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基站雷电防护毕业论文

发布时间:2024-07-02 14:35:55

基站雷电防护毕业论文

移动通信基站的防雷与接地问题探讨工学论文

摘要: 本文论述了移动基站防雷接地系统经常出现的问题,介绍了移动通信基站防雷接地的重要性,防雷接地系统的构成和基本要求,并结合多年运维经验提出根据实际情况设计移动通信基站防雷接地系统的设计思想。

关键词: 移动通信;基站;防雷;接地

简介由于移动通信基站的天线设置大多安装在建筑物的房顶上,还有一部分安装在铁塔上,相对周围环境而言,形成十分突出的目标,从而导致雷击概率增多。通信设备损坏,耗费了大量人力财力。怎样才能有效地预防雷害,确保移动通信基站设备和工作人员的安全呢?几年来的维护经验告诉我们:必须根据每个基站的实际情况设计移动通信基站的防雷接地系统,实施基站针对性防雷。

1认清移动基站雷害的主要原因

移动基站防雷是一个复杂的系统工程,过去我们按照防雷理论[1],尽量提高基站防雷系统的泄流能力,选用了80kA甚至100kA的大型防雷器,但是防雷效果却不尽人意,经常出现基站防雷器没有明显动作,基站设备却已经发生损坏[2]。是防雷器不好吗?不,防雷器都是检测合格的入网产品。原因是没有按照基站的实际情况设计防雷系统。经调查统计了黑龙江省近两年来的雷击事故,得出一条重要数据;基站内设备被直击雷和雷电感应破坏的概率为零。这是因为基站设备包括基站室外电力变压器的位置普遍较低[3],完全处于建筑防雷设施或铁塔以及架空线路避雷系统和建筑防雷等外围的避雷系统泄放,所以基站设备很难遭到直击雷损害。

2防止地电压反击是基站防雷接地的主要课题

当雷电流基站附近的避雷器对地泄放时,由于接地电阻的存在必然引起基站工作地的电位升高,基站直流负荷如BTS电源、开关电源的监控单元、基站的动力环境监控器等设备相对远端地一般都存在寄生电容,这些设备一端接工作接地,无流的远端地与基站的工作接地间存在电位差,因而产生差模脉冲电压[5]。当超过设备绝缘耐压的容许限度时必然造成设备的损坏。基站的单相交流负荷如基站空调、照明等设备的零线接在变压器的交流地上,当雷电流沿基站附近的避雷器对地泄放时,变压器的交流地和交流重复接地电位也会升高,因此基站的单相交流设备也同样存在地电压反击的问题。

若把基站设备与接地有关的电路简单等效为线路电阻、线路寄生电感(可忽略不计)、线路负载(如传感器、BTS、空调、灯具等)、终端对远端地寄生电容组成的串联回路。假设基站的冲击接地电r为2欧姆,防雷器对地的泄放电流为2kA,这时基站的接地排的瞬间电压为U=1×r=4kV,可见负载两端的瞬间浪涌电压可达4kV,如不采取措施,必然造成设备损坏。

3因地制宜消减反击电压

怎样才能避免地电压反击造成的`损失呢?一般很自然会想到使用交流过压保护器和直流浪涌抑制器,即在交流变压器的低压侧、基站交流配电箱的地零间加装交流过压保护器;在直流负载的电源输入端加装浪涌抑制器。所有交流过压保护器和直流浪涌抑制器必须靠近被保护的设备安装,避免被保护设备由于接地或电源引线过长引起脉冲反射。除此之外一个非常重要的问题就是将基站的工作接地与室外避雷器接地在基站地网上的引接点分开焊接,这样可以大大降低基站工作接地母排的电压浪涌幅值。众所周知,雷电电流沿地网泄放时,在避雷器引下线与地网连接点附近土壤内形成一个强电位场,距离越近电压越高。将基站工作接地与室外避雷器接地分开,可以大大降低基站的反击电压。所以YD5068-98《移动通信基站防雷与设计规范》明确指出:基站工作地与防雷地在基站联合接地网上的引接点距离不应小于5m,条件允许时宜间距10~15m。实际上除电力线路外,基站的铁塔遭雷击次数最多,与铁塔共用接地网的基站经常受到地电压反击的损害,如果铁塔地网边缘距离基站大于5m,应在基站附近另建环形工作接地网;条件差的基站可以沿铁塔地网与基站工作接地引接线,补设接地桩;只能利用铁塔地网的基站也应把铁塔避雷接地的引接点与工作接地的引接点分别在对角塔基上安装。

对于山项基站尤其应注意将基站的工作接地与铁塔避雷接地及站基室外接地分开,因为山顶基站的接地电阻较大,接地引线较长,雷电流泄放相对缓慢,所以地电压反击比较严重。

降低基站接地电阻也有利于电压反击事故。接地电阻较大的山上基站,可利用塔基钢筋、蓄水池、无爆炸和电击危险的金属管路等自然接地体,埋设地桩有困难的山上基站也可从塔基沿山体的自然沟壑,最好选择阴暗潮湿的地方,制作横向辐射接地网,辐射接地网长度应小于30m,塔基四周辐射的横向接地网越多也有利于雷电散流。

4适当地选用电源线路保护空开

防止雷电波侵入避雷的响应特性有远近软硬之分:气体放电管和火花间隙防雷器是基于斩弧技术的角形火花隙和同轴放电火花隙,当线中电压超过防雷器的击穿电压后,防雷器的绝缘电阻立刻急剧下降,放电能力较强,残压相对较高,恢复电压低于原来的击穿电压,属于硬响应特性;属于软响应特性的压敏电阻和浪涌抑制二极管,其特点是响应时间短,放电电流小,残压低,而且恢复电压基本不变。硬响应特性的防雷器工频后续电流和防雷器绝缘劣化可能造成线路短路,所以防雷器前面应该配置过流保护空气开关或熔丝。其额定电流应小于防雷器的最大短路允许强度。如果主电路保护空开关大于防雷器的最大保险丝强度,应设避雷器分路保护空开。

5实现分级防雷

防雷器的残压是保护基站设备的最重要参数,一般来讲,泄流能力强的防雷器,响应时间长,残压高。世界上没有任何一种防雷器能满足所有混合雷电冲击波、残压以及响应时间指标要求,所以应根据基站电源设备的绝缘等级划分防雷层次,实现多级防护,对雷电能量逐级减弱,使各级防雷器残压相互配合,最终使过电压值限制在设备绝缘强度之内。另外多级防护对于某一级防雷器失效、防雷器的残压不配合设备绝缘强度等也是必须的。我们认为应该结合YD5078-98《通信工程电源系统防雷技术规定》和基站的实际情况,从交流电力网高压线路开始,根据基站主要电源配套设备的耐雷电冲击指标和防雷器残压要求,采取分级协调的防护措施,进行基站的防雷系统设备。避雷器的直流1mAA参考电压是我们选择避雷器的绝缘要求,选用时应考虑电网的电压波动上限值和操作过电压远小于直流1mA参考电压。

实现各级防雷器的能量分配与电压配合的要点在于利用两级防雷器之间线缆本身的感抗。电缆本身的感抗有一定的阻碍电流及分压作用,使雷电流更多地被分配到前级泄放。当保护地线与其它线缆紧贴敷设或处于同一条电缆之内时,要求两级防雷器之间线缆长度在15m左右,当防雷器接地线与被保护电缆有一定距离(>1m),这时要求线缆长度大于5m即可。在一些不适合采用线缆本身作退耦措施的,如两级防雷器靠近或线缆长度较短时,可利用专门的退耦器件,这是无距离要求。

参考文献

[1]YD5068-98移动通信基站防雷与接地设计规范[S].

[2]张殿富.移动通信基础[M].北京:中国水利水电出版社.

[3]金山,刘吉克,陈强.YD/T 1429-2006通信局(站)在用防雷系统的技术要求和检测方法[S].2006.

[4]曹和生,吴少丰,匡本贺.GB/T 21431-2008建筑物防雷装置检测技术规范[S].2008.

[5]张农.关于基站防雷接地的问题[J].邮电设计技术,2004(4).

