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1、1,2,变电站二次设备防雷技术,3,本文主要论述变电站二次设备雷击过电压防护的必要性与可行性,二次设备：低压供电（380V/220V）的通信、自动化、保护、监控、电源等设备，与一次设备相（高压）对应。,4,2 变电站二次设备防雷,1 雷电基础及电力防雷动态,4 电力系统SPD技术性能要求,6 相关案例,5 大型地网改造,3 参考方案,5,1.2 雷电电性能,1.3 雷电入侵楼内设备途径分析,1.1 雷电危害,1 雷电基础,1.4 雷电防护基本原则,1.5 电力二次设备雷电防护必要性分析,1.6 电力防雷动态,6,1.1 雷击危害,雷电是人类社会八大灾害之一，据初步统计全球每年雷击造成直接经济损
2、失超过140亿美元。在中国一个大中型以上城市每年雷击造成直接经济损失超过6000万。,重大的雷击案例,1987年美国弗吉尼亚州的一火箭发射场，五枚即将发射的火箭，其中三枚因雷击自燃点火升空。,我国山东黄岛油库雷击起火100多人伤亡，数万立方被毁，周围生态环境严重破坏。,7,据美国保险商协会统计，近年类，雷击造成弱电设备损坏事件呈快速上升趋势，其损失目前占雷击损失的80%。,从损坏建筑物等野外设施为主到损坏楼内电气设备为主,雷击危害趋势：,近年来，随着电力自动化的快速发展，高集成的二次设备大量使用，这些对过电压很敏感的设备的雷击防护成了广大电力技术工作者必须研究并很好解决的课题。,8,I KA,
3、t us,8,20,8/20US模拟感应雷电流波,0.1,0.5,0.9,1,雷击过电压是高达几千甚至上万伏，微秒级的电脉冲。,1.2 雷电电性能,9,IEEE规定:电源线上最高雷电流10KA,最高雷电压20KV,10,1.3 雷电入侵楼内设备途径分析,雷电入侵楼内设备简单地说有路与场两条途径，其中路是指设备的配电线路、通信线路、接地线路等，场是指雷击电磁场。,引下线、附近雷击等引起的楼内电磁场,地线,通信线,配电线,地网,11,1.4 雷电防护基本原则,雷电防护基本原则是采取综合防护措施使得线路与空间都“干净”。主要的措施有均压、等电位、安装SPD、屏蔽等。,标准：DL548-94电力通信站
4、防雷运行管理规定 GB50057-94建筑物防雷设计规范 GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范,12,2003年开始与清华教授等对国内200多个35KV以上的变电站的二次设备雷害情况进行了调查，并编写了变电站二次设备雷击过电压防护的必要性与可行性研究，调查结果具体如下。,1.5 电力二次设备雷电防护必要性分析,13,2年只有一次雷击的站所占比例,2年只有二次雷击的站所占比例,2年只有三次雷击的站所占比例,2年只有四次雷击的站所占比例,2年有五次以上雷击的站所占比例,39.2%,32.8%,12%,8.8%,6.4%,2年没有一次雷击的站所占比例,0.8%,变电站二次设备2年内
5、遭雷击损坏几率,14,保护、录波等设备的站所占比例,后台机的站所占比例,测控（远动）设备所占比例,通信设备所占比例,其他设备所占比例,11.9%,50.5%,6.3%,28.8%,9.4%,交流配电设备所占比例,11.4%,二年内雷击损坏变电站二次设备统计,直流电源设备所占比例,32.8%,15,载波馈线所占比例,以太网线、RS232线、RS485线等（站内被感应）所占比例,PT线占比例,微波馈线所占比例,普通电话线、语音线占比例,25.9%,46.3%,21.3%,23.8%,19.7%,交流电源线所占比例,27.6%,变电站二次设备2年内遭雷击损坏原因(雷电入侵途径)统计,直流电源线路所占
