變電站二次設(shè)備防雷技術(shù)

變電站二次設(shè)備防雷技術(shù)第一頁，共五十五頁，2022年，8月28日2電力二次設(shè)備雷擊防護(hù)必要性4變電站二次設(shè)備防雷方案1雷電基礎(chǔ)3目前國內(nèi)電力防雷動態(tài)5電力系統(tǒng)防雷產(chǎn)品性能要求6公司及產(chǎn)品介紹第二頁，共五十五頁，2022年，8月28日1.2雷擊分類1雷電基礎(chǔ)1.1雷云第三頁，共五十五頁，2022年，8月28日1.1雷云++++++++------帶電的云稱為雷云第四頁，共五十五頁，2022年，8月28日1.2雷擊分類

雷電是一種自然現(xiàn)象，歸為大氣物理學(xué)，雷擊的分類方法比較多，按雷擊形式分三類：直接雷擊、感應(yīng)雷擊、球形雷。第五頁，共五十五頁，2022年，8月28日直接雷擊：雷云對地面某一點或雷云之間的迅猛放電。主要破壞對象是野外的建筑物、人、畜等。++++++++------第六頁，共五十五頁，2022年，8月28日IKAtus1035010/350US模擬直接雷電流波0.10.50.91直接雷擊雷電波第七頁，共五十五頁，2022年，8月28日感應(yīng)雷擊：直接雷擊發(fā)生時，由于靜電感應(yīng)與電磁感應(yīng)引起的過電壓。其主要破壞對象是電子設(shè)備。電力二次設(shè)備防護(hù)是感應(yīng)雷擊防護(hù)。++++++++------第八頁，共五十五頁，2022年，8月28日IKAtus8208/20US模擬感應(yīng)雷電流波0.10.50.91雷擊過電壓是高達(dá)幾千甚至上萬伏，微秒級的電脈沖。感應(yīng)雷擊雷電波第九頁，共五十五頁，2022年，8月28日球形雷：飄浮的帶電高能量的球體，發(fā)生幾率很小，目前還沒科學(xué)的認(rèn)識，有科學(xué)家認(rèn)為是一個發(fā)生“核聚變”的氣體球。其危害也是隨機(jī)的。？第十頁，共五十五頁，2022年，8月28日2電力二次設(shè)備雷電防護(hù)必要性2.4雷電防護(hù)基本原則2.2電力二次設(shè)備雷電防護(hù)必要性分析2.1雷電危害的幾種形式2.3雷電入侵樓內(nèi)設(shè)備途徑分析第十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日雷電是人類社會八大災(zāi)害之一，據(jù)初步統(tǒng)計全球每年雷擊造成直接經(jīng)濟(jì)損失超過140億美元。在中國一個大中型以上城市每年雷擊造成直接經(jīng)濟(jì)損失超過6000萬。重大的雷擊案例1987年美國弗吉尼亞州的一火箭發(fā)射場，五枚即將發(fā)射的火箭，其中三枚因雷擊自燃點火升空。我國山東黃島油庫雷擊起火100多人傷亡，數(shù)萬立方被毀，周圍生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重破壞。2.1雷電危害的幾種形式第十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日雷擊危害的幾種形式：（1）熱效應(yīng)的破壞作用，雷擊中心通道的溫度可達(dá)3000度以上。3000度以上高溫，可熔化鋼鐵等金屬。第十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日（2）沖擊波的破壞作用，雷擊通道因溫度高使氣體快速膨脹，產(chǎn)生沖擊波，該沖擊波對人、畜有很大的傷害，對建筑物等有破壞作用。氣體快速膨脹,類似炸彈,產(chǎn)生強大的沖擊波,可以使附近的人畜受傷,震碎門窗玻璃等.第十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日（3）動力效應(yīng)的破壞作用，雷擊時強大的雷電流流過導(dǎo)體時，導(dǎo)體之間有強大的電磁力作用。雷電流I雷電流I由于雷電電磁場作用,兩導(dǎo)體間有強大的作用力.第十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日（4）感應(yīng)雷電的破壞作用，雷擊時，周圍產(chǎn)生強大的電磁場，該電磁場損壞附近的設(shè)備，處在該電磁場內(nèi)的導(dǎo)體會感應(yīng)到感應(yīng)電動勢，即過電壓。雷擊時強大的電磁場可能直接破壞設(shè)備，可能使處在其內(nèi)的導(dǎo)體感應(yīng)到很高的過電壓第十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日（5）雷擊引起的高電壓反擊，雷擊時附近某處產(chǎn)生高電壓，該高電壓對其附近的人、畜、設(shè)備等都有危害。------雷擊時樹為高電位，在其下的人可能被該高電位放電產(chǎn)生危險。第十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日2003年開始與清華教授等對國內(nèi)200多個35KV以上的變電站的二次設(shè)備雷害情況進(jìn)行了調(diào)查，并編寫了《變電站二次設(shè)備雷擊過電壓防護(hù)的必要性與可行性研究》，調(diào)查結(jié)果具體如下。2.2電力二次設(shè)備雷電防護(hù)必要性分析第十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日2年只有一次雷擊的站所占比例2年只有二次雷擊的站所占比例2年只有三次雷擊的站所占比例2年只有四次雷擊的站所占比例2年有五次以上雷擊的站所占比例39.2%32.8%12%8.8%6.4%2年沒有一次雷擊的站所占比例0.8%變電站二次設(shè)備2年內(nèi)遭雷擊損壞幾率第十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日保護(hù)、錄波等設(shè)備的站所占比例后臺機(jī)的站所占比例測控（遠(yuǎn)動）設(shè)備所占比例通信設(shè)備所占比例其他設(shè)備所占比例11.9%50.5%6.3%28.8%9.4%交流配電設(shè)備所占比例11.4%二年內(nèi)雷擊損壞變電站二次設(shè)備統(tǒng)計直流電源設(shè)備所占比例32.8%第二十頁，共五十五頁，2022年，8月28日載波饋線所占比例以太網(wǎng)線、RS232線、RS485線等（站內(nèi)被感應(yīng)）所占比例PT線占比例微波饋線所占比例普通電話線、語音線占比例25.9%46.3%21.3%23.8%19.7%交流電源線所占比例27.6%變電站二次設(shè)備2年內(nèi)遭雷擊損壞原因(雷電入侵途徑)統(tǒng)計直流電源線路所占比例7.8%雷擊但具體原因不明占比例6.3%第二十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日2.3雷電入侵樓內(nèi)設(shè)備途徑分析

