变电站第三次作业_变电站作业

变电站第三次作业由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“变电站作业”。

1、功率与负载

有功功率：在交流电路中，凡是消耗在电阻元件上，功率不可逆转换的那部分功率（如转变为热能，光能，或机械能），称为有功功率；

无功功率：电路中，电感元件建立磁场，电容元件建立电场消耗的功率称为无功率，这个功率是随交流电的周期，与电源不断的进行能量转换，而并不消耗能量；

视在功率：交流电源所能提供的总功率，称为视在功率，在数值上即是，电压与电流的乘积，单位VA,视在功率即是交流电源的容量；

阻性负载:即和电源相比当负载电流负载电压没有相位差时负载为阻性(如负载为白帜灯、电炉等）通俗一点的讲，仅是通过电阻类的元件进行工作的纯阻性负载称为阻性负载。

感性负载通常情况下，一般把负载带电感参数的负载，即符合电压超前电流特性的负载，称为感性负载。通俗地说，即应用电磁感应原理制作的大功率电器产品，如电动机、压缩机、继电器、日光灯等等。容性负载所谓容性负载是指的负载中流过的电流超前于电压，感性与容性洽好相反，是电压超前于电流。阻性负载则是电流与电压完全同相。通常的负载多数是感性负载，为了提高功率因素，会加上电容器，这个电容哭就称为功率因素补偿电容器。当电容加的过大，补偿过度，这时感性负载就会变成为容性负载。

2、直流输电技术

主要由换流站（整流站和逆变站）、直流线路、交流侧和直流侧的电力滤波器、无功补偿装置、换流变压器、直流电抗器以及保护、控制装置等构成（见图直流输电系统的基本构成）。其中换流站是直流输电系统的核心，它完成交流和直流之间的变换。

直流输电的优点及特点： ①输送容量大； ②输送功率的大小和方向可以快速控制和调节； ③直流输电系统的投入不会增加原有电力系统的短路电流容量，也不受系统稳定极限的限制； ④直流架空线路的走廊宽度约为交流线路的一半，可以充分利用线路走廊的资源；⑤直流电缆线路没有交流电缆线路中电容电流的困扰，没有磁感应损耗和介质损耗，基本上只有芯线电阻损耗，绝缘电压相对较低； ⑥直流输电工程的一个极发生故障时另一个极能继续运行，且可充分发挥其过负荷能力，即可以不减少或少减少输送功率损失；

⑦直流本身带有调制功能，可以根据系统的要求作出反应，可以对机电振荡产生阻尼，可以阻尼低频振荡，从而提高电力系统暂态稳定水平； ⑧能够通过换流站的无功功率控制调节系统的交流电压；

⑨大电网之间通过直流输电互联(如背靠背方式)，两个电网之间不会互相干扰和影响，且可迅速进行功率支援等。

缺点：直流输电的发展也受到一些因素的限制。首先，直流输电的换流站比交流系统的变电所复杂、造价高、运行管理要求高；其次，换流装置（整流和逆变）运行中需要大量的无功补偿，正常运行时可达直流输送功率的40～60%；换流装置在运行中在交流侧和直流侧均会产生谐波，要装设滤波器；直流输电以大地或海水作回路时，会引起沿途金属构件的腐蚀，需要防护措施。要发展多端直流输电，需研制高压直流断路器。

直流输电目前主要应用于：

①远距离大功率输电； ②联系不同频率或相同频率而非同步运行的交流系统；

③作网络互联和区域系统之间的联络线（便于控制、又不增大短路容量）； ④以海底电缆作跨越海峡送电或用地下电缆向用电密度高的大城市供电；⑤在电力系统中采用交、直流输电线的并列运行，利用直流输电线的快速调节，控制、改善电力系统的运行性能。

3、防雷系统

1.直击雷

直击雷蕴含极大的能量，峰值电压可达5000kv的雷电流入地，具有极大的破坏力。会造成以下三种影响：

（1）巨大的富电流在数微秒时间内流下地，使地电位迅速拾高，造成反击事故，危害人身和设备安全。

（2）雷电流产生强大的电磁波，在电源线和信号线上感应极高的脉冲电压。

（3）雷电流流经电气设备产生极高的热量，造成火灾或爆炸事故。

2.传导雷

远处的雷电击中线路或因电磁感应产生的极高电压，由室外电源线路和通信线路传至建筑物内室内的电气设备。

3.感应雷

云层之间频繁放电产生强大的电磁波导致共模和差模干扰，影响电气设备运行。

4.开关过电压

供电系统中的电感性和电容性负载开启或断开、地极短路、电源线路短路等，都能在电源线路上产生高压脉冲，脉冲电压可达正常电压的3到5倍，可严重损坏设备。破坏效果与雷击类似。

