变电站论文(1)

变电站综合自动化结业论文变电站二次系统防雷措施探讨系部：班级：姓名：学号：一、摘要近年来，随着我国电力变电变电站实现综合自动化不仅为变电站实现无人值守和配电网实现自动化奠定了基础，而且也为供电部门提供更安全、经济、可靠和高质量的电能创造了条件。随着电力设备自动化改造的深入，综合自动化变电站的不断增多，雷电对变电站二次系统设备的危害越发突出，2004年九江地区妙智变电站二次设备多次遭受雷击，造成二次系统设备的继电保护误动、拒动的事故，严重威胁电网的安全运行。本文针对九江地区妙智变电站的二次设备的实际情况，通过分析雷电波入侵途径的分析，结合当今防雷的新技术，探讨变电站二次系统的防雷措施。关键词：变电站综合自动化雷电危害防护措施二、雷电危害及雷电入侵变电站建筑物内弱点设备途径与原因分析2.1雷电入侵变电站原因分析变电站实现综合自动化是传统变电站二次系统的重大变革，其装置形式、功能配置以及操作方法都发生了根本变化。利用多台微型计算机和大规模集成电路装置组成的自动化系统，代替常规的测量和监视仪表，代替了常规的控制屏、中央信号系统和远动屏，及常规的继电保护。但是，随之而出现的问题是，对于使用超大规模集成电路、运行电压只有数伏、信号电流仅为微安级的微机装置，相比以往的电磁式保护装置所具备耐热容量要小，对尖峰脉冲的耐受能力比较脆弱，特别是雷击过电压的暂态冲击会造成变电电力变电电源线引入雷电电磁脉冲引起瞬态过电压，如果不经处理，直接进入电源系统，将引起二次设备电源损坏。当有雷电电磁脉冲引起接地点之间电位差，产生的电磁场干扰会影响前端的中心处理计算机的运行，损坏前端的中心处理计算机的模板。同时，接地电阻不合格，雷电引起的地电位升高，亦会通过设备的接地线引入前端的中心处理计算机中，同时会损坏前端的中心处理计算机的插件。通信线引入雷电引起的感应过电压使通信线与设备之间有一定的电位差直接作用于串行通信口，会损坏微型计算机和通信设备的串行口，严重时会损坏微型计算机。2.2雷电的危害雷电从形式上可分为直击雷和感应雷。直击雷是雷云之间或雷云对地面上某一点（如树木、建筑物等）直接放电，感应雷是雷云放电时,在附近导体上产生的静电感应和电磁感应，其中对地雷击由于距雷击点较近,产生的感应浪涌电压较大,作用半径也大,作用范围内的电子设备均是破坏对象。雷击对电力系统的危害是非常巨大的，直击雷可以造成线路跳闸、开发、TV、TA及其它一次设备故障、爆炸。感应雷主要危害变电站的通信、调度、载波、继保系统及监控设备。这些设备对雷电等电磁脉冲和过电压过电流的耐受能力很低，而且由于电力系统二次防雷工作滞后，这些设备遭受雷击损坏极高，后果也越来越严重。2.3雷电入侵变电站建筑物内设备的途径分析变电站内建筑物一般不超过3层，属二类防雷建筑物，但由于变电站设备处在一个强电和弱电系统形成的错综复杂的电磁环境中，高压开关设备的操作切换，雷电闪击，一次设备短路接地，二次回路切换，人员及邻近物体的静电放电和无线电辐射等产生的电磁干扰可能通过各种耦合进入二次系统形成浪涌和过电压。其中雷击在线路上引起的上万伏的过电压、过电流及极强的交变电磁场是损坏建筑物内设备的主要原因，雷电入侵建筑物内设备的途径有配电线路、通信线路、雷击电磁场、地反击等四种途径，具体分析如下：2.3.1配电线路引入的雷电过电压雷电波通常是通过变电站临近的线路侵入母线，再经过变压器高、低压绕组间的静电和电磁耦合，进入低压出线，途中经过了线路避雷器，母线避雷器等多级削峰，再经过变压器低压出线的平波作用，电压幅值大为下降。但由于雷电波的波峰幅值和能量很大，虽然雷电波在经过上述避雷器后，大部分能量得以消除，但仍有部分雷电波以幅值相对很高且作用时间很短的低能量尖峰脉冲的形式通过变压器的低压出线，加到变电站内所有的380V交流回路中。