变电站二次系统防雷方案.doc

变电站二次系统防雷接地解决方案设计单位广州市中能通信科技发展有限公司2007年7月目 录一、概 述2二、防雷理论和设计依据32.1 雷电对电气设备的影响32.2 完善的雷电保护系统42.3 防雷方案设计依据5三、变电所低压用电系统防雷接地方案63.1外接地网63.2室内等电位连接63.3 通过防雷器建立等电位连接63.3.1 交流电源的防雷6 3.3.2 直流电源的防雷.63.3.3 信号系统防雷7 3.3.4 GPS天馈线的防雷.7 3.3.5 RS232端口的防雷.8 3.3.6 PT回路的防雷.8四、工程图纸8室内的等电位连接见工程图CSZY-SNJD9变电所电源防雷器配置图CSZY-SPD10五、技术说明11V20C/3+NPE-AS 声光报警16一、概 述雷电是一种自然放电现象，它具有极大的破坏力，对人类的生命、财产安全造成巨大的危害。自从人类进入到电气化时代以后，雷电的破坏由以直击雷击毁人和物为主，发展到以通过金属线传输雷电波破坏电气设备为主。随着微机保护系统进入变电站自动控制系统，变电站自动化设备越来越先进，其精密程度越来越高，但从防雷角度来说，其防雷电电磁脉冲侵害的能力却明显下降，近年来，电力二次系统遭雷击灾害的事故也时有发生。因此，广东省电力公司也对此情况越来越重视，并针对变电站自动化的防雷制定了关于广东省电力二次系统的防雷规范。本公司根据对变电站自动控制系统的特点，结合省公司的防雷规范，制定出本方案，旨在最大程度下减轻雷电对二次系统的危害。二、设计依据1. 广东电网公司变电站二次系统防雷接地规范（Q/GD001 1122.03-2007）2. 建筑物防雷规范 （GB50057-94）3. 计算机房防雷设计规范 (GB50174-93)4. 计算机信息系统防雷保安器 （GA173-1998）5. 通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范 （YD5098/T-2001）6. 雷电电磁脉冲的防护 （IEC1312）7. 过电压保护器 （VDE0675）8. 低压配电系统的电涌保护器（SPD）第一部分：性能要求和试验方法 GB18802.1-20029. DL/T667-1999 远动设备及系统10. DL/T620-1997 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合三、变电所低压用电系统防雷接地方案传统的雷电防护方法由外部防护和内部防护两个环节组成。外部防护是防止雷电击中建筑物时在建筑物本身出现的火灾和机械损害。包含建筑物外将雷电放电电流导人大地的设施：避雷针(避雷带)、引下线、建筑物周围的接地网及接地系统等。在变电站建设时，我们按照GB50057-94建筑物防雷设计规范即可满足外部防护的要求。内部防护是减少被保护空间雷电流的电磁影响的措施，目的是降低由雷电流引起的电位差。只有包含完整的外部防雷设施和内部等电位连接，才能构成一个完善的雷电防护系统（如图1所示）。雷电保护系统建筑物外部防雷保护 建筑物内部雷电保护接闪器 引下线 地网 外部屏蔽 内部屏蔽 防雷器 等电位连接IEC1024，1312，61643，61644图1 雷电防护系统的构成那么概括的说，当今电子设备的防雷手段，主要采用分流、接地、屏蔽、等电位和过电压保护等方法。a.分流 利用避雷针、避雷带或避雷网等将雷电流沿引下线安全地流入大地，防止雷电直接击在建筑物和设备上。b.屏蔽 计算机系统所有的金属导线,包括电力电缆、通信电缆和信号线均采用屏蔽线或穿金属管屏蔽，在机房建设中，利用建筑物钢筋网和其他金属材料，使机房形成一个屏蔽笼。用以防止外来电磁波（含雷电的电磁波和静电感应）干扰机房内设备。c.等电位连接 将机房内所有金属物体，包括电缆屏蔽层、金属管道、金属门窗、设备外壳等金属构件进行电气连接。