淺談發(fā)電廠及變電站所信息系統(tǒng)的雷電防護

淺談發(fā)電廠及變電站（所）信息系統(tǒng)的雷電防護【摘要】：：據(jù)國家電網(wǎng)網(wǎng)公司統(tǒng)計，2004年度220千伏及以上上架空輸電線線路共發(fā)生跳跳閘1189次，雷擊跳跳閘419次，占各類類線路跳閘原原因中的首位位，是威脅輸輸變電線路安安全穩(wěn)定運行行和可靠供電電的重要因素素，本文主要要介紹了發(fā)電電廠及變電所所信息系統(tǒng)的的防雷保護要要求，并對目目前在發(fā)電廠廠和變電所的的雷電防護成成功應(yīng)用進行行案例分析?！娟P(guān)鍵詞】：信信息系統(tǒng)，雷雷電防護，接接地，安全1引言對于發(fā)電廠及變變電站（所）電電子信息系統(tǒng)統(tǒng)（Electtroniccinfoormatiionsyystem），國標(biāo)GB503343-20004的相關(guān)定義義如下：由計計算機、有/無線通信設(shè)設(shè)備、處理設(shè)設(shè)備、控制設(shè)設(shè)備及其相關(guān)關(guān)的配套設(shè)備備、設(shè)施（含含網(wǎng)絡(luò)）等的的電子設(shè)備構(gòu)構(gòu)成的，按照照一定應(yīng)用目目的和規(guī)則對對信息進行采采集、加工、存存儲、傳輸、檢檢索等處理的的人機系統(tǒng)。隨隨著近年來電電子技術(shù)的飛飛速發(fā)展,發(fā)電廠及變變電站（所）的的生產(chǎn)自動化化程度越來越越高,大量的先進進設(shè)備相繼投投入生產(chǎn)。這這些高精度、高高技術(shù)的微電電子設(shè)備內(nèi)置置大量的CMOS半導(dǎo)體集成成模塊，這些些微電子器件件工作電壓僅僅幾伏，未來來可能達到0.8V，傳遞信息電電流小至微安安級，對外界界的干擾極其其敏感，導(dǎo)致致設(shè)備的過壓壓、過流保護護能力極其脆脆弱。（美國國通用研究公公司提供的報報告：電磁脈脈沖超過0.07高斯，就可可引起計算失失效；電磁脈脈沖超過2.4高斯就可以以引起集成電電路永久性損損壞。）在雷雷雨季節(jié)，有有些發(fā)電廠及及變電站（所所）的計算機機、RTU、自動化系系統(tǒng)、通信聯(lián)聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)、監(jiān)監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)設(shè)備常常損壞壞，造成較大大的直接和間間接經(jīng)濟損失失。因此，提提高發(fā)電廠及及變電站（所所）的雷電防防護水平是保保證電力安全全生產(chǎn)運行的的重要工作。2發(fā)電廠及變變電站（所）雷雷電防護的要要求根據(jù)國家電網(wǎng)生生技[20005]3944號——國家電網(wǎng)公公司輸變電設(shè)設(shè)備防雷工作作管理規(guī)定，以以及生技輸電電【20055】44號——關(guān)于做好輸輸電線路防雷雷工作的通知知的要求：對對電網(wǎng)公司系系統(tǒng)各區(qū)域電電網(wǎng)公司、省?。ㄗ灾螀^(qū)、直直轄市）電力力公司及所屬屬供電企業(yè)、發(fā)發(fā)電企業(yè)和施施工企業(yè)要求求加強防雷工工作。經(jīng)過我們廣泛的的調(diào)查研究大大量現(xiàn)場數(shù)據(jù)據(jù)統(tǒng)計顯示，發(fā)發(fā)電廠及變電電站（所）信信息系統(tǒng)雷電電防護主要存存在以下三點點不足之處：：重視高壓側(cè)的保保護，忽視二二次側(cè)的保護護；信息系統(tǒng)缺乏系系統(tǒng)的整體防防護理念；現(xiàn)有的低壓防雷雷器體積大、通通流量小、殘殘壓高、維護護難，不能滿滿足發(fā)電廠及及變電站（所所）雷電防護護的要求。