白莲河电厂防雷方案.doc

湖北白莲河抽水蓄能公司湖北白莲河抽水蓄能公司 二次设备防雷设计方案二次设备防雷设计方案 武汉希文科技发展有限公司武汉希文科技发展有限公司 2011 年年 8 月月 25 日日 目录 1 概述 3 2 二次设备现场勘测报告 4 2 1 雷击过电压入侵变电站二次设备主要途径 4 2 2 变电站二次设备雷电隐患分析 6 2 2 1 中控室的现场勘测情况分析 7 2 2 1 1 电源线路雷击隐患分析及防护 7 2 2 1 2 信号线路雷击隐患分析及防护 8 3 方案设计参照标准及资料 9 4 配置清单 10 1 概述概述 湖北位于长江中下游地区 属亚热带季风气候 全年平均气温 15 17 年降雨量大 于 1000 毫米 雷电活动频繁 年平均雷暴日达 56 4 天 属于中雷区 随着电力自动化改造的深入 雷电对二次设备的危害更加突出 已经引起相关领导的 高度重视 本方案主要针对变电站主控楼内二次设备的雷电隐患设计的防雷方案 目的是 最低程度降低雷电对二次设备自动化系统的损坏 以此提高辖区各变电所主控楼内二次设 备自动化系统安全运行的保障 并将雷电危害减到最低程度 发电厂 变电所在场站建设时 已经安装了防直击雷及接地装置 并且符合户外设施 直接雷击防护及户内设施接地要求 因此本方案只考虑电厂二次设备感应雷击防护措施的 设计 主要包含二次设备的交 直流电源及通道信号 通讯线路的防雷设计 考虑到站内大部分二次设备都置放在屏蔽性能良好的金属屏柜内 这对阻止雷击通过 空间电磁场途径入侵屏内设备有良好的屏蔽效果 但进出屏内的各种线路错综复杂 且全 部经由电缆层 一旦来自一次场地的线路感应雷击过电压 则会在电缆层内对其它线路产 生二次感应雷击 这种感应过电压 沿线路串入后对屏内各种电子设备的危害不能忽视 基于此 本方案主要从雷电入侵设备的另一条途径 线路侵入 来讨论二次设备的雷电防 护 本方案中采用的防雷产品是武汉希文科技发展有限公司生产的 XWD XWSB 系列产品 此产品已在湖北 江西 湖南 贵州等地电力行业广泛应用 并取得了良好的效果 2 二次设备现场勘测报告二次设备现场勘测报告 2 1 雷击过电压入侵变电所二次设备主要途径雷击过电压入侵变电所二次设备主要途径 雷电入侵室内设备的途径具体到变电站来讲 主要有 交流配电线线路 直流配电线 路 以太网络通信线路 RS485 等协议的网络通信线路 雷电电磁场等 2 1 1 交流配电线路引入雷击过电压交流配电线路引入雷击过电压 室外的配电线 高压或低压 感应到雷电后 过电压通过配电线一直传到用电设备 该过电压轻则使设备加速老化 重则直接将设备损坏 这里必须说明的是 在高压入配电 室时 变压器前的高压避雷器因其分工不同 其残压还有 20kV 左右 对一般电气设备来 讲还是太高 变压器对雷击过电压有一定的作用 但不能有效地抑制 因此 雷击过电压 可通过变压器传到低压配电线路 电厂用的交流电由站用变提供 变压器的初级直接来自 高压线路 低压配电线路主要布设在电缆层 电缆沟及电缆井中 线路感应到雷电的几率 及强度都很大 因此 交流配电线路是雷电进入变电站二次设备的主要途径之一 2 1 2 直流配电线路引入雷击过电压直流配电线路引入雷击过电压 电厂内控制室的测控 保护等主要设备都是 220V 直流配电 PLC 设备工作电源和测 量电源为 24V 直流配电 直流电源线路都是从直流屏通过电缆层 电缆沟等到主控室等 地的直流用电屏 部分直流线路还送到了高压场地 因此 直流线路感应到雷电的几率及 强度都是很大的 由此看来 直流配电线路是雷电进入变电站二次设备的主要途径之一 