电力调度自动化系统防雷保护

摘要：电力调度自动化是利用计算机、远动、通信等技术实现电力系统调度自动化功能的综合系统，其担负着供电系统正常时监视运行情况，故障时记录数据的重任。但自动化系统对外界的干扰极其敏感，而雷电流产生的瞬变电磁场对微电子设备的干扰和损害尤为严重，而且一旦遭到雷电的侵害，其破坏性是非常严重的。供电部门要从自动化系统的供电电源、接地保护、屏蔽机房等多方面做好综合防雷工作，最大限度地减少雷电对电力调度自动化系统的侵害，改善电网的安全运行水平。
关键词：电力调度自动化防雷保护
随着计算机及其网络技术、通信技术、远动技术的发展，为县级电网调度自动化及其支撑平台的发展提供了条件,特别是近些年，电力系统容量不断增加，自动化水平也进一步提升，计算机以及模拟屏、交换机等微电子设备在调度自动化系统中的应用越来越广泛。一些微电子器件只需要几伏的电压就可以正常工作，传递信息电流小至微安级，也很容易受到外部因素的干扰，其中雷电流产生的瞬变电磁产生的干扰作用最强。在夏秋时节的雷雨高发期，强大的雷电流经常会毁坏自动化显示系统、通信联络系统(Modem、交换机、载波机) 等机械设备，经济损失相当严重。随着时代的发展和科技的进步，有的电力调度自动化系统的确安装了防雷措施，但雷害事故仍然频繁发生。本文现就如何正确、全面实施调度自动化系统防雷保护措施作一简要分析探讨。

1 雷电的成因和危害

1.1 雷电的形成

雷电的放电现象比较复杂，夏秋季正是其高发期。雷电产生的过程为：雨水大，空气湿度高，如果高空中的水蒸气达到一定的程度，或空中存在强烈的且不断上升的气流，空气中的水蒸汽就会与电流产生摩擦，相互较力，水滴分裂产生电荷，电荷汇聚到一起形成带电的云，当电压升高到一定程度，不同极性的两朵云之间、云和地之间的空气介质被击穿，就会发生强烈的放电现象，放电时产生强烈的光，这就是闪电。闪电时，将释放出大量热能，这些热能的破坏力可想而知，它会毁坏设备和建筑物，引起火灾，甚至伤及人畜。

1.2 雷电按危害方式的分类

雷电包括直击雷、感应雷、滚球雷、雷电侵入波等。
直击雷：指在雷电活动范围内，雷电对建筑物、人体和设备等直接放电的现象。大气中带有电荷的雷云对地电压可高达几十万KV。雷电直接对建筑物或其他物体放电，产生具有很大破坏性的热效应和机械效应，还伴有闪络放电和电磁效应。设备、线路常因雷击发生故障，特别是会破损坏气设备。架空线路遭雷击，线路就不能正常工作，甚至引发火灾、房屋倒塌或损坏电气设备。
感应雷：落雷处邻近物体因静电感应或电磁感应产生高电位所引起的放电现象叫做感应雷。雷电在雷云之间或雷云对地放电时，在周围的户外传输信号线路、地埋电力线、设备间连接线产生电磁感应并侵入设备，毁坏与线路相接的管线和设备，距管线、设备较近的人畜安全也会受到威胁，其破坏为二次破坏。当有雷云出现，这种电荷感应在雷云向其他地方放电后自动流向线路或传导给地面，而不像地面与云层之间的电场立刻散去。建筑物和构筑物的顶部或线路对地面的电位在这个时侯都比较高，因此会形成感应过电压。这种电压会导致金属管道、屋内电线、大型金属设施放电，发生爆炸事故或引起火灾，不仅破坏供电系统，还会对人身安全带来巨大的威胁。
滚球雷：它是肉眼可见的光亮的火球，遇到雷雨天气，大都漂浮在空气中，带火带电，有的会顺着地面滚动，能通过门窗、烟囱和较小的缝隙进入室内，有的可以原路返回。滚球雷消失时都会发生爆炸，不但毁坏设备和建筑物，还会危害人畜安全。
雷电侵入波：指雷击发生时，埋地较浅的电缆和金属管道直接被雷电架空或击中，强大的雷电流顺着管线进入室内，不但毁坏设备，还可能伤及人畜。若四周有可燃物，也可能引起火灾。

