新一代变电站二次系统

世联防雷

新一代变电站二次系统

雷击及过电压保护

目   录

一、变电站二次系统防雷概述... 3
二、操作电源系统防雷保护... 4
1、概述... 4
2、 交流操作电源系统防雷保护... 4
2.1 交流操作电源系统雷击及过电压风险分析... 5
2.2 交流操作电源系统雷击及过电压保护方案... 8
2.3 交流操作电源系统的电涌保护器选型... 9
3、直流操作电源系统的防雷保护... 9
3.1、直流操作电源系统雷击及过电压风险分析... 10
3.2、直流操作电源系统保护方案... 10
3.2、直流操作电源系统的电涌保护器选型... 10
三、综合自动化系统防雷保护... 11
1、 概述... 11
2、综合自动化系统结构... 11
3、 综合自动化各子系统防雷保护... 13
3.1 继电保护系统的防雷保护... 13
3.2测控装置防雷保护... 17
3.3 GPS时钟同步系统防雷保护... 20
3.4 通信控制系统的防雷保护... 23
四、参考依据... 27

一、变电站二次系统防雷概述变电站的电气设备分为一次设备和二次设备：一次设备主要包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电力电缆以及母线、输电线路等。由这些设备按一定规律相互连接构成的电路称为一次接线或——次回路，它是发电、变电和输配电的主体；二次没备包括监测仪表、控制及信号器具、继电保护装置、自动装置、远动装置等。这些设备通常是由电流互感器、电压互感器、蓄电池组成或厂(所)用低压电源供电，表明它们互相连接关系的电路称为二次接线又称二次回路。二次回路的设备通常为低压设备。在发电厂和变电所中，虽然一次接线是主体，但是，要实现安全、可靠、优质、经济地发电、变电、输配电，二次接线同样是不可缺少的重要组成部分。特别是对于运行控制而言，二次接线显得更加重要。
近年来新建或改造的变电站二次系统都开始采用最先进的计算机技术、电子技术、通信技术和信息处理技术将传统的二次系统的结构、功能进行重新组合，优化设计，通过新型的变电站的综合自动化系统对全部设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调，因而简化了变电站的二次接线和安装空间，可以说：新型的综合自动化系统替代了常规二次系统。
升级后的二次系统的综合布线、结构与传统的二次系统有非常大的变化，同时由于各种新的二次设备采用了更多的精密电子器件，对电涌非常敏感，抗扰度较低，较小的过电压都可能将这些设备打坏，据统计：仅2007～2008年期间中国南方电网采用新型二次系统的变电站雷击事故比改造前增加了3倍。
因此，在二次系统的布线、结构、设备出现变革后，传统的二次系统的雷击及过电压保护措施已不能起到完全安全保护的功能，我们必须重新分析这些给变电站运行带来更为高效、稳定、安全的新型二次系统的雷击及过电压耦合途径及新型的精密设备的绝缘耐压等重要因素，以提出更为安全可靠的雷击及过电压保护方案。
二、操作电源系统防雷保护1、概述操作电源是变电站中二次设备（如继电保护自动装置、信号设备、通信、远动、监控系统和断路器分、合闸控制等）的工作电源。操作电源十分重要，直接关系到电力系统的安全、可靠运行。
变电站的操作电源有直流操作电源和交流操作电源两种，交流操作电源就是直接使用的交流电源，一般由站用变压器提供。直流操作电源又分为独立式直流电源和非独立式直流电源，独立式直流电源有蓄电池直流电源和电源变换式直流电源；非独立式直流电源有硅整流电容储能直流电源和复式整流直流电源（电流互感器TA二次经电流、电压变换整流及过电压互感器TV二次整流）。
2、 交流操作电源系统防雷保护站用交流电源主要用于电池的充电电源、隔离开关的驱动和控制、变压器的冷却器、监控计算机、检修动力用电、照明及生活用电等，常见的变电站交流操作电源的布线如下图所示：

