雷击引发的变电站通信设备火灾事故分析

二、雷击对变电ຫໍສະໝຸດ Baidu内设备传感器的影响
当雷击变电站时,瞬间的过电压和冲击电流会产生强大的电磁干扰,这将对变电站内部的某些较为敏感的二次设备产生危害,尤其是某些较为敏感的传感器,有必要研究其在强电磁场冲击下的抗干扰能力。利用MagNet软件对GIS附近安装的局部放电监测装置的传感器进行了仿真分析,并研究了雷击过程对传感器的影响。
就现阶段来看,我国的变电站形式多采用同一个接地体,不再采用单独接地方式,看起来这种方式并不合理,实际上并非如此。举例来说,如果雷电电流幅值是50千安,在应用联合接地模式之后,接地电阻达到了4Ω,对地电压是200kV,在遇到该种问题时,可以采用等电位联结法,在采用该种方式之后,变电站中非带电金属导电物体对地电位会升高到200kV,此时,电源中性点会处在一个接地体之中,对地电位也会高达200kV,其电位差也是一样的,并不会由于这种设计方式出现新电位差,这样就不会出现电磁感应过电压与静电感应过电压。
（一）传感器模型
对于GIS局部放电检测,普遍采用的方法有脉冲电流法、超声波法、光检测法、分解产物检测法、超高频(UHF)法等。其中UHF法要优于传统的脉冲电流法等方法,采用能够接收超高频率电磁信号的接收天线来对局部放电产生的电磁信号进行检测。当GIS开始局部放电时,放电处电荷剧烈运动,产生短时间的电流脉冲以及高频率(最高可达GHz)的电磁波信号,从而被传感器检测到。因其具有发现时间早、反应灵敏、频带宽等特点而得到了广泛应用。
举例来说,在雷电电流幅值与接地电阻分别在60Ω与30Ω的条件下,对地电压为1800kV,在接地电阻值为10Ω的条件下,对低电压为600kV,前者跨步电压远远高于后者。为了避免雷击事故对变电站产生毁灭性影响,必须要制定出科学合理的接地措施,避免由于不设计问题影响防护效果。
数据调查结果显示,为了降低雷电事故发生率,可以采用等电位连接与联合接地的防护方式,前者即将变电站中金属导电物体相连,直接将其引入到接地体,后者即对于变电站使用同一的接地体,具体的接地电阻根据系统要求进行设计。一般情况下,变电站接地电阻以4Ω为宜,达到这一要求才能够有效降低雷击事故。
雷击引发的变电站通信设备火灾事故分析
摘要：本文首先分析了雷击效应与危害，然后分析了雷击对变电站内设备传感器的影响：传感器模型；仿真结果及分析，然后分析了变电站雷电防护接地措施。
关键词：雷击；变电站；通信设备；火灾事故；
大气中发生云块后,云块中流动雾状水颗粒会产生静电,形成带电云层,云层与云层之间由于摩擦问题会出现静电,如果其中距离和电位差超过相应数值,就会出现放电问题,这就是我们经常谈及的雷电,雷电形式是多种多样的,包括球状、片状与线状三种类型,雷电电流幅值是非常大的,其电流幅值往往会达到几十到几百Ka,但是电流幅值得持续时间并不长,仅仅只有十几最多一百毫秒,虽然时间不长,往往会产生巨大的破坏。数据统计显示,线状雷电是致使变电站产生雷击事故的主要因素,在各种因素的影响下,我国变电站防护措施并不健全,如果发生雷击,往往会产生无法估量的后果。
在雷电流幅值为210kA时,其产生的电磁场在外部UHF局放监测传感器上感应的电压最高达323V,最低为160V;雷电流幅值为175kA时,其产生的感应电压最高为273V,最低为138V。而一般的局部放电传感器为弱电元件,对于UHF天线接收到的微弱信号需要经过放大后才能经后续电路处理,以低噪声超高频放大集成电路uPC8211TK为例，其工作电压为3V,最大输入功率为10dBm,功率增益20dB。正常工作时其输入端为极微弱的信号,一般没有浪涌保护电路,若雷击时产生的几百伏感应电压加在输入端将极有可能造成芯片击穿损坏。因此,在实际变电站运行中,最好对局放监测系统,尤其是在传感器部分安装浪涌保护器。
一、雷击效应与危害分析
在出现雷击后,雷电电流会在短时间进入大地之中,而变电站中的输电线路、导体、变配电设备、金属管线是难以在短时间疏散电流的,积累的电荷量往往会高达数百千伏。在第一次放电之后,雷电还会出现多次放电,沿第一次放电通道进入变电站,之所以会产生该种问题,就是由于大气云块的放电方式属于阶跃式放电法,先驱放电早于主放电,因此,雷击电流幅值会产生出高陡度增大的变现,并产生闪电雷电流脉冲,这会对附近的金属导体带来致命性影响。在雷电电流的持续性破坏下,导体热稳定性会受到极大的影响,同时也会影响导体的机械强度,电磁感应过电压以及静电感应过电压会致使输电设备出现绝缘闪络的问题,严重影响着电气设备的正常功能,这是致使变电站运行产生二次事故的主要诱因。除此之外,瞬变脉冲电磁场也会严重影响变电站的通讯系统和电子系统,引起电力调度通信中断问题与微机保护误动问题。
（二）仿真结果及分析
在MagNet软件中建立了简要几何模型,由于雷击过程非常短暂,电流很大,设备内部很多物理过程来不及进行,可以将GIS设备模型进行简化处理,将内部导体等效看作1条母线,材料设定为铜,外壳材料设定为铝,内部空间为SF6气体,外壳接地,对变电站遭受雷击时GIS的电磁场进行仿真。雷击时,由于GIS内部的电场和磁场很大,必然会对内置式UHF传感器造成影响。本节主要针对外置式UHF传感器进行分析。外壳接地时,外部电场几乎为零,仿真结果也证明了这一点,因此电场对于外置的检测设备几乎没有影响。但是,雷击时产生的强电流脉冲以及由此产生的强磁场,仍然会在外壳上感应出较大感应电流,以至于影响到外部监测设备的传感器。为了更好地分析强磁场对外壳外部传感器的影响,在仿真时选取多个位置进行仿真计算。
三、变电站雷电防护接地措施分析
设置雷电防护接地措施能够有效避免雷击事故的发生,该种措施即应用技术手段将雷击后产生的电流直接引入到大地中,判断合格接地的原则是非常严格的,只有在出现直接雷击,能够避免由于电磁感应与静电感应过电压引起的危害,才能够投入使用。国际上对于接地电阻设计值也有着明确的规定,其电阻值是不能够超过10Ω的,接地电阻值与雷击事故的阻止率是正比关系,电阻值越小,那么危害也就越小。