摘 要:为提高变电站通信设备和二次设备的安全性和工作可靠性,通过分析过电压侵入变电站弱电设备的途径、弱电设备遭受过电压损坏机理和现代各种防雷器件特性,分别从硬件和软件两方面提出了二次设备抗干扰措施,从安全可靠、经济合理的角度提出过电压防护方案。在常遭雷击致使二次设备损坏的变电站实施此方案后,取得了很好的防护效果。
【关键词】:变电站 二次系统 弱电设备 防雷设计 过电压防护 抗干扰
中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1 12-3191(2011)09(a)-014 -01
随着负荷容量的增大和供电可靠性要求的提高,人们要求变电站停电时间越短越好。早期的测控设备以电磁式为主,如电磁继电器等,这类传统元件对冲击电压和电流有较强的抗干扰能力;随着这类传统元器件被集成电路元件所组成的设备替代,导致变电站二次设备抗电冲击能力明显下降,如何保护这些弱电设备免遭瞬态干扰的影响就变得更为重要。在变电站运行中,有些直流电源部分即使安装了防雷设备也会出现直流设备雷害事故,威胁到系统安全运行,故需要对变电站二次系统过电压下损坏原因进行分析,并提出可靠的防护方法。
1 雷电侵入变电站内弱电设备途径及易损设备
变电站内设备遭受的过电压冲击可分为直击雷、雷电侵入波、感应电磁脉冲、操作过电压4种。
(1)直击雷。雷击于变电站内构架或与地网直接相连的避雷针上,使地网电位急剧上升,反击于二次设备,导致其损坏。
(2)雷电侵入波。侵入至变电站内380V/220V交流回路、TV二次回路和载波设备中的残余电压有的依旧很高,足以损坏二次设备。由此导致UPS电源、电能计量板、载波装置、RTU、程控交换机等损坏事故较多。
(3)感应电磁脉冲。线路或线路附近落雷,与其同杆共架或邻近与之平行的通信线路会因电磁感应产生过电压。侵入至变电站内通信装置,使设备误动,并可能导致接收和发送端模块损坏。
(4)操作过电压。变电站内开关和刀闸操作时产生的内部过电压高的可达额定工频电压的4倍,操作过电压作用时间比雷电波长的多,同样电压幅值下对弱电设备的危害比雷电更为严重,可能导致保护误动、低压电子设备损坏等。
2 变电站内弱电设备雷击损坏原因
2.1 交流电源
电源方面,调度的远动载波系统多由独立的小容量UPS供电,而这些UPS内一般采用通流容量为3kA(8/20μs)的压敏电阻保护。由于所用压敏电阻通流容量较小,大冲击电流下易损坏,而压敏电阻在劣化失效后又无监测指示。因而实际运行中常发生UPS雷击烧毁现象,单从提高UPS质量方面入手难以从根本上解决问题。
2.2 直流装置
直流装置内集成电路的抗电冲击能力差,一般电源电压达到或超过其额定工作电压的215倍时易发生损坏。尽管在380V/220V交流侧安装了过电压防护器件,但当交流侧雷电流达10kA时,过电压防护器件的残压会高达115kV左右,接近220V电压的1倍,经过变压器及整流设备的衰减,变换到直流侧的过电压一般为直流电压的3～4倍,此值已超过弱电器件的耐受水平。直流电源侧以前常用压敏电阻作为防护器件,压敏电阻直流1mA电压的取值一般选为被保护设备工作电压的212～215倍,其在额定通流容量下的残压往往大于直流1mA电压的2倍,即为设备工作电压的4～5倍,可见仅用压敏电阻并不能使直流电源装置免受过电压侵害。载波机直流模块雷击等过电压下损坏较多的主要原因就在于此。
2.3 信号系统
程控交换机的配线架上装有保安单元,其内通常用气体放电管作为主要防雷元件,其冲击击穿电压>500V,有时气体放电管还未动作,设备已发生损坏;另外气体放电管在额定通流容量下的寿命一般为5～10次,寿命到后又无监测装置,因而造成通信设备雷击下损坏。微波等天线连接的设备雷击下损坏较多,若天线上不安装防雷器件,雷击时其两线的压差大,易使设备损坏;如在天线上串接同轴信号电涌保护器,考虑到不影响通信,一般采用气体放电管作为主保护器件,同样存在寿命短和冲击击穿电压过高的问题。RTU(RemoteTerminalUnit)的损坏主要为信号端口和直流电源部分过电压引起。继电保护和计量板的损坏除直流电源部分外,由TV二次侧过电压的侵入也是其损坏的一个常见原因。
3 二次设备过电压和干扰的防护措施
设备的抗干扰能力与防过电压能力在很多情况下是统一的。源于抗干扰目的而采用的电缆屏蔽、提高采集回路电压等措施对设备防过电压有很好的作用,而改善接地电阻等措施同样适用于设备的抗干扰。
3.1 抗干扰措施
(1)硬件方面。可整改厂站端RTU设备的工作电源,将220V交流供电改为220V直流供电方式,退出UPS,改由变电站直流小母线直接向RTU供电。在电源的输入端加装电源切换开关、熔断丝盒和电源滤波装置;新建变电站,远动屏与有关二次屏之间的连接采用屏蔽电缆;变电站改造时,新增电缆必须采用屏蔽电缆,屏蔽层两端接地;遥信采集回路中串接光电隔离器件,提高遥信采集回路的工作电压等级,可隔离低压感应干扰信号。
(2)软件设计。将信号继电器中提供自动化遥信信号的瞬动触点改为常规触点(重合闸设备的信号除外),同时在遥信采集软件中增加延时模块,提高伪遥信甄别能力。变电站电磁干扰引起的误遥信信号周期一般10m),埋深01 m～018m、埋地长≥10m,钢管两端应良好接地。
(4)站用变压器配电柜应安装通流容量大(40kA)的三相交流电源电涌保护箱。
(5)电源室、通信室应分别安装三相或单相交流电源电涌保护箱,直流电源处安装直流电源电涌保护器,整流充电装置前安装隔离变压器。
( )变电站RTU应安装直流电源电涌保护器和信号线电源电涌保护器。
(1)变电站监控系统应安装与之相适应的同轴电缆电涌保护器。
4 结语
变电站内弱电设备的过电压防护是一个系统工程,进行防雷方案设计与施工时必须对变电站内设备和入侵机房设备的过电压主要来源有明确的了解,针对具体情况提出整体防护措施。运用上述原理和方法,我们已实施的多个变电站的防雷设计和施工,均取得了很好的防护效果。
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发表于 2020-5-24 18:56:10
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