電氣二次設(shè)備的防雷與抗干擾措施研究

深圳康普盾科技股份有限公司 黃 峻 林少森 雷全學(xué)

電氣二次設(shè)備的防雷與抗干擾措施研究

深圳康普盾科技股份有限公司 黃 峻 林少森 雷全學(xué)

電廠發(fā)電是一個(gè)極其復(fù)雜的程序，在電能發(fā)出過后，需要經(jīng)過許多級(jí)別的變電站將電能進(jìn)行升壓或者降壓才能供居民日常生活和企業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)使用。如果這其中的某一個(gè)變電站發(fā)生了故障，會(huì)直接導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)的癱瘓，不僅影響了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，而且對(duì)居民的用電安全也產(chǎn)生了極大的威脅，給社會(huì)帶來非常嚴(yán)重的影響。近幾年來，我國(guó)的變電站發(fā)生故障都是由于電氣設(shè)備遭受雷擊導(dǎo)致斷電，無論是雷電擊中的是變電站還是以雷電波的形式沿變電站進(jìn)線傳入站內(nèi)，都會(huì)影響到變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

變電站；電氣二次設(shè)備；防雷與抗干擾

在電力系統(tǒng)中，二次設(shè)備和電纜共同組成二次系統(tǒng)中的硬件層部分，通常這些電纜都處在一次設(shè)備的高壓磁場(chǎng)當(dāng)中，對(duì)于外部因素的干擾變得非常敏感。隨著近幾年我國(guó)的電力系統(tǒng)信息化的建設(shè)，我國(guó)在變電站中應(yīng)用了各種先進(jìn)的電子設(shè)備產(chǎn)品，越來越多的微電子設(shè)備也廣泛應(yīng)用到變電站工作當(dāng)中。因此對(duì)于這些敏感的電子設(shè)備，需要對(duì)其采取有效的防雷與抗干擾措施，防止出現(xiàn)雷擊事故導(dǎo)致電氣二次設(shè)備出現(xiàn)問題，影響整個(gè)變電站的工作。

1.電氣二次設(shè)備防雷保護(hù)

電力二次設(shè)備主要是指那些在變電站中對(duì)一次設(shè)備的工作進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制、調(diào)節(jié)以及保護(hù)的電壓電氣設(shè)備，例如，熔斷器、控制開關(guān)、繼電器、控制電纜以及自動(dòng)裝置等設(shè)備。電氣二次設(shè)備一般都是在干擾強(qiáng)度較高的電磁環(huán)境中運(yùn)行，現(xiàn)階段我國(guó)的電力二次設(shè)備一般只做了接地的處理，在防雷和抗干擾方面的水平還不夠，很容易受到雷擊的影響導(dǎo)致出現(xiàn)設(shè)備的故障問題。如何解決電力二次設(shè)備的防雷問題是目前我國(guó)變電站要解決的首要問題。

1.1 系統(tǒng)電源的防雷保護(hù)

由于變電站都是建設(shè)在一些郊區(qū)比較空曠的區(qū)域，在這些空曠的區(qū)域中，變電站的存在會(huì)導(dǎo)致空氣中電磁強(qiáng)度相對(duì)較強(qiáng)，很容易遭受到感應(yīng)雷電的電擊，當(dāng)雷電擊中電力線路會(huì)沿著通信線路進(jìn)入到變電站的電氣二次設(shè)備中，較高的電壓會(huì)直接損壞電氣二次設(shè)備。因此，對(duì)于電氣二次設(shè)備的保護(hù)首要是在系統(tǒng)電源的地方進(jìn)行防雷處理，交流母線處應(yīng)該加裝第一級(jí)電源防護(hù)，它能夠?qū)⒗纂娭谐^80%的電壓傳到大地當(dāng)中，從而保證整個(gè)控制室的安全。剩下的20%仍然有可能導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障，在這種情況下應(yīng)該在重要的交流饋線處進(jìn)行第二級(jí)的電源防護(hù)，通過進(jìn)一步的將電壓降低直到傳入到電氣二次設(shè)備當(dāng)中，這些設(shè)備能夠接受的電壓水平。

1.2 系統(tǒng)通信接口的防雷保護(hù)