1、外部防雷与内部防雷相结合现在一般的led路灯外部都是导体材料，本身就相当于一个避雷针，在设计上必须安装引下线和地网，这些系统构成外部防雷系统。该系统可避免LED路灯因直击雷引起火灾及人身安全事故。内部防雷系统是指路灯内部通过接地、设置电压保护等方式对设备进行保护。该系统可防止感应雷和其他形式的过电压侵入，造成电源毁坏、这是外部防雷系统无法保证的。这两者之间是相辅相成的，互为补充。内部防雷系统在很多器件上例如外壳、进出保护区的电缆、金属管道等都要连接外部防雷系统或者设置过压保护器，并进行等电位连接。

2、防雷等电位连接

彻底消除雷电引起的毁坏性的电位差，电源线、信号线、金属管道等都要用过压保护器进行等电位连接，各个内层保护区的界面处也要进行局部等电位连接，各个局部等电位连接处要互相连接，最后与主等电位处相连。

3、设置雷电保护区

目前LED路灯除了电源设备外，还会设置一些通信设备用于控制路灯的开关及亮度，这些设备及电源都需要安置在雷电保护区内，保护区域直接受外壳屏蔽。此处的电磁场要弱得多。

4、高质量保护设备--防雷模块和过压保护模块

防雷器的作用是在最短时间（纳秒级）内将被保护系统连入等电位系统中，使设备各端口等电位。同时将电路中因雷击而产生的巨大脉冲能量经短路线释放到大地，降低设备各接口端的电位差，从而起到保护设备的作用

2.1雷电的危害

雷电从形式上可分为直击雷和感应雷。直击雷是雷云之间或雷云对地面上某一点（如树木、建筑物等）直接放电，感应雷是雷云放电时,在附近导体上产生的静电感应和电磁感应，其中对地雷击由于距雷击点较近,产生的感应浪涌电压较大,作用半径也大,作用范围内的电子设备均是破坏对象。雷击对电力系统的危害是非常巨大的，直击雷可以造成线路跳闸、开发、TV、TA及其它一次设备故障、爆炸。感应雷主要危害变电站的通信、调度、载波、继保系统及监控设备。这些设备对雷电等电磁脉冲和过电压过电流的耐受能力很低，而且由于电力系统二次防雷工作滞后，这些设备遭受雷击损坏极高，后果也越来越严重。

2.2雷电入侵变电站建筑物内设备的途径分析

变电站内建筑物一般不超过3层，属二类防雷建筑物，但由于变电站设备处在一个强电和弱电系统形成的错综复杂的电磁环境中，高压开关设备的操作切换，雷电闪击，一次设备短路接地，二次回路切换，人员及邻近物体的静电放电和无线电辐射等产生的电磁干扰可能通过各种耦合进入二次系统形成浪涌和过电压。其中雷击在线路上引起的上万伏的过电压、过电流及极强的交变电磁场是损坏建筑物内设备的主要原因，雷电入侵建筑物内设备的途径有配电线路、通信线路、雷击电磁场、地反击等四种途径，具体分析如下：

2.2.1配电线路引入的雷电过电压

雷电波通常是通过变电站临近的线路侵入母线，再经过变压器高、低压绕组间的静电和电磁耦合，进入低压出线，途中经过了线路避雷器，母线避雷器等多级削峰，再经过变压器低压出线的平波作用，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变压器的低压出线，加到变电站内所有的380 V交流回路中。220V等直流线路因进出高压场等原因也是引入雷电的主要线路。

2.2.2通信线路引入雷击

通信线路（通信线路一般包括一般有载波线、电话线、控制线等）由于变电站的通信电缆出线较长，感应雷电通过远控系统电缆及信号电缆侵入,以很高的电压直接加在二次设备上,该过电压轻则使设备加速老化，重则直接将设备损坏。对于电力系统来讲，RS485、RJ45网线、GPS及微波载波等馈线等都是引入雷电的通信线路。大部分通信线路主要是在室内被其他线路上的过电压感应。