驳斥手机引雷的异端邪说 作者:原子弹炸东京2004年7月,居庸关长城数十游客钻在烽火台里避雨, 遭遇雷击,数十人被击倒,15名游客受伤住院。各大网站报社引用文章中,有如下一段文字:“据专家介绍,手机电磁波是雷电很好的导体,能在很大的一个范围内收集引导雷电。在使用手机时,如遇高空向下电流极易造成雷击;在雷雨天气,手机开通电源都极易引来感应雷,而在雷击区打手机,手机无疑就充当了避雷针的角色。而且据研究,如果手机信号过强,有时连避雷针也不起作用。”而且后来网络接着劝诫游客不要在雷雨天打电话。”目前GSM手机功率密度每平方厘米小于40微瓦,其电场强度小于12V/M,即,这与雷击需要的电场强度要求30000V/CM,相差250000倍,用的电场强度引发需要30000V/CM电场强度的雷击,这种说法的想象力太丰富了,使我想起流传于互联网上的一则笑话:蚂蚁在大象走的路上伸出一条腿,对兔子说:“嘘,别吱声,我要绊死这野仔”,真是可笑。按照这样的理论,微波塔强大的功率应该是比避雷器更能引雷,不过,你还能用得上手机么?手机真正的危害是它的高频电磁波对于微电子设备的损害。再说“电磁波导电”说,“据专家介绍,手机电磁波是雷电很好的导体”简直是胡说八道,概念错误!电磁波不是介质何来导电不导电之说,这就像有人说,“我的目光会放电”一样,这应该属于后现代的文学作品,而不是科学!如果电磁波导电我们就不需要再开采铜矿、铝矿做电缆了,发射一束电磁波就够了,多么可笑!“手机能够引来感应雷”更荒唐,感应雷是直击雷几万安培的强电流产生的电磁感应,或者带电云层在大地上产生静电感应,在直击雷在别处落地后,电荷来不及泄放出现的暂时高电压,没有直击雷就不会有感应雷,而报章竟然说手机引来感应雷,这不是说:“石头生了个猴子”神话故事么?!这种报道误导民众,祸害下一代! 还说“手机电磁波是雷电很好的导体,能在很大的一个范围内收集引导雷电”、“而且据研究,如果手机信号过强,有时连避雷针也不起作用。”让这些记者去捕捉些花边新闻、女网球运动员内裤漏光的照片还行,报道科学新闻简直瞎扯,手机如果有这么大作用我们让它作避雷针好了,全世界多少真正的电气专家学者研制避雷针、消雷器还不如用手机了。而且目前最好的消雷器也就能够向空中2米发射先导电晕,如果用手机产生的电磁波能够导电,岂不可以直接发射到1000米高的雷云层去了,还费那么样大的事么! 还有报载最近秘鲁发生一场雷击造成240只羊死亡, “据专家分析是因为羊脖子上的铃铛”,对于有人遭雷击就归因于耳环、项链,这种报道却过欠缺想象力了。如果是这样,木结构的塔不应该遭雷击吧,可是相反,山西的木塔基本上全是遭雷击焚毁的,因为即使木头在雷雨天气它也会积聚大量的电荷,只是它可能积聚的慢,但雷电不是M134速射机枪,有足够的时间来积聚电荷。国内目前只有应县木塔存留,应县木塔的结构特点是塔顶立一铁刹,全为铁杵制成,由迎莲覆钵、相轮火焰、仰目宝瓶及宝珠组成,中间有铁轴一根,插入梁架之内,有避雷针的功能,四周八条铁链,相当于引下线,也许是古人无意中做了避雷装置方才使木塔保存到现在。《生活时报》报道:巴西一名青年近日遭雷击身亡,他口腔内的金属牙套被怀疑是“死神”的帮凶。据报道,3月20日,巴西的老港市下起了大雨,22岁的克雷贝松正骑着自行车,车上还带着两个七八岁大的小孩。突然,一道闪电凌空劈来,克雷贝松应声倒地,脸部完全被烧焦,两个孩子也吓得大叫起来,但身体没有受伤。根据克雷贝松脸部烧焦的情况分析,可能是他戴的矫正牙齿用的金属牙套引来了雷电。从报道的情况看绝不是牙套引雷,牙套放在嘴里还能引雷那是缺少常识的表现,是雷电并非牙套引来,克雷贝是受到强烈的雷电电磁感应使牙套产生较高的感应电动势而致死。需要明确是,避雷针之所以能够引雷,不是因为它是金属,而是因为它站得高!你把避雷针放到室内它能引雷么?如果放室内还能引雷,那生产避雷针的工厂的工人可没法活了!我们知道树木没有金属,但是也经常招雷击,难道它有“铃铛”?它有“牙套”?不是,就是它长的高!我们的思维可以翻过来考虑这个问题,云地放电就是雷云与大地之间产生放电现象,我们也可以说大地的异性电荷同样轰击了云彩,雷云同样承受了巨大的电荷,我们能说某一片云彩把大地的电荷引来了?那是带有“铃铛”那的一片?不是的,应该是距离最近、电场强度最高的那片云彩开始的。避雷针之所以使用金属是因为它导电率高,能够快速将电流泄放,但是这种做法现在已经遭到质疑。1989年8月12日,与青岛市区相隔4海里的黄岛油库的原油罐群因雷击发生爆炸起火。这场事故造成5个油罐报废,4万吨原油燃烧,损失1401万元,19 人死亡,74人受伤。油库没有安装避雷针么?不是的,避雷针安装了并且起了作用,但是也正是避雷针接受的强大电流引起的强烈电磁感应触发了油料燃烧。如果在避雷针增加回路的阻抗装置,增加几条并联引下线分流,也许就不至于引起火灾了。有人说是“滚地雷”(球雷),那说法我认为是瞎摆乎总书记的,总书记日理万机,肯定也听不明白这不伦不类的术语就糊弄过去了,我在油库呆过,油罐都是密封的,那“滚地雷”还能钻到油罐里边不成,而且雷电击穿不了超过4mm厚度的钢板。所以现在新一代避雷针考虑的是增加避雷针的电阻,限制雷击电流,近年来出现半导体消雷器或高阻避雷针就是基于这种思想的产品。不过,网上还有许多人举例许多证实某人打手机被雷击,这种说法还是没有依据,在雷雨天你在外边小便也会遭雷击,能说你的命根子引来雷击?我认为手机引雷肯定是错误的,雷电的电磁场能够毁坏手机可是真的。居庸关雷击的真正原因可能是直击雷击中居庸关烽火台,使内部避雨的人受到跨步电压或者靠近墙壁遭受的接触电压,也可能还有直雷击产生的激波和次声波同时作用,使许多人同时被击倒、晕倒。因为巨大的雷击在闪道附近可产生10个大气压的冲击!另外还有网站上关于雷电性别选择的报道,如下:有趣的是雷电对于男人比女人更青睐,有关雷电选择性的最早记录见于1878年9月1日,法国博内勒地区。三个妇女和一个男人正在路上行走,忽然间雷电交加,他们只得躲到大树下避雨。女人们害怕把裙子弄脏,没有靠着树干,而那个男子则背靠大树站在那里。突然一道闪电从天而降,男子身上的衣服瞬间燃烧起来。女人们冲过去救他,却惊恐地发现,他已经死了。 这位男子的死亡似乎可以得到科学合理的解释,但还有更离奇的雷击选择性的记载。在英国,一对夫妇同样躲在树下避雨。冷风吹过,凉意袭人,他们搂抱着站在一起。忽然一道闪电过后,女人发现丈夫不见了,只在地面上看见一小堆灰烬。原来,她的丈夫已在瞬间被蒸发了:闪电的温度可达太阳表面温度的5倍。不过,这位可怜的女人自己则安然无恙。 这种说法也是有疑问,除非这个女人穿着金属屏蔽服。 1966年,日本发生了一起震惊全国的雷击事件。一群中学生在攀登一座不算高的山峰时,天空传来了轰隆隆的打雷声。老师用绳子把孩子们相互连接在一起,以免有人滑倒跌下山去。可是,就在此时,一道强烈的闪电刺过天空,三分之一的人被击倒。倒下的全部是男孩。雷电青睐男性的说法传奇有趣而且活跃气氛,但是却没有科学依据,缺乏事实,均是道听途说,雷击每年死那么多人,但是列举的事件确是一百多年前的事情,一百多年前,我们湖南的老表还能赶鬼回家,这有依据么!如果说存在这种事情可能是偶然事件也可能是由于男孩个子较高,而且脂肪少导电率高的原因。让我们再看以下报道:南方网-南方都市报报道广州一件雷击事件 :9月1日下午,一名广西女子骑单车行走时,在白云区人和镇东华工业区突遭雷击,当场昏死过去,随后在现场经医生抢救无效死亡,当时她身边的丈夫却毫发无损。2001年4月29日下午5时许,在琼山市三江镇黑牛山北合铺村后坡一果园里,一位年轻妇女肩背上背着小孩正在地里劳动。突然,一道刺眼的蓝电将其劈倒在地,孩子揪心撕肺的哭声惊来了正在附近劳作的农民,待他们奔来现场时,被吓得退倒在地:年轻母亲俯卧在地,身上的衣裤里里外外全被烧光,头发被烧焦,胸部左右乳房被雷电各击有一小洞。母亲已经死亡,但目击者说,当时母亲的右手弯向后背,仍紧紧地护住孩子的头部,孩子安然无恙。这次没有性别选择,我们能据此说雷电选择母亲不攻击幼子么?母亲临死时俯卧,右手弯向后护住孩子,这说明妇女不是立即死掉,在死去之前她还能有时间护住孩子,而且临死之前还有能力选择一种俯卧扑到的姿势以保护孩子,这说明雷击不是特别严重,只是烧了衣服,而没有肉体焚毁,而母亲可能劳作不可避免淋雨,而且劳作会有汗水加重了身体的导电能力,结果就发生悲剧,但是孩子可能有防雨措施,衣服没有湿,而免于劫难。母亲是伟大的,她凭强烈的母爱的意志俯卧,如果身体后仰可能会压死孩子。也许真正的专家、学者没有时间上网来理论这些新闻,我从事电气工程,但是也经常上网,上网我一般看新闻看库娃、看李玫。最近准备写一篇论文找一些文献看到这些文章,气得不行,这样的新闻误导民众而且言辞凿凿,“专家进行现场勘察”、“气象专家共赴现场分析”“某教授解释”,我觉得这有些误导,缺乏科普知识了,网站的新闻也只能看看库娃的裤衩或者黑社会的砍刀了!这些不需要分析,不需要理论,一看就明白!明天也不需要记住它!最后觉得要说一点就是雷击是神秘的大自然现象,到现在人们并未真正完全揭开它的真实面纱,即使揭开它的面纱人类也不一定能够彻底逃得了。最后给大家补充一点雷电知识。0. 前言我国每年雷击死亡约3000人,受伤致伤约6000人,由于雷击引发的火灾、设备损毁等带来的经济损失约70亿人民币。《重庆晚报》载2004年6~11月,仅重庆市因雷击损失2个亿,《江南时报》载南京市每年雷击损失1亿元。 闪电的平均电流是30KA,最大电流可达300KA;0. 2 闪电的电压约为一亿伏至十亿伏;0. 3 一般雷击分为3个阶段,即先导放电、主放电、余光放电,整个过程一般不会超过60μs;直击雷电流峰值时间通常负闪击只有5μs到15μs,雷电流变化梯度大,有的可达10kA/μs; 0. 4 一个中等强度雷暴的功率可达30亿千瓦,相当于1997年全世界发电机装机总容量之和,但只有短短几十μs,可以计算出闪击发出的能量约100兆焦耳,约30度电的能量,相当于2千克汽油所放出的能量。0. 5 雷击破坏范围可覆盖~2km;0. 6 雷电波的频谱位于几十HZ至一兆HZ之间,其能量主要集中于几十KHZ频段上; 闪电通道内的气压可达10个大气压以上,产生的冲击波以约3000米/秒的速度向外传播。0. 8 雷电通道的温度可达6000~10000°C(太阳表面的温度为6000°C),甚至更高,雷电流通过金属导体,当导体截面不够大时,甚至可使其熔化,遇到易燃物质,可能引起火灾;雷击点产生的热能足以熔化直径4~6mm的钢球,可以击穿厚度小于4mm的钢板。0. 10 在全世界范围内,每秒钟的雷击次数约为600 次。