6、比例,7.8%,雷击但具体原因不明占比例,6.3%,16,1.6 电力防雷动态,随着电力自动化快速发站，电力二次设备雷害问题越来越严重。,90年代前电力防雷主要是高压避雷。,二次设备已经归如安全生产的范畴，部分省市已经写进了反措。,南方电网组织了二次设备防雷大检查。,广东、广西、云南等省市已经逐步开展二次设备防雷。,相关标准正在起草。,17,2 变电站二次设备防雷,18,2.5 主通道信号线防雷方案,2.4 交直流配电线防雷方案,2.6 接地与屏蔽,2.1 变电站雷击特点,2.2 雷电入侵站内二次设备途径分析,2.3 变电站二次设备雷击过电压防护原理及原则,2.7 小结,19,2.1 变电站雷
7、击特点,变电站是个包括高压场地（部分新建站是室内高压）与一栋以中控室为主的小楼，设备主要集中在中控室，部分站还有通信楼。虽然楼层不高，但有自带高压的特点，雷击几率很大。,20,2.2 雷电入侵站内二次设备途径分析,变电站的防直接雷击系统完善，地网接地电阻小，雷电泄放快。雷电入侵中控室内的自动化、继保、通信等二次设备主要途径如下：,低压交流配电线路：站用变前端的高压交流线路虽然有避雷线、高压避雷器等，但到站用变还有1万多2万伏以上的过电压脉冲，变压器不能完全抑制这过电压，因此，过电压会传到低压线路，并传到站内二次设备。,220V直流配电线路：变电站的自动化等很多二次设备是直流220V配电，该直流
8、的还送到了高压场地，因此，220V直流线路会感应到雷电，并传到站内二次设备。,21,站内布线层内线路相互感应：变电站的特点就是进出站的线多，站内各屏（柜）之间的连接线多，而且这些都经过布线层进出，因此，这些信号线相互感应的几率很大，室内线路之间感应的过电压不会太高，但就足可损坏一些敏感的通信接口（如RJ45口，232口、485口等）。,进出站的信号线路：高压场地有很多各种通信控制线路经布线层到中控室，这些线路虽然大多数有屏蔽层，但因雷电能量集中在中低频，一般的屏蔽措施效果不显著，因此，这些信号线路会感应到雷电，并传到站内二次设备。,22,测控,交流,直流,高压场地,主控,通信,后台,保护,GP
9、S,到局调度等,PTCTYXYC等线,变电站主通道示意图,2.3 变电站二次设备雷击过电压防护原理及原则,23,原则：以主控为中心的主通道须有较完善的过电压防护措施。必要的采样或控制线安装相应的SPD，而大部分采样、控制等线路不安装SPD。,原理：可能引入雷电过电压的各种主要线路安装相应的SPD，做好等电位连接。,24,变电站中控室配电电源线路防护措施：交流、直流总配电需须安装相应的SPD，主控、通信、后台监控等主要通道的设备配电须安装相应的SPD。通信的直流48V电源根据实际情况安装SPD。,2.4 交直流配电线防雷方案,站用变,备份,交流屏,直流屏,通信,保护,测控,主控,后台监控,UPS
10、,48V整流,直流母线,VOLE380-160,VOLE220-50,VOLE220DC-50,VOLE48DC-50,25,2.5 中控室主要通道信号线防雷方案,变电站中控室通信线路防护措施：进出主控屏的主要通信线路须安装相应的SPD，主控到后台监控、通信屏等主要通信线路安装相应的SPD。PT、CT线根据实际情况安装SPD。GPS馈线、载波馈线须安装相应的SPD。,交流屏,直流屏,通信,保护,测控,主控,后台监控,VOLE-PT,VOLE-CT,VOLE50A,PT、CT,M,光纤,载波等,GPS,RJ45网线,485,CAN,485,语音线,CT,PT,VOLE30A,ASX5008,VO