d.接地 在计算机网络系统中，为保证其稳定可靠的工作、保护计算机网络设备和人身安全，解决环境电磁干扰及静电危害，需要一个良好的接地系统。接地和等电位连接方式。所有引入和引出被保护空间的电源线和通信线路，或其他导体都要进行等电位连接，依据IEC51312-1说明，等电位连接的目的，在于减小保护区间内各金属部件和各系统之间的电位差。对（如金属支架、金属机柜等）需要采用导线进行等电位连接，对于带电金属体（如动力电缆等）需要采用防雷器做等电位连接。以下就是依据有关标准的要求，针对电力变电站的结构特点而设计的解决方案：3.1接地根据IEC标准及国标、行标的要求，目前大部分的建筑均采用联合接地，因此，在对变电站的接地系统进行设计施工时，如无特殊要求，建议采用联合接地的方式。接地电阻要求小于0.5。3.2室内等电位连接一般来说，变电所低压用电系统所占的面积不是很大，因此可以采用4 x 40mm扁铜带沿机房墙壁0.5m处布放成环状作为工作地接地环，每根扁铜带需要用膨胀螺钉架空510cm铺设在地面上。此接地环要用4 x 40mm扁铜带或扁钢与直流接地引下线作焊接处理。站内的设备的接地线以最短的方式，直接连接到环状工作地接地环上。防静电地板的金属支架和静电地板下的线桥都应直接连接到环状工作地接地环上。室内的等电位连接见工程图CSZY-SNJD。3.3 通过防雷器建立等电位连接3.3.1 交流电源的防雷电源部分采用三级防雷。变电站的站用电源一般是通过两台站用变，输入到交流屏内，然后供给相应的控制、保护回路所需的供电电源，由于此线路均由室外输入，不带铠装，非常容易感应到大的雷电流，而且能量也比较高，因此，第一级防雷器必需能够抵挡该雷电流带来的能量。建议在主控室1#、2#交流屏输出侧各安装一套V100-B（385V AC）三相电源防雷箱，从三相电源进线侧引线至V100-B/T上安装。其最大通流量可达到100KA（8/20us），可将大部分的雷电流泄放入地。 第二级电源防雷器采用OBO V20-C/4 C级电源防雷器，并联安装在变电所主控楼内独立的二次交流屏各段母线、充电机屏的交流输入侧，各安装一套，最大放电电流可达40KA（8/20us），主要作用是进一步将电源线引入雷电导致的过电压限制到对设备无害的水平。并且防雷器前要串联3PCS 32A的后备空气开关。第三级电源防雷器采用OBO V20-C/2单相交流防雷器，安装于远动屏、后台、小电流接地屏等的交流电源输入端，对远动屏、及后台设备提供足够的保护。另外，由于远动屏、后台等处设置了大量的远动机、服务器、光端机等精密设备，为提高此类设备的安全指标，建议在这类设备的前端加装精细保护防雷器，建议采用OBO CNS 3-D-PRC，将浪涌过电压进一步限制在设备允许的范围内。3.3.2 直流电源的防雷电力系统中的直流电源部分由蓄电池组、充电设备、直流屏等设备组成。它的作用是：正常时为变电站内的断路器提供合闸直流电源；故障时，当变电站用电中断的情况下为继电保护及自动装置、断路器跳闸与合闸、载波通信等提供工作直流电源。它的正常与否直接影响电力系统的安全可靠运行。因此，必须对站内直流电源系统设计完善的雷电防护，避免雷电过电压造成直流电源设备的损坏。根据广东电网公司变电站二次设备防雷规范的要求，防雷器应该安装在不同防雷区域的交接处，所以，在设计直流电源系统的防雷措施，主要是考虑在1#、2#直流配电屏、通信室直流屏等设备KM、HM母线端安装C级直流电源防雷器，由于KM与HM共用负极端，因此，防雷器型号可以选择OBO V20-C/3+V20-C/2，对KM、HM母线提供正极对地、负极对地、正极对负极的保护。避免雷电过电压通过直流电源线路侵害设备。另外，对直流屏48V电源输出端需要配置直流防雷器，型号为OBO V20-C/3-PH-75V.3.3.3 信号线路防雷（1）载波线路防雷变电站信号系统的防雷，主要是针对远动通道（RTU）的传输线路进行雷电防护，目前在各种变电站的远动系统中，传输的媒介包括载波、音频电缆、光纤等。