通信局站集中监控系统的雷电防护 艾默生网络能源有限公司 戴传友 摘 要在简要分析通信局站集中监控系统雷击损坏的主要原因和雷电浪涌侵入途径的基础上,提出了监控系统雷电防护的基本措施。简单介绍了艾默生网络能源有限公司(ENP)集中监控系统雷电防护的主要技术特点。 关键词 集中监控系统 雷电浪涌 雷电防护 布线 线路屏蔽 等电位连接 浪涌保护器 LIGHTNING PROTECTION FOR ENVIRONMENT MONITORING SYSTEM OF TELECOMMUNICATION STATIONS/SITES DAI Chuanyou (Emerson Network Power Co., Ltd , Shenzhen 518129 , China) Abstract The main causes of lightning damage on environment monitoring system and the probable coupling paths of lightning surge are analyzed. The lightning protection measures for environment monitoring system in telecommunication stations/sites are recommended. In addition, the main lightning protection characteristics of ENP's environment monitoring system—PSMS are summarized in briefly. Key Words environment monitoring system; lightning surge; lightning protection; routing of cables; line screening; bonding; surge protective device(SPD) 近年来,随着集中监控系统在通信局站特别是移动通信基站中的广泛应用,监控系统因遭受雷击而损坏的事故时有发生。这种状况不仅不利于通信网的长期稳定、可靠运行,还造成人力、物力和财力上的浪费。因此,如何做好集中监控系统的雷电过电压防护,有效降低雷击事故发生率,是摆在运营商和设备制造商面前的一个重要问题。 1 概述 雷电浪涌造成监控系统损坏的主要原因有: 首先,监控系统采用了大量的高集成度微电子元器件,而这些元器件本身抗干扰的能力很低。随着微电子技术的迅猛发展,微电子元器件不断涌现,其集成度越来越高,所传递的信号电流也越来越小,对外界的干扰也越来越敏感。 其次,通信局站,特别是移动通信基站的实际运行环境比较恶劣。由于大部分通信局站内设有铁塔,比周围的建筑物 / 构筑物都高,遭受雷击的可能性比较大。加之由于技术或经济上的困难,部分局站没有按照相关规范的要求采取整体防雷措施,为站内监控系统留下了雷击隐患。 最后,长期以来,通信局站设备防雷都是以防止雷电浪涌沿局外线路感应为主,对监控系统等在局站范围内的系统的防雷研究较少。但事实上,由于监控系统的连接线路较多,有些线路的敷设长度可达 100 ~ 200 米甚至更长,一旦这些线路遭受雷电电磁场的影响,将雷电浪涌传到各监控设备的接口电路中去,从而对接口电路产生影响和冲击。 近年来,国内外相关标准对局站范围内部的各种通信系统(包括监控系统)的防雷问题也日益重视。如国际电信联盟 (ITU) 的 建议 [1] 对电信中心的雷电电磁脉冲的防护提出了指导性方法,而 建议 [2] 则规定了电信中心内部的通信线路和设备端口的浪涌抗扰性要求。这两个建议的提出表明,国际上已经开始重视通信局站内部设备的雷电浪涌的抗扰性要求。而在最新的通信行业标准 YD/T5098-2001 [3] 中也已经明确提出监控系统的雷电过电压保护的设计要求。 2 雷电浪涌侵入集中监控系统的途径 任何一个电磁干扰都必须具备以下三个条件:首先是干扰源,其次是传递干扰能量的途径或媒介(耦合途径),最后是对干扰产生反应的设备(敏感设备)。干扰源、耦合途径和敏感设备被称为干扰三因素。为减小到达敏感设备的干扰能量,必须先弄清干扰源的性质、干扰的耦合方式以及敏感设备自身的耐受能力,才能有的放矢,提出最有效的解决办法。 本文所考虑的干扰源就是雷电电磁脉冲( LEMP ),它包括雷电放电电流以及雷电放电时在其周围空间产生的瞬态电磁场,反映在设备上就是雷电浪涌;敏感设备就是监控监控系统;对监控系统而言,雷电浪涌的耦合途径主要有: 1 、近场感应。雷击通信局站或其邻近区域时,会在其周围空间产生强大的瞬态电磁场,该电磁场会在处于其空间范围内的金属导线上感应出一定幅值的瞬态过电压(主要是磁场感应),感应过电压的大小主要取决于雷电流的变化率、线缆与雷击点的距离、线缆的长度、各线缆间形成的回路面积以及线缆是否有效屏蔽等因素。它主要施加在与线缆相连的设备端口上,以共模分量为主,差模分量的大小则视线缆的结构型式而定。感应过电压是造成通信局站内监控系统雷击损坏的主要原因。 2 、公共地阻抗耦合。雷击时,雷电流沿接地体入地时会引起接地体的地电位升高,如果设备或系统布置不当或者接地不当,会在接地系统与设备间产生较高的过电压(称为反击过电压),从而导致设备损坏。此外,当通过各种线缆(如信号线、数据线等)互连的设备间存在较大的地电位差时,也会导致设备的损坏。 3 、传导耦合,主要是指雷电侵入波。雷电侵入波又称为线路来波,它是指沿进局电缆以行波的方式窜入室内的雷电浪涌。雷电侵入波产生的根源可能是感应雷,也可能是直击雷,但从监控系统的角度来看,则可视为传导耦合。对于需要将监控信号上报的无人值守站(特别是移动基站),雷电侵入波是造成监控设备损坏的另一重要因素。 3 集中监控系统雷电防护的基本措施 集中监控系统具有线缆类型多、接口类型多、线缆数量大等特点,其雷电损坏以近区磁场感应过电压和雷电侵入波为主,因此监控系统的防护应针对上述特点,从整体上加以考虑,才能起到良好的防雷效果。 监控系统的雷电防护措施可以归纳为以下两个方面:其一、抑制或衰减雷电浪涌的耦合途径,主要措施包括屏蔽、合理布线、等电位连接和接地等;其二、提高监控设备本身的浪涌耐受能力,主要包括合理设计内部电路、加装电涌保护器等。 合理布线 如上所述,通信局站或其近区遭受雷击时,雷电电磁场在站内监控系统的线缆上产生的感应过电压主要取决于雷电流的变化率、线缆与雷击点的距离、线缆的长度以及各线缆间形成的回路面积以及线缆是否有效屏蔽等因素。因此,合理布线对减小感应过电压水平、降低监控设备雷击损坏率有着十分重要的意义。 在实施监控系统布线时应注意以下几个问题: 1 、局站范围内,严禁室外架空走线。室外架空走线有可能遭受直击雷,严重威胁监控系统的正常运行。此外,架空走线形成的环路面积较大,雷击时会产生较大的感应过电压。 2 、室外线缆的布放应尽量远离铁塔等可能遭受直击雷的结构物,应避免沿建筑物的墙角布线。 3 、室内各种监控线缆的布放应尽量集中在建筑物的中部。雷击时建筑物中部的空间电磁场相对较弱,因此将电缆布放在建筑物的中部可有效降低感应过电压。 4 、监控线缆及线槽的布放应尽可能避免紧靠建筑物的立柱或横梁。在不可避免时,应尽可能地减小沿立柱或横梁的布线长度。 线路屏蔽 屏蔽是电磁干扰防护及控制的最基本方法之一,其目的是限制或防止某一区域内外电磁场的相互耦合,将电磁场作用限制在规定的空间范围之内,即通过抑制耦合途径来减小干扰源对敏感设备的影响。对通信系统的雷电防护而言,屏蔽可分为建筑物的屏蔽、房间的屏蔽、设备的屏蔽和线缆的屏蔽。这里主要讨论线路的屏蔽。 常见的线路屏蔽方式主要有两类:其一、采用屏蔽套管或屏蔽槽等外部附加屏蔽;其二、采用屏蔽电缆。 屏蔽套管(金属管屏蔽)的主要优点是屏蔽效能良好,其主要缺点是柔软性差,施工不便。由于屏蔽槽存在较大的缝隙,其屏蔽效能比屏蔽套管的差。但由于其施工方便,如果在施工工程中做好接头和接缝处的处理,还是能取得一定的屏蔽效果。 采用屏蔽电缆是一种常用的线路屏蔽方式。尽管其屏蔽效能不如金属管屏蔽,但在线路不长(如小于 100m )、外界电磁场干扰不是太强烈时,仍具有较好的屏蔽效能。 在实施线路的屏蔽时应特别注意以下几个问题: 1 、电缆屏蔽层、屏蔽套管或屏蔽槽等屏蔽体的两端必须接地。由于感应过电压主要是由近区磁场感应所致,屏蔽体两端接地后,在屏蔽体与地回路间形成一个闭合的环路,该环路中所链接的磁场所感应出的电势在环路中形成感应电流,该电流产生的磁场方向与干扰磁场方向相反,从而抵消或减小外界干扰磁场对芯线的影响,大幅度降低芯线的感应过电压。 2 、为最大限度地利用屏蔽体的感应电流,任何影响电流流通的因素都应加以注意。如屏蔽体在整个电缆长度上必须是导电贯通的,并尽可能多点就近接地;做好屏蔽体接头和接缝处的连接,以期获得稳定的低阻抗电气连接;做好屏蔽体的接地,尽可能降低接地引线的阻抗等。 3 、在工程实际中,应充分利用现有的金属走线槽和走线架,屏蔽电缆和金属走线槽的配合使用可获得附加的屏蔽效能。 等电位连接和接地 适当的等电位连接和接地是减小反击过电压和地电位差的有效措施。 等电位连接是用连接导体或浪涌保护器将处在需要防雷空间内的防雷装置、建筑物的金属构架、金属装置、外来导体、电气或电子设备等连接起来,其目的是减小需要防雷空间内的各金属部件以及各系统之间的电位差。通信局站的等电位连接和接地包括:由建筑物金属构架、防直击雷装置以及外来导体等相互连接而成的公共连接网,局站内各通信系统所建立的局部等电位连接网,以及上述各连接网间的连接和接地。 原则上讲,监控系统的外露导电部分所形成的局部等电位连接网可具有以下两种结构型式: S 型(星形结构)和 M 型(网型结构)。相应地,它们与公共连接网的连接方式应分别采用 Ss 型和 Mm 型。如图 1 所示。 星形结构一般适用于较小的闭环系统,系统内设备间以及设备与外界的连接线较少,容易与公共接地网隔离。当采用星形结构时,系统的所有金属组件除连接点外,应与公共连接网有足够的绝缘,即仅通过唯一的点连接到公共连接网中形成 Ss 型。此时,设备间的所有线缆应按照星型结构与等电位连接线平行敷设,以避免产生感应环路。 Ss 型等电位连接网的主要优点是能抑制外界的低频干扰。其缺点是维护和扩容比较麻烦,且在高频下易引入干扰。 网状结构一般适用于延伸较大的开环系统,系统内设备间以及设备与外界的连接线较多而且复杂。当采用网状结构时,系统的各金属组件应通过多点就近与公共接地网相连形成 Mm 型。 Mm 形等电位连接网的主要优点是在高频时可获得一个低阻抗网络,对外界电磁场有一定的衰减作用,且维护和扩容比较方便。其缺点是理论上可能会引入低频干扰。 由于监控系统的采集设备与其它设备间存在广泛的互连,监控设备间的连接线缆也比较多,而且采用了大量的屏蔽电缆。适合于采用 Mm 型等电位连接网。同时,通信局站的实际运行经验表明,合理设计和施工的 Mm 型等电位连接网一般不会引入低频干扰。 内部电路的合理设计 在采用了合理的线缆布置、有效的线路屏蔽以及适当的等电位连接和接地措施后,到达监控设备的浪涌能量会大幅度降低,从而减小雷电浪涌对监控设备的危害。但上述措施不能完全消灭达到监控设备的雷电浪涌,特别是当部分局站没有按照相关规范的要求采取整体防雷措施而导致站内监控设备所处的电磁环境比较恶劣时,雷电浪涌对监控设备的危害仍然存在。因此,在有效抑制雷电浪涌耦合途径的同时,应提高监控设备自身的浪涌耐受水平。 由于感应过电压和反击过电压或地电位差对设备造成损坏的主要原因是共模过电压,适当提高监控设备内模块的共模耐受水平可有效地防止此类损坏。 实际运行经验表明,监控设备的损坏大部分表现在设备的接口部分,因此应审慎地设计监控设备的接口部分电路,以提高其浪涌耐受能力。为达到这一目的,可采用的方法有:优选接口芯片、采用电气 / 光电隔离技术、内置浪涌吸收电路等。 接口防护(加装电涌保护器) 运行经验表明,在综合采用上述防护措施后,基本上可以防止绝大多数由感应过电压和反击过电压或地电位差造成的监控设备的损坏。但在以下两种情况下,监控设备仍有可能因雷电浪涌而损坏: 1 、对于需要将监控信号上报的无人值守站(特别是移动基站),外引线(如 E1 线、电话线或 RS422 等信号线)可能会将较大幅值的雷电侵入波引入监控系统。 2 、当通信局站遭受直接雷击且雷击强度较大时,在站区内的长距离监控线缆中可能还会感应出较大的过电压。 此时,可采用加装浪涌保护器( SPD )来降低雷击事故率。 信号线用 SPD 的选用应注意以下几个问题: 1 、 SPD 的保护水平应满足监控设备浪涌耐受水平的需要。 2 、 SPD 应满足信号传输速率及带宽的需要,其接口应与被保护设备兼容。 3 、 SPD 的插入损耗应满足监控设备的要求。 4 、 SPD 的标称放电电流应满足标准 [3] 的要求。 4 ENP 集中监控系统( PSMS )的防雷技术特点 在认真研究集中监控系统雷击损坏原因和失效机理的基础上,我们提出了 ENP 集中监控系统的雷电防护的整体方案,该方案具有以下主要技术特点: 1 、将监控系统作为整体进行考虑,综合采用线路屏蔽、合理布线、等电位连接和接地、加装 SPD 等措施,抑制了雷电浪涌与监控系统间的耦合路径,最大程度地减小了感应过电压、反击过电压以及雷电侵入波对监控系统的危害,大幅度地提高了监控系统的整体防护性能; 2 、通过内部电路的合理设计,提高了监控设备自身的浪涌耐受能力; 3 、对于雷击重点部位,采用有效的接口防护措施,极大地提升了监控系统的雷电防护能力。主要端口的标称放电电流达 5kA 以上,远高于 YD/T5098-2001 [3] 的相关要求。 参考文献 [1] ITU-T (1996) Protection against LEMP in telecommunications centres [2] ITU-T (1998) Resistibility of internal interfaces of telecommunication centres to surge overvoltages [3] YD/T 5098-2001 ,通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范 转帖]远动设备的防雷及过电压保护远动设备的防雷及过电压保护 (2004-5-31) 陈国俊,谭永忠 Lightning and over-voltage protection of telecontrol equipment CHEN Guo-jun,TAN Yong-zhong (Nanhai Power Bureau,Foshan,Guangdong 528200,China) Abstract:The urgency of strengthening lightning and over-voltage protection of telecontrol equipment is expounded with specific measures presented. Key words:telecontrol equipment;lightning protection;over-voltage protection 摘 要:阐述了加强远动设备防雷及过电压保护的紧迫性,并提出了具体的防护措施。 关键词:远动设备;防雷;过电压保护 中图分类号:;TM862 文献标识码:B 由于早期RTU所选用元器件的局限性,RTU对雷电等电磁脉冲和过电压的耐受能力很低。当雷电等过电压和伴随的电磁场达到某一阀值时,会导致元器件甚至设备的永久性损坏,严重影响RTU的可靠运行。 变电站都有比较完善的防雷系统,因而雷电直击远动设备的可能性不大,但是,雷击附近大地、架空线路和空中雷雨云放电时直接形成的,或者由于静电及电磁感应形成的冲击过电压,却可能通过与之相连的电源线路、信号线路或接地系统,穿过各种接口,以传导、耦合、辐射等形式,侵入远动设备并酿成严重的干扰或事故。 因此,加强和改进远动设备的防护,尽量减少其遭受雷电等冲击干扰的损害,已成为变电站实现无人值班亟待解决的问题。1 远动设备雷击损坏情况 南海电力局从1993年开展调度自动化工作,1996年开始试行无人值班。但是,在每年 的雷雨季节,具备四遥功能的变电站(RTU结构见图1),都发生多次雷电损坏RTU和当地监控电脑串行口的事故,最多的一年达二十多起。损坏的程度不一,其中最严重的一次,官窑110 kV变电站因雷电损坏遥信隔离板5块,通信扩展板1块,主板1块;110 kV海北、沙涌、东二等变电站共损坏通信扩展板、主板十多块;6台监控电脑串行口损坏,给远动维护护工作带来很大的麻烦。只有很好地解决变电站远动设备防雷击损坏问题,才能保证变电站无人值班安全运行。图1 RTU结构框图2 远动设备受雷电损坏的原因 变电站远动设备与外围设备相连接 RTU各功能模板以各种方式与其他设备直接相连。变电站中比较典型的RTU电气连接见图2, 其中与当地监控电脑及微机保护装置相连的串行通信电缆均处在控制室范围内,二次测量、控制及信号电缆一部分则直接与高压场地一次设备相连。图2 RTU在变电站中的电气连接 RTU受雷电损坏的原因 a)电源线引入雷电 雷电引起的瞬时高电压,如果不加遏制,直接由电源线引入RTU,会影响其电源模块正常工作,使各功能模块的工作电压升高而工作不正常,严重时甚至会损坏模块,烧坏元器件(IC) 。 b)通信线引入雷电 由雷电引起通信线两端设备之间电位差直接作用于相对脆弱的串行通信口,会损坏RTU及与 其通信的设备的串行口,严重时会损坏整个功能板。 c)二次电缆引入雷电 直接与一次设备相连的二次连接电缆感生的感应过电压作用于RTU的各隔离板,击穿隔离板 输入隔离器件,造成RTU板件损坏。 d)接地不规范 由于接地不规范,不同接地点之间雷电时易形成较高的电位差,产生的电磁干扰会影响RTU的运行,损坏RTU模板;同时,雷电引起的地电位升高,亦通过设备的接地线引入RTU,此过电压同样会损坏RTU模板。3 防护措施 电子设备的防雷和过电压保护是一个系统工程,必须贯彻综合防护思想。综合运用分流(泄流)、均压、屏蔽、接地和保护(箝位)等技术,构成一个完整的防护体系,它适用于电力系统、建筑防雷和各种电子设施的通用防护模式,而对于一个特定的电子系统(设备),例如远动系统的防护,则需根据远动设备的特点,结合变电站的实际情况,灵活应用,采用具体措施,构成一个完整的防护体系〔1〕。 近几年,我们通过对远动设备受雷击损坏的分析,在实际远行中采取了如下措施: a)远动设备的工作电源,可用直流电源的、优先采用直流供电; b)加装电源保护器。对于采用交流电源的远动设备(包括当地监控用电脑),在UPS前加装了CRITEC交流电源防雷器。该产品工作稳定,性能可靠,且能将输出电压箝位在240 V左右。即当防雷器输入端瞬时电压不超过6 kV时,其输出电压不会超过240 V。 c)加装光电隔离器。对于所有的串行通信口,加装9C4型光隔离长线收发器,使相互通信的两设备通信端口之间无直接的电联系,有效地防止通过通信线引入的过电压;对相互通信的两设备之间的电位差进行隔离,从而有效地保护被保护设备的串行口不被损坏。 d)解除RTU内部的信号接地点。将RTU内部的信号地与大地脱离开,防止地电位升高直接侵入 RTU而损坏RTU模块板件。 e)采用等电位连接。在需要防雷的空间遭遇雷电等过电压时,使所有各相关部分(电路板)不 存在明显电位差〔2〕,保护电路板不受损坏。4 结束语 从1997年开始,采用以上措施后,南海电力局运行中的RTU工作稳定,取得了理想的运行效果,保证了无人值班工作的顺利进行。 作者简介:陈国俊(1970-),男,湖北孝感人,助理工程师,工学学士, 主要从事变电站遥动设备的维护工作。作者单位:南海电力工业局,广东 佛山 528200 参考文献 〔1〕 张伟钹.仪征输油站仪表微机监测系统的防雷及过电压保护〔J〕.电网技术,1997. 〔2〕 苏邦礼.现代防雷技术最重要的是等电位连接〔J〕.广东电力,1998.

