变电站过电压防护技术之我见.doc

变电站过电压防护技术之我见 摘 要：本文结合变电站现场实际情况对防护技术措施的初步探讨，着重对站用电系统过电压防护、综合自动化系统过电压防护、不间断电源设备（UPS）过电压防护和通信接口过电压防护进行研究。希望在今后新建变电站或者对老旧变电站进行综合自动化改造时，加强对过电压防护系统的同时规划和设计，确保设备和电网的安全稳定运行。 关键词：变电站；过电压保护；可靠运行；站用变 1 过电压的分类和影响 变电站过电压的主要形式分为外部过电压和内部过电压，外部过电压主要指雷击过电压，雷击过电压主要通过直击过电压、感应过电压两种方式对变电站产生影响。雷电直击导线或系统设备，引起幅值高、陡度大的过电压，对设备绝缘产生破坏，造成设备损坏。内部过电压主要是由电力系统内部运行方式改变引起的，主要有工频过电压、谐振过电压、操作过电压。当系统出现短路或断路器断开然后重新达到某种稳定状态，在这个过程中出现的过电压称为工频过电压，也称暂态过电压。 2 过电压防护的背景 随着综合自动化系统和通信自动化系统等二次弱电系统在变电站的广泛应用，这类电子系统元器件的集成度愈来愈高信息存储量愈来愈大，速度和精度不断提高，而工作电压只有几伏，信息电流仅为微安级，因而对外界干扰极其敏感，特别对雷电等电磁脉冲和过电压的耐受能力很低。当雷电等过电压和伴随的电磁场达到某一阀值时，轻则引起系统失灵，重则导致设备或其元器件永久性损坏。尽管雷电直击电子系统的可能性不大，但是雷击附近大地、建筑物、交流供电线路和空中雷云放电时直接形成的，或者由于静电感应及电磁感应形成的冲击过电压，都有可能通过与之相连的电力线路、信号线路或接地系统通过各种接口，以传导、耦合、辐射等形式，侵入电子系统并酿成严重的干扰或事故。 3 过电压保护设计 IEC（国际电工委员会）认为防雷方式主要包括外部防雷和内部防雷。外部防雷系统主要由避雷针、引下线、接地系统组成，防止变电站受到雷电直击。内部防雷主要针对雷电的侵入或其他内部过电压损坏设备。IEC内部防雷系统对进行EMP分区，在设备的电源线、信号线、数据线等内装入防雷和过电压装置，能有效防止雷电波侵入、电压反击、浪涌过电压等对系统设备造成损坏。 浪涌过电压保护器采用串联和并联的接线方式，对暂态过电压进行防护。串联连接方式相对并联连接方式具有一定的弊病，当通讯数据串入浪涌过电压保护器时，常因为信号不匹配或信号干扰造成数据无法正常传输，需要对传输情况进行反复检查，及时发现故障，更换浪涌过电气保护器。并联连接方式不会产生数据传输问题，但技术要求较高。 4 变电站过电压防护 4.1站用电系统过电压防护 在站用变压器和馈电屏之间需要采用屏蔽电缆，保证设备接地状态良好。设备与保护接地一般相同的接地装置，且处于LPZOB区，该区电磁脉冲强烈，对设备影响较大。站用变压器中防雷器虽然能阻止一定量的侵入波，但是线路残压高，当变电站受到雷击时，线路耦合，电位升高，反击过电压仍然较高，变压器的高压侧的电压更高，这些都迫使通信调度系统对供电回路采取一定的过电压保护。 雷电对变电站的影响根据距离主要可以分为两个区域，雷击发生在2 km内对变电站的影响大大超过2 km以外的范围，对雷电防护的区域也分为B、C两个级别进行分流保护。在B级防雷区需要使用通流容量大的防雷装置，不仅能将雷电流泄散入地，还能将过电压减小能设备可承受范围内。在C级防雷区，一般采用残压较低的防雷装置，能有效将回路中残余雷电流泄散入地，从而降低电压，对设备起到保护作用。 