雷電入侵樓內(nèi)設(shè)備簡單地說有路與場兩條途徑，其中路是指設(shè)備的配電線路、通信線路、接地線路等，場是指雷擊電磁場。引下線、附近雷擊等引起的樓內(nèi)電磁場地線通信線配電線地網(wǎng)第二十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日電源線路：電源線架空（還可能遭直接雷擊）或走電纜溝，當(dāng)其穿過雷電電磁場時都會感應(yīng)到雷擊過電壓，據(jù)IEEE等標(biāo)準(zhǔn)電源線路上的雷擊過電壓可達(dá)20KV，雷電流可達(dá)20KA。該過電壓沿配電線路直接傳到設(shè)備，并可能將設(shè)備損壞。通信線路：通信線架空（還可能遭直接雷擊）或走電纜溝，當(dāng)其穿過雷電電磁場時都會感應(yīng)到雷擊過電壓，據(jù)IEEE等標(biāo)準(zhǔn)電源線路上的雷擊過電壓可達(dá)10KV，雷電流可達(dá)3KA。該過電壓沿通信線路直接傳到設(shè)備，并可能將設(shè)備損壞。第二十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日接地線路：主要是當(dāng)設(shè)備同時接有幾個地時存在地反擊，或設(shè)備接地不規(guī)范造成的危害等。雷電電磁場：雷擊時，附近有很強的電磁場，該電磁場可能直接損壞設(shè)備，也可能通過線路感應(yīng)出過電壓損壞設(shè)備。第二十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日2.4雷電防護(hù)基本原則