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变电站的防雷保护毕业论文

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变电站的防雷接地技术摘要:详细分析了雷击发生时,变电站电气设备可能受到的干扰和损害,提出了在变电站设计时应采取的防雷保护措施。关键词:变电站、雷击、电磁干扰、等电位、接地装置1、提出问题沿海地区的年雷暴日高,发生雷击事故的概率大。因此,在变电站的设计过程中,为保护变电站的设备安全,提高其供电可靠性,优化防雷设计方案,加强变电站的防雷安全措施,最大程度的减少雷击事故的发生,有着极其重要的意义。本文仅对变电站内的电气设备、控制保护系统的防雷保护、防静电和防干扰屏蔽措施进行探讨。2、接地装置保护和屏蔽措施都要求有科学可靠的接地装置。 接地体接地体可分为自然接地体和人工接地体,设计中通常采用人工接地体,以便达到所规定的接地电阻,并避免外界其他因素的影响。人工接地体又可分为水平接地体和垂直接地体。接地体的接地电阻值取决于接地体与大地的接触面积、接触状态和土壤性质。垂直接地体之间的距离为5cm 左右,顶部埋深,接地体与道路或通道出入口的距离不小于3m,当小于3m 时,接地体的顶部处应埋深1m 以上,或采用沥青砂石铺路面,宽度超过2m。埋在土壤中的接地装置连接部位应按规范规定的搭接长度焊接以达到电气连接。焊接部位应作防腐处理。 接地线接地线即接地体的外引线,连接被保护或屏蔽设施的连线,可设主接地线、等电位连接板和分接地线。防雷接地装置的接地线即防雷接闪装置的引下线,可采用圆钢或扁钢,两端按规定的搭接长度焊接达到电连接。防静电保护和防干扰屏蔽装置的主接地线一般采用多股铜芯电缆,分接地线采用多股铜芯软线。3、防雷保护措施防雷措施总体概括为2 种:①避免雷电波的进入;②利用保护装置将雷电波引入接地网。防雷保护措施应根据现场常见的雷击形式、频率、强度以及被保护设施的重要性、特点安装适宜的保护装置。 避雷针或避雷线雷击只能通过拦截导引措施改变其入地路径。接闪器有避雷针、避雷线。小变电所大多采用独立避雷针,大变电所大多在变电所架构上采用避雷针或避雷线,或两者结合,对引流线和接地装置都有严格的要求。 避雷器避雷器能将侵入变电所的雷电波降低到电气装置绝缘强度允许值以内。我国主要是采用金属氧化物避雷器西方国家除用外,还在所有电气装置上安装空气间隙,作为失效后的后备保护 浪涌抑制器采用过压保护器防雷端子等提高电气设备自身的防护能力,防止电气设备、电子元件被击坏。在重要设备的电源配入、配出口均应加装电源防雷器,选用的电源防雷器具有远传通讯接点,接入后台管理机。当发生雷击事故时,如电源防雷模块遭到损坏,在后台监控机上就能显示其状态。在控制、通讯接口处加装浪涌抑制器。 接地装置独立避雷针要求单独设置接地装置;建筑物避雷网的引下线应与建筑物的通长主筋及建筑物的环状基础钢筋焊接,并与室外的人工接地体相连,与工作接地共地,形成等电位效应。为了保证防雷装置的安全可靠,引下线应不少于2 根,在高土壤电阻系数地区,可采用多根引下线以降低冲击接地电阻,引下线要求机械连接牢固,电气接触良好。变电站的防雷接地电阻值要求不大于1Ω。4、防雷电感应现代变电站都有较完善的直击雷防护系统,户外设备直接遭雷击损坏的概率较小。但雷击防雷系统时所产生的雷电放电及电磁脉冲,以及雷电过压通过金属管道、电缆会对变电站控制室内各种弱电设备产生严重的电磁干扰,从而影响整个系统的正常运行。个方面的影响:①雷电流要通过站内接地网主要靠集中接地装置泄入大地,在地网上产生一定的冲击电位,严重时会在一些部位产生反击,甚至产生局部放电现象,危及电气设备绝缘;②雷电流通过避雷针的接地引下线入地时,会在周围空间产生强大的暂态电磁场,从而在各种通讯、测量、保护、控制电缆、电线,甚至户内弱电设备的部件上产生暂态电压,影响这些设备的正常运行。 雷击时暂态感应电压分析雷击厂站有2 种情况:①雷击站内的构架或独立避雷针;②雷击站内所在建筑物的防雷系统。雷电放电会对周围空间,包括控制室内造成传导或幅射的电磁干扰。在雷电波等值频率范围内,这些干扰主要是电感耦合型的。从户外设备引入控制室的各种电缆、电线,在户外绝大部分是走地下电缆沟的,雷电放电形成的空间电磁场对其影响不大,这主要是因为线的走向与避雷针是垂直的。但在建筑物内走线时就容易产生感应回路,而且这些回路的一端接入输入阻抗大的电子设备,相当于开路,穿透建筑物钢筋水泥墙壁的电磁脉;中会在这些回路中感应出幅值较高的暂态电压。雷击变电站内靠近控制室的避雷针时,情况相当复杂,因为整个建筑物的各个导电构件,包括防雷系统、水泥墙及地板中的钢筋、金属横粱等的影响都需要考虑。建筑物防雷系统除避雷针外还包括由接地引下线、水平连接母线及引下线下的接地装置构成的泄流系统。雷击时,雷电流经过离室内务回路相当近的各接地引下线泄入地网,在各回路周围空间产生很强的暂态电磁场。因接地引下线紧贴墙壁,故此时墙中的钢筋甚至墙上专门设置的屏蔽网已基本不起屏蔽作用。因为只有处于非磁饱和状态的屏蔽材料才能具备预期的屏蔽效果,而由于强辐射源离屏蔽层很近,若屏蔽层又不是用饱和电平较高的磁性材料做成,则其屏蔽效果是很差的。另外磁通也可以穿过较大的孔眼直接与较近处的回路耦合。 防护措施为保证弱电设备的正常运行,可从以下几方面采取措施:采用多分支接地引下线,使通过接地引下线的雷电流大大减小。改善屏蔽,如采用特殊的屏蔽材料甚至采用磁特性适当配合的双层屏蔽。改进泄流系统的结构,减小引下线对弱电设备的感应并使原有的屏蔽网能较好地发挥作用。除电源入口处装设压敏电阻等限制过压的装置外,在信号线接入处应使用光电耦合元件或设置具有适当参数的限压装置。<所有进出控制室的电缆均采用屏蔽电缆,屏蔽层公用一个接地网。在控制室及通讯室内敷设等电位,所有电气设备的外壳均与等电位汇流排连接。5、微机保护防干扰屏蔽措施变电站的微机保护设备容易受到电磁干扰,由于受到电磁感应,在被测信号上产生叠加的串模干扰由于受到静电感应、地电位差异的影响,在信号线任一输入端与地之间产生叠加的共模干扰防干扰措施通常采取屏蔽和接地相结合,将所有屏蔽电缆分屏屏蔽,用截面积<多股铜芯软线作为接地线,分别与汇流接地母排电连接,汇流接地母排与屏体绝缘,并采用单芯屏蔽电缆与室外接地体做一点连接。6、结束语根据防雷设计的整体性、结构性、层次性、目的性,及整个变电站的周围环境、地理位置、土质条件以及设备性能和用途,采取相应雷电防护措施。对处在不同区域的设备系统进行等电位连接和安装电源防雷装置及浪涌电压保护装置,使得处在不同层次的设备系统达到统一的防雷效果变电站设计时应尽可能使象微波塔这样有引雷作用的建筑物远离控制室和通讯室,特别是当其周围没有更高的屏蔽物时。建筑物防雷系统,尤其是泄流系统的设计对感应电压的幅值有明显的影响。在设计时应根据实际情况采用最优方案,尽量减少感应,同时也要采取其他措施以保护敏感的弱电设备。信息来源:电工技术张晓波

