变电站系统图.doc

东营市电力管理总公司南区供电公司东黄1号站防雷方案 青岛鲁利特科贸有限公司 服务热线、现场情况概述根据我公司技术人员东营市电力管理总公司南区供电公司东黄1号站现场情况的勘察，该变电站的二次系统没有任何防雷措施。据统计，东营地区的年平均雷暴日数为32.2天，根据建筑物电子信息系统防雷设计规范（GB50343-2004）地区雷暴日等级的划分，年平均雷暴日大于20 天，不超过40 天的地区属于多雷区，所以东营市属于多雷区，依据山东省防御和减轻雷电灾害管理规定，应该做好雷电防护工作。依据建筑物防雷设计规范（GB50057-94/2000年版）规范规定，本工程属于第二类防雷建筑，依据建筑物电子信息系统防雷设计规范（GB50343-2004）规范规定，本工程属于B级建筑物电子信息系统雷电防护等级。所以应该确实做好直击雷、感应雷等防护措施，保证变电站的安全运行以及人员设备的安全。雷电曾给人类社会带来了不少危害，国际电工委员会已将雷电灾害称为“电子时代的一大公害”， 雷击、感应雷击、电源尖波等瞬间过电压已成为破坏电子设备的罪魁祸首。从大量的通信设备雷击事例中分析，专家们认为：由雷电感应和雷电波侵入造成的雷电电磁脉冲（LEMP）是通信设备损坏的主要原因。根据气象观测，地球上每秒钟要出现大约100次左右的闪电雷击。近年来新建或改造的变电站二次系统都开始采用最先进的计算机技术、电子技术、通信技术和信息处理技术将传统的二次系统的结构、功能进行重新组合，优化设计，通过新型的变电站的综合自动化系统对全部设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调，因而简化了变电站的二次接线和安装空间，可以说：新型的综合自动化系统替代了常规二次系统。升级后的二次系统的综合布线、结构与传统的二次系统有非常大的变化，同时由于各种新的二次设备采用了更多的精密电子器件，对电涌非常敏感，抗扰度较低，较小的过电压都可能将这些设备打坏，据统计：仅20072008 年期间中国南方电网采用新型二次系统的变电站雷击事故比改造前增加了3 倍。因此，在二次系统的布线、结构、设备出现变革后，传统的二次系统的雷击及过电压保护措施已不能起到完全安全保护的功能，我们必须重新分析这些给变电站运行带来更为高效、稳定、安全的新型二次系统的雷击及过电压耦合途径及新型的精密设备的绝缘耐压等重要因素，以提出更为安全可靠的雷击及过电压保护方案。本防雷方案按照变电站典型电路设计，具体工程安装实施可根据现场设备情况做相对应的调整。二、操作电源系统防雷保护1、概述操作电源是变电站中二次设备（如继电保护自动装置、信号设备、通信、远动、监控系统和断路器分、合闸控制等）的工作电源。操作电源十分重要，直接关系到电力系统的安全、可靠运行。变电站的操作电源有直流操作电源和交流操作电源两种，交流操作电源就是直接使用的交流电源，一般由站用变压器提供。直流操作电源又分为独立式直流电源和非独立式直流电源，独立式直流电源有蓄电池直流电源和电源变换式直流电源；非独立式直流电源有硅整流电容储能直流电源和复式整流直流电源（电流互感器TA 二次经电流、电压变换整流及过电压互感器TV 二次整流）。2、 交流操作电源系统防雷保护站用交流电源主要用于电池的充电电源、隔离开关的驱动和控制、变压器的冷却器、监控计算机、检修动力用电、照明及生活用电等，常见的变电站交流操作电源的布线如下图所示：站用交流电源一般由站用变压器供电，交流电源经过变压器降压后引入配电房的总配电柜，然后根据用电设备将电源分配到各个子配电柜内，二次系统的电源则从配电房直接引入到站控室的交流配电屏，最后经过站控室的交流配电屏将电源分配到UPS 柜、整流设备或者终端用电设备。 常见的交流操作电源系统的主要参数： 数量：2路（主用、备用），接线方式如下图所示： 组网方式： TN-C-S 电压：380V和 220V 交流不间断电源（UPS）：UPS是向需要交流电源负荷提供不间断的交流电源，是二次系统不可或缺的供电装置，它由逆变器、旁路隔离变压器、静态开关、手动切换开关、控制及同步电路、直流输入电路、交流输入电路等部分组成。