因此，对通道的防雷，必须根据现场的特点分别进行防护。根据载波设备接口类型的不同选择不同的防雷器，在远动屏至通道的两个Modem输入端配置信号线防雷器，在此可以选择OBO FLD12/2.（2）远动通信线路的防雷从控制室远动屏至通信屏的通信，主要是通过语音信号线或RS232信号线，所以应根据现场的实际情况配置不同的防雷器，若采用语音信号线，则应配置OBO FLD12/2，若采用RS232接口，则应该配置OBO SD09-V24T/09.从远动屏至其他屏柜的通信线路，如至GPS设备、小电流接地屏、测控屏等的通信端口，应在远动机的RS232接口处设置防雷器，型号为OBO SD09-V24T/09.（3）通信线路的防雷从10KV小室到控制室的通信线路（如RS232、RS485、CAN总线等），应在两端相应屏柜处安装通信线路防雷器，避免线路上感应的过电压窜入设备内部。型号为若为RJ45接口，应配置型号为RJ45S-E100/4-F，若采用CON网或LAN网连接，则型号为FLD12.（4）录音电话线路的防雷在录音电话线路上，应配置信号线防雷器，型号为OBO RJ45-TELE/4-F.3.3.4 GPS时钟天馈线的防雷GPS时钟设备内部存在大量的精密电子元器件，而时钟设备的同步准确性对整个变电站的运行维护具有非常的重要性，所以，在GPS时钟天馈线输入端，配置OBO DS-BNC天馈线防雷器，可以有效阻止浪涌过电压通过天馈线系统侵入时钟设备内部，保证设备的正常运行。DSBNC是专用于高频天馈线上的防雷器。由于具有高通流能力，可适用于0-2区域的防雷器保护。内部采用附加电容很低的防雷器件和低的插入损耗，可应用于最高2.5GHZ频率的传输馈线。3.3.5 “五防”到“监控”系统通讯端口防护综合自动化站中，“五防”系统与“监控”系统通过一个标准RS232接口实现通信，雷电过电压可能在此线路上感应出浪涌过电压，造成设备端口的损坏，因此，需要在其端口处配置OBO SD09-V24/9。3.3.6 PT回路防雷方案PT回路的线电压一般为100V，换算为相电压U100/1.732=57.7V。PT回路按线路一般分4极PT回路和2极的PT回路，4极的PT回路应选用OBO的V20-C/3+NPE75V型防雷器，2极的PT回路可选用OBO的V20-C/1+NPE75V型防雷器。在PT回路安装V20-C型防雷器可以抑制由PT电缆引入的浪涌过电压，确保后端设备的安全，同时V20-C动作时不会使后端设备断电，以免引起继保装置的误动作。V20-C安装于PT端子箱内，并联于空开出线端，具体安装接线如下图所示：3.3.7 监控系统防雷方案从变电站现场各监控点引入的监控视频线、控制线等，应在监控屏内相应的输入端配置相应的防雷器，视频线路配置OBO KoaxB-E2/MF-F，控制线路配置OBO FRD24。电源输入端应配置OBO V20-C/2电源防雷器。五、工程图纸广州市中能通信科技发展有限公司室内的等电位连接见工程图CSZY-SNJD 变电所电源防雷器配置图CSZY-SPD变电站信号系统防雷配置图五、技术说明V20C/3+NPE-AS 声光报警C级电源防雷器技术优点：1、 声光报警功能。适合在有人值守的场合。在控制中心，您就可以观测到防雷器的工作状态了，方便。无人值守的场合的场合采用V20C/3+NPE-FS。2、 模块化设计。维护方便，支持热插拔，同时，在发生雷击损坏后，您只要拔出受损的模块，更换上新的模块即可。不用另行购买整套防雷器。3、 注重品质。德国OBO公司在每个模块的接触点，均采用业界产品唯一渡银设计，以降低接触电阻。4、 品质可靠。内部采用德国OBO公司投入3000万马克资金设计的熔断装置。当内部温度到达约120。C时，自动脱离电网。极为安全。