电力调度自动化系统防雷技术的探讨

电力调度自动化系统防雷技术的探讨
摘要：由于客观条件的原因，调度自动化及通信系统遭到雷击的现象时有发生，导致自动化及通信设备遭到直接破坏，并严重影响系统的正常运行。

因此必须采取有效而全面的防雷措施，减少出现雷害事故。

关键词：调度自动化；防雷措施；通信设备；
1 引言
随着电力系统容量的增加和自动化水平的不断提高，电力调度自动化系统已广泛使用计算机、RTU等微电子设备。

县级电力调度及其变电站由于其所在地土壤电阻率较高或地处山区等，其地网的接地电阻往往很难达到规程的要求，其防雷工作更需引起重视。

在雷雨季节有的县电力局调度大楼和电力局所属自动化显示系统、通信联络系统(Modem、载波机、程控交换机等)等常常损坏，造成较大的直接和间接经济损失。

2 微电子器件耐冲击水平与TVS 管特性
微电子器件TTL数字电路的抗冲击能力最弱10V、30ns脉宽的冲击电压可使TTL电路损坏；雷电流产生的磁场达0.07 GS时时可使微电子器件误动；无电磁异蔽时即使雷电流通道远在1km处也可能使微电子设备误动。

对电子装置防雷的通常做法是选用压敏电阻(氧化锌避雷器—MOA)保护，一般选用MOA的直流1 mA 电压V1mA为被保护器件工作电压的2.2倍左右。

遇雷击时，MOA的残压达V1mA电压的2倍左右，即压敏电阻的残压约为被保护器件工作电压的4. 4倍。

TTL电路的工作电压为5 V，用MOA保护遇雷击时器件上的残压约为4. 4×5 V= 22 V，≥10 V、30 ns的受损水平(标准雷电压波头为1. 2μs。

可见压敏电阻不能使TTL使电路免遭雷害。

为使微电子器件遇雷击时不致损坏，有效的办法是选用新型保护器件——TVS管。

TVS管即瞬态电压抑制器。

当其两极受到反向瞬态高能量冲击时它能以10-12s量级的速度将两级间的高阻抗变为低阻抗吸收高达数千瓦的浪涌功率使两极间的电压箝位于一个预定值(一般小2倍额定工作电压)有效的保护电子电路中的精密元器件免受各种浪涌脉冲的破坏。

TVS管的伏安特性如图1 所示。

其正向特性与普通二极管相同，反向特性为典型的PN 结雪崩器件。

在瞬态脉冲电流的作用下，流过TVS管的电流由原来的反向漏电流ID上升到IR(25℃下IR=1mA)时其两极呈现的电压由额定反向关断电压Uoff上升到击穿电压UBRTVS管被击穿。

随着峰值脉冲电流的出现流过TVS管的电流达到峰值脉冲电流Ipp其两极的电压被箝位到预定的最大箝位电压Uc以下；其后随着脉冲电流按指数衰减TVS管两极电压不断下降最后恢复到起始状态。

这就是TVS管抑制出现的浪涌脉冲功率保护电子元件的过程。

图1 TVS管伏安特性
TVS管的显著特点为：响应速度快(10 - 12s级)、瞬时吸收功率大(数千瓦)、漏电流小(10 - 9A 级)、击穿电压偏差小(±5%UBR与±10%UBR两种)、箝位电压较易控制(箝位电压Uc与击穿电压UBR之比为 1.2～1.4)、体积小等。

它对保护装置免遭静电、雷电、操作过电压、断路器电弧重燃等各种电磁波干扰十分有效可有效地抑制共模、差模干扰是微电子设备过电压保护的首选器件。

3 电压UPS过电压保护
感应雷或沿电源线进入室内的雷电侵入波会使电源电压急骤升高从而导致UPS及后接设备损坏。

有些UPS中尽管装有压敏电阻但还是很难保护自己及后接微电子设备。

对电源可靠有效的防雷方法是采用四级保护。

每一级用三极气体放电管将大的雷电限制到后续保护系统可允许的范围；第二级用限流模块；第三级用压敏电阻；第四级用TVS管使输出的箝位电压达到规定的要求。

采用上述四级保护后UPS或被保护电源一般不会因雷击而损坏。

4 载波机过电压保护
载波机遇雷击易损坏的部分通常为电源盘、用户话路盘及高频电路盘。

高频电路盘上通常装有放电管具有一定的耐雷水平；电源部分可采用上述电源过电压保护方式；用户话路盘由于铃流电压与通话电压不一致需要在保护装置设计上精心考虑使之在两种不同电压下均能有效的地保护用户话路部分。

最好的办法是将保护器件置于载波机内考虑到实际情况外置保护模块应设计考虑得周全一些。

为取得好的效果用户话路盘、程控交换机通信线、Modem及信号线的过电压保护应采用四级保护。

过电压保护器最好能同时具有保护模块失效自动报警、过电压次数自动记录、停电后记录的过电压次数不丢失等功能。

5 接地电阻与屏蔽
5.1 接地
良好的接地是防雷中至关重要的一环。

接地电阻值越小过电压值越低。

因此在经济合理的前提下应尽可能降低接地电阻。

其要求如表1所示。

表1 接地电阻要求
通信调度综合楼的通信站应与用一楼内的动力装置共用接地网并尽可能与防雷接地网直接相连。

通信机房内应敷设均压带并围绕机房敷设环行接地母线。

在电力调度通信综合楼内需另设接地网的特殊设备其接地网与大楼主地网之间可通过击穿保险器或放电器连接以保证正常时隔离雷击时均衡电位。

接地的其他方面均应严格按有关规程办理。

5.2 屏蔽
为减少雷电电磁干扰通信机房及通信调度综合楼的建筑钢筋、金属地板均应相互焊接形成等电位法拉第宠。

设备对屏蔽有较高要求时机房六面应敷设金属屏蔽网将屏蔽网与机房内环行接地母线均匀多点相连。

架空电力线由站内终端杆引下后应更换为屏蔽电缆；室外通信电缆应采用屏蔽电缆屏蔽层两端要接地；对于既有铠带又有屏蔽层的电缆应将铠带及屏蔽层同时接地而在另一端只将屏蔽层接地。

电缆进入室内前水平埋地10m以上埋地深度应大于0.6m；非屏蔽电缆应穿镀锌铁管并水平埋地10m以上铁管两端应良好接地。

若在室外人口端将电力线与铁管间加接压敏电阻防雷效果会更好。

6 综合性防雷措施
为避免雷害，对电力调度自动化系统，应采取“整体防御、综合治理、多重保护”的方针。

除采用上述保护与接地措施外，配电变压器高低压侧均应装接金属氧化物避雷器，并三点联合接地。

程控交换机室外进出线、Modem等应装过电压保护器；当RTU等装置离显示屏较远时应装信号线过电压保护器。

7 结论
随着电力调度自动化系统电脑通信设备的大规模使用，雷电造成的危害越来越严重。

严格按防雷接地规程办事，应用新技术、新装置，采取综合性的防雷措施是确保县级电力调度自动化系统极大减少雷害的重要手段。

良好的接地与屏蔽并安装过电压保护器后可使被保护装置的耐雷水平提10倍以上。