通過長期的不懈懈觀測和研究究，人們對一一般的雷擊現(xiàn)現(xiàn)象有了比較較完整的認識識。當(dāng)然，不不少細微之處處至今還存在在著爭鳴，其其中不乏繼續(xù)續(xù)推敲和斧正正的觀點，然然而，人們對對雷電的基本本原理是趨近近共識的，并并且根據(jù)所掌掌握的規(guī)律，采采取一些積極極的防范步驟驟，力圖避免免和減少雷擊擊災(zāi)害。所以以對于防雷措措施也就要求求必須嚴密、有有效。常規(guī)的方法是，根根據(jù)當(dāng)?shù)乩妆┍┤罩笖?shù)、土土壤電阻率、周周圍構(gòu)造物狀狀態(tài)、電子信信息系統(tǒng)的結(jié)結(jié)構(gòu)布局以及及被保護設(shè)備備的重要程度度等條件與限限制；合理地地運用接地、均均壓、屏蔽、分分流以及加裝裝SPD浪涌保護器器件等具體措措施，分區(qū)逐逐層地對核心心系統(tǒng)設(shè)備進進行系統(tǒng)地保保護，達到有有效地抵御一一般感應(yīng)雷產(chǎn)產(chǎn)生的電磁脈脈沖襲擾的目目的。綜合防雷工程包包含：完善的的外部防直擊擊雷系統(tǒng)、合合理配置過電電壓保護裝置置（含電源、通通信）、良好好的等電位連連接三個有機機的整體。IEC/TCC-81將整體防雷雷總結(jié)為：DBSE技術(shù)—即分流（Dividding）、均壓（Bondiing）、接地（Earthiing）、屏屏蔽（Shiellding）四項技術(shù)術(shù)的綜合。只只要綜合考慮慮四項措施，嚴嚴格符合防雷雷接地規(guī)范，就就能起到理想想的防護效果果。在工程實施中，四四項核心技術(shù)術(shù)必須貫穿始始終。必須從從合理安裝避避雷器、改善善接地系統(tǒng)等等角度入手解解決問題。根根據(jù)DL5548-944《電力系統(tǒng)統(tǒng)通信站防雷雷運行管理規(guī)規(guī)程》規(guī)定，按照全面防護，綜合治理的原則進行防護。以下是整體防雷雷示意圖。（見見圖1）圖1整體體防雷示意圖圖Fig.1Thewholeelighhtninggprottectioonskeetchmmap理論上，措施越越嚴密，保護護會越得力，如如同雨傘越大大，飛濺到的的雨點會越少少。然而，滴滴水不漏的保保護傘是不存存在的，何況況再完美的傘傘，其使用價價值需要體現(xiàn)現(xiàn)在傘下的受受保護體上，并并且，在保護護人身安全和和設(shè)備安全的的各項措施中中，應(yīng)遵循周周詳且適度的的基本準則，不不能忽視電子子信息系統(tǒng)平平穩(wěn)工作的客客觀條件和安安全投資的效效益回報問題題。即：保護護電子信息系系統(tǒng)設(shè)備不能能限制和降低低系統(tǒng)的正常常功能；防雷雷保護費用不不應(yīng)當(dāng)成為阻阻礙系統(tǒng)性能能價格比均衡衡的負擔(dān)。實際處理過程中中，一般會采采取普遍防范范，重點治理理的方法。至至于系統(tǒng)開通通之后出現(xiàn)的的規(guī)律性損壞壞漏洞，會采采取類似“補丁”的補救措施施，施以后續(xù)續(xù)根治。畢竟竟，雷擊現(xiàn)象象有其人力不不可抗拒的一一面，也有其其發(fā)生概率的的一面。應(yīng)當(dāng)當(dāng)參照成功的的實踐經(jīng)驗，注注重保護措施施的效果預(yù)測測、分析，充充分考慮使用用者的風(fēng)險承承受能力。