220V等直流线路因进出高压场等原因也是引入雷电的主要线路。2.3.2通信线路引入雷击通信线路（通信线路一般包括一般有载波线、电话线、控制线等）由于变电站的通信电缆出线较长，感应雷电通过远控系统电缆及信号电缆侵入,以很高的电压直接加在二次设备上,该过电压轻则使设备加速老化，重则直接将设备损坏。对于电力系统来讲，RS485、RJ45网线、GPS及微波载波等馈线等都是引入雷电的通信线路。大部分通信线路主要是在室内被其他线路上的过电压感应。2.2.3、雷电电磁场上述两条途径是有型的看到的途径，而电磁场是空间传播的看不到的东西，这里的雷电电磁场是指雷击引起的室内的电磁场，该电磁场使室内的线路感应到过电压，该过电压直接传到设备，该电磁场也可使设备内的PCB板上的线路或器件感应到过电压，使设备损坏。实验表明，设备（包括设备近距离的连接线）处在2.4GS的电磁场中时设备会永久性损坏，设备（包括设备的近距离连接线）处在0.07GS的电磁场中时设备会产生误动作。说到底，雷电电磁场的危害最终还是使设备及线路感应到过电压。对于电力系统来讲，电力建筑物内的钢筋（当作引下线用）、变电站布线层内进出高压场地的各种线路都是雷电电磁场的产生源。2.2.4、地反击当变电站或线路遭受雷击后，雷电流会经避雷装置流人接地网，如果接地网的接地电阻偏大或接地网的均压效果不好时，在强大的雷电流作用下，会使接地网的局部电位显著抬高，并由此导致电地位对设备反击而损坏设备。从安全及运行稳定等角度来考虑，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（在电磁学里，电位差称电压），当然设备也就不会损坏。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。三、主要防雷措施概述变电站内10kV/380V所内变压器，且经验证明变电站内60%的累积事故均为电源系统防雷措施不完善造成的，故对综合自动化装置的防雷，电源系统防护应放于首位。参照GB50057.94《建筑物防雷设计规范》2000年版、IEC1312-1及GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》对雷电引起电磁场脉冲的防护，对建筑物内电子信息系统设备的雷电电磁脉冲的防护等级的要求，将变电站综合自动化系统的低压配电系统中采用3～4级电涌保护器进行保护。1级电源保护：在10kV/380V所内变压器低压侧安装大容量三相电源电涌保护器即AM80A或AM60A两种类型电涌保护器一套，其技术指标为AM80A型电涌保护器：电压380V、保护水平2500V、通流容量80kA、8/20ms冲击波形、响应时间≤25ns；AM60A型电涌保护器器：电压380V、保护水平2200V、通流容量60kA、8/20ms冲击波形、响应时间≤25ns。2级电源保护：分配电柜线路输出端的电源安装三相电源型电涌保护器即AM60A或AM40A两种类型电涌保护器一套。3级电源保护：电子信息设备交流电源进线端安装三相电源型电涌保护器即AM40A或AM20两种类型电涌保护器一套。4级电源保护：由于自动监控系统的控制电源及采集机构的需要，必须将交流电转换成直流电，因此直流电源的安全稳定是控制及采集机构安全稳定的基础，为防止雷电电磁脉冲对直流电源造成损害，我们在整流电源侧以及各控制装置及采集机构前加安AM系列直流电源电涌保护器，进而从根本上解决雷击对直流系统的损害。通过逐级的防护，可以将雷电流最大限度的控制在自动化装置允许的耐受范围之内，以确保设备稳定运行。变电站二次自动化设备中包括很多网络设备如网卡，调制解调器等。这些设备通过网线和电话线同局域网和广域网相连。