技师论文

电气倒闸误操作分析

姓 名： 李子玉

职 业： 化工检修电工

身份证号：123456789098765401

鉴定等级： 技师

单 位： 宁夏化工培训中心

完成日期： 2011年8月

摘 要

当前电力二次综合自动化改造后，大量高度集成的微电子设备应用到二次系统中，所面临的雷电安全隐患表现得越来越突出，同时变电站一次场地电网电压波动产生的交变磁场、高压开关在风雨天气不断重合闸产生的瞬态操作过电压、主变运行产生的高频干扰等都对二次微电子设备产生影响。本文重点介绍了电力系统二次设备常见的雷击原因及防护措施，采用合适的接地方式可有效地提高二次设备的抗干扰能力，减少二次设备异常动作的发生，保证站内单相短路接地时的动作可靠性。

关键词：二次设备；防雷措施；抗干扰产品选择

目 录

一 电力二次设备防雷保护 4

1.1系统电源的防雷保护 4

1.2系统通信接口的防雷保护 4

二 二次设备抗干扰措施 5

2.1干扰源的种类 5

2.2二次设备硬件抗干扰措施 5

2.3二次设备软件抗干扰措施 6

三 电力二次防雷抗干扰产品应用选型方法 7

3.1确保防雷抗干扰产品具备较低的残压设计值 8

3.2选用的防雷抗干扰产品对二次系统应减少电气连接点 8

3.3电力二次系统不适合模块化防雷抗干扰产品分级降压保护 9

四 结语 10

参考文献 11

注释1 12

随着电力系统信息化、高新技术和信息化建没的发展，各种先进的电子产品如卫星通信、保护监控、计算机网络系统和遥控、遥测系统等电子设备更加广泛地应用于我围的电力行业。变电站综合自动化和继电保护微机化改造，微电子设备的应用也越来越广泛。特别是近几年的电力变电站无人值守和电力自动化系统中大量使用了这些微电子仪器，使得我国电力行业的自动化整体能力、现代化管理水平以及电力服务质量均有了显著的提高。但是如果不采取有效的防雷、防干扰保护措施，这些脆弱的控制自动化设备就无法正常工作，甚至成为电力系统的安全隐患。

一 电力二次设备防雷保护

自动化变电站二次设备包括站内保护设备、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，其是在一个干扰强度高的电磁环境中运行，一般仅做了接地处理，其耐雷及耐过电压水平较低。

1.1 系统电源的防雷保护

由于自动化变电站多建在较为空旷的区域，电磁强度相对较强，电力线路和通信电缆很容易遭受到感应雷电的袭击。感应过电压沿着电力线路和通信线路进入设备，从而将设备损坏。因此，交流母线处加装第一级电源防护是为了保证整个控制室的安全，并且将80%的过电压泄散到大地，起到初级保护的作用。但在交流馈线上仍有部分过电压和第一级电源防雷的残压加在线路上，因此必须在重要的交流馈线处，如直流充电屏、UPS 等，进行第二、三级电源防护，从而将过电压抑制到后端用电设备能够耐受的水平。

1.2 系统通信接口的防雷保护

通信接口过电压防护同电网供电系统相比，此回路对过电压的敏感程度要高得多，且这些设备在有过电压的情况下显得非常脆弱，设备的绝缘耐受水平也相当低。与这些设备相连的有信号线、数据线、测量和控制线路，并且这些线路基本上是处于LPZOB（详见注释1）区域，也有穿过LPZOA 区域的，线路上的感应过电压相对较强，根据I E C 的测试，当电磁场强度增大到0.07GS 时，微型计算机设备将产生误动，丢失数据。而且这些回路运行的安全与否直接关系到一次系统设备的安全，因此需对重要回路的接口进行过电压防护。自动化变电站基本采用无人值守，对一次回路的各种保护、测量、控制、调节信号通过光纤、数据通信网络或载波向远方传送数据。如果采用载波，由于载波机与微机自动化装置的信号连接线路相对较长，在变电站附近或变电站遭受直接雷击时，处在LPZOB 区的通信线路将感应出较强的感应过电压，因此必须在靠近微机自动化装置的信号接口端加装信号避雷器，同时处在LPZOB 区并延伸到LPZOA 区的通信线路非常容易感应上雷电过电压，也必须加装信号避雷器。