站用交流电源一般由站用变压器供电，交流电源经过变压器降压后引入配电房的总配电柜，然后根据用电设备将电源分配到各个子配电柜内，二次系统的电源则从配电配电房直接引入到站控室的交流配电屏，最后经过站控室的交流配电屏将电源分配到UPS柜、整流设备或者终端用电设备。
n         常见的交流操作电源系统的主要参数：
Ø  数量：2路（主用、备用），接线方式如下图所示：
Ø  组网方式： TN-C-S
Ø  电压：380V和 220V
Ø  交流不间断电源（UPS）：
UPS是向需要交流电源负荷提供不间断的交流电源，是二次系统不可或缺的供电装置，它由逆变器、旁路隔离变压器、静态开关、手动切换开关、控制及同步电路、直流输入电路、交流输入电路等部分组成其接线图如下所示：
2.1 交流操作电源系统雷击及过电压风险分析交流操作电源系统的布线范围相当广泛，从高压电缆到终端用电设备往往会穿越多种电磁强度不同的区域（LPZ0A～LPZ2区），同时由于不同阶段的操作电源其组网方式、布线方式（如架空、埋地、穿管）、电压等级、配电装置和用电设备的绝缘耐压都存在差异，因此对交流操作电源的雷击及过电压保护必须对以上涉及到的因素做仔细分析，常见的交流操作电源系统的布线如下图所示：
1)    站用变压器高压侧的电缆采用架空方式引入变压器房，在入室前基本上处于未收任何保护的LPZOB区域，该段线路可能遭受直接雷击，雷电流可通过电缆串入室内设备端；而当附近发生雷击时线路处于未衰减的强大电磁场内，可感应出非常高的过电压。
2)    当变电站附近发生云间闪电时，输电电缆可感应出危险过电压，而在雷云的形成过程中由于静电感应的作用当雷云消失后（发生雷击后）输电电缆也可感应出甚高的危险过电压并沿线路两端传输。
3)    从变压器低压侧到配电房入线端以及配电房到站控室这2段电缆常见的布线方式是采用埋电缆沟方式引入，当该区域处于建筑物的保护范围内时以该方式敷设的电缆不会遭受直接雷击，电缆沟采用单纯的砖墙结构时雷击电磁场强未衰减。若这两段电缆采用架空方式引入室内，架空段电缆不处于建筑物的直击雷保护范围时仍可遭受直接雷击的风险，其电磁场强同样未衰减，因此可感应出非常高的过电压。
4)    当变电站内的建筑物（如站控室）接闪时，接地装置由于存在一定的电阻值，而直击雷雷电流的峰值、陡度都非常大，因此接地装置会瞬间产生非常高的电压，该高电压可通过与接地装置相连接的电缆形成反击，即地点位反击。若各接地线形成环路时也会感应出高电压。
5)    各种操作过电压
6)         变电站操作电源的稳定性要求非常高，除系统全面检修外，必须保证24小时不间断供电，否则即使是短暂的断电都可能会导致供电事故的发生，所以在电涌保护器的选择上，除了要考虑预期的雷电流类型及其峰值大小、被保护设备的绝缘耐压等基本参数外，还要考虑所选电涌保护自身在应用上可能出现的问题：
ü  对于间隙型的产品，在交流系统的应用中都会产生工频续流，其值的大小由变压器的容量和安装位置确定，由于变电站的站用变压器的容量往往较大，所以产生的工频续流会比较大，当工频续流存在时一定时间后超过主回路的熔断器的耐受值时，回路可出现断电事故，所以选用间隙型的产品必须有良好的工频续流抑制能力。
ü  对于纯压敏电阻制作成的产品，如电源第二级保护和直流系统保护的产品，在实际的应用中都可能会出现过载、老化等现象，而压敏电阻在损坏后往往是处于短路状态的，因此当压敏电阻出现过载、老化现象以后，流过它的漏电流会增大（老化）或者直接是短路电流（过载），最终的结果都可能引起火灾、电网断电等事故，所以选用纯压敏电阻制作成的电涌保护器，必须考虑当它出现过载、老化等现象时要有一个稳定可靠的脱离装置将其从电网中脱离，避免事故的发生。


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