3發(fā)電廠及及變電站（所所）信息系統(tǒng)統(tǒng)接地問題的的考慮近年來以電子和和微機為基礎(chǔ)礎(chǔ)的保護、監(jiān)監(jiān)控、信號、通通信等設(shè)備在在發(fā)、供、配配電系統(tǒng)的應(yīng)應(yīng)用日益普及及。在這些新新型弱電系統(tǒng)統(tǒng)應(yīng)用的同時時，因雷電過電壓問問題也日益突突出。由于電電力系統(tǒng)中弱弱電系統(tǒng)設(shè)備備耐壓水平低低、抗干擾能能力弱。在抑抑制與消除雷雷電過電壓的的措施中，接接地技術(shù)得到到廣泛應(yīng)用。因此接地技術(shù)應(yīng)用是否得當(dāng)直接關(guān)系到防雷效果。但也存在著一些誤區(qū)。3.1避雷針與與信息控制機機房接地采用用獨立接地系系統(tǒng)的弊端避雷針的作用是是輸導(dǎo)直擊雷雷的能量，制制造一個人工工的雷電泄放放通道，引導(dǎo)導(dǎo)雷電流安全全入地。屬于于外部防雷接接地的范疇。因因此避雷針的的接地裝置與與室內(nèi)電子設(shè)設(shè)備的接地裝裝置是聯(lián)合還還是分開的問問題一直困擾擾著大家。我我們還是認為為采用外部與與內(nèi)部聯(lián)合接接地的方式更更為合理。首先，避雷針獨獨立接地會危危害人身安全全，當(dāng)避雷針針在接閃時在在地面上會產(chǎn)產(chǎn)生跨步電壓壓。無法保證證工作人員的的人身安全。其次，避雷針獨獨立接地會在在設(shè)備間產(chǎn)生生不同的地電電位，設(shè)備之之間的暫態(tài)電電位差輕則影影響設(shè)備正常常工作、輸出出錯誤指令，重重則擊壞設(shè)備備，甚至造成成人身傷亡釀釀成重大事故故?；谏鲜隹紤]，在在變電站內(nèi)建建成統(tǒng)一的均壓接接地體，最大限度度降低站內(nèi)設(shè)設(shè)備的電壓差差。為了防止止雷電危害及及通信和人身身安全，首先先將變電站的接地地系統(tǒng)按照均均壓等電位理理論改造設(shè)計計，將機房防防雷接地鐵塔塔接地，交流流變器接地、電力通信引引入電纜外層層接地，組成成聯(lián)合的大接接地網(wǎng)。除此此之外在二次次側(cè)電源和信信號線上安裝裝一些防雷器器，均衡線路路與接地系統(tǒng)統(tǒng)間的電位，才才能達到整體體保護的目的的。3.2各個信息息子系統(tǒng)獨立立接地的缺點點長時間以來電力力調(diào)度、通信信系統(tǒng)各子系系統(tǒng)間采用獨獨立接地體還還是采用共用用接地體。各各系統(tǒng)的功能能性接地（直直流地、工作作地、保護地地、邏輯地等等等）采用獨獨立接地體還還是采用共用用接地體，一一直是大家關(guān)關(guān)心的話題。在一個建筑物內(nèi)內(nèi)設(shè)有多個獨獨立的接地體體，獨立接地地體與共用接接地體之間在在地下的土壤壤可以看作一一個阻抗Zearthh，當(dāng)獨立接接地體與共用用接地體間有有地電流Iearthh流過Zearthh時，在兩個個接地體間會會產(chǎn)生一定的的壓降。這就就是所謂的共共模電位差。當(dāng)Iearth為雷電流或工頻短路電流時，在電子系統(tǒng)與地線或周圍的接地系統(tǒng)間將會產(chǎn)生跳火而擊壞設(shè)備。當(dāng)Iearth為干擾電流時，就會引入干擾。因此國際電工委員會IEC的相關(guān)標(biāo)準規(guī)定：每一個建筑物的所有接地體都應(yīng)等電位直接連接在一起，通常是在總等電位連接帶處，采用共用接地系統(tǒng)。這樣就消除了上述的共模電位差。電力調(diào)度、通信信站內(nèi)，有特殊要要求需另設(shè)獨立接地體的特殊設(shè)備備，為達到消消除共模電位位差，其獨立接地體體與共用接地地體之間，可通過放電電間隙連接，如OBO的480、481的地極保護護器（見圖2），以保證正正常時隔離、雷擊時均衡衡電位。