優秀的變電所微機裝置防雷分析論文
優秀的變電所微機裝置防雷分析論文
摘要：微機保護和自動化裝置以其高度的靈敏性，速動性和維護管理的方便性，在電力系統中得到了飛速的發展和廣泛的應用。但微機系統越是先進，晶片的整合度就越高，電路越複雜，工作電壓越低，對環境穩定性的要求也越高。抗干擾和耐衝擊始終是微機系統在電力工業惡劣電磁環境下應用中的兩大薄弱環節。
關鍵詞：微機保護和自動化裝置雷擊執行安全
1前言
隨著科學技術的日新月異，微機保護和自動化裝置以其高度的靈敏性，速動性和維護管理的方便性，在電力系統中得到了飛速的發展和廣泛的應用。但微機系統越是先進，晶片的整合度就越高，電路越複雜，工作電壓越低，對環境穩定性的要求也越高。抗干擾和耐衝擊始終是微機系統在電力工業惡劣電磁環境下應用中的兩大薄弱環節。而雷擊事件由於其極高的電壓幅值和不可預測性更是微機系統的“天敵”。它極大的威脅著現代化變電所的執行安全，應該引起我們足夠的重視。
2問題的提出
潮州110kV城東變電所地處粵東丘陵地帶。屬颱風雷害比較嚴重的區域。該所始建於80年代，由於原來是按常規所設計，標準比較低。近年引進一些微機裝置後，雷害現象頻頻發生。比較嚴重的就先後發生了三次由於雷電波透過所用變低壓側和兩路引出的通訊電纜入侵，致使載波機電源、遠動櫃的電源外掛、RTU訊號外掛、UPS和後臺監控微機都受到了不同程度的損壞。1998年底我們專門組織了技術力量，在上級部門的支援下對該所進行了有針對性的防雷整改。
為了有針對性和客觀性地分析問題，我們蒐集了近幾年本地區幾起雷害事故進行比較研究，在研究中我們發現了幾個值得注意的現象：
(1)該所雖屢遭雷害，使遠動和微機裝置多次燒燬，但該所的電磁式保護迴路卻未發生任何雷害事件。
(2)距離該所僅8km的220kV潮州變電所在1998年發生了一起雷電波侵入，引起了新改造的微機線路保護裝置的電源和部分輸入模組燒壞的事故，而其他的常規的電磁式保護和自動裝置卻完好無損。
(3)距離該所5km的110kV春光變電所，全所使用全套微機保護、監控及自動裝置，投產5年從未發生過類似的雷害事故。
3原因分析
(1)雷電波的侵入過程：雷電波通常是透過變電所臨近的10kV線路侵入10kV母線，再經過10kV所用變壓器高、低壓繞組間的靜電和電磁耦合，闖入低壓出線。途中經過了10kV線路閥式避雷器、母線閥式避雷器和所用變閥式避雷器3級削峰，再經過所用變低壓出線的平波作用，電壓幅值大為下降。但由於雷電波的電壓、能量極高，且閥式避雷器等裝置技術上的.侷限性，雖然絕大部分的雷電能量都能在到達裝置之前得以消除，但雷電波仍可能以幅值相對很高，但作用時間很短的低能量尖峰脈衝的形式，透過所用變壓器的低壓出線，加到變電所內所有的220V交流回路中。
還有一種情況，就是感應雷電波透過排程遠動系統的RTU裝置和訊號採集的二次電纜入侵，以很高的電壓直接加到遠動系統的訊號和傳送端上，造成接收和傳送端模組燒壞。
(2)微機裝置屢遭雷害的原因：變電所的保護和合閘電源直流系統的整流充電系統設計容量都比較大，電壓耐受能力也比較好。而且由於大容量電池組吸收尖峰脈衝的作用，和整流回路的平波作用，加到保護裝置上的脈衝電壓大大降低。再加上常規的電磁式保護裝置的元器件多為單元件的電阻、電容和電感線圈等，耐熱容量大，對尖鋒脈衝的耐受能力也比較強，所以能安全度過低能量、高電壓的衝擊暫態過程。但對於使用超大規模積體電路，執行電壓只有數伏，訊號電流僅為μA級的微機裝置來說，就不一定能經受得住。這就是造成微機裝置損壞而常規保護裝置卻能安全執行的關鍵原因。