二 二次设备抗干扰措施

综合自动化变电站二次设备大多是微机保护和微机型自动装置，它们以通信网络技术为基础，把各种继电保护装置及自动装置与远动装置和调度端连接起来，使变电站实现高质量、高速度、高灵活性和低成本的生产管理。但由于变电站所处的特殊环境，使站内二次设备受到各种各样的干扰。为提高其运行的安全性和工作的可靠性，消除干扰引起的故障，在变电站设计时应全面考虑，根据干扰源采取抗干扰措施。

2.1 干扰源的种类

变电站的干扰源主要有以下几种：

（1）交变磁场干扰；

（2）地电位差干扰；

（3）自然干扰；

（4）导线相互祸合干扰；

（5）电源系统引入的干扰。

采取相应的软硬件措施，可以消除或削弱这些干扰。

2.2 二次设备硬件抗干扰措施

2.2.1在硬件上将干扰源尽可能屏蔽掉二次设备的外壳应屏蔽接地。装置的活动部分也要可靠连接，比如柜门、机箱盖板等应与接地点可靠导通，保证有良好的电气连接。对变电站墙壁，有需要时可安装金属网，地板可装防静电地板.

2.2.2 装置的接地点应正确、可靠。

2.2.2.1 安全接地

安全接地是指出于人身安全考虑，要求将二次设备机柜和柜设备的外壳接地，要求用专用接地线接地排上。由于屏柜安装的槽钢支架与地网都是通过扁钢连接，这样所有设备都接在了地网上。

2.2.2.2 逻辑接地

电子设备内部都有电位存在，部分设备的地电位实际是虚空的，与外部没有任何电气的联系；但大部分尤其是国外的二次设备地电位有一个专门的接地连接位置，此时必须将这个接地连接位置与屏内接地排相连，这个地电位很多是和设备的外壳相连的，所以，必须把设备的外壳与屏内接地排连接。

2.2.2.3 模拟量回路接地

模拟量回路接地是出于人身和设备安全的考虑，将设备TA、TV 回路进行的接地。为防止这些回路测量出现误差，对这些回路都要求一点接地。除相互之间有电气连接的TV 或TA 要求在控制室内一点接地外，其他独立的回路一般都要求在现场一点接地。

2.2.2.4 交流电源接地

交流电源接地是指使用交流工作电源的二次设备的电源接地。对交流电源的控制保护设备应避免单相交流电源受雷击或操作过电压的影响而导致设备异常，应采用隔离变压器的方式供电。

2.2.3 装置电源的抗干扰措施

要保证供电电压波形稳定，可使用UPS 来稳定工作电源，并尽可能使用变电站的直流电源。应采用隔离变压器，隔离共模干扰，防止电网噪声干扰窜入控制系统以及强雷电压对装置的损坏。使输出回路尽可能短，使用的电缆芯不能过小，以减小压降。

2.2.4 二次回路的抗干扰措施

正确安装电缆的屏蔽层，采用带屏蔽层的控制电缆，并将屏蔽层在开关场和控制室两端同时接地，通讯电缆的屏蔽层也应正确可靠相连接地。

弱信号导线不得与强电导线共用1 根电缆，尽可能将它们分开排放，交直流回路禁止共用同根电缆，防止造成相互干扰，或因电缆芯绝缘下降造成短路，使交流电压传入直流回路，烧坏设备的电源模块或输入部件等。