关于变电站二次系统的防雷保护问题及措施

论文摘要: 雷电一直是影响变电站安全运行的重要危害。随着变电站数字化改造与建设,做好变电站二次系统的防雷保护显得更加重要。本文阐述了变电站二次系统的构成特点,进而揭示雷电危害与二次系统之间的关系。在此基础上对雷电危害的主要形式进行了归纳和总结,最后提出变电站二次系统防雷保护的具体技术措施。 论文关键词: 变电站防雷;二次系统;防雷保护;技术措施 一、前言 随着电力体制改革的推进,变电站数字化改造与建设也不断深入发展,综合自动化变电站的不断增多,雷电对弱电设备的危害问题日益突显出来。从国内有关报道和变电站运行的实际来看,变电站二次设备遭受到雷击,造成设备损坏、通信中断、系统退出等情况普遍存在。这不仅严重威胁电网的安全运行,而且给人们的生活带来了诸多的不便。笔者结合工作实践,针对变电站二次系统的特点,通过对雷电波危害的途径分析,结合当今弱电防雷的一些技术和供电局变电站的情况,探讨变电站二次系统防雷措施。 二、变电站二次系统的结构特点 变电站二次系统,是指变电站的内保护设备、自动化设备、通信系统、计算机网络设备及监控系统、交直流电源系统等各种二次设备的总称。二次系统集中了变电站自动化监控管理的重要设备,其具有微机监测、监控、保护、小电流接地选线、故障录波、低频减载、“四遥”远传等功能,在电力调度自动化领域起着举足轻重的作用。 由于二次系统内部连接线路纵横交错,当雷击附近大地、架空线路和雷雨云放电时直接形成的,或者由于静电及电磁感应形成的冲击过电压,极易通过与之相连的电源线路、信号线路或接地系统,通过各种接口,以传导、耦合、辐射等方式侵入自动化系统,从而可能造成危害系统正常工作甚至破坏系统的雷击事故。 三、雷电放电对变电站二次系统的主要危害形式 雷电是自然界中强大的脉冲放电过程,雷电侵入地面建筑物或设备造成灾害是多途径的,一般来说,有直接雷击、感应雷击、电磁脉冲辐射、雷电过电压的侵入、反击等。 (一)直接雷击:主要破坏力在于电流特性而不在于放电所产生的高电位,它所产生强大的雷电流转变成热能将物体损坏。 (二)感应雷击:从雷云密布到发生闪电放电的整个过程中,雷电活动区几乎同时出现两种物理现象—静电感应和电磁感应,这两种现象可能造成称之为感应雷击的危害形式。 (三)电磁脉冲辐射:当闪电放电时,其电流是随时间而非均匀变化,脉冲电流向外辐射电磁波,这种电磁脉冲辐射虽然随着距离的增大而减小,但却比较缓慢,闪电的电磁脉冲辐射通过空间以电磁波的形式耦合到对瞬间电磁脉冲极其敏感的现代电子设备上,造成设备的损坏。 (四)雷电过电压的侵入:直接雷击或感应雷都可以使导线或金属管道产生过电压,这种过电压沿导线或金属管道从远处雷区或防雷区域外传来,侵入建筑物内部或设备内部。 (五)反击:在雷暴活动区域内,当雷电闪击到建筑物的接闪装置上时,尽管接闪装置的接地系统十分良好,其接地电阻也很小,但由于雷电流幅值大,波头陡度高,雷电流流过时也会使接地引下线和接地装置的电位骤升到上百千伏。 四、变电站二次系统进行防雷保护的技术措施分析 弱电设备抗过电压能力低,在雷雨季节极易受到雷电波的侵害,造成设备的损坏和误动作。弱电设备的电源系统可能受到侵入过电压和感应过电压的危害,在实际运用中应加装电源防雷保护器SPD进行多级保护,将过电压降低到无危害的水平,对于引入控制室的信号线,网络线和微波馈线,均应加装信号防雷保护器,保证自动化系统、远动设备及通信的正常工作。对于弱电设备的防雷保护,总体来说是一个综合性的问题,长期的防雷实践告诉我们,在防雷中从直击雷防护到接地、均压、屏蔽、限幅、分流、隔离等多个环节都要认真对待,才能确保设备的安全。 (一)接地与均压 接地是提高二次设备防雷水平最直接、最有效的一个措施,所有雷击电流均可以通过接地网引入大地,可靠的.接地可以有效的避免电涌电压对二次设备造成危害。防雷规范对不同接地网规定有不同的电阻值,在经济合理的前提下,应尽可能降低接地电阻,能够有效限制地电位的升高。 接地与均压是相辅相成的,所谓均压就是要在同一层面、同一房间内的四周设置一闭环的接地母线带,在同一房间里的所有仪器、设备的壳体、电力电缆、信号电缆的外皮和金属管道等应分别直接就近连接到接地母线上,并连接牢固,以保证各个接地点的等电位。雷电流的幅值非常大,陡度很高,其流过之处相对零电位的大地立即升至高电位,周围尚处于大地零电位的物体会产生旁侧闪络放电。这种旁侧闪络不仅会导致装有易燃易爆物的建筑物失火和爆炸,而且其放电过程所伴随的脉冲电磁场会对室内电子设备造成感应电位,使其受到损害。完善的等电位可有效防止非等电位体间电位差造成事故。

