集控中心雷击特性分析及其雷电防护策略

２００８年第ｌ２期　《贵州电力技术》　（总第ｌ１４期）　集控中心雷击特性分析及其雷电防护策略　遵义供电局王燕［５６３０００］　摘要集控中心自动化系统是控制、管理电网的重要技术支撑平台，是管理和控制电网安全、稳定运行重要的工　具和手段，随着无人值班变电站的投运越来越多，其影响范围也逐步扩大。　本文就雷电危害及入侵途径、雷电的防护、集控中心自动化设备综合解决防雷防护提出自己的观点，并提出基　于集控中心自动化系统的雷电防护策略。　关键词集控中心雷电防护策略　

１　前言　随着科学技术的进步和电力体制改革的不断深　化，变电自动化技术得到越来越快的发展，从电磁型　保护到晶体管保护，再发展到微机型保护，以及变电　综合自动化装置大多数实现了微机自动控制。它们　以通信网络技术为基础，把各种继电保护装置、自动　装置、站端ＲＴＵ和调度自动化主端连接起来，使变　电站实现高质量、高速度、高灵活性和低成本的生产　管理。随着无人值守变电站管理模式的推广，变电　站巡检制度的建立，在集控中心等相关部门通过现　有的电力通信网对所属变电站实现远程调控，但由　于变电站的特殊环境，如强电磁场、雷电等众多因素　的影响，使变电站的自动化系统受到各种各样的干　扰，为提高其运行的安全和工作的可靠性，应根据不　同的干扰源，采取相应的防雷及抗干扰策略。贵州　遵义地区所在地年雷暴日平均值为５３．３天，属于多　雷区，探讨并制定集控中心机房及其自动化系统设　备防雷策略，是在类似遵义这样一个多雷地区集控　中心自动化系统设备健康稳定运行的保证。　２雷电危害及入侵途径　２．１　雷电危害　几十年来的通讯设备是从电子管、晶体管向集　成电路过渡的。由于电子管、晶体管的耐冲击能力　较强，因此二次雷击效应对电子管、晶体管通讯设备　没有造成太大损害。集成化度较高的微电子设备，　其耐冲击能力差受雷击更易使微电子设备受到损　坏。众所周知，当电流在导体上流动时，会产生磁场　储存能量，电流越大，导线越长，储能越多，所以当大　负载（特别是电感性大负载）电器设备开关时，便会　产生瞬时过电压。　雷击主要有两种形式：直接雷击和感应雷击。　直接雷击：雷击直接击在物体上，产生电效应、热效　应和机械力，称之为直接雷击；感应雷击：雷电放电　时，在附近导体上产生的静电效应和电磁感应，可能　使金属部件之间产生火花，称之为感应雷击。雷击　对电力系统的危害是非常巨大的，直击雷可以造成　线路跳闸、开关、ＰＴ、ＣＴ及其它一次设备故障、爆　炸。感应雷主要危害变电站的通信设备、集控中心　自动化系统、继保系统及监控设备。这些设备对雷　电等电磁脉冲和过电压过电流的耐受能力很低，而　且由于电力系统二次防雷工作滞后，这些设备遭受　雷击损坏极高，贵州遵义地区所处地年雷暴日平均　值为５３．３天，属于多雷区，雷击集控中心自动化设　备将严重威胁电网的安全运行。　通过对部分雷击事故的分析，雷电时浪涌过电　压的一种，操作过电压同样是浪涌过电压的一种形　式，发现许多雷击事故都是在避雷针接地完好的情　况下发生的，分析其原因主要是二次感应雷击效应　造成的。　浪涌过电压所造成的后果是及其严重的，对变　电站集控中心机房所造成的后果归纳为以下四个　方面：　１、设备损坏，工作人员伤亡。　２、设备或元器件寿命降低。　３、传输或储存的信号或数据（模拟或数字）受　到干扰或丢失，甚至使变电站集控中心自动化系统　产生误动作或暂时瘫痪，整个系统停顿，如遥测、遥　控、数据图象传输暂停，局域网乃至广域网遭到破　坏，间接损失或社会影响远远大于直接经济损失。　２．２雷电入侵途径　２．２．１　低压供电系统引入的雷电过电压　雷电波通常是通过变电站在低压供电系统产生　