2.3 二次设备的软件抗干扰措施

二次设备采取的软件抗干扰措施就是通过各种数字滤波把采集到的干扰信号消除或削弱，数字滤波是通过程序实现的，所以在设备选型时就应该考虑，它无需增加硬件设备，只需修改一下软件，增加一些对输入信号进行处理的程序即可。其功能在一定程度上可以代替模拟滤波器，甚至可以完成其不能完成的功能。滤波程序有几种，不同的滤波方法可达到改变滤波参数的目的，但对设备的判断和处理速度会产生不同的影响。常用的软件滤波技术有：

2.3.1 算术平均值滤波

算术平均值滤波就是将本次实际采样值Xn 和前几个周期的采集值进行算术平均得到的值作为本次采样值。其特点是：对采样信号进行算术平均，得到平滑的数据。可以抵制周期性的干扰信号，所取的采样值越多，数据的平滑程度越高。

2.3.2 加权平均值滤波算法

为提高灵敏度，可以采用加权平均值滤波算法，也就是将最近的采样值Xn 的比重在算术中加大，来提高设备对干扰的灵敏度。

2.3.3 一阶低通滤波算法

在模拟数字技术中可以用一阶低通滤波电路来削弱干扰信号，但是，滤波器的时检常数受到电容器大小的影响，而使用一阶数字低通滤波就可不受硬件的影响，其效果是一样的。

2.3.4 中值滤波算法

中值滤波算法就是把3 个采样数据，按数值从小到大排列，取中间一个作为本次采样数据，这种算法能够有效地消除由于偶然因素引起的波动或由于采样元件不稳定造成的误码等脉冲干扰。对于缓慢变化的过程比较有效。

2.3.5 复合滤波算法

复合滤波算法就是把中值滤波和算术平均值滤波2 种方法结合使用。即把采样数据按数值从小到大排列，去掉最大值和最小值，将余下的采样数据求平均值。这种方法集中2 种算法的优点，提高了滤波的效果。

2.3.6 程序判断滤波算法

程序判断滤波算法就是将最近的几个数据比较，求出差值，再与设定的允许值比较，判断是否为干扰信号。

三 电力二次防雷抗干扰产品应用选型方法

做好二次防雷抗干扰非常重要，同时必须提倡“低残压、全保护”的安全防雷理念，使用具有低残压和全保护功能的防雷抗干扰产品，并力求做到二次系统设备不受进出线路和空间电磁场两个方面的影响，同时要突出重点保护的设备，做到经济合理，关于二次防雷抗干扰产品的选择，总结几点，供大家参考。

3.1 确保防雷抗干扰产品具备较低的残压设计值

国际标准IEEE1100-2005 The Emerald Book《灵敏电子设备供电和接地推荐规范》明确规定，电子设备的安全耐受冲击电压峰值是其有效工作电压峰值的2倍（220V±10%××2=684V。注，220V为额定工作电压，±10%为电压的波动范围，为有效值，2为倍数），电力二次设备交流电源基本是用220V交流电源的（三相380V，相线对零线、地线也是220V电压），因此用于保护电力二次设备交流电源的防雷抗干扰产品，其保护残压应确定在700V以下，才是安全的，VOLE生产的一体化三相电源防雷器的设计残压只有600V，是国内外最低的。

3.2 选用的防雷抗干扰产品对二次系统应减少电气连接点

目前市场上有两大类别的防雷搞干扰产品，一类为多模块产品，需做三至四级限压、分流实现保护，另一类为一体化产品，内部集成多级放电回路，一次性限压分流实现保护。下面参照模块防雷抗干扰产品的设计思路，见图1

图1 模块化防雷抗干扰产品分级保护及所带来的更多电气连接点示意图

由于电力二次系统设备，像自动化程度较高的变电站的站用电源屏、充电屏、直流馈电屏、以及测控、保护、通信等系统屏都存在有PLC、微电脑环境监控装置，按照电子设备保护要求，每一处的电子设备必须安装三级防雷模块（见图4），才算是安全的，并且这三级之间还有间距要求（两级之间安装防雷模块的距离一般是不少于5米），否则还得增加退耦器件在线路上，如图2。