5、 严格的质量控制。每个出厂的模块，均在线检测，并将出厂日期和测试结果打印在模块的底部。6、 保护能力强。单个模块可以承受40KA波形的雷击电流。业界领先。7、 宽频电压设计。单个模块的最大持续工作电压为385V，可以运用的各种复杂的电网环境中8、 安装方便。安装底座一体化设计，内部已经做好了相关跳线，安装极为方便。9、 运用范围广。在全中国各大运营商均大量配套使用。应用场合V20C/3+NPE-AS 385V分配电屏设备前端的过压保护，为的第二级防雷保护。性能特征V20-C是依据VDE-0675标准对1000V以下的低压负荷设备依据标准实行保护。它保护电气设备不受因雷电和开关操作所引起的瞬态过压损坏。作为限压型的产品，V20-C内部配备了高能量的氧化锌压敏电阻，该压敏电阻具有较佳的非线性特性。该组件具有响应时间极短、残压低、容通电流大，寿命长和无续流的优点。如果压敏电阻因过载而老化时，内置的断路器将中断与电源的连接，故障显示窗口的颜色会由绿色转变为红色。在采用OBO之特制的光控系统LCS后，每个OBO V20-C的远程监控便变得轻而易举。除此之外，V20-C还设计有声光报警装置（OBO V20-C/AS）、远距离遥信装置（OBO V20-C/FS），附带遥信的电压监视装置。在不停电的状态下，避雷器可安全地进行热插拔检测、维护、更换。V20C详细技术参数表： 型号OBO V20-C/0标称工作电压 Un75V230V385V*最大可承受工作电压 Umax 75V275V385V按VDE0675，Part6标准的分类级别C类正常放电电流上限 In(8/20)20最大测试的放电电流上限 Imax(8/20)40KA测试残压上限Ures Is=1KA240V0.8 KV1.2 KV Is=5KA300V1.0 KV1.4 KV Is=15KA400V1.3 KV1.8 KV Is=40KA550V1.9 KV2.3 KV组合模块的最大放电电流（8/20）单模块40 KA40 KA40 KA 双模块75 KA75 KA75 KA 三模块100 KA100 KA100 KA 四模块100 KA100 KA100 KA持续放电电流 IsL(2000us)200A反应时间 tA25ns在短路电流为25KA下的可承受保险丝规格100AgL连接线的线径选取范围2.5-35mm2（单股或多股铜线）固定35mm宽的导轨上，符合DIN EN5002标准颜色灰色材料聚酰亚胺工作温度范围-40C至+80C按DIN43880标准的尺寸 单模块 双模块 三模块 四模块宽17.8mm 深55mm宽35.5mm 深55mm宽52.4mm 深55mm宽71.2mm 深55mmFLD系列控制线路防雷器功能FRD、FLD作为交、直流信号控制线防雷器，采用两级过电压保护电路，此电路包括一个气体放电管、压敏电阻器和快速箝位二极管，具有通流容量高、响应时间短、保护残压低等特性。应用FRD、FLD、FRD2及FLD2防雷器适用于保护电子测量及控制系统不受在数据传输线路中的过电压所造成的损坏。FRD和FLD型系列防雷器设计用于悬浮地双线系统。由于FRD内置有串接电阻，因此若将其安装在线路中会使线路的电阻增大从而产生压降，一般适用于输出电流依负载而变的测控系统中，FLD则适用于调压控制系统中。FRD2和FLD2型系列防雷器设计用于接地单线系统。如果允许串接电阻，可选择FRD2型，对于由电压控制的系统，可选择FLD2型。因其两级构造，适用于LPZ0B至LPZ1分区接口。特性可快速、简易地使用于各种特殊电压系统中进行过电压保护。技术参数FRD5FLD5FRD2-5FRD12FLD12FRD2-12FLD2-12FRD24FLD24FRD2-24FLD2-24FRD48FLD48FRD2-48FLD2-48FRD60FLD60FRD2-60FLD2-60FRD110FLD110FRD2