雷電防護(hù)基本原則是采取綜合防護(hù)措施使得線路與空間都“干凈”。主要的措施有安裝SPD、等電位、屏蔽等。安裝SPD：SPD能泄放線路上的雷擊過電流，并將雷電壓鉗位在設(shè)備能承受的范圍內(nèi)。目前比較先進(jìn)的SPD是并聯(lián)型短路工作原理。SPD相當(dāng)于一快速的電子開關(guān)，雷電過來時，開關(guān)閉合，雷電入地，保護(hù)了后續(xù)設(shè)備。被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)型SPD第二十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日等電位：正常不帶電的大件金屬體（機(jī)柜外殼等）連接起來，并與地（采用共用接地方式）做良好連接，以消除金屬件之間的電位差，防止地反擊等現(xiàn)象發(fā)生。機(jī)柜接地母排（柜下的槽鋼）地網(wǎng)第二十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日屏蔽：采用屏蔽電纜，金屬機(jī)柜屏蔽等措施，一般的屏蔽措施雖不能完全將雷電屏蔽，但屏蔽能有效地防止高頻干擾。一端接地效果差兩端接地效果良好套金屬管雙層屏蔽能屏蔽90%的雷電。第二十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日

電力系統(tǒng)高壓防雷很早就開始，并取得了良好的效果,但二次設(shè)備防雷工作近幾年才開始，還沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。目前還在試點推廣應(yīng)用中。3目前國內(nèi)電力防雷動態(tài)第二十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日

電力系統(tǒng)還沒二次設(shè)備防雷的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

隨著電力自動化的快速發(fā)展，才出了弱電設(shè)備防雷的需求。

電力系統(tǒng)研究雷電防護(hù)最早，早期研究高壓線路防雷。各省電力已經(jīng)開始了二次設(shè)備防雷的試點，部分省電力起草了自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

近幾年的變電站二次設(shè)備防雷取得了良好的防護(hù)效果。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在籌備中，在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推出前，變電站二次設(shè)備防雷還存在局限性。第二十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日4變電站二次設(shè)備防雷第三十頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.5主通道信號線防雷方案4.4交直流配電線防雷方案4.6接地與屏蔽4.1變電站雷擊特點4.2雷電入侵站內(nèi)二次設(shè)備途徑分析4.3變電站二次設(shè)備雷擊過電壓防護(hù)原理及原則4.7實際案例第三十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.1變電站雷擊特點

變電站是個包括高壓場地（部分新建站是室內(nèi)高壓）與一棟以中控室為主的小樓，設(shè)備主要集中在中控室，部分站還有通信樓。第三十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日

變電站雖然樓層不高，但有自帶高壓、外露金屬線很多特點，因此，雷擊幾率及強度都很大、應(yīng)該按強雷區(qū)來設(shè)計防護(hù)措施。第三十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.2雷電入侵站內(nèi)二次設(shè)備途徑分析

變電站的防直接雷擊系統(tǒng)完善，地網(wǎng)接地電阻小，雷電泄放快。雷電入侵中控室內(nèi)的自動化、繼保、通信等二次設(shè)備主要途徑如下：

低壓交流配電線路：站用變前端的高壓交流線路雖然有避雷線、高壓避雷器等，但到站用變還有1萬多2萬伏以上的過電壓脈沖，變壓器不能完全抑制這過電壓，因此，過電壓會傳到低壓線路，并傳到站內(nèi)二次設(shè)備。