通信接口的回路對(duì)過電壓的敏感程度相比電網(wǎng)的供電系統(tǒng)更加敏感，而且對(duì)雷電這種高壓電的情況下非常脆弱，整個(gè)設(shè)備的絕緣設(shè)備耐受的程度也很低。同時(shí)，一些處在LPZOB區(qū)域的與設(shè)備相連的線路，例如信號(hào)線、數(shù)據(jù)線以及控制線路等，也有一些是穿過LPZOA區(qū)域的，當(dāng)線路上感應(yīng)的過電壓超過一定限度的時(shí)候，微型計(jì)算機(jī)設(shè)備處產(chǎn)生誤動(dòng)的情況，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失。而且這些系統(tǒng)通信接口的回路在實(shí)際運(yùn)行中的安全會(huì)直接關(guān)系到電氣一次系統(tǒng)中設(shè)備的運(yùn)行情況，需要對(duì)電氣二次系統(tǒng)中一些特別重要的回路運(yùn)行安全性進(jìn)行控制，做好這些電氣二次設(shè)備的高電壓防護(hù)工作?，F(xiàn)階段，我國(guó)的變電站都是采取全自動(dòng)化信息管理，沒有專門的值班人員對(duì)一次回路的狀態(tài)進(jìn)行控制。一次回路的各種測(cè)量、調(diào)節(jié)信號(hào)通過光纖、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)或載波向遠(yuǎn)方傳送數(shù)據(jù)。但是如果在變電站的附近遭受雷擊的時(shí)候，處在LPZOB區(qū)域的數(shù)據(jù)通信線路很容易因?yàn)檫^強(qiáng)的電壓導(dǎo)致一次回路的信號(hào)傳輸出現(xiàn)問題，因此必須在系統(tǒng)通信接口處加裝避雷裝置，防止雷擊的干擾而影響通信的傳送，從而導(dǎo)致出現(xiàn)用電的安全問題。

2.電氣二次設(shè)備抗干擾措施

2.1 微機(jī)保護(hù)裝置的概述

現(xiàn)階段，自動(dòng)化變電站當(dāng)中都是采用微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和微機(jī)保護(hù)，微機(jī)保護(hù)裝置的硬件一般是使用大規(guī)模的集成電路，具有較高的抗干擾能力，在保護(hù)電氣二次設(shè)備的精度和速度方面相比傳統(tǒng)的保護(hù)裝置有極大的提升。另外，目前的微機(jī)保護(hù)裝置都是直接接入互聯(lián)網(wǎng)高速通信接口，極大的提高了電氣二次設(shè)備保護(hù)的通信速度以及其可靠性，在實(shí)際的使用過程中，可以利用主機(jī)對(duì)保護(hù)調(diào)試以及系統(tǒng)故障的記錄。不僅如此，微機(jī)保護(hù)裝置還有許多的優(yōu)點(diǎn)。維護(hù)調(diào)試方便，一般的微機(jī)保護(hù)裝置都具有自動(dòng)診斷功能，能夠?qū)ψ冸娬局械母鱾€(gè)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，如果設(shè)備出現(xiàn)問題，微機(jī)保護(hù)裝置會(huì)在第一時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)并且發(fā)出警報(bào)，利用微機(jī)保護(hù)裝置能夠極大的減輕電氣二次設(shè)備的維護(hù)以及檢修的工作量?？煽啃愿撸捎谖C(jī)保護(hù)裝置都是在計(jì)算機(jī)的控制之下進(jìn)行的，具備自動(dòng)識(shí)別，自動(dòng)糾錯(cuò)的能力，通過程序化的管理能夠極大的提高微機(jī)保護(hù)裝置的可靠性。另外，微機(jī)保護(hù)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)故障錄波，在保護(hù)線路的同時(shí)還能夠提供測(cè)距計(jì)算。在設(shè)備正常運(yùn)行的時(shí)候能夠顯示出設(shè)備運(yùn)行的各種參數(shù)，在設(shè)備出現(xiàn)問題的時(shí)候也能夠顯示出設(shè)備出現(xiàn)的問題，并且提供出解決的方案。采用微機(jī)保護(hù)裝置能夠解決傳統(tǒng)保護(hù)中許多的技術(shù)難題，但是由于微機(jī)保護(hù)裝置都處在工作電壓較低的環(huán)境中，各種外部因素的干擾很容易對(duì)危機(jī)保護(hù)裝置產(chǎn)生影響，必須加強(qiáng)對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置的保護(hù)，防止外部干擾影響整個(gè)微機(jī)保護(hù)裝置的性能。