2.1 交流操作电源系统雷击及过电压风险分析交流操作电源系统的布线范围相当广泛，从高压电缆到终端用电设备往往会穿越多种电磁强度不同的区域（LPZ0ALPZ2 区），同时由于不同阶段的操作电源其组网方式、布线方式（如架空、埋地、穿管）、电压等级、配电装置和用电设备的绝缘耐压都存在差异，因此对交流操作电源的雷击及过电压保护必须对以上涉及到的因素做仔细分析，常见的交流操作电源系统的布线如下图所示：1) 站用变压器高压侧的电缆采用架空方式引入变压器房，在入室前基本上处于未收任何保护的LPZOB 区域，该段线路可能遭受直接雷击，雷电流可通过电缆串入室内设备端；而当附近发生雷击时线路处于未衰减的强大电磁场内，可感应出非常高的过电压。2) 当变电站附近发生云间闪电时，输电电缆可感应出危险过电压，而在雷云的形成过程中由于静电感应的作用当雷云消失后（发生雷击后）输电电缆也可感应出甚高的危险过电压并沿线路两端传输。3) 从变压器低压侧到配电房入线端以及配电房到站控室这2 段电缆常见的布线方式是采用埋电缆沟方式引入，当该区域处于建筑物的保护范围内时以该方式敷设的电缆不会遭受直接雷击，电缆沟采用单纯的砖墙结构时雷击电磁场强未衰减。若这两段电缆采用架空方式引入室内，架空段电缆不处于建筑物的直击雷保护范围时仍可遭受直接雷击的风险，其电磁场强同样未衰减，因此可感应出非常高的过电压。4) 当变电站内的建筑物（如站控室）接闪时，接地装置由于存在一定的电阻值，而直击雷雷电流的峰值、陡度都非常大，因此接地装置会瞬间产生非常高的电压，该高电压可通过与接地装置相连接的电缆形成反击，即地点位反击。若各接地线形成环路时也会感应出高电压。5) 各种操作过电压6) 变电站操作电源的稳定性要求非常高，除系统全面检修外，必须保证24 小时不间断供电，否则即使是短暂的断电都可能会导致供电事故的发生，所以在电涌保护器的选择上，除了要考虑预期的雷电流类型及其峰值大小、被保护设备的绝缘耐压等基本参数外，还要考虑所选电涌保护自身在应用上可能出现的问题： 对于间隙型的产品，在交流系统的应用中都会产生工频续流，其值的大小由变压器的容量和安装位置确定，由于变电站的站用变压器的容量往往较大，所以产生的工频续流会比较大，当工频续流存在时一定时间后超过主回路的熔断器的耐受值时，回路可出现断电事故，所以选用间隙型的产品必须有良好的工频续流抑制能力。 对于纯压敏电阻制作成的产品，如电源第二级保护和直流系统保护的产品，实际的应用中都可能会出现过载、老化等现象，而压敏电阻在损坏后往往是处于短路状态的，因此当压敏电阻出现过载、老化现象以后，流过它的漏电流会增大（老化）或者直接是短路电流（过载），最终的结果都可能引起火灾、电网断电等事故，所以选用纯压敏电阻制作成的电涌保护器，必须考虑当它出现过载、老化等现象时要有一个稳定可靠的脱离装置将其从电网中脱离，避免事故的发生。2.2 交流操作电源系统雷击及过电压保护方案1) 从变压器房到站控室之间的电缆采用埋电缆沟方式敷设，电缆沟及其盖板采用钢筋混凝土结构，钢筋做多点接地处理，当电缆沟距离过长而不受到任何直击雷保护时，电缆沟应加装避雷线，避雷线两端及每隔18m 做接地处理。2) 在两路独立的站用变压器侧低压侧或总配电柜的入线端安装一级雷击电涌保护。3) 在分配电屏（即站控室的交流配电屏）的入线端安装二级电涌保护。4) 电涌保护器前端加装后备保护熔丝或空气开关，其通流量不应大于电涌保护器的最大允许值；2.3 交流操作电源系统的电涌保护器选型序号需防雷保护的设备使用产品型号安装位置数量1第一级防护DB M 1 2554总配电柜交流母线2台2第二级防护DG M TNS 385交流屏1台3第三级防护DR M 4P 255直流屏、UPS柜3台3、直流操作电源系统的防雷保护直流操作电源系统的构成原理如下图所示，主要由蓄电池组、交流配电单元、充电模块、监控模块、配电监控、调压模块（降压单元）、直流馈电单元等几大部分组成。 