統(tǒng)，并在合適的地方預(yù)埋等電位聯(lián)結(jié)板。

應(yīng)用在電力自動化設(shè)備中的浪涌保護器有有源保護型與信號保護型兩種，通常電源接口的保護器是應(yīng)用在電子設(shè)備的電源進線端口，主要作用是阻止浪涌電壓從電源端口侵入設(shè)備，利用浪涌保護器件將浪涌能量釋放到大地中，控制電源電壓；信號接口的浪涌保護器通常是用在調(diào)度中心與廠站端的模擬通道中，或者是數(shù)字通道中，能有效降低浪涌對電力線路的影響。

浪涌保護器可把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)姶蟮睦纂娏餍沽魅氲?，保護被保護的設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。目前，在電廠6.3kV系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用浪涌保護器，實現(xiàn)對雷擊過電壓特別是操作過電壓的防護作用。一般電廠廠用電電壓等級選用6.3kV，該電壓等級為不接地系統(tǒng)，由于廠用高壓電氣輔助設(shè)備較多，存在啟停操作頻繁情況，因此操作過電壓對設(shè)備危害較大。啟動電動機時引起的過電壓原因是電動機的大啟動電流及電源電纜長度長，分布對地電容容量大，有呈電容性負載的可能性，斷路器在合閘過程中，由于突然加壓，會出現(xiàn)容升現(xiàn)象，即合閘涌流，從而產(chǎn)生過電壓；在分斷小容量電機（小電流）時，由于斷路器中去游離作用很強，故當電流未到零時，就可能發(fā)生強烈熄弧，這樣電感中貯藏的磁場能量將全部轉(zhuǎn)化為電場能量，從而產(chǎn)生過電壓。三相組合式浪涌保護器安裝在斷路器出線端，當有過電壓或過電流出現(xiàn)時，浪涌保護器將對地導(dǎo)通，實現(xiàn)對地分流,從而達到間接等電位的目的。對于其他電壓等級不同的接地系統(tǒng)，浪涌保護器的接線方法也不一樣，一般有對地法和N-PE法兩種保護。除TT系統(tǒng)浪涌保護器安裝在剩余電流保護器的電源側(cè)必須用N-PE法以外，一般均使用對地法。

5 結(jié)束語

電力自動化設(shè)備的浪涌保護是一項重要且復(fù)雜的工作，浪涌保護器是主要針對浪涌危害而研發(fā)的保護器，能夠有效地泄放因雷電或大功率電器開關(guān)操作形成的巨大電流與電壓，降低浪涌對電子設(shè)備的損害，延長電子設(shè)備的使用年限。電力企業(yè)要積極安裝有自動化設(shè)備的變電站與調(diào)度中心，提高浪涌保護技術(shù)，做好防雷、防過電壓工作，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

[1]逯宗勝.電子設(shè)備的浪涌保護[J].華章.2010(33):191.

[2]唐海津.淺談電力系統(tǒng)防雷中的浪涌保護[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品.2011(04):247-248.