220V直流配電線路：變電站的自動化等很多二次設(shè)備是直流220V配電，該直流的還送到了高壓場地，因此，220V直流線路會感應(yīng)到雷電，并傳到站內(nèi)二次設(shè)備。第三十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日站內(nèi)布線層內(nèi)線路相互感應(yīng)：變電站的特點就是進(jìn)出站的線多，站內(nèi)各屏（柜）之間的連接線多，而且這些都經(jīng)過布線層進(jìn)出，因此，這些信號線相互感應(yīng)的幾率很大，室內(nèi)線路之間感應(yīng)的過電壓不會太高，但就足可損壞一些敏感的通信接口（如RJ45口，232口、485口等）。

進(jìn)出站的信號線路：高壓場地有很多各種通信控制線路經(jīng)布線層到中控室，這些線路雖然大多數(shù)有屏蔽層，但因雷電能量集中在中低頻，一般的屏蔽措施效果不顯著，因此，這些信號線路會感應(yīng)到雷電，并傳到站內(nèi)二次設(shè)備。第三十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日測控交流直流高壓場地主控通信后臺保護(hù)GPS到局\調(diào)度等PT\CT\YX\YC等線變電站主通道示意圖4.3變電站二次設(shè)備雷擊過電壓防護(hù)原理及原則第三十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日原則：目前沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，而現(xiàn)有的其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及框架式的國標(biāo)在變電站內(nèi)沒有可操作性。在標(biāo)準(zhǔn)頒布前，變電站二次設(shè)備的防雷還是必須的措施，并非完善的措施。原理：可能引入雷電過電壓的各種主要線路安裝相應(yīng)的SPD，做好等電位連接。第三十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.4交直流配電線防雷方案站用變備份交流屏直流屏通信保護(hù)測控主控后臺監(jiān)控UPS48V整流直流母線第三十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日（1）交流屏：作為變電站主要設(shè)備的交流總配電，應(yīng)在交流屏輸入端安裝SPD，將雷電在入口處盡量地泄放入地。其作用是作為設(shè)備總保護(hù)，同時減少室內(nèi)雷電電磁場。（2）直流屏、通信電源屏、UPS、主控屏等：其交流配電輸入端應(yīng)安裝SPD，其作用有二，一是抑制室內(nèi)電源線路上感應(yīng)的過電壓，二是作為重要設(shè)備的雙重保護(hù)。（3）保護(hù)屏、測控屏等：其交流配電輸入端為建議安裝SPD。這些屏的主要裝置主要為直流配電，但也有交流，應(yīng)按根據(jù)實際情況來區(qū)別對待。第三十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日（4）直流屏：因直流電源送到了高壓場地，應(yīng)當(dāng)外線看待，直流屏的控母和合母都應(yīng)安裝SPD，做為直流的總保護(hù)。（5）保護(hù)屏、測控屏、主控屏等：其直流配電輸入端應(yīng)安裝SPD。這些屏的主要裝置主要為直流配電，應(yīng)安裝SPD。其作用有二，一是抑制室內(nèi)直流電源線路上感應(yīng)的過電壓，二是作為重要設(shè)備的雙重保護(hù)。（6）通信屏：通信屏的直流配電輸入端為建議安裝SPD。這些屏的主要裝置主要為直流配電，但有時線路非常短，應(yīng)按根據(jù)實際情況來區(qū)別對待。第四十頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.5中控室主要通道信號線防雷方案交流屏直流屏通信保護(hù)測控主控后臺監(jiān)控PT、CTM光纖載波等GPSRJ45網(wǎng)線485CAN485語音線CTPT去調(diào)度第四十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日變電站的通信線路非常多，在沒有標(biāo)準(zhǔn)情況下，我們根據(jù)實際經(jīng)驗，以主控屏為核心按照如下設(shè)計：（1）PT、CT：根據(jù)實際情況來設(shè)計。（2）主控屏到后臺的網(wǎng)線：在主控屏側(cè)安裝SPD。（3）主控屏到保護(hù)、測控的485線（或網(wǎng)線）：在主控屏側(cè)安裝SPD。（4）主控屏到交流屏、直流屏的485線（或網(wǎng)線）：在主控屏側(cè)安裝SPD。（5）主控屏GPS線：在主控屏側(cè)安裝SPD。第四十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日（8）主控屏到后臺屏的數(shù)據(jù)線（或網(wǎng)線）：在后臺機(jī)側(cè)安裝SPD。（7）主控屏到通信屏的語音線（或網(wǎng)線）：在通信屏側(cè)安裝SPD。（6）主控屏到通信屏的語音線（或網(wǎng)線）：在主控屏側(cè)安裝SPD。（9）通信屏的微波線、載波線：在通信屏側(cè)安裝SPD。第四十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.6接地與屏蔽變電站地網(wǎng)A、共用接地方式B、主地線4*40以上銅或鋼(2條以上)C、設(shè)備及需接地的點就近接地排(槽鋼)。屏蔽措施:機(jī)柜接地有良好的屏蔽作用,采用屏蔽電纜.第四十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日目前，變電站的接地與屏蔽已經(jīng)比較規(guī)范，比較規(guī)范的措施如下：（1）共用接地方式，所有需要接地的設(shè)備都接到同一個地網(wǎng)。（2）中控室到主地網(wǎng)對稱布設(shè)兩條以上主地線，地線橫截面積不小于100mm2。（3）中控室內(nèi)沿各屏柜布設(shè)接地母排，或直接用槽鋼做為接地母排，各屏柜就近接到接地母排。第四十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日（4）各通信線采用屏蔽電纜，屏蔽層兩端接地。（5）進(jìn)出高壓場地的通信線路宜采用光纖改造。第四十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.7實際案例我們在廣東、廣西、云南、四川、江西、福建等承擔(dān)了大量的電力二次設(shè)備防雷項目，取得了良好防護(hù)效果。第四十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日5電力系統(tǒng)SPD技術(shù)性能要求

