对35kV变电站受雷害情况及防雷措施的探讨

近年来, 随着城、农网改造的不断深入和电网运行水平的提高, 我地区电网日趋完善, 大量采用远方集中监视、控制等变电站综合自动化系统, 既提高了劳动生产率, 又减少了人为误操作的可能。采用变电站综合自动化技术是计算机和通信技术应用的方向, 也是电网发展的趋势。变电站以计算机监控系统为中心, 实现对全站一次设备的监视、测量、控制、记录和报警等功能, 并可实现与集控站或远方调度中心的通信功能。计算机监控系统让公司更好地、全面地掌握负荷、潮流的分布情况, 为电网稳定、经济带来更大帮助。计算机监控系统微电子器件组成, 微电子极端灵敏。它的这一特点又容易受到无孔不入的LEMP的作用, 变电站多处在雷电多发区, 雷灾也就产生, 或者造成微电子设备的失控, 或者是损坏。下面就认真分析我公司35k V变电站受雷害的一些情况和我们采取的防雷措施。

1 雷害入侵途径

这次有一个变电站烧坏的东西有监控后台的CPU板、通讯管理机的通讯板、保护测控模块、电视、站内的空调、电话等。由此分析此次雷电入侵途径是从电源端、信号端、控制电缆进入。光端机、网卡、后台主机没受影响, 说明不间断UPS电源有一定保护作用, 光纤进站段没有金属部件, 有很好的雷电隔离作用。从这些现象我从雷电入侵几种途径在下面作详细原因分析:

1.1 地反击

一台设备 (或一个小的局域网) 同时接到两个以上且相互没有直接电气连接的地网, 当这些地网因雷击而存在较高电位差时, 此电位差会沿接地线而直接加在同一设备上, 这样设备内就存在电位差, 如果此电位差超出设备的耐压值时, 设备就会被损坏。我公司35k V某变电站设计有三个地网, 两个是两座避雷针的独立地网, 另一个是变电设备交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地三个接地的共用地网。避雷针地网和设备地网有10m以上的距离, 发生地反击的情况较小。

1.2 直击雷

变电站的设计都有很好的防直击雷的保护, 变电站的建筑、设备都是在避雷针保护范围, 所以受直击雷防可能性较小, 而监控系统设备在建筑物内所以直击雷威胁更小了。

35k V及以下的高压配电装置架构及变电所的房顶上不宜装设避雷针;但采用钢结构或混凝土结构等有屏蔽作用的建筑物的车间变电所, 可不受此限制。因此, 由于变压站内的高压开关室和电容器室是采用混凝土结构, 可以在其房顶上装设避雷针、避雷带等防雷装置加以保护, 但避雷针的引下线接地点与主接地网到高压设备的地下连接点, 沿接地体长度不得小于15m。

1.3 雷电电磁脉冲

雷电击在建筑物避雷针上, 由避雷针通过引下线, 将雷电流泄放大地, 引下线自上而下产生一个变化旋转快速运动磁场, 建筑物内的电源线、网络线等相对切割磁力线, 产生感应高压并沿线路传输击毁设备。我公司35k V某变电站的控制电缆大都是在电缆沟里, 和避雷针是垂直的, 感应电压较小。对于35k V及以下的变电所, 因其绝缘水平较低, 必须装设独立的避雷针, 并满足不发生反击的要求。

35k V母线避雷器引下线距电缆沟只有0.5米, 控制电缆、信号电缆、电流测量电缆就从这个电缆沟经过, 且避雷器入地散流有和这些电缆刚好有平行的关系。避雷器电流取5k A, 国内外实验表明, 若有5k A雷电流流入接地网, 在其附近5~10m远的无屏蔽电缆上将感应5~7.5k V的过电压。如电缆有金属护套, 并且两端做良好接地, 则感应过电压幅值将至250~750V。可见35k V母线避雷器的雷电流对监控系统影响是很大的。

2 防雷措施

2.1 电源的防雷

据IEC统计, 在所有雷击损害的事故中, 由电源引入的雷击过压造成损坏的比率占80%左右。结合实际可使用三级电源保护, 使微机和所有的中控室用电设备处于保护范围内。

2.2 直击雷与感应雷的防治

(1) 对于直击雷主要是采用避雷针、避雷器、避雷线和避雷网作为接闪器, 然后通过良好的接地装置迅速而安全地把雷电流引入大地。 (2) 感应雷主要是通过室外与设备相连导线侵入到室内设备损坏设备的因此感应雷防护重点切断引入中控室的链条, 让电缆感受应的过电压减到最小。

2.3 监控主机防护

雷电电流通道附近形成的磁链与计算机芯片交链会造成影响。由于监控主机本身有静电屏蔽功能, 雷电通道通过中控室内空气介质对计算机的静电耦合而造成的破坏一般说来可以忽略。现来我们安装没有外壳接地, 现只对监控主机静电屏蔽作良好就近接地便可。

2.4 采取综合防雷措施, 确保变电站安全运行

某变电站位于市郊, 地处多雷区。该变电站和进出线防雷措施均符合规程要求, 但雷害事故仍然接连不断, 平均每两年左右发生一次雷害事故, 轻则造成线路跳闸, 重则造成开关爆炸、母线短路, 甚至造成电力变压器低压线圈变形。针对现状, 我公司针对该变电站雷害事故进行深入研究。研究结果表明:常规防雷措施不能有效防范多雷区变电站的雷害问题, 必须采取联合防雷措施, 才能确保变电站安全运行。

我们通过现场大量调查与分析, 收集有关防雷资料, 制定了该变电站综合防雷方案, 首先把重点放在解决线路进线雷电波侵入问题上, 如改造线路杆塔接地网、安装线路避雷器、安装自制的线路多针头避雷针等;其次对站内设备进行防雷防护, 如把普通型更换成大容量氧化锌避雷器、安装电站型多针头避雷针、加装扼流线圈等。联合防雷措施于陆续实施完毕, 该电站防雷效果十分明显。

该变电站在采取联合防雷措施以前, 站内所有避雷器每年动作次数一般在8~15次之间, 个别年份高达3 0次, 断路器每1~3年因雷害发生1次爆炸事故, 两台变压器多次遭受出口短路冲击, 其中1台已进行了技术改造, 另1台也有不同程度的线圈变形。自采取联合防雷措施后, 近几年来, 变电站内避雷器动作次数大大减少。

3 结语

沿海地区的年雷暴日高, 发生雷击事故的概率大。因此, 在变电站的设计过程中, 为保护变电站的设备安全, 提高其供电可靠性, 要优化防雷设计方案, 加强变电站的防雷安全措施, 最大程度的减少雷击事故的发生。通过我区35kv变电站雷害和雷害处理过程, 我们应清楚认识到只有熟悉设备的特性, 严格按照综合防雷的原则, 严格遵照规程规范的要求, 从各个可能的雷击引入途径进行规划保护, 才能保证整个电力系统的安全运行。

摘要：变电站综合自动化系统已成为一门自动化领域内的分支技术, 其内容正在不断成熟和完善。变电站实现综合自动化是我国电网调度自动化发展的必然趋势, 也是我国电网建设和调度管理的发展方向。变电站是电力系统防雷的重要保护设施, 如果发生雷击事故, 将造成大面积的停电, 严重影响社会生产和人民生活。因此要求变电站的防雷措施必须十分可靠。文章对我公司变电站监控系统受雷害情况进行了分析并提出了相应的防雷措施, 可供参考。

关键词：变电站,监控系统,防雷措施