．１３．　２００８年第１２期　《贵州电力技术》　（总第１１４期）　过电压（浪涌）和传导部分雷击电流。低压架空线　上的雷击非常接近建筑物，导线上可传导部分的雷　击电流进入低压出线，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　变压器的低压线路，加到变电站内交流回路中。　２．２．２通信线路引入雷击　通信线路（通信线路一般包括一般有载波线、　电话线、控制线）等，由于变电站集控中心的通信电　缆出线较长，感应雷电通过远控系统电缆及信号电　缆侵人，以很高的电压直接加在通信线路上，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，ＲＳ４８５、ＲＪ４５网线、ＧＰＳ及载波等　馈线等都是引入雷电的通信线路。大部分通信线路　主要是在室内被其他线路上的过电压感应。　２．２．３雷电电磁场　上述两条途径是有型的看得到的途径，而电磁　场是空间传播的看不到的东西，这里的雷电电磁场　是指雷击引起的室内的电磁场，该电磁场使集控中　心机房内的线路感应到过电压，该过电压直接传到　设备，该电磁场也可使设备内的集成线路板上的线　路或器件感应到过电压，使设备损坏。雷电电磁场　的危害最终还是使设备及线路感应到过电压。对于　集控中心来讲，集控中心机房内的钢筋（当作引下　线用）、集控中心所处变电站布线层内进出高压场　地的各种线路都是雷电电磁场的产生源。　２．２．４地电位反击　当集控中心所处变电站线路遭受雷击后，雷电　流会经避雷装置流人接地网，如果接地网的接地电　阻偏大或接地网的均压效果不好时，在强大的雷电　流作用下，会使接地网的局部电位显著抬高，并由此　导致电地位对设备反击而损坏设备。　从安全及运行稳定等角度来考虑，电气设备必　须接地，如果雷击时，设备的接地线路为高电位，而　设备的某处因某种原因为低电位，则地线对设备上　该点的电位差全部由设备承受，这实际上是地线对　设备某点的过电压，该过电压也是轻则使设备加速　老化，重则直接将设备损坏。这里必须说明的是，地　反击是设备接地线路对设备某点的电位差，如果，设　备不存在低电位点则不存在电位差，单是地线高电　位只能说是“水涨船高”，没有电位差也就没有过电　．１４・　压（在电磁学里，电位差称电压），当然设备也就不　会损坏。单独的一台设备与外部没有任何导体连接　时为高阻状态，此时，设备接地线为高电位，也不会　存在电位差。一般来讲设备接地线高电位对设备外　接的配电线路、通信线等有电位差。说到底，地反击　实际上是地线与电源等线路之间产生了过电压。对　于集控中心来讲，因采用共用接地方式，不存在地与　地之间反击，但地线对电源线、通信线之间是存在反　击的，这也相当于电源与通信线引入雷电。　３雷电的防护　３．１　集控中心机房内部防护　内部保护指对雷电等侵入的防护，其技术措施　可分为屏蔽措施（法拉第笼），均压等电位措施和防　闪络策略，分别简叙如下：　３．１．１屏蔽措施　屏蔽是利用各种金属屏蔽体来阻挡和衰减施加　在计算机等设备上的电磁干扰或过电压能量。对计　算机系统来说具体可分为集控中心机房屏蔽、设备　屏蔽和各种线缆（包含管道）的屏蔽。集控中心机　房的屏蔽可利用集控中心机房的钢筋、金属构架、金　属门窗、地板等均相互焊（连）接在一起，形成一个　法拉第笼，并与地网可靠的电气连结，形成初级屏蔽　网。设备的屏蔽应对集控中心计算设备耐过电压水　平调查的基础上，按ＩＥＣ划分的防雷区（ＬＰＺ）施行　多级屏蔽。屏蔽的效果首先取决于初级屏蔽网的衰　减程度，其次取决于屏蔽层厚度（最好接近电磁波　的波长），网孔密度（密度越大则可靠程度越高），屏　蔽材料（低频时采用高导磁材料，高频时采用铜材、　铝材为宜）。在屏蔽中要特别注意对各种“洞”的密　封，除门、窗外，重点对人户的金属管道、通信线路、　电力线缆入口作好屏蔽，各种线缆均采取屏蔽措施，　金属丝织网、金属软导管、硬导管均可用于屏蔽　线缆。　３．１．２等电位连接　在ＩＥＣ标准中指出等电位连接接是内部防雷措　施的一部分，等电位连接的目的是减小防雷保护区　内金属构件和系统之间的电位差。其目的在于减少　雷电流所引起的电位差。等电位，是用连接导线或　过电压（电涌）保护器，将处在需要防雷的空间内的　防雷装置和集控中心机房的金属构架、金属装置、外　来导线、电气装置、电信装置等连接起来，形成一个　等电位连接网络，以实现均压等电位。防止需要防　雷空间内的火灾、爆炸、生命危险和设备损坏。为实　２００８年第ｌ２期　《贵州电力技术》　（总第１１４期）　施等电位连接和浪涌保护器的安装，ＩＥＣ标准将需　要保护的空间划分为不同的防雷区（ＬＰＺ），以规定　各部分空间不同的ＬＥＭＰ的严重程度和指明各区交　界处等电位连接点的位置，如图１所示。　