2.2.3、雷电电磁场

上述两条途径是有型的看到的途径，而电磁场是空间传播的看不到的东西，这里的雷电电磁场是指雷击引起的室内的电磁场，该电磁场使室内的线路感应到过电压，该过电压直接传到设备，该电磁场也可使设备内的PCB板上的线路或器件感应到过电压，使设备损坏。实验表明，设备（包括设备近距离的连接线）处在2.4GS的电磁场中时设备会永久性损坏，设备（包括设备的近距离连接线）处在0.07GS的电磁场中时设备会产生误动作。说到底，雷电电磁场的危害最终还是使设备及线路感应到过电压。对于电力系统来讲，电力建筑物内的钢筋（当作引下线用）、变电站布线层内进出高压场地的各种线路都是雷电电磁场的产生源。2.24、地反击

当变电站或线路遭受雷击后，雷电流会经避雷装置流人接地网，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设备反击而损坏设备。

从安全及运行稳定等角度来考虑，电气设备必须接地，如果雷击时，设备的接地线路为高电位，而设备的某处因某种原因为低电位，则地线对设备上该点的电位差全部由设备承受，这实际上是地线对设备某点的过电压，该过电压也是轻则使设备加速老化，重则直接将设备损坏。这里必须说明的是，地反击是设备接地线路对设备某点的电位差，如果，设备不存在低电位点则不存在电位差，单是地线高电位只能说是“水涨船高”，没有电位差也就没有过电压（在电磁学里，电位差称电压），当然设备也就不会损坏。单独的一台设备与外部没有任何导体连接时为高阻状态，此时，设备接地线为高电位，也不会存在电位差。一般来讲设备接地线高电位对设备外接的配电线路、通信线等有电位差。说到底，地反击实际上是地线与电源等线路之间产生了过电压。对于电力系统来讲，因采用共用接地方式，不存在地与地之间反击，但地线对电源线、通信线之间是存在反击的,这也相当于电源与通信线引入雷电。

3.2.1直击雷防护现状

①接闪器：整个变电站四个角设有四枝避雷针，主控室的楼体为钢筋混凝土结构，装有避雷带、避雷网做接闪器，符合GB50057-94建筑物防雷设计规范中的要求。

②引下线：变电站主控室采用楼体的主体钢筋作为引下线，符合符合GB50057-94建筑物防雷设计规范中的要求。

③接地网：变电站主控室的的接地阻值在0.3 左右，符合GB50057-94建筑物防雷设计规范中的要求。

3.2.1感应雷防护现状

参照相关标准，弱电系统均无防感应雷措施，具体分析如下：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。

（二）屏蔽

屏蔽指的是采用屏蔽电缆、各种人工的屏蔽箱、盒、法拉第屏蔽笼和各种可利用的自然屏蔽体来阻挡、衰减施加在电子设备上的电磁脉冲干扰，需强调的是屏蔽体外壳必须有效接地，进入屏蔽室的各种电源线、信号线都必须采取有效的电磁脉冲隔离和高频电磁波滤波装置过滤，否则一根来自干扰源环境中未经过滤波器或隔离的导线，都将使屏蔽笼失去屏蔽作用。

一般来说，为减少外界雷电电磁干扰，通信机房及通信调度综合楼的建筑钢筋、金属地板构架等均应相互焊接，形成等电位法拉第笼。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。

（三）分流与隔离

分流的主要作用是把可能的直击雷用接闪器经多根分散的接地引下线直接连到接地装置，将雷电流分流散入地下，以免在每根接地引下线上流过过大的雷电流以及周围产生的强大电磁场造成大的干扰。由接地引下线将直击雷的雷电流有效引入地下，而非窜入弱电设备工作区域。需要强调的是，建筑物顶部各种装置（如微波接收器等）的外壳都应与主接地引下线或接地带呈放射性连接，且设备的外壳不应有串接之处，前者是避免雷电流在非接地引下线上产生强感应电位，而后者是避免雷电流串入设备后造成设备损坏，为保证散流效果，接地引下线要有足够的面积，特别要防止接地引下线中途腐蚀断裂或中途串有设备。要经常性对接地引下线及地网进行测量和检查。