4.2综合自动化系统过电压防护 防护位置：微机型综合自动化系统承受过电压的能力极低，几百伏的过电压就足以将设备损坏，因此必须对高压侧避雷器的残压（几千伏）进行进一步的抑制，以满足设备绝缘水平的需要，同时由于地电位升高而感应到电源回路零线的过电压也高达上千伏，因此必须在采用交流综合自动化系统的交流回路上加装c级单相浪涌过电压保护器。安装位置宜选择在综合自动化屏交流电源空气开关处。 4.3不间断电源设备（UPS）过电压防护 防护位置：由于内部计算机系统、集线器、监控设备、电能量计费系统等均经由UPS 供电保护，为了保障以上微电子设备的安全，故在UPS 电源装置前端加装c级浪涌过电压保护器。选用型号：选用（UPS为单相电源输入时）C级单相电源浪涌过电压保护器或（UPS 为三相电源输入时）的c级三相电源浪涌过电压保护器。安装位置宜选择在UPS 电源进线前端。 4.4通信接口过电压防护 通信接口过电压防护同电网供电系统相比，此回路对过电压的敏感程度要高得多，且这些设备在有过电压的情况下显得非常脆弱。设备的绝缘耐受水平也相当低。与这些设备相连的有信号线、数据线、测量和控制线路，并且这些线路基本上是处于LPZOB区域，也有穿过LVZOA区域的，线路上的感应过电压相对较强，根据IEC的测试，当电磁场强度增大到0.07GS时，微型计算机设备将产生误动，丢失数据。 4.4.1微机远动设备接口过电压防护 防护位置：由于变电站微机远动装置采用分布分散式结构。由遥信模块、智能遥测模块、智能遥控模块、智能遥调模块组成。各单元模块都装设在不同的自动化屏内，模块之间通过RS232接口或现场总线进行通信。这些接口线路都处在室内，设备接口线路的距离较短，因此不会感应到较强的过电压，但是各自动化设备与其它二次设备（测量单元、计算机等）有电气连接，当其它二次设备感应到很强的感应过电压时，将会反击到这些自动化设备的通信接口上，从而使设备接口电路损坏，因此有必要在这些设备的接口上加装RS232的浪涌过电压保护器。安装位置宜选择在微机远动装置通信线路接口处。 4.4.2电能量计费系统信号过电压保护 防护位置一：变电站采用多功能电子电能表进行电能量采集，电子电能表承受过电压的水平极低。由于电能表与站内微机远动设备的通信采用RS232的接口，其通信线路较长，又处在LVZOB区域，在变电站附近或变电站遭受直接雷击时，将感应出较强的感应过电压，为了防止设备的损坏。在靠近电子电能表的RS232端口加装RS232的浪涌过电压保护器。安装位置宜选择在靠近电子电能表的RS232端口处。 防护位置二：电子电能表采集的信息通过集中采集器的MODEM（调制解调器）由电话线将数据传送到远端，由于电话线路从室外引入，线路上感应到的感应雷电流相对较强，容易将调制解调器设备的接口损坏，因此必须在调制解调器的电话线路接口处加装一个接口浪涌过电压保护器。安装位置宜选择在内线电话出线端和外线电话的人线端。 4.4.3远方通信接口过电压保护 防护位置：由于变电站基本采用无人值守。对一次回路的各种保护、测量、控制、调节信号通过光纤、数据通信网络或载波向远方（省调、地调、集控站等）传送数据。如果采用载波，由于载波机与微机自动化装置的信号连接线路相对较长，在变电站附近或变电站遭受直接雷击时，处在LPZOB区的通信线路将感应出较强的感应过电压，因此必须在靠近微机自动化装置的信号接I：I端加装信号避雷器，同时处在LPZOB区并延伸到LPZOA区的通信线路（DDN、X.25）非常容易感应上雷电过电压，也必须加装浪涌过电压保护器。安装位置宜