2 1 3 RS485 以太网络线等专用通信线路引入雷击过电压 以太网络线等专用通信线路引入雷击过电压 主控制室的监控系统 PLC 系统采用 RS485 RS422 等协议数据线或以太网络线 五 类线 这些通信线都是在布线层或电缆沟与进出高压场地的电源线及通信线一起布设 线路间相互感应的几率很大 因此 这些通信线路也是引入雷电的主要途径之一 2 1 4 雷电电磁场影响雷电电磁场影响 雷击时其周围产生较强的电磁场 按相关实验 0 07GS 的磁场使设备不能正常工作 2 4GS 的磁场使设备永久性损坏 经过现场观测 变电所的二次设备都集中在金属机柜内 如继保设备都在保护屏内 PLC 装置测量设备在测量屏内 这些金属机柜都有良好的 接地 具备良好的屏蔽效果 因此雷电电磁场的影响主要集中在电缆层 电缆沟 布线层 及电缆井内线路的相互感应 2 1 4 地反击地反击 从安全及运行稳定性等角度来考虑 电气设备必须接地 如果雷击时 设备的接地线 路为高电位 而设备的某处因某种原因为低电位 则地线对设备上该点的电位差全部由设 备承受 这实际上是地线对设备某点的过电压 该过电压也是轻则使设备加速老化 重则 直接将设备损坏 这里必须说明的是 地反击是设备接地线路对设备某点的电位差 如果 设备不存在低电位点则不存在电位差 单是地线高电位只能说是 水涨船高 没有电位 差也就没有过电压 当然设备就不会损坏 单独的一台设备与外部没有任何导体连接时为 高阻状态 此时 设备接地线为高电位 也不会存在电位差 一般来讲设备接地线高电位 对设备外接的配电线路 通信线等有电位差 说到底 地反击实际上是地线与电源等线路 之间产生了过电压 对于电力系统来讲 因采用共用接地方式 不存在地与地之间反击 但地线对电源线 通信线之间是存在反击的 这也相当于电源与通信线引入雷电 2 2 二次设备雷电二次设备雷电隐患分析隐患分析 从以上雷电入侵二次设备的途径分析可知 雷电入侵二次设备的途径主要是 电源线 路 信号线路 雷击时空间电磁场对屏内设备不存在直接危害 站内雷电电磁场的影响主 要集中在电缆层 电缆沟 布线层及电缆井内线路的相互感应 这相当于电源及信号线路 引入雷电到屏内设备 地反击也相当于电源与通信线引入雷电 所以 在这里我们只从电 源及信号线路来具体分析冶金变电所二次设备存在的雷击隐患 具体如下 2 2 1 现场勘测情况分析现场勘测情况分析及增加防雷措施及增加防雷措施 2 2 1 1 电源线路雷击隐患分析电源线路雷击隐患分析 站用电屏 PE L1L2L3 N WHVRIWHVRIWHVRIWHVRI 中控室站用电屏由站用变输入 电 源极易由高压输入端引入雷击过电 压并将相当一部分雷电能量耦合到 次级线圈从而侵入交流电源系统及 后续用电设备 造成损坏 目前站 用电屏的交流进线没有防雷措施 防雷设备 材料数量 三相电源防雷器 XWD III 共 1 台 4mm2多股铜导线 黄 绿 红 蓝色 各 6 米 6mm2多股铜导线 黄绿色 12 米 标准 35mm 导轨 2 条 作用 防止雷击过电压通过站用变次级线 路引入站用电屏及后续用电设备 馈电屏 PE N WHVRIWHVRI 馈电屏各有一组 HM 和 KM 直 流馈母排输出 KM 为站内各二 次设备提供用电 其中 HM 去往 高压场的合闸线路路线较长 KM 在电缆层内易再次感应过电 压 也容易因雷击时强烈变化的空 间电磁场在线路上感应过电压 这 些过电压可通过直流母线回侵入站 内馈电装置 防雷设备 材料数量 20A 2P 空开 1 个 2 5mm2多股铜导线 红 兰色 