2 调度自动化系统的防雷保护措施

从以上雷电的成因和危害来看，对我们电力调度自动化系统影响比较严重的主要是感应雷和雷电侵入波两种，而且一旦遭到雷电的侵害，其破坏性是非常严重的。为做好调度自动化系统的防雷保护工作，笔者认为应从以下几方面进行保护：

2.1 做好电源与UPS过电压保护

感应雷或沿电源线进入室内的雷电侵入波会快速大强电源电压，毁坏UPS和后接设备。另外，当远处发生雷击时，雷电浪涌通过电网或通讯线路传输到设备端，虽然不一定立即损毁设备，也会对设备内部造成累计性损害。为尽量避免雷击事故发生，虽然有的UPS中安装了压敏电阻，但是对自身或后接微电子设备来说，仍无法起到预期的保护作用，因此，必须采取四级保护。第一级通过三极气体放电管限制较大的雷电流，使其不超过后续保护系统所能承受的范围；第二级和第分别采用限流模块和压敏电阻；第四级为TVS管，确保输出的箝位电压符合相关规范。经过四级保护以后，UPS和被保护电源基本不再发生雷击故障。

2.2 做好接地保护

防雷接地是受到雷电袭击（直击、感应或线路引入）时，为防止造成损害的接地系统。常有信号（弱电）防雷地和电源（强电）防雷地之分，区分的原因不仅仅是因为要求接地电阻不同，而且在工程实践中信号防雷地常附在信号独立地上，和电源防雷地分开建设。在防雷设备中，良好的接地无疑是非常重要的一步。一般电压值都会随着接地电阻的减小而降低。所以，应该尽量减小接地电阻。设计时，水平接地极埋深-1.2米，垂直接地极-1.2米。地网内部区采用2-3根圆线连接；在水平接地极敷设HC高能回填料，每米敷设7KG.地网距离建筑物基础至少1.5米，接地网通过设备及架构基础时可以埋于底下或绕道，但接地带不能断开。对于重要设施的雷电流、故障电流的泄流，我们需从地网泄流的纵向和横向考虑，布置水平接地极和等间距的垂直接地极，以形成三维立体接地网。
通信调度综合楼内的接地网供通信站和动力设备共用，同时要连接防雷接地网。通信机房里最好敷设均压带，机房四周还要敷设环行接地母线。电力调度通信综合楼里应该敷设特殊的接地网设施，可通过击穿保险器或放电器实现大楼主地网和接地网的连接，这样一旦发生雷击就能在最短的时间内均衡电位，五异常情况下也可以起到隔离的作用。
２.3 做好机房屏蔽，减少电磁干扰
为最大限度的避免雷电电磁干扰，可以用电磁屏蔽的方法来解决，其最大好处是不会影响电路的正常工作，因此不需要对电路做任何修改。通信机房及通信调度综合楼的建筑钢筋、金属地板均应相互焊接，构成等电位法拉第式。如果电网设备对屏蔽功能的要求较高，可将金属屏蔽网敷设在机房六面，使屏蔽网和机房内环行接地母线均匀多点相连。
架空电力线从站内终端杆引下后换成屏蔽电缆；室外通过屏蔽电缆实现通信的目的，屏蔽层两端接地；有的电缆同时带有铠带和屏蔽层，在室内必须使屏蔽层和铠带同时接地，另一端只将屏蔽层接地。电缆进入室内前水平埋地至少10m，埋设深度至少为0.6m；非屏蔽电缆应穿镀锌铁管并水平埋地，埋设深度至少为10m，铁管两端接地也要符合施工要求。若在室外入口端将电力线与铁管间加接压敏电阻，能

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起到更好的防雷效果。

2.4 综合性防雷及应用

为最大限的避免雷害事故发生，管理部门必须秉承“整体防御、综合治理、多重保护”的工作原则加强电力调度自动化系统防护。具体来讲，可通过上述接地措施和保护措施来加强电力调度自动化系统防护，除此以外，在配电变压器高低压侧装设金属氧化物避雷器，并使其和变压器二次侧中性线三点联合接地。将过电压保护器安装在Modem和程控交换机室外进出线等设备上；如果RTU等装置与显示屏之间有一段距离，就必须安装信号线过电压保护器。
总而言之，电网管理人员应该根据防雷接地流程正确操作，不断引进先进的技术设备，综合运用各种技术手段和防雷措施，从整体结构入手加强电力调度自动化系统的防雷保护，尽量避免雷害事故发生。接地、屏蔽设备正常，加上过电压保护器的保护，就能大大改善防雷效果。
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