变电所二次设备防雷接地探讨
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作者: 金天柱
摘要:变电所二次设备防雷对于雷电频发的浙江地区尤为重要。首先介绍了雷电及其危害,然后在论述雷电入侵二次设备途径的基础上,讨论了变电所二次设备防雷接地措施。
关键词:高压变电所;二次设备;防雷;接地
浙江是我国雷电频发的地区,特别是每年5~7月,浙江地区雷雨天气非常频繁。由于雷电侵入变电站二次系统而造成的雷击事故时有发生。对于高压变电所而言,二次系统是由各种二次设备和电缆组成的,几乎所有的电气量都是通过电缆引入二次设备的,因此,设置合理的二次设备防雷接地至关重要。
1 雷电及其危害
雷电的电磁感应是指雷电流在50~100微秒的时间内,从0安变化到几十万安,再由几十万安变化到0安,在其周围空间产生瞬变的强电磁场,其中以5~10千赫兹的电磁辐射强度最大[1]。当被保护物距离雷电较近时,主要受静电感应影响、距离雷电较远时,主要受电磁辐射的影响,轻则干扰信号线、天线等无线电通讯,重则损坏仪器设备。
2 雷电入侵二次设备的途径
高压变电站二次设备是关系到一次设备安全的关键,由于二次设备均以集成电路为核心,其耐受过电压的能力极低,并且二次设备通过电压、电流互感器与一次设备、输电线路相连,受雷面积巨大。随着变电站“三化”的实施,变电站二次设备的防雷问题显得更加重要。
某供电公司部分高压变电所遭雷击损失:2007年6月11日20时15分,某220kV变电站遭受强雷袭击,致使该变电站的保护装置通信面板,综合测量装置通信面板,五防工控机烧毁,送往调度中心的数据监控信号中断。2005年5月29日1时21分,某110kV变电站遭受强雷电击,致使该变电站的3台35kV电压互感器绝缘击穿,设备烧坏。
实践表明,雷电入侵二次设备的途径有:
① 雷击线路时沿架空线通过电压、电流互感器作用到二次设备接口。
② 雷击线路时沿站用电源入侵到二次设备电源。
③ 雷击变电站避雷针时,地网中的雷电流通过电缆沟中的地线耦合到电缆沟中的所有电缆中去。
④ 变电站上空的雷云电场,通过静电感应耦合到电缆沟中所有电缆中去。
⑤ 雷击变电站避雷针时,地网电位的提高会出现地网电位高于线路电压的情况,雷电会通过所有避雷器接地端“倒灌”到相应的导线中去。同时,在绝缘薄弱处还会发生“反击”。
⑧ 通讯线路也是雷电入侵的路径。
3 二次设备防雷接地措施
3.1 电力系统接地种类
根据工作内容,电力系统接地可划分为以下几种:
① 工作接地
工作接地是为系统正常工作而设置的接地。如为了降低电力设备的绝缘水平,在及以上电力系统中采用中性点接地的运行方式,在两线一地的双极高压直流输电中也需将其中性点接地。
② 防雷接地
为了避免雷电的危害,避雷针、避雷线和避雷器等防雷设备都必须配以相应的接地装置以便将雷电流引入大地。
③ 安全接地
为了保证人身的安全,将电气设备外壳设置的接地。
3.2 防雷接地措施
① 等电位连接
根据雷击在不同区域的电磁脉冲强度划分防雷区域,并在不同的防雷区域的界面上进行等电位连接,能直接连接的金属物就直接相连。电源线、信号线、不能直接接入共用接地系统的金属管道等都要通过瞬态浪涌过压保护器(SPD)进行等电位连接,各个内层保护区的界面处同样要依此进行局部等电位连接,各个局部等电位母排互相连接,并最后与主等电位连接母排相连。构造等电位面有两种可能做法,一是将微机保护柜底部已有的接地铜排通过焊接联通,同时在尽头用专用100mm2铜线联通,形成一个铜网格,这个网格与由电缆沟引来的粗铜导线联通,对控制室的接地点形成要求的对地网唯一的一点接地。另一种做法是,在保护柜底部的下面构造一个专用的铜网格,各控制保护柜的专用接地端子经一定截面的铜线联到此铜网格实现[2]。
② PT、CT二次回路接地
互感器是一、二次系统的分界点,因此互感器二次回路接地非常重要。变电站中,电流或电压互感器的二次回路只能通过一点接于接地网。因为,变电站的接地网并非实际的等电位面,因而在不同点间会出现电位差。当大的接地电流注入地网时,各点间可能有较大的电位差值,如果一个有电联通的回路在不同点同时接地,地网上电位差将窜入该回路,有时还造成不应有的分流。对电流回路,出现两点接地时,会短路电流线圈,使通过电流线圈的电流减少;此外,在发生接地故障时,两接地点间的工频电位差将在电流线圈中产生极大的额外电流;这两种原因综合作用,使通过继电器线圈的电流与实际的电流差异极大,从而造成保护反应失常[3]。对于高压电流互感器的二次回路为一独立回路时,原则上这个独立回路可放在电路上任意一点接地,通常采取在二次回路的“一”端或“+”端接地在三相电路中,经常采用两只或三只电流互感器组成一组,若其中一组的二次回路是独立的,则每一个独立回路应有一个接地点。电压互感器二次回路与电流互感器遵循同样的原则,也只能在电压二次回路上一点接地,严禁两点或多点接地,以免造成短路。
③ 屏蔽电缆屏蔽层接地
埋地电缆是二次系统干扰的主要来源,它既是干扰的主要发生器,也是主要的接收器。因此,屏蔽电缆是抑制地电位干扰的主要措施[4]。
屏蔽电缆有用于低频设备的单芯、两芯及多芯屏蔽电缆,双绞屏蔽电缆和用于高频设备的同轴电缆等。由于其使用环境、条件及信号的不同,因此在实施屏蔽时的接地方式也不同。基本上屏蔽电缆屏蔽层的接地方式分为单端接地和双端接地。这两种接地方式各有优劣,在工程中都有采用。
参考文献
[1] 梁曦东,陈昌渔. 高电压工程[M]. 北京:清华大学出版社,2003.
[2] 李景禄. 实用接地技术[M]. 北京:中国电力出版社,2002.
[3] 李景禄. 接地装置的运行与改造[M]. 北京:中国水利水电出版社,2005
[4] 虞昊. 现代防雷技术基础[M]. 北京:清华大学出版社,2005
作者简介:
金天柱(1977,07-),男,大专,助工,从事过电压对电气设备的损害等方面的工作。
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