各 2 米 4mm2多股铜导线 黄绿色 10 米 标准 35mm 导轨 1 条 I 路三相总电源 KM 电源 增加防雷器 通讯电源柜 2 通讯电源柜 1 主变保护柜 1 PE N WHVRIWHVRI 保护屏工作电源由馈电柜供电 线缆在电缆沟极易感应过电压 存在安全隐患 防雷设备 材料数量 20A 2P 空开 1 个 2 5mm2多股铜导线 红 兰色 各 2 米 4mm2多股铜导线 黄绿色 10 米 标准 35mm 导轨 1 条 充电柜电源回路 保护柜工作电源 充电柜电源回路 电量采集柜 防雷设备 材料数量 20A 2P 空开 1 个 2 5mm2多股铜导线 红 兰色 各 2 米 4mm2多股铜导线 黄绿色 10 米 标准 35mm 导轨 1 条 2 保护通信柜 防雷设备 材料数量 20A 2P 空开 1 个 2 5mm2多股铜导线 红 兰色 各 2 米 4mm2多股铜导线 黄绿色 10 米 标准 35mm 导轨 1 条 采集器工作电源 2 2 1 2 信号线路信号线路雷击隐患分析雷击隐患分析及加装防雷器示意图及加装防雷器示意图 12 34 I IN N WHITE WORKING RED REPLACE SIGNAL PROTECTOR VOLE150A V VO OL LE E O OU UT T E E 在主变保护柜单元通讯接口 RS485 回路 加装 XWSB 1 RS485 防雷器 2 台 防止雷电在通讯线缆感应过电压损坏接 口 继保室 保护屏 在主变保护柜单元通讯接口 RS485 回路 加装 XWSB 1 RS485 防雷器 2 台 防止雷电在通讯线缆感应过电压损坏接 口 继保室 在电量通讯接口 RS485 回路加装 XWSB 1 RS485 防雷器 6 台 防止雷电在通讯线缆感应过电压损坏接 口 网络服务 器柜 在网络服务器交换机回路加装 XWW 24 网络防雷器 1 台 防止雷电在通讯线缆感应过电压损坏接 口 通信机房 SDH 光通 讯柜 对网调 在通信柜光通信回路加装 XWSB 1 E1 防雷器 4 台 防止雷电在通讯线缆感应过电压损坏接 口 通信机房 2 保护通 讯柜 BV10mm2 OUT IN 在保护柜通讯柜接回路加装 XWSB 1 E1 防雷器 4 台 防止雷电在通讯线缆感应过电压损坏接 口 3 方案设计参照标准方案设计参照标准及资料及资料 本方案在设计防雷保护措施时主要参照以下防雷标准 建筑物防雷设计规范 GB50057 94 2000 年修订版 建筑物电子信息系统防雷技术规范 GB50343 2004 E1 通讯接口 E1 通信接口 电子计算机房设计规范 GB50174 93 电力系统通信站防雷运行管理规程 DL548 94 电子设备雷击保护导则 GB7450 87 IEC1312 ITU 现场勘查资料 4 配置清单配置清单 4 1 继电保护室及通信机房继电保护室及通信机房 4 2 电源及通讯回路加装防雷配置明细电源及通讯回路加装防雷配置明细 序 号 名称型号 数 量 单位备注单价合计 1 三相交流电源浪涌保护箱XWD III 60KA2台站变屏 380V 总电源输入38007600 2 单相交流电源防雷器XWD II 20KA1台电量采集电源 220V 输入12001200 3 直流电源防雷器XWD II 20KA2台直流馈电柜 220V 电源输出12002400 4 直流电源防雷器XWD II 20KA4台1 2 通讯电源柜输入电源 220V12004800 5 直流电源防雷器XWD I 20KA4台1 2 通讯电源柜输出电源 48V9004800 6 