图2 模块化防雷抗干扰产品两级之间使用退耦器件示意图

但这样做，无疑大大增加了电力二次系统的电气连接点，见图2，而且电力管理、维护单位忌讳这样的做法，因此这种保护设计已经不适合，很大部分一线的电力工作人员均已经认识到其中的弊端，这么多防雷模块，任何一个接点出现损坏，监控系统就会报警，对于维护人员来讲是很难查清的，这个时候使用一体化的防雷抗干扰产品是最适合的，任何被保护设备的前端只需安装一台一体化防雷抗干扰产品，其存在的电气连接点只有一个，见图3，最近部分地方电网公司出台的二次防雷企业标准，都强调了这一点。

图3 一体化防雷抗干扰产品安装保护示意图

3.3 电力二次系统不适合模块化防雷抗干扰产品分级降压保护

由于电力二次系统设备采用屏柜安放设备，屏柜内有大量综错复杂的线路，电子设备占住了大部分空间，对于存在雷电感应源的电源线中采用安装三级防雷模块而言，按单相或直流电源算一下，四级纵向、横向保护多少也得9个，是有一点不可思议，即占用了相当一部分空间，也不美观，一体化设计的防雷抗干扰产品在这里使用，就解决了分级降压保护、加装退耦器件存在的困难。

目前，部分二次系统集成商在提供电力二次设备时，也附带配套加装有防雷器件，根据我们的现场调研，这些防雷器件主要存在以下两个方面的缺陷：

一方面设计使用器件不是专业用于吸收雷击影响的过电压、过电流的，只是国内厂家或国外品牌在国内OEM生产的用于电子设备耐压安全测试用的，其耐压值、泄放电流等指标不能满足GB50343、IEC等标准的设计要求，它们不能称为防雷器。

另一方面由于电力二次设备的集成商不具备专业的防雷技术，在从事电力二次系统集成的过程中，体现不到其防雷的专业性，像防雷措施在实施时，不按防雷标准进行，选择的产品没有针对性，也就不能达到防雷效果。

四 结束语

自动化变电站的防雷保护应采取有效的措施和对策，提高二次设备的抗干扰能力，减少二次设备异常动作的发生，为设备的安全稳定运行提供有力的保障。

参考文献

[1] 陈贤彬，明哲.变电站二次系统防雷保护初探[J].广东电力，2004，17（5）

[2] 周志敏.弱电设备的雷电危害分析及保护(中)[J].大众用电，2003（5）

[3] 陈文丽.110 kV 变电站二次系统综合防雷技术措施[J].大众用电，2007（5）

[4] 胡雪艳.综合自动化变电站二次系统的防雷设计[J].浙江电力，2007（3）

[5] 马虎.变电站二次设备抗干扰措施[J].新疆电力技术，2008（4）

附录1

GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》

3.2 雷电防护区划分

3.2.1 雷电防护区的划分应根据需要保护和控制雷电电磁脉冲环境的建筑物，从外部到内部划分为不同的雷电防护区（LPZ）。

3.2.2 雷电防护区（LPZ）应划分为：直击雷非防护区、直击雷防护区、第一防护区、第二防护区、后续防护区。（图3.2.2），应符合下列规定：

1 直击雷非防护区（LPZOA）：电磁场没有衰减，各类物体都可能遭到直接雷击，属完全暴露的不设防区。

2 直击雷防护区（LPZOB）：电磁场没有衰减，各类物体很少遭受直接雷击，属充分暴露的直击雷防护区。

3 第一防护区（LPZ1）：由于建筑物的屏蔽措施，流经各类导体的雷电流比直击雷防护区（LPZOB）区进一步减小，电磁场得到了初步的衰减，各类物体不可能遭受直接雷击。

4 第二防护区（LPZ2）：进一步减小所导引的雷电流或电磁场而引入的后续防护区。

5 后续防护区（LPZn）：需要进一步减小雷电电磁脉冲，以保护敏感度水平高的设备的后续防护。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/872ad87d02768e9951e73830.html