2.2 干擾源

由于變電站的電氣設(shè)備都處于同一電力系統(tǒng)，在實(shí)際的運(yùn)行過程當(dāng)中，可能由于其他電氣設(shè)備的改變或者是故障引起了電磁振蕩，這樣會(huì)波及到許多其它的電氣設(shè)備，甚至?xí)?dǎo)致其它的電氣設(shè)備損壞。但是變電站本身就是一個(gè)電磁干擾源，在實(shí)際的發(fā)電過程中會(huì)產(chǎn)生各種電磁干擾。變電站的干擾源主要有電磁耦合干擾、射頻干擾、雷電干擾、短路電流、二次回路操作干擾、對(duì)講機(jī)和通信設(shè)備干擾以及裝備內(nèi)部的電子干擾。在電力系統(tǒng)當(dāng)中的電磁干擾類型多種多樣，所以電磁防護(hù)工作也是非常困難的。

2.3 電氣二次設(shè)備的硬件抗干擾措施

電氣二次設(shè)備的抗干擾主要是從硬件和軟件兩個(gè)方面來進(jìn)行。其中，電氣二次設(shè)備從硬件上抗干擾的措施主要有接地、裝置電源抗干擾以及二次回路抗干擾等三種方法。接地是將電氣二次設(shè)備的外殼屏蔽接地，安全的接地能夠保護(hù)設(shè)備使用者的人身安全。例如柜門、機(jī)箱蓋板都應(yīng)該選擇準(zhǔn)確的接地點(diǎn)與大地進(jìn)行可靠導(dǎo)通，用專用的接地線將電氣二次設(shè)備與大地連接起來，通過這樣的方式能夠保障電氣二次設(shè)備的使用安全。電氣二次設(shè)備的內(nèi)部都有電位存在，大部分的電氣二次設(shè)備地電位有一個(gè)專門的接地連接位置，在使用設(shè)備之前必須將這個(gè)接地連接位置與屏內(nèi)接地排相連，因此必須將電氣二次設(shè)備的外殼與屏內(nèi)接地排相連接。對(duì)于裝置電源的抗干擾措施主要是采用UPS來控制工作電源的穩(wěn)定，在使用的過程中盡量采取直流電源來保證供電電壓的波形穩(wěn)定。另外，應(yīng)該利用隔離變壓器來防止共模干擾，在設(shè)計(jì)輸出回路的時(shí)候盡可能使輸出回路短，使用較大的電纜芯能夠減小壓降。對(duì)于電纜的屏蔽層的安裝應(yīng)該使用具備屏蔽層的控制電纜，同時(shí)將屏蔽層的開關(guān)和控制室兩端接地。

2.4 電氣二次設(shè)備的軟件抗干擾措施

目前，在自動(dòng)化的變電站中，電氣二次設(shè)備的軟件抗干擾措施主要是通過數(shù)字濾波將干擾信號(hào)進(jìn)行消除的一種過程，數(shù)字濾波是通過程序?qū)崿F(xiàn)的，在對(duì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候增添一些對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理的小程序即可。目前在實(shí)際的操作中有算術(shù)平均值濾波、加權(quán)平均值濾波算法、符合濾波算法、中值濾波算法以及程序判斷濾波算法。不同的數(shù)字濾波方法能夠?qū)ι婀P的判斷以及處理的速度產(chǎn)生不同的結(jié)果。

3.小結(jié)

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們?cè)絹碓狡惹械男枰影踩€(wěn)定的電力資源來滿足日常的生活以及生產(chǎn)。自動(dòng)化變電站在運(yùn)行的過程中會(huì)受到許多外部因素的干擾，國(guó)家電網(wǎng)應(yīng)該重視對(duì)變電站的防雷與抗干擾措施的探究，提高在變電站運(yùn)行的過程中電氣二次設(shè)備的抗干擾能力，減少電氣二次設(shè)備由于外部的因素而出現(xiàn)問題，為電氣二次設(shè)備的安全運(yùn)行提供保障。

[1]張銳．電氣二次回路故障判斷與查找淺析[J]．機(jī)電工程技術(shù)．2016(09)．

[2]桂建生．變電站自動(dòng)化系統(tǒng)防雷保護(hù)[J]．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)．2014(04)．