圖24880地極保護器器Fig.2Thegrounndingproteectionnappaaratuss4804發(fā)電廠及變變電站（所）信信息系統(tǒng)雷電電防護案例在吉林云峰發(fā)電電廠、豐滿發(fā)發(fā)電廠，位于于鴨綠江畔，地地處山區(qū)，每每年都有雷擊擊損壞設(shè)備現(xiàn)現(xiàn)象，嚴重地地影響了生產(chǎn)產(chǎn)的正常運營營。我們采用用電壓開關(guān)型型和限壓型防防雷器進行有有效配合，對對遠動設(shè)備的的低壓供電系系統(tǒng)和UPS進行三級的的電源防雷保保護，同時對對遠動設(shè)備的的直流供電系系統(tǒng)也采用雷雷電保護，經(jīng)經(jīng)過了幾個雷雷雨季節(jié)的實實踐檢驗，兩兩個電廠再沒沒有發(fā)生過雷雷擊損壞設(shè)備備事故，確實實起到了很好好的防雷效果果。尤其值得一提的的是：針對通通訊機房面積積較小的情況況下，我們經(jīng)經(jīng)濟合理地解解決了兩級防防雷器（開關(guān)關(guān)型和限壓型型SPD）的能量有有效的配合問問題。根據(jù)國際電工委委員會標(biāo)準IEC611312-33浪涌保護器器的要求第6節(jié)：能量配合合的一般目的的是借助于諸諸SPD將總威脅值值減到需要保保護的設(shè)備的的耐受能力，而而各個SPD荷載電涌電電流的額定能能力不應(yīng)被超超過。當(dāng)時考考慮到兩個電電廠的地理位位置，因此電電源的第一級級采用開關(guān)型型SPD，根據(jù)標(biāo)準6.2基本配合原原則：需要采采用去耦元件件。配合方；；安基本電路路圖見圖3：Fig.3TheBasiccmodeeofSSPD’seneergyddistriibutioon在SPD1觸發(fā)發(fā)放電之前，這這兩個SPD之間的電壓壓分配遵循下下式（1）:USG＝Urees＋UDE(1))即一旦USG（放放電間隙兩端端間的電壓）超超過放電間隙隙的動態(tài)火花花放電電壓，不不出現(xiàn)放電間間隙的“盲點”，本配合就就實現(xiàn)了。但但是防雷區(qū)界界面和設(shè)備之之間的電纜的的自然電阻和和電感由于機機房面積較小小，達不到要要求，而增加加去耦器件的的話成本會增增加很多，因因此我們考慮慮不用去耦器器件。根據(jù)式（1）可可知：USG＝Urees＋L·如果讓L為“零零”，即不加裝裝去耦裝置，同同時滿足能量量的有效配合合，則要求SPD1的動態(tài)火花花放電電壓必必須小于電壓壓MOV（SPD2）動作時的的殘壓。如果果滿足了這個個條件，開關(guān)關(guān)電壓型和限限壓型SPD的能量配合合就能實現(xiàn)。經(jīng)過對所有防雷雷器參數(shù)的匹匹配，SPD1選用MCD500-B（動態(tài)火花花放電電壓為為1.3KV），SPD2選用V20-C（殘壓為1.4KV）相配合，不不用增加去耦耦器件，完全全滿足開關(guān)型型和限壓型SPD的有效能量量配合。圖4SPDD有效配合現(xiàn)現(xiàn)場安裝示意意圖Fig.4ThelocalleinsstalliingskketchmapoofSPDDeffeectualllydisstribuution在監(jiān)控系統(tǒng)、自自動化控制系系統(tǒng)采用信號號線的防雷保保護，實踐證證明加裝相應(yīng)應(yīng)的防雷器以以后，取得了了很好的防護護效果，截至至目前加裝防防雷器的監(jiān)控控、控制設(shè)備備沒有再發(fā)生生過雷擊事故故。