变电站二次系统防雷介绍.docx
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1、变电站二次系统防雷介绍中国矿业大学电气安全与智能电器研究所变电站二次系统防雷介绍一、二次系统防雷的意义变电站二次系统指变电站内保护设备、自动化设备、通信系统、计算机网络设备及监控系统、交直流电源系统等各种二次设备的总称。二次系统集中了变电站自动化监控管理的重要设备, 具有微机监测、监控、保护、小电流接地选线、故障录波、低频减载、“四遥”远传等功能, 在电力调度自动化领域起着举足轻重的作用。近年来,随着现代电子技术的不断发展,微机保护和自动化设备在电力系统中得到大量的应用,调度通讯、网络等信息设备越来越多,规模越来越大,一方面自动化系统、计算机网络、通讯系统等设备核心元件耐过电压、过电流和抗雷电
2、电磁脉冲的能力越来越差,敏感性提高;另一方面由于信号来源路径增多,系统较以前更易遭受雷电波侵入,致使雷电灾害频繁发生,影响二次系统正常运行,特别是雷电多发区,轻者导致设备损坏、性能下降,重者造成系统瘫痪。变电站二次系统遭受雷击的事例及原因分析如下:1、重避雷轻接地事故过程:2008 年7月11日,威海辖属石岛某35kV变电站1#避雷针遭雷击后,其附近电缆沟内二次电缆起火,导致保护装置完全失灵,造成灾难性的事故。事故分析:我们通常所说的避雷针并不能起到躲避雷击的作用,相反称之为引雷针或接闪器似乎更恰当。它只是把周围强大的雷电能量泄放到大地,起到引雷入地的作用,从而避免周围被保护设备遭到损害。当避
3、雷针遭雷击后,强大的雷电流沿避雷针和接地引下线进入变电站的接地网,再经接地网流入大地时,造成接地网的局部电位迅速升高。如果该接地网的接地电阻太大,局部电位升高超过一定数值时,就会对附近电缆沟内的电缆产生反击或旁侧闪击,引起电缆着火,造成灾难性的事故。2、重直击雷轻感应雷事故过程:2012年7月,汾西矿业集团某110kV变电站在雷电活动时造成该站综合自动化插件损坏,并使35kV开关误动。事故分析:变电站内的通讯、自动化控制系统的损坏大都是由感应雷造成的。当雷电活动时其周围的磁场发生强烈的变化,雷电所形成的强电场会以静电感应的方式在附近的导体上感应出很高的感应电压,而计算机等电子器件又是对干扰非常
4、敏感的元件,因此极易造成微机保护和综合自动化系统模块损坏,或者导致微机保护误动或拒动。3、重高压设备轻弱电系统事故过程:2012年9月,同煤浙能集团某煤矿办公楼10kV变电所遭雷击,高压设备安然无恙,保护装置电源模块损坏。事故分析:雷电活动时,雷电波沿10kV线路侵入到10kV母线,再经过10kV所用交变电磁耦合,闯入低压出线。由于雷电波的电压、能量极高,虽然经过10kV线路避雷器、母线避雷器和所用交变避雷器三级削锋和所用交变低压出线的平波作用,电压幅值大大降低,但雷电波仍以高幅值、尖脉冲的形式,瞬间加到低压电源系统。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抑制,
5、因而在低压电源系统中绝缘薄弱处造成击穿。相对于二次系统的快速发展,二次系统的的雷击防护工作还存在不少认识误区,还有很多需要完善的地方。在这种环境下,更凸显出变电站二次设备雷击防护工作的必要性和重要性。二、雷电入侵二次系统途径雷击过电压入侵变电站二次系统的主要途径有:1) 配电线路对于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
6、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) 通信线路引入雷击目前,变电站二次系统采用了多种多样的通信线路进行同一系统内设备与设备之间、系统与系统之间的连接。导体型通信线路感应到雷电后,雷击过电压直接传到设备,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,电话音频与MODEM连接线、RS485、RJ45网线、FDK/CAN现场总线、LON WORKs、GPS及微波载波等馈线等都是引入雷电的通信线路。因目前远距离多采用光纤传输,所以以上大部分通信
7、线路主要是在室内被其他线路上的过电压感应。3) 雷电电磁场上述两条途径是有形的看得到的途径,而电磁场是空间传播看不到的东西,这里的雷电电磁场是指雷击引起的室内的电磁场,主要集中在电缆沟、布线层及电缆井内。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,进出高压场地的各种线路(如交流采样、开关量回路等)都是雷电电磁场的产生源。4) 地电位反击对于电力系统来讲,因采用共用接地方式,不存在地与地之间反击,但地电位因雷击抬高时使得设备接地线对设备其他外接线之间可能产生能损坏设备的电位差。三、二次系统防雷措施变电站二次系统的主要防护工程措施有:传统的雷电防护方法由外部防护和内部防护两个环节组成。
8、外部防护是防止雷电击中建筑物时在建筑物本身出现的火灾和机械损害包含建筑物外将雷电放电电流导人大地的设施避雷针(避雷带)、引下线、建筑物周围的接地网及接地系统等。内部防护是减少被保护空间雷电流的电磁影响的措施,目的是降低由雷电流引起的电位差。那么概括的说,当今电子设备的防雷手段,主要采用分流、接地、屏蔽、等电位和过电压保护等方法。1) 分流利用避雷针、避雷带或避雷网等将雷电流沿引下线安全地流入大地,防止雷电直接击在建筑物和设备上。2) 屏蔽计算机系统所有的金属导线,包括电力电缆、通信电缆和信号线均采用屏蔽线或穿金属管屏蔽,在机房建设中,利用建筑物钢筋网和其他金属材料,使机房形成一个屏蔽笼。用以防
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