常见直流操作电源系统的主要参数： 2路交流电源输入,常见有三相TN-S 380V 电源和单相220V 电源 直流输出电压常见为220V DC 或110VDC 电源3.1、直流操作电源系统雷击及过电压风险分析直流操作电源系统雷击及过电压危害来源主要有：1) 前级交流电源的剩余过电压和操作过电压2) 部分出入站控室的直流电源线的感应过电压3.2、直流操作电源系统保护方案1) 在直流电源输出端安装适配的直流电涌保护器2) 在出入站控室的直流电源线路的用电设备端加装适配的直流电涌保护器3) 电涌保护器的接地按就近接地原则，布线尽可能的短、直。3.2、直流操作电源系统的电涌保护器选型序号需防雷保护的设备使用产品型号安装位置数量1220V直流用电设备DG S 2752总配电柜交流母线12台三、综合自动化系统防雷保护1、 概述变电站综合自动化系统是利用先进计算机技术、电子技术、通信技术和信息处理技术等实现对变电站二次系统（包括控制、测量、信号、故障滤波、继电保护、自动装置及远动系统等）的功能进行重新组合，优化设计，对变电站全部设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统，通过变电站综合自动化系统内各设备间的相互交换信息，数据共享，完成变电站运行监控和控制任务。变电站综合自动化替代了变电站常规二次系统，简化了变电站二次接线。升级后的二次系统的综合布线、结构与传统的二次系统有非常大的变化，同时由于各种二次设备采用了更多的精密电子器件，对电涌非常敏感，较小的过电压都可能将设备打坏，仅2007 年1 月2007 年12 月年期间中国南方电网采用新型二次系统的变电站雷击事故比改造前增加了2 倍。因此，在二次系统的布线、结构、设备出现变革后，传统的二次系统的雷击及过电压保护措施已不能起到完全安全保护的功能，我们必须重新分析给变电站带来更为高效、稳定、安全的新型二次系统的雷击及过电压耦合途径及新型的精密设备的绝缘耐压水平，以提出更为安全可靠的雷击及过电压保护方案。2、综合自动化系统结构变电站综合自动化采用自动控制和计算机技术实现变电站二次系统的部分或全部功能，为达到这一目的，满足电网运行对变电站的要求，变电站综合自动化系统的基本结构如下图所示：综合自动化系统的结构模式主要有集中式、集中分布式和分散分布式三种，目前新建和改造的变电站系统中最为常见的是分散分布式结构，如下图所示：其主要特点有： 间隔级控制单元的自动化、标准化使系统是用率较高 包含间隔级功能的单元直接定位在变电站的间隔上 逻辑连接到组态指示均可由软件控制 简化了变电站二次部分的配置，大大缩小了控制室的面积 简化了变电站二次设备之间的互联线，节省了大量连接电缆 结构可靠性高，组态灵活，检修方便3、 综合自动化各子系统防雷保护3.1 继电保护系统的防雷保护变电站继电保护能够在变配电站运行过程中发生故障，如三相短路、两相短路、单相接地等，和出现不正常现象时，如：过负荷、过电压、低电压、低周波、瓦斯、超温、控制与测量回路断线等，迅速有选择性发出跳闸命令将故障切除或发出报警，从而减少故障造成的停电范围和电气设备的损坏程度，保证电力系统稳定运行。继电保护实质上是一种自动控制装置，根据控制过程信号性质的不同，可以分为模拟型和数字型两大类。继电保护的构成方式很多，但一般均由测量回路、逻辑回路和执行回路三部分组成，其方框图下图所示，测量回路1 的作用是测量被保护设备物理量(如电流、电压、功率方向)的变化，以确定电力系统是否发生故障和不正常工作情况，然后输出相应的信号至逻辑回路。逻辑回路2 的作用是根据测量同路的输出信号进行逻辑判断，以确定是否向执行回路发出相应的信号。执行回路3 的作用是根据逻辑回路的判断执行保护的任务，跳闸或发出信号。变电站继电保护需要保护的设备主要有：（1）发电机保护；（2）电力变压器保护；（3）线路保护；（4）母线保护；（5）电力电容器保护；（6）高压电动机保护 常见继电保护保护系统的参数：2 信号的采集： 电流互感器：1A/5A 电压互感器：0110V 摇信单元：220V/110V开关量输入 模拟量：420mA 通信： 以太网：10M、100M 总线：RS485/RS232串口总线 继电保护装置电源： 直流输入电压 220V DC，110V DC 交流输入电压：110V DC3.1.1 继电保护系统雷击及过电压风险分析继电保护系统的雷击及过电压危害主要来源于室外的各种信号采集线路、控制线路、通信线路等线缆的雷电流耦合、传导造成与其相连接的设备被击穿，以下简图来分析雷击及过电压的危害：1) 当高压输电线路或采样线路（如CT、PT 线路）直接遭受雷击时，雷击电流可将位于现场CT、PT、继电器等设备直接打坏，同时雷击电流可沿线路串入室内造成与其相连的保护装置被击穿的危险。