1.1 雷电通过低压电源系统产生的干扰
雷电经由低压电源系统对微机保护和综合自动化系统产生干扰是最为常见的,产生的危害也较大,往往造成系统电源模块损坏。其途径大都是雷电活动时,雷电波沿线路侵入变电所,有时,由于雷电幅值较低不足以使线路或母线避雷器动作,或在避雷器动作时或动作后残压通过变压器的电磁感应耦合到低压侧,使低压电源系统产生雷电过电压或强电源浪涌 ,传输到系统的过电压有时甚至达上千伏。由于大多数变电站在低压电源系统没有过电压保护措施,雷电过电压得不到有效限制,就会在低压电源系统中的绝缘薄弱处造成击穿。微机系统的电子元件是绝缘的薄弱环节,而电源模块又首当其冲,所以往往造成电源模块击穿、损坏。另外,雷电过电压还会造成计算机“死机”保护拒动,或造成微机保护程序错误,使保护误动,影响供电可靠性,使事故扩大。
1.2 雷电流入地时造成的地电位干扰
在接地体附近冲击电位的梯度比工频电位的梯度大。这是因为冲击电流通过接地体时,接地体附近的阻抗区除有与工频电流相似的电阻分量外,由于磁场和集肤效应的作用,还包括了较为显著的与频率有关的电阻和电感分量 。离开接地体较远处,由于电流通过的地层截面增大,后一分量所占的比例显著减小,因而地面冲击电位分布和工频电位分布相似。当雷电流经构架避雷针、避雷线或避雷器的接地引下线进入变电所的接地网,再经接地网流入大地时,会造成接地网的局部电位升高,地网附近的电缆沟内往往有二次保护、计量、通信、控制等低压电缆,如因接地的局部电位升高超过一定数值,严重时会向二次电缆反击,形成灾难性的事故。接地网的冲击电压干扰通道主要有:
(1)互感耦合。当二次线附近的接地体流过雷电流时,会通过互感耦合在二次线上产生干扰电压。干扰电压的大小与雷电流的大小及雷电流的流通通道和二次线的距离有关。当雷电流通过接地引下线流人大地时,会在周围空问产生很强的电磁场,这时会在二次线上产生感应电压。互感愈大,感应电压就愈大。当防雷接地引下线与设备的接地引下线靠近时,感应电压与接地线上电压几乎相等,这时对设备的威胁很大。如果设备的外壳或引线靠近设备接地引线,而设备的引下线和防雷接地引下线的距离增大时,将出现反击。为防止反击,设备应离开防雷接地引下线,设备的接地引下线应用绝缘导线。
(2)电容耦合。在有些情况下可能会导致孤立金属部件与引下线或某一接地部分间的电场增强到发生击穿的程度,而金属环路中感应出危险电压的情况经常出现。但总的来说,这种危险只出现于陡度大的雷电流波头部分,而持续的时问不会超过1~ 2 s,感应电压的大小与环路的尺寸及距离雷电流通过的导线远近有关。
(3)电磁耦合。在雷电流通过变压器、电压互感器等设备时,由于电磁感应的作用会在二次线圈上感应出危险的雷电过电压,这个电压会对微机系统或计算机监控设备造成严重的危害,如烧坏监控模块,击坏计量、控制保护等设备。最为严重的是反应在微机保护等弱电系统的电源上。
1.3 变电所附近雷电活动时感应过电压干扰雷电对微机保护和综合自动化系统的干扰还有静电感应和电磁感应,如雷电在变电所附近活动时,雷云所带强电场会以静电感应方式在二次回路上感应出很高的感应电压;雷云向避雷针或附近地面突出物放电时,还会由于电磁感应的作用,在二次系统中产生感应过电压。这种干扰方式所带来的后果与雷云距变电所远近和雷电活动的强弱有关,一般情况下会使保护功能紊乱,严重时会损坏计算机系统的元器件。
2 变电所弱电系统防止雷电干扰的措施
2.1 完善低压电源系统的防雷保护措施
因雷电通过低压电源系统对计算机等弱电系统的危害较大,因而低压电源系统的防雷保护特别重要。发生低压雷害事故的变电所的低压电源系统大都没有防雷保护措施。为防止低压电源系统的雷害事故,应采取如下防雷保护措施:
(1)在所用变压器的低压侧装相应电压等级的氧化锌避雷器进行保护。
(2)在微机保护和综合自动化装置的电源前边串接隔离变压器进行隔离,并加装对地电容进行雷电波的吸收。
(3)在微机保护和综合自动化装置的电源前边串接浪涌吸收保护器进行保护。
2.2 改善接地网的冲击电位分布,防止地电位干扰(1)降低接地网的接地电阻,限制地电位升高,特别是要在构架避雷针、避雷器下增加垂直接地极和放射状的水平接地,以降低其冲击接地电阻,防止雷电流入地时造成的局部地电位升高向二次电缆反击。
(2)改善冲击地电位分布,限制局部电位升高。在设计接地网时应尽量采用方孔地网,以改善地面电位分布,对方孔地网的网格大小要从地电位分布均匀考虑,防止局部电位升高。在电缆沟内要设置接地带,在电缆沟附近要设最与电缆沟平行的水平均压带,以防止地电位不均对二次回路的干扰。接~ 地网表面的地电位分布要满足接触电压和跨步电压的要求。
2.3 完善二次回路及计算机系统的屏蔽,防止感应雷干扰
(1)对控制室要加强其电磁屏蔽,防止雷电活动时产生的静电干扰和雷电释放时造成的磁场干扰对计算机系统的影响。
(2)对变电所二次电缆要使用屏蔽电缆,防止雷电活动时在二次回路上产生感应过电压或静电感应