(3)遠動載波系統受雷害特別嚴重的原因：
首先是電源方面：排程的遠動載波系統多由獨立的小容量UPS供電，而這些UPS最多的是使用壓敏電阻保護。在防雷和限幅能力都比較有限，保護UPS本身尚且不夠，更不用說保護後接的電子裝置了。實際運用中也屢屢發生UPS雷擊燒燬現象，所以單從提高UPS質量方面入手難以從根本上解決問題。
其次是訊號端方面：該所有兩路RTU出線比較長，且沒采用遮蔽電纜，又地處雷電多發區，廠所端也沒裝設任何防雷裝置，變電所和沿線附件落雷都很容易在電纜中感應出很高的雷電壓並透過電纜直接加到裝置上，造成裝置的擊穿損壞。
相比之下，較晚設計投產的110kV春光變電所，由於為微機化防雷按較高標準設計，包括遠動通訊，訊號和弱電部分全部使用遮蔽電纜並且遮蔽層兩端可靠接地；排程遠動系統廠家已預置了防雷保護模組；在保護和載波、遠動電源處加裝了高質量的雷盾(OBOV20-C)金屬氧化物低壓防雷裝置。長期以來執行情況良好。
4採取措施
(1)把上述兩條RTU電纜換成遮蔽電纜，遮蔽層兩端接地。
(2)在RTU端加裝壓敏電阻和防雷模組兩級防雷保護，並在RTU微機電源處加裝“雷盾”(OBOV20-V)帶保險的金屬氧化物低壓防雷裝置。
(3)將原來的不帶防雷功能的後備式UPS換成帶防雷功能的智慧線上式UPS。
(4)在中控載波室的低壓電源(兼供排程後臺監控微機電源)處加裝“雷盾”(OBOV20-C)三相四線式帶保險的金屬氧化物低壓防雷裝置。
(5)在所用變壓器低壓出線端加裝普通陶瓷氧化物低壓避雷器。
(6)結合廣東省電力局關於全面推廣使用金屬氧化物避雷器的要求，把全所(包括10kV母線)的10kV閥式避雷器全部更換為高質量的金屬氧化物低壓避雷器。
透過整改，形成了對雷電波的多級攔截和防護體系。經兩年多的執行實踐，至今未發生一起與雷電有關的故障，系統執行情況大有改善。在此期間，該所安裝的“雷盾”金屬氧化物避雷器雖熔絲熔斷而系統仍能安全正常執行，避雷效果相當明顯。
5教訓與收穫
雷害對採用微機系統的現代化變電所是一個極大威脅，變電所微機系統的防雷問題不可忽視。
雷電波主要是透過通訊、訊號取樣電纜和電源部分兩條途徑入侵。特別是低壓電源的防雷保護，尤其應該引起足夠的重視。
(1)引到開關場的電纜使用遮蔽電纜，遮蔽層兩端可靠接地。
(2)新建的微機系統要向廠家深入瞭解該系統防雷方面的設計，訊號和數採部分一般都要求有光電隔離裝置。
(3)必要時可在裝置的介面處加裝壓敏電阻、TVS管或專用的防雷模組構成的單級或多級保護。
對於電源部分，難以用單一級的避雷裝置一步到位地解決問題。而應該採用多級防護的手段，逐步把雷電壓降低到允許的範圍之內。對於微機化變電所，所用變低壓側裝設金屬氧化物避雷器是必不可少的。
在防雷設計方面，要用發展的眼光，從高標準的微機化所角度出發，遵循“整體防禦、綜合治理、多重保護”的方針，通盤考慮。特別應該重視近裝置端的保護，這在改造工程中往往也能起到立竿見影的效果。
防雷設施是屬預防性的投資，在事故發生之前人們往往覺得可有可無，可少則少。等到事故發生後才發現得不償失、後悔莫及。透過這次整改，我們深刻體會到以小投資保證大投資的安全才是明智之舉，防雷設施省不得，這是我們最大的收穫。