’　一　

一　在ＬＰＺＯ＾与Ｉ　界面上的等　电位连接带１．　电缝　线路一　图１　集控中心机房划分防雷区和等电位连接　以往有些教程和规范，要求电子设备单独接地，　此地被称为直流工作地或信号地、逻辑地，它实质上　是高频信号的接地。单独信号地的目的，是防止地　网中杂散电流或暂态电流干扰设备的正常工作，有　时也过分强调要求接地电阻的低值。在ＩＥＣ标准和　相关标准中均不提单独接地。美国标准　ＩＥＥＥｓｔｄｌ　１００—１９９２更尖锐的指出：不建议采用任何　一种所谓分开的、独立的、绝缘的、专用的、干净的、　静止的、信号的、计算机的、电子的或其它这类不正　确的大地接地体作为设备接地导体的一连接点。　３．Ｉ．３　防闪络措施　在ＩＥＣ电　

络（系统）中通常处于地电位的部分受到雷击而引　起的相对地的绝缘闪络。”为防止闪络，在国标　ＧＢ５００５７—９４中提出了等电位连接或隔离距离的要　求。在装有防雷装置的集控中心机房，在防雷装置　与其它设施和集控中心机房内人员无法隔离的情况　下，应采用等电位连接。　当利用集控中心机房的钢筋或金属结构作为引　下线，同时集控中心机房的大部分钢筋、钢结构等金　属物与被利用部分连成整体时，当不可避免将电缆　布设在集控中心机房四周时，需将电缆完全封闭在　金属管道中同时采取等电位连接的办法，金属物或　线路与引下线之间的距离可不受限制。　

４集控中心自动化设备综合解决防雷策略　４．１　集控中心内设备过电压防护　通过自己多年维护自动化站端设备、主站设备　防雷经验，总结针对集控中心供电系统、信号系统雷　电防护策略总结如下：　４．１．１　集控中心供电系统防护策略　（１）引入集控中心机房内的交流电力线宜采用　地下电力电缆。其电缆金属护套的两端均应作良好　的接地。　（２）根据规范：“供电采用不少于三级的分流　限压措施”，所以其供电系统的防雷配置图如图２　

图２供电系统防雷配置图　（３）交流供电变压器低压侧，安装低压氧化锌　雷器，屏内交流零线不作重复接地。大楼内所布放　避雷器，变压器的机壳、低压侧的交流零线，以及与　的交流供电线路中的中性线（零线）汇集排，应与机　变压器相连的电力电缆的金属外护层，应就近接地。　架的正常不带电金属部分绝缘。　（４）变压器低压侧引致室内配电主交流屏的三　（５）在分配电屏柜的三相交流输入端，安装限　根相线及零线，应接大通流量的开关型模块电源防　压型模块电源保护器；如在后级还有分级的三相电