11、LERJ45,经布线层等的主要通信线安装SPD。屏内的232等通信线不须安装SPD。,去调度,26,2.6 接地与屏蔽,变电站地网,A、共用接地方式,B、主地线4*40以上铜或钢(2条以上),C、设备及需接地的点就近接地排(槽钢)。,屏蔽措施:机柜接地有良好的屏蔽作用,采用屏蔽电缆.,27,2.7 小结,电力系统还没有二次设备防雷的标准。目前的防护措施是基于现有条件的基本措施。,（1）交流总配电线路（中控室内交流屏） （2）直流配电线路（中控室内直流屏） （3）后台机UPS电源（UPS前） （4）主控屏的交直流电源（中控室内主控屏） （5）通信屏电源（通信室内通信电源屏） （6）主控屏内到后台
12、机、通信屏、保护、测控等屏的通信线 （7）通信屏内到主控屏的通信线路 （8）后台机到主控屏的通信线 （9）PT、CT （10）其他信号线,28,3 参考方案,根据前面介绍的原理，列举一个实例方案，方案从交流电源、直流电源、以主控屏为中心的通信线等采取了保护措施,29,30,4 电力系统SPD技术性能要求,SPD是电力二次设备雷击过电压防护中须采用的主要防护设备，其性能的好坏直接影响防雷系统的效果。电力的二次设备比任何一个系统的设备都复杂，它是一个包含了自动化、通信、计算机等多种弱电设备在内的复杂的系统。SPD不但要求能保护这些二次设备的安全，同时不能影响这些设备的正常运行。因此，电力系统的SP
13、D比一般系统要求高。,31,电源SPD除常规电气性能必须满足我国电网要求，通信SPD必须满足频率等通信质量要求外，SPD在安全方面必须充分考虑如下性能要求：,4.1 放电电流,4.2 残压,4.3 保护模式,4.4 过流等脱扣,4.5 特殊要求,32,4.1 放电电流,交流电源SPD根据实际情况选择放电电流：雷环境较好地方选用20KA（8/20US），恶劣地方选用40KA（8/20US）。,48V、220V直流电源SPD一般选择放电电流：15KA （8/20US） 。,通信及网络SPD一般选择放电电流：10KA （8/20US） 。,33,4.2 残压,残压可简单地理解为雷电被SPD泻放后的剩
14、余电压。是表征防雷产品安全性能中最根本的参数，,IEEE 1100-1992 The Emerald Book 建议残压应不高于设备本身工作电压峰值的2倍.(few solid state devices can tolerate much more than twice their normal rating),UP,设备,SPD,交流电源SPD残压应低于700V，48V直流电源SDP残压应低于180V，220V直流电源SPD残压应低于600V，通信SPD根据设备端口耐过压能力来定。,34,IEEE 1100-1992 The Emerald Book 建议残压应不高于设备本身工作电压峰值的
15、2倍.(few solid state devices can tolerate much more than twice their normal rating),35,4.3 保护模式,性能优良的SPD应具备纵向保护和横向保护,即具备全保护.,L,N,E,V+,V-,整流,滤波,开关稳压,电力系统应用的SPD应具体全保护模式。,36,组合于一体现实了全保护.,只有4个模块,无法实现相对中的保护,37,SPD的技术要求标准规定:电源SPD必须有脱扣装置.当SPD损坏短路时必须脱扣以免出现电气短路故障.,设备,SPD,脱扣,目前实现脱扣的一般有:快速熔断器空气开关机械等方式，性能优良的SPD具备了多路脱扣装置并联的热备份式脱扣系统。,4.4 过流等脱扣,电力系统应用的SPD应具热备份式脱扣系统。,38,4.5 特殊要求,PT线路SPD应确保不短路，CT线路SPD应确保不开路。,39,5 大型地网改造,变电站大型接地网要求接地电阻一般是0.5以内(或按公式计算)，对于地质情况较差的地方，须采取一些特别措施方可。,5.1 地网的基本概念,5.2 接地电阻,5.3 接地电阻的测量,5.4 接地电
