牵引变电所微机保护防雷措施浅谈_牵引变电所的防雷措施

2020-02-26 其他范文下载本文

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牵引变电所微机保护防雷措施浅谈

赵社民

摘要：随着微机保护装置在铁路牵引供电中的不断推广和普及，微机设备防雷电冲击能

力弱的问题就成为微机型牵引变电所一个重要课题；本文根据主要针对京哈线秦沈段现

场微机保护设备运行情况及在雷害时现场有关问题，进行分析原因，找出雷电如何对微

机设备产生的影响，并根据现场情况，提出防止雷电对微机设备产生影响的措施。

关键词：牵引变电所；微机保护；防雷；措施

随着计算机技术的飞速发展，微机保护凭借其灵敏性、速动性和维护管理的方便性等良好性能在牵引变电所得以广泛的应用。但微机保护系统体现其优越性的同时，与电磁式继电保护设备相比，存在对环境稳定性要求高、抗干扰和耐冲击性能差等缺点；微机保护设备运行环境一旦受到雷电干扰冲击，将直接影响牵引供电，影响铁路正常运输。在牵引供电系统中，感应雷和直击雷对微机保护设备影响最大，因此，我们要对微机保护设备防雷问题要有足够的重视。现场运行情况和有关问题：

由于京哈线秦沈段牵引变电所微机保护设备未采取有效微机保护防雷措施，在雷电发生时，曾多次造成牵引变电所内微机保护主板损坏、保护电源插件、VFD等设备损坏。例如：

2007年11月，京哈线葫芦岛北变电所附近接触网线路上隔离开关遭受雷击，造成所内21B馈线保护盘电源插件、并补VFD装置损坏及直流电压监视继电器的并联二极管击穿，并造成网上隔离开关机构箱内交流加热器烧坏及端子排发热变形等设备缺陷。

2008年6月和8月，绥中北变电所更是连续遭受两次雷击，造成备用的1#B保护测控盘后备保护主板、测控装置保护主板、VFD和并补盘上测控保护主板损坏及直流控制面板、整流机U2损坏。

京哈线秦沈段其他变电所、分区所及工区也曾发生因雷击造成的微机保护设备损坏、直流控制保险烧断及办公电脑主板损坏等等故障，严重地影响了设备的正常运行状态，同时也给运营单位造成了严重的损失，增加了运行管理成本。对现场雷击故障的原因排查及影响分析：

京哈线秦沈段微机保护设备发生损坏时，均是强烈的雷雨天气，网上避雷器和所内避雷器均有动作，并经常伴有馈线断路器跳闸情况，说明微机保护设备损坏为雷击原因造成。通过对发生雷击时设备损坏的情况和雷电侵入点及路径分析，有利于更好地采取措施防雷。

2.1 葫芦岛北变电所雷侵入路径：

雷击接触网线路时，在雷击点附近产生强大的电磁场--→与隔离开关机构箱内交流电源耦合感应电压叠加--→1#交流盘交流AC220V电压波动--→造成所用变（1ZB）二次电压峰值波动--→造成蓄电池整流装置电源及直流输出电压出现峰值波动--→直流电压峰值波动造成部分薄弱微机设备造成损坏。

雷电时，葫芦岛北所网上隔离开关机构箱加热器烧坏及交流接线端子发热产生变形，说明此处有雷击发生，为感应雷所致；其中网上隔开至葫芦岛北变电所交流电源电缆发生相间短路，说明在该交流电缆上曾经有过很大的感应电压；而该所出现直流直流电压监视继电器的并联二极管击穿，更加说明了所内交流220V波动曾引起直流电压发生过很强大电压波动。

2.2 绥中北变电所雷侵入路径：

雷电侵入点为高压室27.5KV母线--→造成27.5KV母线电压瞬间波动--→使所用变（1ZB）二次侧电压出现瞬间波动--→造成1#交流盘电压波动--→整流机电源瞬间峰值波动--→造成整流机输出直流电压瞬间峰值波动--→造成部分薄弱的微机保护设备损坏；

另外，若变电所外接10KV自用变2ZB高压侧遭受雷击，如正在使用该电源，也会在2ZB低压侧形成电压波动，对交流380V电源造成影响，后果同上。

绥中北变电所雷击时，高压室避雷器动作，说明所内高压设备曾遭受过雷击，而使用交流220V电源的直流整流机U2损坏，也说明了雷电侵入造成了所内交流220V电源幅度较大的波动。

2.3 小结：

牵引变电所雷电侵入是多方面的，通过以上雷侵入点及路径分析可以看出，牵引变电所雷击的形式是雷电波直接或间接造成牵引变电所内交流盘交流220V（AC380V）电压产生瞬间峰值波动，从而造成直流电压瞬间峰值波动，是造成微机装置损坏主要原因。雷电对微机保护影响的几种形式

目前牵引变电所一次防雷装置落雷时，同时会产生两个方面的影响：一是雷电流通过地网泄入大地，在地网上产生一定的冲击点位，严重情况下，会在部分设备上产生一个电位差而损坏设备；二是雷电流通过防雷装置的接地装置泄入大地时，由于雷电具有极大的峰值和陡度，会在其周围空间产生强大的变化的电磁场，处于其周围的导体上会感应出较大的感应电压。甚至是主控室内的弱电部件上产生的暂态过电压，损坏这些弱点设备。