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毕业论文变电站的防雷

1 提出问题 沿海地区的年雷暴日高,发生雷击事故的概率大。因此,在变电站的设计过程中,为保护变电站的设备安全,提高其供电可靠性,优化防雷设计方案,加强变电站的防雷安全措施,最大程度的减少雷击事故的发生,有着极其重要的意义。 本文仅对变电站内的电气设备、控制保护系统的防雷保护、防静电和防干扰屏蔽措施进行探讨。 2 接地装置 保护和屏蔽措施都要求有科学可靠的接地装置。 接地体 接地体可分为自然接地体和人工接地体,设计中通常采用人工接地体,以便达到所规定的接地电阻,并避免外界其他因素的影响。人工接地体又可分为水平接地体和垂直接地体。 接地体的接地电阻值取决于接地体与大地的接触面积、接触状态和土壤性质。 垂直接地体之间的距离为5m左右,顶部埋深~。接地体与道路或通道出入口的距离不小于3m,当小于3m时,接地体的顶部处应埋深1m以上,或采用沥青砂石铺路面,宽度超过2m。埋在土壤中的接地装置连接部位应按规范规定的搭接长度焊接以达到电气连接。焊接部位应作防腐处理。 接地线 接地线即接地体的外引线,连接被保护或屏蔽设施的连线,可设主接地线、等电位连接板和分接地线。 防雷接地装置的接地线即防雷接闪装置的引下线,可采用圆钢或扁钢,两端按规定的搭接长度焊接达到电连接。 防静电保护和防干扰屏蔽装置的主接地线一般采用多股铜芯电缆,分接地线采用多股铜芯软线。 3 防雷保护措施 防雷措施总体概括为2种:①避免雷电波的进入;②利用保护装置将雷电波引入接地网。防雷保护措施应根据现场常见的雷击形式、频率、强度以及被保护设施的重要性、特点安装适宜的保护装置。 避雷针或避雷线 雷击只能通过拦截导引措施改变其入地路径。接闪器有避雷针、避雷线。小变电所大多采用独立避雷针,大变电所大多在变电所架构上采用避雷针或避雷线,或两者结合,对引流线和接地装置都有严格的要求。 避雷器 避雷器能将侵入变电所的雷电波降低到电气装置绝缘强度允许值以内。我国主要是采用金属氧化物避雷器(MOA),西方国家除用MOA外,还在所有电气装置上安装空气间隙,作为MOA失效后的后备保护。 浪涌抑制器 采用过压保护器(电涌保护)、防雷端子等提高电气设备自身的防护能力,防止电气设备、电子元件被击坏。在重要设备的电源配入、配出口均应加装电源防雷器,选用的电源防雷器具有远传通讯接点,接入后台管理机。当发生雷击事故时,如电源防雷模块遭到损坏,在后台监控机上就能显示其状态。在控制、通讯接口处加装浪涌抑制器。 接地装置 独立避雷针要求单独设置接地装置;建筑物避雷网的引下线应与建筑物的通长主筋(不少于2根)及建筑物的环状基础钢筋焊接,并与室外的人工接地体相连,与工作接地共地,形成等电位效应。为了保证防雷装置的安全可靠,引下线应不少于2根,在高土壤电阻系数地区,可采用多根引下线以降低冲击接地电阻,引下线要求机械连接牢固,电气接触良好。变电站的防雷接地电阻值要求不大于1Ω。 4 防雷电感应 现代变电站都有较完善的直击雷防护系统,户外设备直接遭雷击损坏的概率较小。但雷击防雷系统时所产生的雷电放电及电磁脉冲,以及雷电过压通过金属管道、电缆会对变电站控制室内各种弱电设备产生严重的电磁干扰,从而影响整个系统的正常运行。 变电站防雷系统落雷时,会产生2个方面的影响:①雷电流要通过站内接地网(主要靠集中接地装置)泄入大地,在地网上产生一定的冲击电位,严重时会在一些部位产生反击,甚至产生局部放电现象,危及电气设备绝缘;②雷电流通过避雷针的接地引下线入地时,会在周围空间产生强大的暂态电磁场,从而在各种通讯、测量、保护、控制电缆、电线,甚至户内弱电设备的部件上产生暂态电压,影响这些设备的正常运行。 雷击时暂态感应电压分析 雷击厂站有2种情况:①雷击站内的构架或独立避雷针;②雷击站内所在建筑物的防雷系统。雷电放电会对周围空间,包括控制室内造成传导或幅射的电磁干扰。在雷电波等值频率范围内,这些干扰主要是电感耦合型的。从户外设备引入控制室的各种电缆、电线,在户外绝大部分是走地下电缆沟的,雷电放电形成的空间电磁场对其影响不大,这主要是因为线的走向与避雷针是垂直的。但在建筑物内走线时就容易产生感应回路,而且这些回路的一端接入输入阻抗大的电子设备,相当于开路,穿透建筑物钢筋水泥墙壁的电磁脉;中会在这些回路中感应出幅值较高的暂态电压。 (1)雷击变电站内靠近控制室的避雷针时,情况相当复杂,因为整个建筑物的各个导电构件,包括防雷系统、水泥墙及地板中的钢筋、金属横粱等的影响都需要考虑。 (2)建筑物防雷系统除避雷针外还包括由接地引下线、水平连接母线及引下线下的接地装置构成的泄流系统。雷击时,雷电流经过离室内务回路相当近的各接地引下线泄入地网,在各回路周围空间产生很强的暂态电磁场。因接地引下线紧贴墙壁,故此时墙中的钢筋甚至墙上专门设置的屏蔽网已基本不起屏蔽作用。因为只有处于非磁饱和状态的屏蔽材料才能具备预期的屏蔽效果,而由于强辐射源离屏蔽层很近,若屏蔽层又不是用饱和电平较高的磁性材料做成,则其屏蔽效果是很差的。另外磁通也可以穿过较大的孔眼直接与较近处的回路耦合。 防护措施 为保证弱电设备的正常运行,可从以下几方面采取措施:(1)采用多分支接地引下线,使通过接地引下线的雷电流大大减小。(2)改善屏蔽,如采用特殊的屏蔽材料甚至采用磁特性适当配合的双层屏蔽。(3)改进泄流系统的结构,减小引下线对弱电设备的感应并使原有的屏蔽网能较好地发挥作用。(4)除电源入口处装设压敏电阻等限制过压的装置外,在信号线接入处应使用光电耦合元件或设置具有适当参数的限压装置。(5)所有进出控制室的电缆均采用屏蔽电缆,屏蔽层公用一个接地网。(6)在控制室及通讯室内敷设等电位,所有电气设备的外壳均与等电位汇流排连接。 5 微机保护防干扰屏蔽措施 变电站的微机保护设备容易受到电磁干扰,由于受到电磁感应,在被测信号上产生叠加的串模干扰e。;由于受到静电感应、地电位差异的影响,在信号线任一输入端与地之间产生叠加的共模干扰ec。防干扰措施通常采取屏蔽和接地相结合,将所有屏蔽电缆分屏屏蔽,用截面积>多股铜芯软线作为接地线,分别与汇流接地母排电连接,汇流接地母排与屏体绝缘,并采用单芯屏蔽电缆(>95mm2)与室外接地体做一点连接。 6 结束语 根据防雷设计的整体性、结构性、层次性、目的性,及整个变电站的周围环境、地理位置、土质条件以及设备性能和用途,采取相应雷电防护措施。对处在不同区域的设备系统进行等电位连接和安装电源防雷装置及浪涌电压保护装置,使得处在不同层次的设备系统达到统一的防雷效果。 变电站设计时应尽可能使象微波塔这样有引雷作用的建筑物远离控制室和通讯室,特别是当其周围没有更高的屏蔽物时。建筑物防雷系统,尤其是泄流系统的设计对感应电压的幅值有明显的影响。在设计时应根据实际情况采用最优方案,尽量减少感应,同时也要采取其他措施以保护敏感的弱电设备。

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变电站的防雷接地技术摘要:详细分析了雷击发生时,变电站电气设备可能受到的干扰和损害,提出了在变电站设计时应采取的防雷保护措施。关键词:变电站、雷击、电磁干扰、等电位、接地装置1、提出问题沿海地区的年雷暴日高,发生雷击事故的概率大。因此,在变电站的设计过程中,为保护变电站的设备安全,提高其供电可靠性,优化防雷设计方案,加强变电站的防雷安全措施,最大程度的减少雷击事故的发生,有着极其重要的意义。本文仅对变电站内的电气设备、控制保护系统的防雷保护、防静电和防干扰屏蔽措施进行探讨。2、接地装置保护和屏蔽措施都要求有科学可靠的接地装置。 接地体接地体可分为自然接地体和人工接地体,设计中通常采用人工接地体,以便达到所规定的接地电阻,并避免外界其他因素的影响。人工接地体又可分为水平接地体和垂直接地体。接地体的接地电阻值取决于接地体与大地的接触面积、接触状态和土壤性质。垂直接地体之间的距离为5cm 左右,顶部埋深,接地体与道路或通道出入口的距离不小于3m,当小于3m 时,接地体的顶部处应埋深1m 以上,或采用沥青砂石铺路面,宽度超过2m。埋在土壤中的接地装置连接部位应按规范规定的搭接长度焊接以达到电气连接。焊接部位应作防腐处理。 接地线接地线即接地体的外引线,连接被保护或屏蔽设施的连线,可设主接地线、等电位连接板和分接地线。防雷接地装置的接地线即防雷接闪装置的引下线,可采用圆钢或扁钢,两端按规定的搭接长度焊接达到电连接。防静电保护和防干扰屏蔽装置的主接地线一般采用多股铜芯电缆,分接地线采用多股铜芯软线。3、防雷保护措施防雷措施总体概括为2 种:①避免雷电波的进入;②利用保护装置将雷电波引入接地网。防雷保护措施应根据现场常见的雷击形式、频率、强度以及被保护设施的重要性、特点安装适宜的保护装置。 避雷针或避雷线雷击只能通过拦截导引措施改变其入地路径。接闪器有避雷针、避雷线。小变电所大多采用独立避雷针,大变电所大多在变电所架构上采用避雷针或避雷线,或两者结合,对引流线和接地装置都有严格的要求。 避雷器避雷器能将侵入变电所的雷电波降低到电气装置绝缘强度允许值以内。我国主要是采用金属氧化物避雷器西方国家除用外,还在所有电气装置上安装空气间隙,作为失效后的后备保护 浪涌抑制器采用过压保护器防雷端子等提高电气设备自身的防护能力,防止电气设备、电子元件被击坏。在重要设备的电源配入、配出口均应加装电源防雷器,选用的电源防雷器具有远传通讯接点,接入后台管理机。当发生雷击事故时,如电源防雷模块遭到损坏,在后台监控机上就能显示其状态。在控制、通讯接口处加装浪涌抑制器。 接地装置独立避雷针要求单独设置接地装置;建筑物避雷网的引下线应与建筑物的通长主筋及建筑物的环状基础钢筋焊接,并与室外的人工接地体相连,与工作接地共地,形成等电位效应。为了保证防雷装置的安全可靠,引下线应不少于2 根,在高土壤电阻系数地区,可采用多根引下线以降低冲击接地电阻,引下线要求机械连接牢固,电气接触良好。变电站的防雷接地电阻值要求不大于1Ω。4、防雷电感应现代变电站都有较完善的直击雷防护系统,户外设备直接遭雷击损坏的概率较小。但雷击防雷系统时所产生的雷电放电及电磁脉冲,以及雷电过压通过金属管道、电缆会对变电站控制室内各种弱电设备产生严重的电磁干扰,从而影响整个系统的正常运行。个方面的影响:①雷电流要通过站内接地网主要靠集中接地装置泄入大地,在地网上产生一定的冲击电位,严重时会在一些部位产生反击,甚至产生局部放电现象,危及电气设备绝缘;②雷电流通过避雷针的接地引下线入地时,会在周围空间产生强大的暂态电磁场,从而在各种通讯、测量、保护、控制电缆、电线,甚至户内弱电设备的部件上产生暂态电压,影响这些设备的正常运行。 雷击时暂态感应电压分析雷击厂站有2 种情况:①雷击站内的构架或独立避雷针;②雷击站内所在建筑物的防雷系统。雷电放电会对周围空间,包括控制室内造成传导或幅射的电磁干扰。在雷电波等值频率范围内,这些干扰主要是电感耦合型的。从户外设备引入控制室的各种电缆、电线,在户外绝大部分是走地下电缆沟的,雷电放电形成的空间电磁场对其影响不大,这主要是因为线的走向与避雷针是垂直的。但在建筑物内走线时就容易产生感应回路,而且这些回路的一端接入输入阻抗大的电子设备,相当于开路,穿透建筑物钢筋水泥墙壁的电磁脉;中会在这些回路中感应出幅值较高的暂态电压。雷击变电站内靠近控制室的避雷针时,情况相当复杂,因为整个建筑物的各个导电构件,包括防雷系统、水泥墙及地板中的钢筋、金属横粱等的影响都需要考虑。建筑物防雷系统除避雷针外还包括由接地引下线、水平连接母线及引下线下的接地装置构成的泄流系统。雷击时,雷电流经过离室内务回路相当近的各接地引下线泄入地网,在各回路周围空间产生很强的暂态电磁场。因接地引下线紧贴墙壁,故此时墙中的钢筋甚至墙上专门设置的屏蔽网已基本不起屏蔽作用。因为只有处于非磁饱和状态的屏蔽材料才能具备预期的屏蔽效果,而由于强辐射源离屏蔽层很近,若屏蔽层又不是用饱和电平较高的磁性材料做成,则其屏蔽效果是很差的。另外磁通也可以穿过较大的孔眼直接与较近处的回路耦合。 防护措施为保证弱电设备的正常运行,可从以下几方面采取措施:采用多分支接地引下线,使通过接地引下线的雷电流大大减小。改善屏蔽,如采用特殊的屏蔽材料甚至采用磁特性适当配合的双层屏蔽。改进泄流系统的结构,减小引下线对弱电设备的感应并使原有的屏蔽网能较好地发挥作用。除电源入口处装设压敏电阻等限制过压的装置外,在信号线接入处应使用光电耦合元件或设置具有适当参数的限压装置。<所有进出控制室的电缆均采用屏蔽电缆,屏蔽层公用一个接地网。在控制室及通讯室内敷设等电位,所有电气设备的外壳均与等电位汇流排连接。5、微机保护防干扰屏蔽措施变电站的微机保护设备容易受到电磁干扰,由于受到电磁感应,在被测信号上产生叠加的串模干扰由于受到静电感应、地电位差异的影响,在信号线任一输入端与地之间产生叠加的共模干扰防干扰措施通常采取屏蔽和接地相结合,将所有屏蔽电缆分屏屏蔽,用截面积<多股铜芯软线作为接地线,分别与汇流接地母排电连接,汇流接地母排与屏体绝缘,并采用单芯屏蔽电缆与室外接地体做一点连接。6、结束语根据防雷设计的整体性、结构性、层次性、目的性,及整个变电站的周围环境、地理位置、土质条件以及设备性能和用途,采取相应雷电防护措施。对处在不同区域的设备系统进行等电位连接和安装电源防雷装置及浪涌电压保护装置,使得处在不同层次的设备系统达到统一的防雷效果变电站设计时应尽可能使象微波塔这样有引雷作用的建筑物远离控制室和通讯室,特别是当其周围没有更高的屏蔽物时。建筑物防雷系统,尤其是泄流系统的设计对感应电压的幅值有明显的影响。在设计时应根据实际情况采用最优方案,尽量减少感应,同时也要采取其他措施以保护敏感的弱电设备。信息来源:电工技术张晓波

