发电厂、变电所弱电系统防雷保护研究.ppt

1、第十七章 发电厂、变电所弱电系统防雷保护研究,近年来随着电力系统的发展,微机保护和综合自动化系统在电力系统中得到大量的应用,这对提高电力系统的自动化水平,提高电力系统的运行灵活性起了很大的作用。这与过去传统的保护和控制装置相比，是一次技术上的革命。但是计算机综合自动化系统现在面临的一个问题，就是各种干扰的问题。因为微机保护、综合自动化系统运行在高电压、强电场的电磁环境中，既有大电流造成的磁场干扰;又有高电压造成的电场干扰;有大电流流经接地装置时由地电位差引起的地电位干扰，还有在雷击时由雷电过电压产生的雷电过电压干扰，雷电过电流干扰、静电干扰。 而计算机等电子器件又是对干扰非常敏感的元件,特别是

2、雷电干扰对其危害最为严重,近年来在电力系统中多次发生因雷电造成微机保护和综合自动化系统模块损坏,使微机保护误动、拒动或因微机保护“死机”使事故扩大,主设备烧坏,或者发生“火烧连营”事故。因而有必要对发电厂、变电所雷电对微机保护和综合自动化系统的干扰进行研究,对雷害事故进行分析。找出干扰的途径和方式。通过研究找出切实可行的防止雷电干扰的措施。,一、雷电对发电、变电所弱电系统干扰的方式及危害,1、雷电通过低压电源系统产生的干扰 雷电经由低压电源系统对微机保护和综合自动化系统产生干扰,是最为常见的干扰形式,产生的危害也较大,往往造成微机保护和综合自动化系统的电源模块的损坏,如江某110kV变电站在一

3、次雷电活动中,雷电打坏综合自动化系统的电源模块;福建某35kV变电所在雷电活动中打坏微机保护电源模块;广东某500kV变电站在雷电活动中打坏综合自动化插件,并使500kV开关误动,还有河南某110kV变电所在雷击时造成微机保护拒动,河南某电业局调度所在雷电活动时打坏远动和程控电话电源模块,最后经分析都是在雷电活动时,雷电通过低压电源系统造成的。,从雷电干扰的途径分析大都是雷电活动时,雷电波沿线路侵入变电所,有时,由于雷电幅值较低不足以使线路或母线避雷器动作，或避雷器动作时避雷器动作后的残压通过变压器的电磁感应耦合到低压侧,使低压电源系统产生雷电过电压,或强电源浪涌,传输到微机系统的过电压有时甚

4、至达上千伏,由于大多数变电站在低压电源系统没有过电压保护措施,雷电过电压得不到有效限制，就会在低压电源系统中的绝缘薄弱处造成击穿。而微机系统的电子元件则正是绝缘的薄弱环节,而微机系统的电源模块又首当其冲,所以往往造成电源模块的击穿、损坏。另外,雷电过电压还会造成计算机“死机”保护拒动,或造成微机保护程序错误使保护误功,影响供电可靠性,使事故扩大。福建某35kV变电所和江西某110kV变电所正是由于在雷电活动时,雷电波沿线路传到变电所通过变压器的电磁感应耦合到低压电源系统,而低压系统缺少过电压保护装置,过电压得不到限制而打坏微机系统的电源模块的。,2、雷电流入地时造成的地电位干扰 在接地体附近冲

5、击电位的梯度比工频电位的梯度大，这是因为冲击电流通过接地体时，接地体附近的阻抗区除有工频电流相似的电阻分量外，由于磁场和集肤效应的作用，还包括了较为显著的与频率有关的电阻和电感分量，故电位梯度较大；离开接地体愈远，由于电流通过的地层截面增大，后一分量所占的比例显著减小，因而地面冲击电位分布和工频电位分布相似。当雷电流经构架避雷针、避雷线或避雷器的接地引下线进入发电厂、变电所的接地网，再经接地网流入大地时，会造成接地网的局部电位升高，地网附近的电缆沟内往往有二次保护、计量、通信、控制等低压电缆，如因接地的局部电位升高超过一定数值，严重者会向二次电缆反击形成灾难性的事故。如河南某电厂1987年 7

6、月11日因雷电造成地网局部电位升高，并向电缆沟内的电缆反击，引起电缆着火，使继电保护失灵，造成灾难性的事故。又如商城七星岗变电所在1992年接地网改造以前，多次发生雷击时，地网因局部电位升高向电缆沟内的电缆反击，打坏控制和计量表计的事故。,接地网的冲击电压干扰通道主要有: （1）互感耦合,即当二次线附近的接地体流过雷电流时，会通过互感耦合在二次线上产生干扰电压,干扰电压的大小与雷电流的大小及雷电流的流通通道和二次线的距离有关。 当雷电流通过接地引下线流入大地肘，并在周转的空间产生很强的电磁场，这时会在二次线上产生感应电压u。,图17-1 雷电流的电感效应,U引下线的电压；P对地电容为Ce对引下