SPD是電力二次設(shè)備雷擊過電壓防護(hù)中須采用的主要防護(hù)設(shè)備，其性能的好壞直接影響防雷系統(tǒng)的效果。電力的二次設(shè)備比任何一個系統(tǒng)的設(shè)備都復(fù)雜，它是一個包含了自動化、通信、計算機(jī)等多種弱電設(shè)備在內(nèi)的復(fù)雜的系統(tǒng)。SPD不但要求能保護(hù)這些二次設(shè)備的安全，同時不能影響這些設(shè)備的正常運行。因此，電力系統(tǒng)的SPD比一般系統(tǒng)要求高。第四十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日

電源SPD除常規(guī)電氣性能必須滿足我國電網(wǎng)要求，通信SPD必須滿足頻率等通信質(zhì)量要求外，SPD在安全方面必須充分考慮如下性能要求：5.1放電電流5.2殘壓5.3保護(hù)模式5.4過流等脫扣5.5特殊要求第四十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日5.1放電電流交流電源SPD根據(jù)實際情況選擇放電電流：雷環(huán)境較好地方選用20KA（8/20US），惡劣地方選用40KA（8/20US）。48V、220V直流電源SPD一般選擇放電電流：15KA（8/20US）。通信及網(wǎng)絡(luò)SPD一般選擇放電電流：10KA（8/20US）。目前有些標(biāo)準(zhǔn)提出100KA（8/20）或25KA（10/350）的SPD，我們尊重這些標(biāo)準(zhǔn)，但實際上電力系統(tǒng)從來就不提10/350，電力一次設(shè)備防雷都只是提50KA（8/20），這是對架空高壓線路的，難道對其后的二次線路還要安裝100KA的SPD嗎？第五十頁，共五十五頁，2022年，8月28日5.2殘壓殘壓可簡單地理解為雷電被SPD瀉放后的剩余電壓。是表征防雷產(chǎn)品安全性能中最根本的參數(shù)，IEEE1100-1992TheEmeraldBook建議殘壓應(yīng)不高于設(shè)備本身工作電壓峰值的2倍.(fewsolidstatedev