直流电源防雷器XWD II 20KA4台1 2 变压器保护柜装置电源12004800 7 直流电源防雷器XWD II 20KA4 台A B 机组保护柜装置电源12004800 8 直流电源防雷器XWD II 20KA2台1 2 保护通讯柜装置电源12002400 9 RS 485 信号防雷器XWSB 1 RS48510台保护柜通讯接口3603600 10 RS 485 信号防雷器XWSB 1 RS4855台采集器与电度表通讯3601800 11 网络信号防雷器XWW 24 1台网络服务器交换机通信42004200 12 E1 信号防雷器XWSB 110台保护柜通讯接口2802800 防雷产品介绍 防雷产品介绍 XWDXWD 系列电源浪涌保护器系列电源浪涌保护器 SPDSPD 避雷模块避雷模块 一 适用范围 XWD 系列电源避雷器适用于交流 IKV 以下用电设备 它能承受较大的浪涌电流 核心采用 抗雷击能力较强的氧化锌压敏器件组合模块 氧化锌压敏材料的伏安特性为非线性 当在 两端加上电压时 在电压不超过一定范围时 几乎没有电流流过 一旦电压超过其额定值 电流会急剧地增大 起到箝位保护作用 氧化锌压敏器件具有通流量大 电压范围宽等特 点 在通讯机房 UPS 电源 光通讯设备 变电站 综自保护屏 RTU 等中高压电源保 护场合用途极其广泛 二 主要特点 1 模块设计 可带电更换 方便快捷 2 带过热保护 3 采用红 绿窗口 指示故障 常态 三 主要性能指标 必须提供良好的接地才能达到预期效果 必须提供良好的接地才能达到预期效果 型 号XWD XWD XWD XWD 60 标称电压SPD75SPD385SPD550SPD550 通流量15 KA20 KA20 KA60 KA 响应时间 25ns 25ns 25ns 25ns 接线要求2 5mm2 5mm2 5mm2 5mm 保护方式L G N GL G N GL G N GL N N G 工作温度 40 70 40 70 40 70 40 70 适用范围单相直流单相交直流三相交流三相交流 四 使用与维护 1 主要用于消除低压回路中载有的暂态过电压 如开关操作过电压和大气过电压 在发生事故时保护器在主回路间 主回路与大地间建立电的通道 并把暂态冲击过电压泄 放至大地 保护器主要由外壳 接线端子及独立的模块组成 结构形式分单极 双极 四极模块和壁挂箱式等 2 本产品安装时按相应并联接入被保护设备电源输入线上 SPD接地端必须与机房的防 雷均压环相连接 防雷接地电阻值不得大于4 接地线务求最短 3 本产品元件均经严格检验 平时不用维护 当系统工作出现故障时 可拆除本产品 检查 用万用表测量线 地之间 10 M 若测得数据不符合上述要求 或者拆除本产品 后系统工作恢复正常 说明SPD有故障 应及时更换 若测量数据符合上述要求 或者拆 除本产品后系统工作仍不正常 则说明SPD无故障 可找其它外部原因 XWWD III 型 380V 电源 SPD XWD II 型 220V 电源 SPD 电源避雷器接线示意图 XWW 系列网络避雷器 一 适用范围 XWW 系列网络避雷器依据 IEC 6143 标准而设计 采用最新高速浪涌抑制器件 最大 数据传输率可达 1000Mbps 安装便捷 无需维护 放电电流可高达 5000A 反应速度快 完全满足于各类网络设备及网络数据传输防雷保护的要求 用于 ETHERNET 10 100BASE T 等网络设备如 交换机 HUB 路由器 计算机网络线路雷击或其它电涌保护 二 主要特点 1 品种齐全 配备不同的产品 不同的接口 2 