7、线电容为Cg的孤立金属部件； L与引下线之间的互感为M的金属环路； DC引下线,（17-1）,N点和t点之间的电位差UNt将为,（17-2）,其中，,从而 式（17-1）式（17-3）中 M防雷地接地引下线与设备的接地引下线之间的互感； iL雷电流； RG接地电阻； R1防雷接地引下线的电阻； L1防雷接地引下线的自感；,（17-3）,互感M愈大，ut 就愈大，当防雷接地引下线与设备的接地引下线互感M近似于L1。此时，感应电压ut与接地线上电压uN 几乎相等，对设备的威胁也就愈大。 当设备的接地引下线与防雷接地引下线靠近时，由于 ，uNt就减小为uNt段的电阻压降iLR1。此时，虽然t点和N点

8、的距离较近并不会产生反击。当两种引线间的距离增大时，M就减小，如果距离大到一定程度，M就越近于零，则有：,（17-4）,此时uNt也将增大，但由于t点和N点的距离也相应增大，也不会使tN点间出现反击。 如果设备的外壳或引线靠近设备接地引线，而设备的引下线和防雷接地引下线的距离增大时，N点和t点将出现反击。为防止反击，设备应离开防雷接地引下线，设备的接地引下线应用绝缘导线。,（17-5）,式中 U引下线电压; UcP上的电容性感应电压。,（2）电容耦合在偶尔情况下，金属部件P与引下线或某一接地部分间的电场可以增强到发生击穿的程度。与此相比，在金属环路中感应出危险电压的情况经常出现。但总的来说这种

9、危险只出现于陡度大的雷电流波头部分，而持续的时间不会超过1-2s，感应电压的大小与环路的尺寸及距离雷电流通过的导线远近有关。图中i为雷电流，P为在引下线旁边的孤立金属部件。,（3）电磁耦合。在雷电流通过变压器、电压互感器等设备,由于电磁感应的作用会在二次线圈上感应出危险的雷电过电压,这个电压会对微机系统或计算机监控设备造成严重的危害,如烧坏监控模块，打坏计量、控制保护等设备。最为严重的是反应在微机保护等弱电系统的电源上。 3、发电厂、变电所附近雷电活动时感应过电压干扰 雷电对微机保护和综合自动化系统的干扰还有静电感应和电磁感应,如雷电在发电厂、变电所附近活动时,雷云所带强电场会以静电感应方式在

10、二次回路上感应出很高的感应电压;雷云向避雷针或附近地面突出物放电时,还会由于电磁感应的作用在二次系统中产生感应过电压,这种干扰方式所带来的后果视雷云与发电厂、变电所远近和雷电活动的强弱有关。一般情况下会使保护功能紊乱，严重者会损坏计算机系统的元器件。,二、发电厂、变电所弱电系统防止雷电干扰的措施 1、完善低压电源系统的防雷保护措施 因雷电通过低压电源系统对计算机等弱电系统的危害较大,因而低压电源系统的防雷保护也就特别重要。检查发生低压雷害事故的变电所发现在低压电源系统大都没有防雷保护措施,而低压电源系统又直接关系着微机保护和综合自动化系统的安全。,为防止低压电源系统的雷害事故,在低压应釆取如下

11、防雷保护措施： （1）在厂、所用变压器的低压侧装相应电压等级的氧化锌避雷器进行保护； （2）在微机保护和综合自动化装置的电源前边串接隔离变压器进行隔离,并加装对地电容进行雷电波的吸收； （3）在微机保护和综合自动化装置的电源前边串接浪涌吸收保护器进行保护。 2、改善接地网的冲击电位分布防止地电位干扰 （1）降低接地网的接地电阻限制地电位升高,特别是在要在构架避雷针、避雷器下增加垂直接地极的放射状水平接地以降低其冲击接地电阻,防止雷电流入地时造成的局部地电位升高向二次电缆反击。,（2）改善冲击地电位分布限制局部电位升高，在设计接地网时应尽量采用方孔地网以改善地面电位分布，对方孔地网的网格大小要从

12、地电位分布均匀考虑,防止局部电位升高。在电缆沟内要设置接地带、在电缆沟附近要设置与电缆沟平行的水平均压带以改善电缆沟的电位均匀。防止地电位不均对二次回路的干扰。接地网表面的地电位分布要满足接触电压和跨步电压的要求。 式中: UJ接触电位差,V; UK跨步电位差,V; 地表土壤电阻率, t 接地短路故障电流持续时间,s。,（17-6）,（17-7）,三、完善二次回路及计算机系统的屏蔽防止感应雷干扰 （1）对控制室要加强其电磁屏蔽防止雷电活动时产生的静电干扰和雷电放电时造成的磁场干扰对计算机系统的影响； （2）对发电厂、变电所二次电缆要使用屏蔽电缆防止雷电活动时在二次回路上产生感应过电压或产生静电感应。 雷电活动时雷电波沿线路侵入发电厂、变电所并通过变压器的电磁耦合到低压侧所造成的电源干扰和由雷电入地和工频大电流入地造成的地电位干扰对微机自动化系统的