所以应该在其通信线路两端加装信号电涌保护器，包括保护电话线的音频电涌保护器AS180R和保护网络连接设备的AS型电涌保护器AS05J，以及在通信设备电源处加设电涌保护器。并针对雷电电磁脉冲产生的地电位反击而安装等电位连接器，这样能够针对变电站中的网络传输系统就有了一个比较全面的保护。变电站二次自动化设备中也是如此，在现有的使用二次自动化设备的变电站中绝大多数是使用串口进行信号传输的，同时通过并口连接打印设备。这就需要我们就计算机的串口和并口两种信号传递端口进行保护，在两种端口前端加设DB9和DB25两种电涌保护器。在信号采集和控制的执行机构前增加控制信号电涌保护器，并且针对雷电电磁脉冲产生的地电位反击而安装等电位连接器，这样能够比较完善的保护信号采集及控制线路。变电站的电流互感器和电压互感器采样进入的，雷电电磁脉冲很容易从这两种设备侵入二次自动化监控系统造成对电子设备的损坏，甚至造成系统的瘫痪，所以对电流互感器和电压互感器后端的电子设备的保护是至关重要的。为了提高防护质量，应该同电源防护一样进行分级防护，一级防护：在电流互感器或电压互感器的低压侧安装电流、电压互感器型电涌保护器；二级防护：在电流互感器或电压互感器线路进入控制配电柜处安装电流、电压互感器型电涌保护器。如此，经过双层保护，使从互感器窜入的雷电流基本能够控制在线路能够承受的额度之内，从而保证了整个系统的正常运行。变电站来说，变压器是整个系统的核心，所有的监视设备和保护设备都是为了使之正常、稳定的运行而设立的，检测变压器异常的最直接方法就是检测变压器的温度，因此，很多的变电站二次综合自动化系统都加入了变压器温度检测的部分。其原理是利用温度传感器和温度控制器组成温度检测回路，并将温度传感器置于变压器上，当变压器温度过高时，由温度控制器、降温风扇和警铃组成的报警降温回路接通，对变压器进行降温，同时报警。当发生雷击时，会在温度检测和报警回路中产生极高的感应电压，烧毁回路中设备。为了保护温度检测和报警回路，应该在温度传感器和温度控制器处安装电涌保护器，对温度传感器和温度控制器进行保护，保证变压器的正常运行。三、九江妙智变电站主控室防雷现状江西省九江地区年平均雷暴日为39.9～64.2d，属多雷区，变电站遭受的雷击是下行雷，主要来自两个方面：一是雷直击在变电站的电气设备上；二是架空线路的感应雷过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电站。因此，直击雷和雷电波对变电站进线及变压器的破坏的防护十分重要。3.1直击雷防护现状①接闪器：整个变电站四个角设有四枝避雷针，主控室的楼体为钢筋混凝土结构，装有避雷带、避雷网做接闪器，符合GB50057-94建筑物防雷设计规范中的要求。②引下线：变电站主控室采用楼体的主体钢筋作为引下线，符合符合GB50057-94建筑物防雷设计规范中的要求。③接地网：变电站主控室的的接地阻值在0.3左右，符合GB50057-94建筑物防雷设计规范中的要求。3.2感应雷防护现状①配电系统：电力线是雷电进入电子设备的主要途径，变电站站内用电进入主控室和载波机房的配电系统必须采取安全、可靠的防雷保护措施，在九江妙智变电站站内总交流配电屏、直流总馈电柜、站内后台机的UPS配电都没有安装电源浪涌保护器，只有在通信机房内的—48V直流电源前厂家配了德国DEHN直流48V的保护器。②通信系统：通信信号线是与外界实现通信联系的主要途径，这些与外联系的通信线路与机房的终端设备相接，如果是架空敷设的，刚遭受雷击的概率非常大。变电站主控室的通信系统主要有：载波线、GPS天馈线、RS485信号控制线、RS232信号控制线、CAN网电缆连接到10KV馈线测控、RS422连接到后台监控主机电缆、电话拨号音频与MODEM相连接线，以上的连接电缆会受其它线路相互感应的影响，较易感应到电流，感应雷电的几率较大，没有安全、有效的防雷保护