通过以上现场对雷电侵入分析，结合微机保护的现状，微机保护设备遭受雷害主要有以下几个方面的形式：

3.1 雷电波通常是由所内交流220V侵入

根据对雷电波的频谱分析，雷电波的绝大部分能量集中在工频附近。因此，雷电波极易和电源线发生耦合。具体到牵引变电所：

3.11直击雷：

当雷电击中变电所内一次设备引线，再经过所用变压器高、低压绕组间的静电和电磁耦合，闯入低压出线，雷电虽然经27.5KV氧化锌避雷器母线避雷器削峰，电压幅值大为下降。但由于雷电波的波峰幅值和能量很大，虽然雷电波在经过上述避雷器后，大部分能量得以消除，但仍有部分雷电波以幅值相对很高且作用时间很短的低能量尖峰脉冲的形式通过所用变压器的低压出线，加到变电所内所有的220V交流回路中，继而对微机设备造成影响。

3.12 感应雷：

（1）雷电在变电所或者在与所内有联系的电动隔开附近释放时，会在附近产生的强大的变化的磁场，在其变化磁场周围的交流电机电源、加热电源电缆上感应出较大的电压直接传至变电所交流220V电源中，继而造成对微机设备的影响。

（2）当发生雷击时，在进入主控室的电缆中形成暂态感应过电压

雷电流通过防雷装置的接地引下线入地时，会在其周围空间产生强大的暂态电磁场，从而在各种通讯、远动、保护等的电缆，甚至是主控室内的弱电部件上产生暂态感应过电压，暂态感应过电压加在控制、信号回路上对微机保护设备造成瞬间反，从而损坏微机保护中弱点设备。例如葫芦岛北变电所网上隔离开关机构箱内感应雷害。

3.2 雷电波对牵引变电所RTU设备的影响

由于变电所的通信电缆出线较长，如使用终端未装设任何防雷设备，当变电所和沿线附近落雷时很容易在电缆中感应出很高的雷击过电压并通过调度远动系统的RTU设备和信号采集的二次电缆直接加到远动系统的信号和传送端上，造成通信装置误动作，以及接收和发送端模块烧坏。

3.3 雷电时，接地系统对微机保护设备的影响

当变电所或线路遭受雷击后，雷电流会经避雷装置流入接地网，如果接地网的接地电阻偏大或接地网的均压效果不好时，在强大的雷电流作用下，会使接地网的局部电位显著抬高，并由此导致电地位对微机保护设备反击而损坏设备。微机保护设备防雷措施

通过分析雷电影响微机保护设备的途径、方式，参照防雷设计规范，主要从防范感应雷和直击雷两个方面来入手：直击雷防御系统是捕捉雷电闪击保护建筑物及设备。感应雷防御系统是为了降低雷击时的冲击电位差和电磁脉冲。

4.1 电源系统防感应雷措施：

牵引变电所防雷应对雷电入侵波分级泄放，直到将感应过电压降到设备可以承受的水平。根据设备的重要程度和地理位置进行有重点、有层次的进行防雷保护，以达到对微机保护的目的。

4.11 在变电所低压交流盘两路电源（AC220V、AC380V）安装相应的交流电源SPD（即电涌保护器）的方法，做为变电所一级防护。

目的：使来自高压线路、低压电缆间的感应雷电波在交流盘处自用变、所用变低压侧进一步消减，最大程度地降低雷害在电源通道上带来的设备损坏及人员伤害。

4.12、在变电所直流屏整流机交流电源测增加交流电源SPD，来作为二级防护。

目的：防止低压设备过压对直流整流机的干扰。

4.13、在变电所直流盘总控母、总信母及至监控盘RTU空气开关负荷侧分别加装直流电源SPD，做为微机防雷三级保护。

目的：防止交流电源侧雷电波余波峰值对直流系统的影响；消减来自于室外直流电缆上出现的感应雷电波；防止直流波动对RTU设备造成影响；最大程度上较少直流电压峰值波动，从而到达保护微机保护装置的作用。

4.14、采用等电位联接

采用等电位联接是防止雷电侵害的一项关键措施。等电位联结的目的在于减小需要防雷的空间内，各种金属部件和各种系统之间的电位差，而实施的导体联结。电源线、信号线、金属管道等都要通过过压保护器进行等电位联接。总等电位联接（如图示），就是将所有进出保护范围的金属管道（包括水管、供热管道等）以及所有电源线和所有信号线（包括载流导体），当闪电电流流经这些导体时，等电位联接可以用来安全地承载涌流。

等电位联接示意图主接地网

室内等电位端子板

直流盘

各保护盘柜

交流盘柜

室内金属管道、线槽

型等电位联络线

室内等电位端子板

4.2 直击雷防护措施

为抗御直击雷和降低雷电电磁对微机设备的干扰，应对对重雷区的变电所主控制室建筑物屋顶应采用法拉第笼进行电磁屏蔽。法拉第笼由屋顶避雷网、避雷带和引下线、机房屏蔽和接地系统构成。在主控制室屋顶上设置避雷网，屋顶周边设置避雷带并与避雷带焊接连通，并做好避雷带与接地装置连接的引下线焊接。

4.3 降低接地电阻

变电所地网接地电阻必须满足规程要求，若变电所接地电阻值难以达到要求时，可采取换土、添加降阻剂、外引等方式加以改善，采取措施进行降阻。