圖5豐滿滿電廠安裝的的信號線防雷雷器Fig.5ThedatalineSPDoofFenngmanpowerrhousse在拉薩羊卓雍湖湖發(fā)電廠和昆昆明的幾個變變電站同處于于海拔較高的的地區(qū)，每年年也時有雷擊擊事故發(fā)生，我我們在變電站站的控制室分分別對低壓供供電、UPS和直流供電電采用了相應(yīng)應(yīng)的防護（使使用間隙50KA，10/3550波形的防雷雷器作為第一一級，60KA，8/20波形的防雷雷器作為防護護的第二級，在在直流側(cè)采用用V20-CC/3-PHH（正對地、負負對地、正對對負全模保護護），對遙測測、遙信、遙遙調(diào)等通信信信號設(shè)備加裝裝相應(yīng)匹配的的防雷器。圖6拉薩薩羊卓雍湖發(fā)發(fā)電廠Fig.6YanglakepowerrplanntofLhasaa在有些變電站內(nèi)內(nèi)通信機房有有單獨的鐵塔塔，并且鐵塔塔的接地系統(tǒng)統(tǒng)與通信機房房的接地系統(tǒng)統(tǒng)直接相連，則則產(chǎn)生的雷擊擊過電流可能能通過鐵塔接接地引線直接接影響通信機機房其他設(shè)備備的接地。我我們根據(jù)IEC／TC81標(biāo)準和國標(biāo)GB500057－94（2000年版）均明明確推薦采用用綜合公共接接地極（網(wǎng)）的的作法，采用用在鐵塔接地地和機房接地地之間加裝OBO地極保護器480，作為等電電位連接的器器件，雷電防防護效果非常常明顯，有效效保證了設(shè)備備的安全運行行。山西臨汾劉村2220V變電站實現(xiàn)現(xiàn)調(diào)度自動化化以后，路由由器安裝在主主控室運動屏屏上，距通信信機房SDH設(shè)備DDF架約40m，通過2M電纜直連SDH設(shè)備。開始始測試2M通道時電路路正常，路由由器安裝完成成后，2M運行不正常常。經(jīng)詳細測測量發(fā)現(xiàn)通信信機房與變電電站控制室之之間有電位差差，一端接地地設(shè)備運行正正常，兩端接接地則運行不不正常，分別別測試兩個機機房的接地電電阻均小于0.5Ω?？紤]到變變電站投運已已20余年，由于于長時間的腐腐蝕等作用，逐逐漸使兩個機機房的接地系系統(tǒng)相對獨立立。兩個機房房接地點間呈呈現(xiàn)一定的共共模電位差。使使數(shù)據(jù)通信傳傳輸形成障礙礙。最后用25mm2的銅線連接接兩個機房后后，設(shè)備恢復(fù)復(fù)正常。如果果變電站遭受受雷擊或電力力系統(tǒng)故障電電流的沖擊，浪浪涌電流就會會通過接地系系統(tǒng)損壞設(shè)備備，造成重大大損失?？傊?，發(fā)電廠、變電站站接地網(wǎng)復(fù)雜雜，干擾源眾眾多，雷電、線線路故障、電電氣設(shè)備操作作等暫態(tài)過電電壓以地電位位差的形式通通過信號接地地引入的干擾擾較嚴重，在在采用抑制雷雷電和消除接接地干擾措施施時應(yīng)考慮分分流（Dividding）、均壓（Bondiing）、接地（Earthiing）、屏屏蔽（Shiellding）四項技術(shù)術(shù)的綜合應(yīng)用用?！緟⒖嘉墨I】《電力系統(tǒng)通信信管理規(guī)程》，DL/T544-94《電力系統(tǒng)通信信站防雷運行行管理規(guī)程》，DL548-94《雷電電磁脈沖沖的防護》，IEC11312-11,2,3《通訊局（站）雷雷電過電壓保保護工程設(shè)計計規(guī)范》，YD/T5098--2001DiscusssionoontheelighhtninggprottectioonoftheppowerplanttandtranssformeersubbstatiionAbstracctAccoordingg