1 在弱电设备间外部设置避雷针或避雷带,避雷装置引下线最好离开设备6米以上;2 将弱电设备装置的金属柜体接地,不设置单独的接地装置,其接地电阻小于欧姆或者按照说明书要求的欧姆数

变电站防雷研究论文

避雷器在电力系统应用中的问题分析论文

摘要:文中阐述了避雷器自身防护问题及其对电力系统的影响,简单的论述了避雷器的保护特性,分析了氧化锌避雷器在应用中的问题及解决问题的技术措施,探讨了防雷界的热点问题。

关键词:避雷器特性应用问题分析技术措施

1.应用中的问题探讨

避雷器自身过电压防护问题

避雷器是过电压保护电器,其自身仍存在过电压防护问题。对于能量有限的过电压如雷电过电压和操作过电压,避雷器泄流能起限压保护作用。对能量是无限(有补充能源)的过电压,如暂态过电压(工频过电压和谐振过电压的总称),其频率或为工频或为工频的整数倍或分数倍,与工频电源频率总有合拍的时候,如因某些原因而激发暂态过电压,工频电源能自动补充过电压能量,即使避雷器泄流过电压幅值不衰减或只弱衰减,暂态过电压如果进入避雷器保护动作区,势必长时反复动作直至热崩溃,避雷器损坏爆炸,因此暂态过电压对避雷器有致命危害。如果已将全部暂态过电压限定在保护死区内不受其危害的避雷器,称之为暂态过电压承受能力强,反之称暂态过电压承受能力差。碳化硅避雷器暂态过电压承受能力强,但由于运行中动作特性稳定性差,常因冲击放电电压(保护动作区起始电压)值下降,仍可能遭受暂态过电压危害。无间隙氧化锌避雷器因其拐点电压(可近似地把参考电压当作拐点电压)偏低,仅~(最大相电压),而有些暂态过电压最大值达~,故有暂态过电压承受能差的缺点。对暂态过电压危害有效防护办法是加结构性能稳定的串联间隙将全部暂态过电压限定在保护死区内,使避雷器免受其危害。串联间隙氧化锌避雷器有此独具优点。

避雷器自身对电力系统不安全影响

保护间隙和管型避雷器在间隙击穿后,保护回路再也没有限流元件,保护动作都要造成接地故障或相间短路故障,保护作用增多电力系统故障率,影响电力系统的正常、安全运行。应用氧化锌避雷器,从根本上避免保护作用产生接地故障或相间短路故障,且不用自动重合闸装置就能减少线路雷害停电事故。

避雷器其连续雷电冲击保护能力

有时高压电力装置可能遭受连续雷电冲击,连续雷电冲击是指两次雷电入侵波间隔时间仅数百μs至数千μs,间隔时间极短。碳化硅避雷器保护动作既泄放雷电流也泄放工频续流,切断续流时耗最大达10000μs,一次保护循环时间要远大于10000μs才能恢复到可进行再次动作能力,故碳化硅避雷器没有连续雷电冲击保护能力。氧化锌避雷器保护动作只泄放雷电流,雷电流泄放(小于100μs)完毕,立即恢复到可进行再次动作能力,故氧化锌避雷器具有连续雷电冲击保护能力,这对于多雷区或雷电活动特殊强烈地区的防雷保护尤为重要。

工频能源的浪费

只关注防雷器件泄放雷电流的限(降)压保护作用,轻视或忽视有些器件同时泄放工频电流浪费能源作用。保护间隙或管型避雷器保护动作可能伴随短路电流(几kA至几十kA)对地放电,碳化硅避雷器保护动作有工频续流(避雷器FS型为50A,FZ型为80A,FCD型为250A)对地放电,而造成能源浪费,使用氧化锌避雷器可彻底避免保护作用带来的工频能源浪费。

2.避雷器保护特性

避雷器的保护特性参数

各种型号的避雷器在同用途同电压级时,其雷电残压参数相同或接近,这是因为各生产厂都是按国标规定决定残压值的。有人认为既然雷电残压值一样,它们的保护作用和效果也应是一样的,随意选用哪种型号都可以。这是一种偏见,因为除雷电残压外,还有其它保护参数,如工频放电电压值,冲击放电电压值,是考察避雷器暂态过电压承受能力,保证其长期正常运行的参数;又如是否有雷电陡波残压值,是标示避雷器防雷保护功能完全的重要参数。综合来看,只有串联间隙氧化锌避雷器齐备上述保护特性参数,也就是说它有齐全的防护功能。

避雷器动作特性运行稳定性

碳化硅避雷器保护动作要泄放雷电流和工频续流,动作负载重,经计算每次动作泄放雷电流为~电荷量,工频续流为~电荷量,后者与前者相比一般为11~17倍,且其间隙数量多隙距,常因动作负载重使部分间隙烧毛烧损,另外瓷套外壳脏污潮湿也会影响内间隙电容分布,这些都可能使部分间隙失效而降低冲击放电电压值,即动作特性稳定性差,可能增加保护动作频度,或遭受暂态过电压危害,而加速损坏。串联间隙氧化锌避雷器保护动作只泄放雷电流而无续流,动作负载轻,间隙不需具有灭弧及切断续流能力,故间隙数量特少,3~10kV避雷器仅一个间隙,35kV避雷器为3个间隙串联,间隙的工频放电电压值与碳化硅避雷器相同,符合GB7327规定,故间隙隙距大,动作特性可保持长期运行稳定。

串联间隙氧化锌避雷器

碳化硅避雷器因其间隙结构(隙距小,数量多)带来一些缺点:如没有雷电陡波保护功能;没有连续雷电冲击保护能力;动作特性稳定差可能遭受暂态过电压危害;动作负载重寿命短等。无间隙氧化锌避雷器因其拐点电压较低,有暂态过电压承受能力差,损坏爆炸率高和寿命短等缺点。串联间隙氧化锌避雷器既有间隙又用ZnO阀片,其间隙结构不同于碳化硅避雷器,因其间隙数量少,当过电压达到冲击放电电压时间隙无时延击穿,同时因隙距大动作特性稳定,故它可避免碳化硅避雷器间隙带来的一切缺点。串联间隙氧化锌避雷器的间隙已将全部暂态过电压限定在保护死区内免受其危害,故它可避免无间隙氧化锌避雷器因拐点电压偏低带来一切缺点。串联间隙氧化锌避雷器仍有前两种避雷器保护性能优点,而避免它们的缺点。

避雷器运行工况监测

避雷器失效的主要特征是泄漏电流增大,运行中不易发现,有可能长时带病运行,以致扩大事故,故有必要监察其运行工况。碳化硅避雷缺乏监察手段,靠每年定期普遍测试筛选淘汰这样作事倍功半,还不能随时剔除失效品。氧化锌避雷器可附带脱离器,当其失效损坏时,脱离器自动动作(30mA时不大于8min)退出运行,以免造成更大损失和事故,提高运行安全可靠性。

3.避雷器应用

避雷器外形尺寸

制造避雷器均按户内外两用条件决定其瓷套绝缘强度,其外形尺寸与阀片材料有关。当其用于架空线路或户外变配电设备时,因其相间距大,避雷器外形尺寸不会带来不良影响。户内手车式开关柜因其体积尺寸较小,避雷器外形尺寸大时会带来不良影响。碳化硅避雷器的SiC阀片其单位通流容量仅为ZnO阀片的1/4,在相同通流能力(5kA)条件下,SiC阀片直径较大,避雷器外径也大;在相同额定电压和残压条件下,碳化硅避雷器高度比氧化锌避雷器大。尤以35kV级的更为显著。如JYN1-35型手车柜的112方案,原用FYZ1-35型无间隙氧化锌避雷器,高仅650mm,装在柜后部隔室内简易手车上,上部有隔离插头,因该产品已停产,工程设计坚持改用FZ3-35型碳化硅避雷器,高1500mm,隔室高度不够,只得将母线室与隔室间隔板取消,避雷器直接与主母线相联,这样避雷器的测试或更换必需在整段主母线断电下进行,运行维护困难,而避雷器外径较大,相间空气净距不够,加装的相间绝缘隔板,有老化受潮绝缘事故隐患。氧化锌避雷器外径和高度相对较小,35kV级还可作成悬挂式,如Y5CZz-42/110L型串联间隙氧化锌避雷器,高度仅640mm。小型化避雷器更有利于手车柜内安装使用。

避雷器性能价格比

无间隙氧化锌避雷器的阀片运行中长期承受电网电压,工作条件严酷,产品制造时要对阀片严格测试筛选,合格率低成本高,故价格也高;因它有暂态过电压承受能力差的致命弱点,不适于在我国3~35kV电网中推广使用。串联间隙氧化锌避雷器因有间隙,大大改善阀片长期工作条件,产品制造时对阀片测试筛选要求相对低些,合格率高成本低,价格也就便宜,串联间隙氧化锌避雷器价格比无间隙氧化锌避雷器普遍便宜,有时也比碳化硅避雷器(如3~10kV的FZ型)便宜,同时它对其它防雷器件都有扬长避短作用,实为当代最先进防雷电器,具有高的性能价格比,是避雷器更新换代的普及和推广产品。

避雷器使用寿命问题

避雷器使用寿命与许多因素有关,除制造质量,密封失效受潮及其它外界因素外,避雷器阀片的老化速度是影响寿命的关键因素。碳化硅避雷器因其动作和负载重,续流大,动作特性稳定差,可能遭受暂态过电压危害等原因,加速阀片老化,寿命不长,一般7~10年,甚致有仅3~5年的。无间隙氧化锌避雷器的阀片长期承受电网电压,工作条件严酷,拐点电压低,动作频度大,还可能遭受暂态过电压危害,温度热损伤等原因,迅速加快阀片老化,寿命较短,有的比碳化硅避雷器还短。串联间隙氧化锌避雷器的间隙可保证阀片只在过电压保护动作过程承受高电压,时间极短(100μs内),在其它情况下阀片对于电网电压,或处于隔离状态(纯间隙时),或处于低电位状态(复合间隙电阻分压),大大改善阀片长期工作条件,还可免受暂态过电压危害和温度热损伤,保证阀片温度不超过55℃,从而保证避雷器寿命达20年以上。