2) 当附近发生雷击时（2KM 范围内），由于雷电流通道产生的强大电磁场强可将处于该电磁场内的采样线路、通信线路感应出甚高的过电压，这些过电压沿着线路两端传播，当过电压值超过设备的耐压时设备则被击穿损坏。3.1.2 继电保护系统防雷保护措施1) 在各采样线路、控制线路、通信线路的设备端（如电压互感器、电流互感器、继电器、开关量信号、数字频率监测仪、阻抗检测仪表、载波装置、温度变送器等现场仪表）安装适配的电涌保护器。2) 以上所有电缆采用埋地并穿金属管屏蔽引入站控室，埋地距离不小于15m，屏蔽层两端做接地处理。3) 电涌保护器的接地按就近接地原则，接地线做到短、直。3.1.3 继电保护系统的电涌保护器选型序号需防雷保护的设备使用产品型号安装位置数量1电流速断保护、电流延时速断保护、过电流保护、过电压保护、低电压保护、方向保护、过负荷保护DG S 1502BXT ML2 BDPT仪表侧速断开关信号线处4套2低周波减载DR M 2P 255BXT ML2 BD数字频率监测仪电源侧开关信号处没有3单相接地保护DG S 1502BXT ML2 BDPT仪表侧速断开关信号线处1套4差动保护DG S 1503（全模保护）BXT ML2 BDCT仪表侧速断开关信号线处2套5距离保护DR M 2P 255BXT ML4 BD阻抗检测仪表电源侧控制线处没有6高频保护DR M 2P 255BXT ML4 BD载波装置电源侧继电器控制线处没有7瓦斯保护BXT ML4 BD EX 24瓦斯检测仪、瓦斯探头2套8温度保护BXT ML4 BE温度变送器2套9主保护、后备保护DR M 2P 255BXT ML2 BE时间继电器电源侧控制线入线侧2套10互感器二次线路断线报警DG S 1502BXT ML2 BDPT、CT检测设备前端开关信号线处没有11跳闸回路断线、自动重合闸、备用电源互投、同期并列与解列DR M 2P 255BXT ML2 BD同步周期仪表侧短路器合匝信号线1套3.2 测控装置防雷保护测量与监控系统由各种电气测量仪表、测量装置、切换开关及其网络构成，其作用是指示或者记录主要电气设备和输电线路的运行状态和参数，作为生产调度和值班人员掌握主系统的运行情况、进行经济核算和故障处理的主要依据。常见的测控装置置主要包括交直流测量单元、独立遥控单元、状态量采集单元、脉冲累计计算单元、网络接口等，其原理框图如下所示： 常见新型测控装置的主要参数： 测量单元：通过CT、PT 采样，CT：5A PT:100110V 遥信单元：开关量输入为220V/110V光电隔离输入 模拟量：420mA 通信：以太网（10100Mbps），超五类线或光纤通讯接口 测控装置电源：输入电压 220V，110V ，功耗 25W3.2.1 测控装置雷击及过电压风险分析各种测控装置的供电电源一般属于终端设备用电，在电源系统的保护中在直流电源部分已经做了三级保护，所以从此路径过来的雷击及过电压风险较少，一般可以不用考虑，而更为主要的风险则来自测控装置的各种出入室外、布线繁杂的数据信号线路，根据其路径可能穿越的不同防雷保护区，可能遭受直接雷击和较强的雷击电磁感应，如下图所示：3.2.2 测控装置雷击及过电压保护措施1) 在各测控线路、通信线路的入线端安装与系统适配的雷击、电涌保护装置。2) 从室外引进的线缆做屏蔽保护措施，并埋地引入室内，其屏蔽层两端做接地保护。3.2.3 测控装置的电涌保护器选型序号需防雷保护的设备使用产品型号安装位置数量1测量单元DG S 1502DG S 1503(全模保护)PT仪表侧CT仪表侧3套2遥信单元BXT ML2 BD开关信号处3套3模拟量输出（420mA）BXT ML4 BE模拟量信号线设备侧没有4现场测控装置电源DR M 2P 255现场测控装置电源入线侧1套四、接地与等电位连接系统4.1 接地系统接地是避雷技术最重要的环节，不