发电厂、变电站电涌保护器配置探讨

陈政　陈亮

摘要：电涌保护器是近年来新型的防雷装置之一，是保护电子信息系统安全、完善综合防雷体系的重要手段。本文介绍了发电厂、变电站电涌保护器的选择、配置原则，具备工程实用意义。

关键词:电涌保护器防雷发电厂变电站

中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2012)06(c)-0048-02

随着我国经济的高速发展,各类信息设备、电子计算机、精密仪器、数据网络设备的应用越来越广泛,此类设备一般工作电压低、耐压水平弱、敏感性高、抗干扰能力差,因而极易受到雷电电流脉冲的危害。国内相关领域越来越重视对此类系统的保护,多个有关电涌保护器的标准已经颁布。

电涌保护器是一种新型的防雷装置,是保护电子信息系统安全、完善综合防雷体系的重要手段。在国内一些行业,如金融、电信、机场等行业已经得到了较广泛的使用,电涌保护器在信息系统电源防雷保护上发挥了明显的作用。在电力行业,在一些经济较发达地区较早使用了电涌保护器,如广东电网在2007年初就发布了其企业标准:《广东电网变电站二次系统防雷接地规范》。该企标对电涌保护器的设置做了较详细的论述。为了适用形势的发展,国家能源局颁布了电力行业的相关规程——DL/T5408-2009《发电厂、变电站电子信息系统220/380V电源电涌保护配置、安装及验收规程》。近年来,为了提高发电厂、变电站运行的可靠性,电力行业使用电涌保护器的情况日益增多。

1 电涌保护器原理简介

电涌保护器(SPD):英文全称是surge protective device,其译意为电涌保护器,是限制雷电反击、侵入波、雷电感应和操作过电压而产生的瞬时过电压和泄放电涌电流的器件。

供电系统电涌的来源分为外部(雷电原因)和内部(电气设备启停和故障等)两种。

雷击对地闪电可能以两种途径作用在低压供电系统上。直接雷击:雷电放电直接击中电力系统的部件,注入很大的脉冲电流。发生的概率相对较低。间接雷击:雷电放电击中设备附近的大地,在电力线上感应中等程度的电流和电压。

内部电涌发生的原因同供电系统内部的设备启停和供电网络运行的故障有关:供电系统内部由于大功率设备的启停、线路故障、投切动作等,都会带来内部电涌,给用电设备带来不利影响。

间接雷击和内部电涌发生的概率较高,绝大部分的用电设备损坏与其有关。所以电源防浪涌的重点是对这部分电涌能量的吸收和抑制。对于低压供电系统,电涌引起的瞬态过电压保护,采用分级保护的方式来完成。从供电系统的入口开始逐步进行电涌能量的吸收,对瞬态过电压进行分阶段抑制。SPD正常发挥效用的前提是将电涌电压引起的电涌电流以最短的途径通过等电位系统接地。电源线、信号线、金属管道等都要通过等电位连接导体或电涌保护器进行等电位连接,各个局部等电位连接排互相连接,并最后与主等电位连接排相连。

2 发电厂、变电站电涌保护器配置原则

电涌保护器的配置应符合综合防雷的原则,并与其他各种防雷措施紧密配合,力求做到安全可靠、经济合理。电涌保护器的选择应与电源系统的接地方式相配合。电涌保护器的配置不是一个孤立的系统,是综合防雷里的一个子系统。

考虑到安全可靠、技术先进、经济合理的原则,在进行电涌保护器的选择、配置前,应该进行雷击风险评估,当无法计算得到所需数据时,可按照如下原则配置。

2.1 大(中)型发电厂宜装设电涌保护器的位置

1.220/380V侧动力中心(PC)母线进线段、保安母线段;

2.安装有电子信息设备的电源入口处;

3.交流不间断电源(UPS)220/380V侧的电源入口处。

冲击电流及标称放电电流参数宜按A级选择。

2.2 小型发电厂应装设电涌保护器的位置

1.220/380V侧动力中心(PC)母线进线段;

2.安装有电子信息设备的电源入口处;

3.交流不间断电源(UPS)220/380V侧的电源入口处。

冲击电流及标称放电电流参数宜按B级选择。

2.3 35kV以上变电站宜装设电涌保护器的位置

1.所用变压器220/380V侧母线进线段;

2.监控用计算机交流不间断电源(UPS)220/380V的电源侧。

冲击电流及标称放电电流参数宜按B级选择。

2.4 35kV及以下变电站应装设电涌保护器的位置

1.220/380V所用电母线进线段;

2.220/380V馈线母线段。

冲击电流及标称放电电流参数宜按C级选择。

电涌保护器的种类很多,性能也存在差异。主要分为三种类型:电压开关型、电压限制型、复合型。其中复合型电涌保护器由开关型元件和电压限制型元件串联或并联组成。其特性随所加电压的特性可以表现为电压开关型、电压限制型或二者皆有。

考虑到发电厂及变电站的重要性,一般选择泄漏电流小、无续流的串联型复合式电涌保护器。在选择配电线路电涌保护器冲击电流及标称放电电流时可以经过评估计算后确定或按照表1选用。电压保护水平Up与受保护设备耐压水平对应。

标称放电电流In:流过SPD具有8/20波形的电流峰值。用于Ⅱ级试验的SPD分级以及I级、Ⅱ级试验的SPD的预处理试验。

冲击电流Iimp:由电流峰值Ipeak和电荷量Q确定,其试验应根据动作负载试验的程序进行,是用于I级试验的SPD分类试验。

电涌保护器在电力行业使用时间不长,目前运行中的状态有待进一步总结。大(中)型发电厂、变电站的屏蔽接地等防雷措施比较完善,故电涌保护器的配置应按照实际情况分级选择。

电涌保护器的安装要求:电涌保护器应安装在被保护设备电源线路的前端。带有接线端子的电涌保护器与导线连接时应采用压接,带接线柱的电源保护器宜采用线鼻子与接线柱连接。为了保证工程质量,采用压接方式较好。从电涌保护器保护侧接至需要保护的电子设备(ITE),其线路应短且加屏蔽。电涌保护器的连接导线最小截面宜符合表2的规定。

3 结语

发电厂、变电站的防雷是一个复杂的综合性工程。我国虽然已经引入了IEC有关标准作为建筑物雷击防护水平和风险评估的标准,但其评估方法复杂,工程上难以应用。交流低压电源系统电涌保护使用电涌保护器时只有正确地选择、配置、安装才能使其达到预期的效果,使保护方案成功地付诸实施。发电厂、变电站的电涌保护器配置应对照DL/T5408-2009:《发电厂、变电站电子信息系统220/380V电源电涌保护配置、安装及验收规程》来执行,该方法简明扼要,是符合工程实际应用的。实际应用时也可参照GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》、CECS174:2004《建筑物低压电源系统电涌保护器选用、安装、验收和维护规程》相关规定。