4.氧化锌避雷器运行中的问题分析

我公司应用氧化锌避雷器始于80年代,运行至今在110KV母线上共发生6起事故,均为氧化锌避雷器本体爆炸,其运行寿命最长达110个月,最短的仅有11个月煴1为我公司110KVⅢ段母线避雷器爆炸统计表。

从运行时间上、安装的环境、气候、及生产厂,对损坏的氧化锌避雷器进行技术分析,造成氧化锌避雷器运行中爆炸的原因可归纳如下几项:

氧化锌避雷器的密封问题

氧化锌避雷器密封老化问题,主要是生产厂采用的密封技术不完善,或采用的密封材料抗老化性能不稳定,在温差变化较大时或运行时间接近产品寿命后期,造成其密封不良而后使潮气浸入,造成内部绝缘损坏,加速了电阻片的劣化而引起爆炸。

电阻片抗老化性能差

在氧化锌避雷器运行在其产品寿命的后期,电阻片劣化造成泄漏电流上升,甚至造成与瓷套内部放电,放电严重时避雷器内部气体压力和温度急剧增高,而引起氧化锌避雷器本体爆炸,内部放电不太严重时可引起系统单相接地。

瓷套污染

由于工作在室外的氧化锌避雷器,瓷套受到环境粉尘的污染,特别是设置在冶金厂区内变电所,由于粉尘中金属粉尘的比例较大,故给瓷套造成严重的污染而引起污闪或因污秽在瓷套表面的不均匀,而使沿瓷套表面电流也不均匀分布,势必导致电阻片中电流IMOA的不均匀分布(或沿电阻片的电压不均匀分布),使流过电阻片的电流较正常时大1—2个数量级,造成附加温升,使吸收过电压能力大为降低,也加速了电阻片的劣化。

高次谐波

冶金企业电网随着大吨位电弧炉、大型整流、变频设备的应用及轧钢生产的冲击负荷等的影响,使电网上的高次谐波值严重超标。由于电阻片的非线性,当正弦电压作用时,还有一系列的奇次谐波,而在高次谐波作用时就更加速了电阻片的劣化速度。

抗冲击能力差

氧化锌避雷器多在操作过电压或雷电条件下发生事故,其原因是因电阻片在制造工艺过程中,由于其各工艺质量控制点控制不严,而使电阻片的耐受方波冲击能力不强,在频繁吸收过电压能量过程中,加速了电阻片的劣化而损坏,失去了自身的技术性能。

5.技术措施

针对冶金电网的特点及氧化锌避雷器几次事故分析的.结论,要保证氧化锌避雷器在网上安全可靠运行,应采取以下措施:

设计选型

在设计选型上,应首选有多年稳定运行实践的产品,在选择生产厂时,应选择有先进的工艺设备和完善的检测手段的生产厂,才能保证所选用的氧化锌避雷器具有高的抗老化、耐冲击性能,以使在产品的寿命周期内稳定运行。

在线监测

增设氧化锌避雷器的在线监测仪,并加强对在线监测仪的巡检力度,特别是在雷雨后和易发生故障的部位(有电弧炉负荷的母线段、氧化锌避雷器寿命已到后期)增加巡次数。定期给氧化锌避雷器进行各项电气性能测试及在线监测仪的校验。

防污措施

采用必要的避雷器瓷套的防污措施,如定期清扫或涂以防污闪硅油,在氧化锌避雷器选型上选用防污瓷套型的氧化锌避雷器。

谐波治理

加强电网谐波的治理力度,在有谐波源的母线段增设动态无功补偿和滤波装置,以使电网的高次谐波值控制在国家标准允许范围内。

技术管理

加强对氧化锌避雷器的技术管理工作,即对运行在网上的每一只氧化锌避雷器建立技术档案,对出厂报告、定期测试报告及在线监测仪的运行记录均要存入技术档案,直至该避雷器退出运行。

据国外有关技术资料统计,氧化锌避雷器损坏的原因有雷电和操作过电压,受潮、污闪、系统条件、本身故障等,但仍有一定比例损坏的原因不详,故仍有其在运行中对事故原因不明确的问题。又因氧化锌避雷器的劣化速度的离散性,及雷电、操作过电压、谐波、运行环境等的随机性,都决定着氧化锌避雷器的安全运行的可靠性,故需在今后的工作实践中去研究、实验、探索和总结,以使得其在运行中的不安全因素可得以预防和完善。

关于变电站二次系统的防雷保护问题及措施

论文摘要: 雷电一直是影响变电站安全运行的重要危害。随着变电站数字化改造与建设,做好变电站二次系统的防雷保护显得更加重要。本文阐述了变电站二次系统的构成特点,进而揭示雷电危害与二次系统之间的关系。在此基础上对雷电危害的主要形式进行了归纳和总结,最后提出变电站二次系统防雷保护的具体技术措施。 论文关键词: 变电站防雷;二次系统;防雷保护;技术措施 一、前言 随着电力体制改革的推进,变电站数字化改造与建设也不断深入发展,综合自动化变电站的不断增多,雷电对弱电设备的危害问题日益突显出来。从国内有关报道和变电站运行的实际来看,变电站二次设备遭受到雷击,造成设备损坏、通信中断、系统退出等情况普遍存在。这不仅严重威胁电网的安全运行,而且给人们的生活带来了诸多的不便。笔者结合工作实践,针对变电站二次系统的特点,通过对雷电波危害的途径分析,结合当今弱电防雷的一些技术和供电局变电站的情况,探讨变电站二次系统防雷措施。 二、变电站二次系统的结构特点 变电站二次系统,是指变电站的内保护设备、自动化设备、通信系统、计算机网络设备及监控系统、交直流电源系统等各种二次设备的总称。二次系统集中了变电站自动化监控管理的重要设备,其具有微机监测、监控、保护、小电流接地选线、故障录波、低频减载、“四遥”远传等功能,在电力调度自动化领域起着举足轻重的作用。 由于二次系统内部连接线路纵横交错,当雷击附近大地、架空线路和雷雨云放电时直接形成的,或者由于静电及电磁感应形成的冲击过电压,极易通过与之相连的电源线路、信号线路或接地系统,通过各种接口,以传导、耦合、辐射等方式侵入自动化系统,从而可能造成危害系统正常工作甚至破坏系统的雷击事故。 三、雷电放电对变电站二次系统的主要危害形式 雷电是自然界中强大的脉冲放电过程,雷电侵入地面建筑物或设备造成灾害是多途径的,一般来说,有直接雷击、感应雷击、电磁脉冲辐射、雷电过电压的侵入、反击等。 (一)直接雷击:主要破坏力在于电流特性而不在于放电所产生的高电位,它所产生强大的雷电流转变成热能将物体损坏。 (二)感应雷击:从雷云密布到发生闪电放电的整个过程中,雷电活动区几乎同时出现两种物理现象—静电感应和电磁感应,这两种现象可能造成称之为感应雷击的危害形式。 (三)电磁脉冲辐射:当闪电放电时,其电流是随时间而非均匀变化,脉冲电流向外辐射电磁波,这种电磁脉冲辐射虽然随着距离的增大而减小,但却比较缓慢,闪电的电磁脉冲辐射通过空间以电磁波的形式耦合到对瞬间电磁脉冲极其敏感的现代电子设备上,造成设备的损坏。 (四)雷电过电压的侵入:直接雷击或感应雷都可以使导线或金属管道产生过电压,这种过电压沿导线或金属管道从远处雷区或防雷区域外传来,侵入建筑物内部或设备内部。 (五)反击:在雷暴活动区域内,当雷电闪击到建筑物的接闪装置上时,尽管接闪装置的接地系统十分良好,其接地电阻也很小,但由于雷电流幅值大,波头陡度高,雷电流流过时也会使接地引下线和接地装置的电位骤升到上百千伏。 四、变电站二次系统进行防雷保护的技术措施分析 弱电设备抗过电压能力低,在雷雨季节极易受到雷电波的侵害,造成设备的损坏和误动作。弱电设备的电源系统可能受到侵入过电压和感应过电压的危害,在实际运用中应加装电源防雷保护器SPD进行多级保护,将过电压降低到无危害的水平,对于引入控制室的信号线,网络线和微波馈线,均应加装信号防雷保护器,保证自动化系统、远动设备及通信的正常工作。对于弱电设备的防雷保护,总体来说是一个综合性的问题,长期的防雷实践告诉我们,在防雷中从直击雷防护到接地、均压、屏蔽、限幅、分流、隔离等多个环节都要认真对待,才能确保设备的安全。 (一)接地与均压 接地是提高二次设备防雷水平最直接、最有效的一个措施,所有雷击电流均可以通过接地网引入大地,可靠的.接地可以有效的避免电涌电压对二次设备造成危害。防雷规范对不同接地网规定有不同的电阻值,在经济合理的前提下,应尽可能降低接地电阻,能够有效限制地电位的升高。 接地与均压是相辅相成的,所谓均压就是要在同一层面、同一房间内的四周设置一闭环的接地母线带,在同一房间里的所有仪器、设备的壳体、电力电缆、信号电缆的外皮和金属管道等应分别直接就近连接到接地母线上,并连接牢固,以保证各个接地点的等电位。雷电流的幅值非常大,陡度很高,其流过之处相对零电位的大地立即升至高电位,周围尚处于大地零电位的物体会产生旁侧闪络放电。这种旁侧闪络不仅会导致装有易燃易爆物的建筑物失火和爆炸,而且其放电过程所伴随的脉冲电磁场会对室内电子设备造成感应电位,使其受到损害。完善的等电位可有效防止非等电位体间电位差造成事故。

变电所防雷接地保护毕业论文

大哥,涉及一个高压系统的始末,还有土建部分也设略到了,网络是好,但总不是什么都可以百度一下就OK的,何况你现在有明晰的内容,实在没有办法就一条一条的解决,那样估计百度是可以帮上忙的。遇到实际的点滴问题我想大家还是能帮上忙的。 呵呵

[电气工程及其自动化]110kV变电站的初步设计 摘 要本次设计为110kV变电站的初步设计书,共分为任务书、计算书、说明书三部分,同时还附有12张图纸加以说明。该变电站有3台主变压器,初期上2台,分为三个电压等级:110kV、35kV、10kV,各个电压等级均采用单母分段的主接线方式供电。本次设计中进行了短路电流计算,主要设备选择及校验(包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线等),并同时略带介绍了所用电、直流系统、防雷保护、主变保护等相关方面的知识。目 录摘要Ⅰ第一章 任务书1第一节 毕业设计的主要内容1第二节 毕业设计应完成的成果1第三节 应掌握的知识与技能2第二章 说明书3第一节 概述3第二节 系统概述14第三节 电气主接线15第四节 短路电流计算及设备选择23第五节 电气布置及电缆设施31第六节 所用电和直流系统及主控室35第七节 继电保护及微机监控系统38第八节 过压保护、接地及照明49第九节 消防及其它54第十节 通信、远动和工业电视55第三章 计算书57第一节 短路电流的计算57第二节 负荷电流的计算61第三节 断路器和隔离开关的选择64第四节 电流互感器的选择72第五节 母线的选择及其它74第六节 变压器差动保护整定的计算75小结79参考资料80

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