对于不同接地网之间的通信线宜采取防止高、低电位反击的隔离措施，如光电隔离、变压器隔离等。在电力调度通信综合楼内，需另设接地网的特殊设备，其接地网与大楼主接地网之间可通过击穿保险器或放电器连接，可用地电位均衡器或220V低压氧化锌避雷器（箱），通流容量应大于10kA，残压不超过1.5kV。以保证正常时隔离，雷击时均衡电位。

（四）限幅

在过电压可能侵入的所有端口，设置必要的保护装置。在弱电系统的信号出入线上装设多级防雷保护装置，将侵入弱电系统的冲击过电压抑制在系统允许的程度内。并且，各种低压防雷器但应遵循接线尽量短的原则，直接装于被保护的电路点上。

电源线路侵入波过电压可能是电源配电线路遭直击雷，也可能是空间雷电电磁脉冲在电源配电线路上感应的过电压。对于变电站站用低压电源线路或220V直流电源线路侵入波过电压应按照电源分级保护、逐级泄流原则，进行四级防雷保护设置，采用三相电源防雷箱、单相交直流防雷器、防雷插排等防护措施，在电源进入弱电设备前，全面限制电源线路侵入波过电压。

对于装置之间到通信管理机485通信控制线、到调度及后台通信控制线、载波高频通信电缆、电话线等信号线路防雷采用全面拦截原则，分别采用控制信号防雷器、过电压保护器等相应的防雷设备。当信号线路感应到过电压产生过电流时通过信号浪涌保护器将电流泄放到大地，从而达到保护后端设备的目的。

①配电系统：电力线是雷电进入电子设备的主要途径，变电站站内用电进入主控室和载波机房的配电系统必须采取安全、可靠的防雷保护措施，在九江妙智变电站站内总交流配电屏、直流总馈电柜、站内后台机的UPS配电都没有安装电源浪涌保护器，只有在通信机房内的—48V直流电源前厂家配了德国DEHN直流48V的保护器。

②通信系统：通信信号线是与外界实现通信联系的主要途径，这些与外联系的通信线路与机房的终端设备相接，如果是架空敷设的，刚遭受雷击的概率非常大。变电站主控室的通信系统主要有：载波线、GPS天馈线、RS485信号控制线、RS232信号控制线、CAN网电缆连接到10KV馈线测控、RS422连接到后台监控主机电缆、电话拨号音频与MODEM相连接线，以上的连接电缆会受其它线路相互感应的影响，较易感应到电流，感应雷电的几率较大，没有安全、有效的防雷保护措施。

③交流采样、开关量回路：TV和TA二次线从户外高电压场引入到主控室的各种二次设备，没有防雷保护措施，极易从一次系统感应雷击。还有开关场的开关量经直流220V或48V引入到保护装置和监控后台机，提供开关，刀闸等开关量给保护装置和监控及五防使用，该引线较就易感应到雷电流，感应雷电的几率较大，无有效的防雷保护措施。

④地电位反击：变电站主建筑采用共地方式，不存在地与地之间的反击而损坏弱电设备。

4、二次系统：

是由继电保护、安全自动控制、系统通讯、调度自动化、DCS自动控制系统等组成的系统。二次系统是电力系统不可缺少的重要组成部分，它是实现人与一次系统的联系监视、控制，使一次系统。能对一次设备进行监察，测量，控制，保护，调节的补助设备，称为二次设备。测量表计绝缘监察装置控制和信号装置继电保护及自动装置直流电源设备高频阻波器

(一）电力二次系统，包括电力监控系统、电力通信及数据网络等。

（二）电力监控系统，是指用于监视和控制电网及电厂生产运行过程的、基于计算机及网络技术的业务处理系统及智能设备等。包括电力数据采集与监控系统、能量管理系统、变电站自动化系统、换流站计算机监控系统、发电厂计算机监控系统、配电自动化系统、微机继电保护和安全自动装置、广域相量测量系统、负荷控制系统、水调自动化系统和水电梯级调度自动化系统、电能量计量计费系统、实时电力市场的辅助控制系统等。

（三）电力调度数据网络，是指各级电力调度专用广域数据网络、电力生产专用拨号网络等。

（四）控制区，是指由具有实时监控功能、纵向联接使用电力调度数据网的实时子网或专用通道的各业务系统构成的安全区域。

（五）非控制区，是指在生产控制范围内由在线运行但不直接参与控制、是电力生产过程的必要环节、纵向联接使用电力调度数据网