核心器件选取用国际名牌产品 性能优越 3 低电容设计 传递性能优异 4 残压水平低 三 主要性能指标 必须提供良好的接地才能达到预期效果 必须提供良好的接地才能达到预期效果 型号XWW 1 NXWW 4 NXWW 16 NXWW 24 N 标称电压8V 8V8V8V 额定通流量5 KA5 KA5 KA5 KA 传输速率10 100M10 100M10 100M10 100M 插入损耗 0 6db 0 6db 0 6db 0 6db 保护线路1 2 3 61 2 3 6 每口 1 2 3 6 每口 1 2 3 6 每口 失效机制网络线路对地短路或网络线路断开 接口方式标准RJ45两端水晶插座 四 使用与维护 1 保护器主要由外壳 接口插座及各自独立的模块组成 结构形式为分导轨安装式 2 本产品安装时按相应接口接入信号通道和被保护设备之间 SPD外壳接地端必须与机房 的防雷均压环相连接 防雷接地电阻值不得大于4 接地线应力求短 粗 直 以减少 分布电感对雷电泄放的影响 3 浪涌保护器输入端 IN 与信号通道相连 输出端 OUT 与被保护设备输入端相连 一般接计算机网口 交换机网口 使用时也可以把避雷器与被保护设备并联使用 4 本产品元件均经严格检验 平时不用维护 当系统工作出现故障时 可拆除本产品检 查 用万用表测量实用线脚输出 输入之间阻值应 5 线对地之间阻值应 8 M 若测得数据不符合上述要求 或者拆除本产品后系统工作恢复正常 说明SPD有故障 应 及时更换 XWW 8型网络防雷器型网络防雷器 XWW 16 24型网络防雷器型网络防雷器 网络防雷器接线示意图 注 RJ45 8芯的1 2 3 6 XWSB 系列数字通信避雷器 一 适用范围 XWSB 系列数字通信避雷器主要用于 RS 232 接口数据信号相互通讯 光端设备 E1 2M 口 通讯保护 接口形式分为 D 型 DB9 DB25 RJ45 BNC 等 应用于 RS232 有线遥感 遥测 遥信 遥控 遥视 监控系统 计算机通讯等工业控制设备接 口提供线 线间 线 地间的雷击及其他浪涌保护 采用多级串联式结构设计 具有多级保 护功能 通流容量大 限制电压低 插入损耗小 响应速度快 二 主要特点 1 品种齐全 配备不同的产品 不同的接口 2 具有多级保护 3 通流容量大 4 插入损耗小 三 主要性能指标 必须提供良好的接地才能达到预期效果 必须提供良好的接地才能达到预期效果 型号XWSB 1XWSB 16XWSB 1 BNCXWSB E1 电压 15 30V 15 30V 15 30V 15 30V 通流量5000A5000A5000A5000A 接口2 3 52 3 5 速率 0 19 2Kbps 0 19 2Kbps100MHZ40MHZ 型式单路16路RJ45单路BNC单路BNC 应用RS232RS232视频通讯E1 2M口 四 使用与维护 1 保护器主要由外壳 接口插座及各自独立的模块组成 结构形式分导轨安装式 插拔 式 标准19寸机架式等 2 请认准接口及连接方式 3 单路DB9接线方法是将避雷器串接到通讯回路中 具体接线方法为标准232口接线 一 般孔端接计算机 针端接外面设备 对接的口线 2为发 3为收 5为地 不交叉 直接对接即可 4 防雷器使用时 接地端要可靠接地 阻值不得大于4 接地线务求最短 当怀疑本 产品有问题时 可以脱开隔离器 看通讯是否能正常 XWSB I RS232 数字通讯防雷器数字通讯防雷器 XWSB I 数字通讯隔离器数字通讯隔离器 XWMB 系列通信避雷器 一 适用范围 XWMB 系列音频信号避雷器适