簡論發(fā)電廠、變電站通信系統(tǒng)高電壓區(qū)域的確定及其影響因素

熊芳瑜 葉平

摘 要：本文通過分析影響發(fā)電廠、變電站電力通信系統(tǒng)高電壓危險區(qū)域范圍大小的要素，來精細確定電力通信系統(tǒng)高電壓危險區(qū)域的大小，為工程技術(shù)人員采取切實有效的高電壓防護技術(shù)提供必要的支撐，以減少設(shè)計/施工的盲目性。

關(guān)鍵詞：影響 電力通信系統(tǒng) 高電壓 危險區(qū)域 要素

近年來，隨著經(jīng)濟建設(shè)和電力科技的飛速發(fā)展，電力通信系統(tǒng)應(yīng)用日益廣泛，重要性不斷增強，電力通信設(shè)備的集成水平和信息化程度也在不斷提高。由于這些系統(tǒng)和設(shè)備耐過電壓能力低，諸如電力故障和雷擊產(chǎn)生的高電壓侵入所產(chǎn)生的電磁效應(yīng)、熱效應(yīng)會造成通信電纜和設(shè)備干擾或永久性損壞。因電力系統(tǒng)通信設(shè)備/線纜遭受高電壓侵襲（例如雷擊）造成停電的經(jīng)濟損失是相當(dāng)驚人的。因此，電力通信系統(tǒng)對各種途徑產(chǎn)生的高電壓而造成的災(zāi)害的防護問題就顯得越來越突出。

要做好發(fā)電廠/變電站電力通信系統(tǒng)的高電壓防護，就必須弄清楚其高電壓危險區(qū)域的大小，然后才能決定通信系統(tǒng)的布線方式和設(shè)備的安裝地點。本文將依據(jù)國際/國內(nèi)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，例如IEEE367-2002和CECS341：2013，提出電力通信系統(tǒng)高電壓危險區(qū)域的計算方法，并重點分析影響危險區(qū)域大小的要素，以便較好地確定危險區(qū)域的范圍大小，為工程防護實踐提供技術(shù)支撐。

一、 基本概念和規(guī)定

1、危險區(qū)域DZ（Danger Zone）

是指發(fā)電廠/變電站接地網(wǎng)為中心，與其周邊不同距離處，由特定相等電位的點構(gòu)成等電位線所圍成的高電位區(qū)域。

2、280V危險區(qū)域邊界線

由280V等電位點組成的等電位線，其構(gòu)成危險區(qū)域的邊界線。

3、通常，通信系統(tǒng)的過電壓保護器的動作電壓在280V左右；同時，當(dāng)?shù)攸c位<280V時，方便通信設(shè)備作接地處理。基于上述原因，可將280V等電位線作為危險區(qū)域邊界線。

圖1.在不均勻土壤中的等電位線所構(gòu)成的危險區(qū)域

二、發(fā)電廠/變電站電力通信系統(tǒng)高電壓危險區(qū)域范圍的計算方法

根據(jù)國內(nèi)國際有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，例如IEEE367-2002和CECS341：2013《電力通信系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)程》，結(jié)合我國的具體情況，現(xiàn)提出如下計算公式，供參考：

設(shè)L（m）為發(fā)電廠/變電站接地網(wǎng)幾何中心點到地電位為U的點的距離；i為通過大地返回發(fā)電廠/變電站接地網(wǎng)的故障電流（A）；ρ為土壤平均電阻率（Ω·m）；η為直流偏置因素，由電力工程技術(shù)人員根據(jù)X/R的比值確定，典型取值可參考IEEE 67-2002；K為季節(jié)系數(shù)，取1～1.8不等（與土壤電阻率的變化有關(guān)），詳見表1；Φ為發(fā)電廠/變電站接地網(wǎng)面積等效直徑（m）。則：

1、當(dāng)L≥ Φ時與任一電位對應(yīng)的距離

L= ………

2、當(dāng)L< Φ時與任一電位對應(yīng)的距離

L=

= ………

注：當(dāng)發(fā)電廠/變電站發(fā)生故障時，產(chǎn)生的高電壓電位梯度是隨距離變化呈指數(shù)衰減。

三、影響發(fā)電廠/變電站電力通信系統(tǒng)高電壓危險區(qū)域的主要因素。

根據(jù)本文計算公式和，我們可以從中分析影響發(fā)電廠/變電站電力通信系統(tǒng)高電壓危險區(qū)域的要素主要包括如下幾個方面：

1、發(fā)電廠/變電站地網(wǎng)尺寸的大小。若地網(wǎng)面積越大，則Φ值越大，那么當(dāng)其他變量不變的情況下，L將越大；反之，則L越小。

2、電力系統(tǒng)的X/R值。通常情況下，電力系統(tǒng)的X/R值越大，則η值越大，那么當(dāng)其他變量不變的情況下，L將越大；反之，則L越小。電力系統(tǒng)X/R比值與系統(tǒng)純電感和電阻的放電時間常數(shù)成正比，若放電時間常數(shù)越大，則X/R值越大，若放電時間常數(shù)越小，則X/R值越小。

3、流經(jīng)大地的總故障電流 。 值的大小與發(fā)電廠/變電站接地網(wǎng)的阻抗密切相關(guān)。在保持地電位U不變的情況下，降低接地網(wǎng)的阻抗將增大故障電流 ，這將導(dǎo)致危險區(qū)域的擴大。那么，影響發(fā)電廠/變電站接地網(wǎng)阻抗變化的因素有哪些呢？經(jīng)分析，這些影響因素主要有：接地裝置網(wǎng)格數(shù)量。根據(jù)實踐經(jīng)驗，接地裝置網(wǎng)格超過16個以后，其接地阻抗變化不大。土壤電阻率 的變化。降阻劑等化學(xué)添加物的使用。④接地網(wǎng)面積的大小。

4、平均土壤電阻率 的大小。土壤電阻率 的取值是相當(dāng)復(fù)雜的，其不僅隨土壤的類型變化，且隨溫度、濕度、含鹽量和土壤的緊密程度而變化。

通常土壤有若干層，層與層的 是不同的。雖然土壤電阻率存在橫向變化，但在大多數(shù)的情況下，土壤電阻率 主要是深度 的函數(shù)：

=

因此，在求取土壤電阻率的平均值時，既要考慮其橫向變化，但主要考慮其縱向變化。

5、季節(jié)變化系數(shù)K。電廠/變電站接地網(wǎng)的接地阻抗的大小受土壤電阻率 的影響，而 則受季節(jié)變化的影響，因此，不同的季節(jié)，電廠/變電站電力通信系統(tǒng)危險區(qū)域（L）會有所不同。具體的季節(jié)變化系數(shù)K的取值詳見表I。

綜上述，當(dāng)發(fā)電廠/變電站因電力系統(tǒng)接地故障或發(fā)生雷擊而產(chǎn)生高電壓危險區(qū)域的確定方法是相對繁瑣的，且其影響因素眾多，因此，在具體的工程實踐中，應(yīng)根據(jù)電力/通信設(shè)備的運行狀況，搜集相關(guān)數(shù)據(jù)修正本文所介紹的危險區(qū)域的計算方法，以獲取更為精確的危險區(qū)域的范圍大小，為工程實踐提供支撐。