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110千伏荻港變電站微機與自動化裝置雷害防護

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變電站；微機；防雷

1. 項目研究背景

隨著科學技術的日新月異，微機保護和自動化裝置以其高度的靈敏性，速動性和維護管理的方便性，在電力系統(tǒng)中得到了飛速的發(fā)展和廣泛的應用。但微機系統(tǒng)越是先進，芯片的集成度就越高，電路越復雜，工作電壓越低，對環(huán)境穩(wěn)定性的要求也越高?？垢蓴_和耐沖擊始終是微機系統(tǒng)在電力工業(yè)惡劣電磁環(huán)境下應用中的兩大薄弱環(huán)節(jié)。而雷擊事件由于其極高的電壓幅值和不可預測性更是微機系統(tǒng)的“天敵”。它極大的威脅著現代化變電所的運行安全，應該引起我們足夠的重視。

2.問題的提出

110kV荻港變電站地處丘陵地帶，屬多雷區(qū)域。該變電站始建于80年代，由于原來是按常規(guī)所設計，標準比較低。近年引進一些微機裝置后，雷害現象頻頻發(fā)生。比較嚴重的就先后發(fā)生了三次由于雷電波通過所用變低壓側和兩路引出的通信電纜入侵，致使遠動柜的電源插件、 RTU信號插件、 UPS和后臺監(jiān)控微機都受到了不同程度的損壞。

3.原因分析

3.1 雷電波的侵入過程

雷電波通常是通過變電所臨近的10kV線路侵入10kV母線，再經過10kV所用變壓器高、低壓繞組間的靜電和電磁耦合，闖入低壓出線。途中經過了10kV線路閥式避雷器、母線閥式避雷器和所用變閥式避雷器3級削峰，再經過所用變低壓出線的平波作用，電壓幅值大為下降。但由于雷電波的電壓、能量極高，且閥式避雷器等設備技術上的局限性，雖然絕大部分的雷電能量都能在到達設備之前得以消除，但雷電波仍可能以幅值相對很高，但作用時間很短的低能量尖峰脈沖的形式，通過所用變壓器的低壓出線，加到變電所內所有的220V交流回路中。還有一種情況，就是感應雷電波通過調度遠動系統(tǒng)的RTU設備和信號采集的二次電纜入侵，以很高的電壓直接加到遠動系統(tǒng)的信號和傳送端上，造成接收和發(fā)送端模塊燒壞。

3.2 微機設備屢遭雷害的原因

變電站的保護和合閘電源直流系統(tǒng)的整流充電系統(tǒng)設計容量都比較大，電壓耐受能力也比較好。而且由于大容量電池組吸收尖峰脈沖的作用，和整流回路的平波作用，加到保護裝置上的脈沖電壓大大降低。再加上常規(guī)的電磁式保護裝置的元器件多為單元件的電阻、電容和電感線圈等，耐熱容量大，對尖鋒脈沖的耐受能力也比較強，所以能安全度過低能量、高電壓的沖擊暫態(tài)過程。但對于使用超大規(guī)模集成電路，運行電壓只有數伏，信號電流僅為μA級的微機裝置來說，就不一定能經受得住。這就是造成微機裝置損壞而常規(guī)保護裝置卻能安全運行的關鍵原因。

3.3 遠動載波系統(tǒng)受雷害特別嚴重的原因

首先是電源方面：調度的遠動載波系統(tǒng)多由獨立的小容量UPS供電，而這些UPS最多的是使用壓敏電阻保護。在防雷和限幅能力都比較有限，保護UPS本身尚且不夠，更不用說保護后接的電子設備了。實際運用中也屢屢發(fā)生UPS雷擊燒毀現象，所以單從提高UPS質量方面入手難以從根本上解決問題。其次是信號端方面：該所有兩路RTU出線比較長，且沒采用屏蔽電纜，又地處雷電多發(fā)區(qū)，場所端也沒裝設任何防雷設備，變電所和沿線附件落雷都很容易在電纜中感應出很高的雷電壓并通過電纜直接加到設備上，造成設備的擊穿損壞。

4.舉措與成效

4.1 把上述兩條RTU電纜換成屏蔽電纜，屏蔽層兩端接地。

4.2 在RTU端加裝壓敏電阻和防雷模塊兩級防雷保護，并在RTU微機電源處加裝“雷盾”帶保險的金屬氧化物低壓防雷裝置。

4.3 將原來的不帶防雷功能的后備式UPS換成帶防雷功能的智能在線式UPS。

4.4 在中控載波室的低壓電源（兼供調度后臺監(jiān)控微機電源）處加裝“雷盾”三相四線式帶保險的金屬氧化物低壓防雷裝置。

4.5 在所用變壓器低壓出線端加裝普通陶瓷氧化物低壓避雷器。

4.6 把全站（包括10kV母線）的10kV閥式避雷器全部更換為高質量的金屬氧化物低壓避雷器。

通過整改，形成了對雷電波的多級攔截和防護體系。經幾年來的運行實踐，至今未發(fā)生一起與雷電有關的故障，系統(tǒng)運行情況大有改善。在此期間，該所安裝的“雷盾”金屬氧化物避雷器雖熔絲熔斷而系統(tǒng)仍能安全正常運行，避雷效果相當明顯。

5.結論

雷害對采用微機系統(tǒng)的現代化變電所是一個極大威脅，變電所微機系統(tǒng)的防雷問題不可忽視。雷電波主要是通過通訊、信號采樣電纜和電源部分兩條途徑入侵。特別是低壓電源的防雷保護，尤其應該引起足夠的重視。一是引到開關場的電纜使用屏蔽電纜，屏蔽層兩端可靠接地；二是新建的微機系統(tǒng)要向廠家深入了解該系統(tǒng)防雷方面的設計，信號和數采部分一般都要求有光電隔離裝置；三是必要時可在設備的接口處加裝壓敏電阻、 TVS管或專用的防雷模塊構成的單級或多級保護。

對于電源部分，難以用單一級的避雷裝置一步到位地解決問題。而應該采用多級防護的手段，逐步把雷電壓降低到允許的范圍之內。對于微機化變電所，所用變低壓側裝設金屬氧化物避雷器是必不可少的。

在防雷設計方面，要用發(fā)展的眼光，從高標準的微機化所角度出發(fā)，遵循“整體防御、綜合治理、多重保護”的方針，通盤考慮。特別應該重視近設備端的保護，這在改造工程中往往也能起到立竿見影的效果。

［1］ 周爰秀.淺析變電站二次系統(tǒng)防雷技術.電源技術應用.2014.01

［2］ 黃海.淺談變電站二次系統(tǒng)防雷技術改造設計.北京電力高等?？茖W校學報.自然科學版.2010.03

本文通過對變電站微機與自動化裝置遭受雷害的分析，探究了遭受雷擊現象的原因，并針對原因采取了防范措施，取得了顯著成效。