简论发电厂、变电站通信系统高电压区域的确定及其影响因素

熊芳瑜 叶平

摘 要：本文通过分析影响发电厂、变电站电力通信系统高电压危险区域范围大小的要素，来精细确定电力通信系统高电压危险区域的大小，为工程技术人员采取切实有效的高电压防护技术提供必要的支撑，以减少设计/施工的盲目性。

关键词：影响 电力通信系统 高电压 危险区域 要素

近年来，随着经济建设和电力科技的飞速发展，电力通信系统应用日益广泛，重要性不断增强，电力通信设备的集成水平和信息化程度也在不断提高。由于这些系统和设备耐过电压能力低，诸如电力故障和雷击产生的高电压侵入所产生的电磁效应、热效应会造成通信电缆和设备干扰或永久性损坏。因电力系统通信设备/线缆遭受高电压侵袭（例如雷击）造成停電的经济损失是相当惊人的。因此，电力通信系统对各种途径产生的高电压而造成的灾害的防护问题就显得越来越突出。

要做好发电厂/变电站电力通信系统的高电压防护，就必须弄清楚其高电压危险区域的大小，然后才能决定通信系统的布线方式和设备的安装地点。本文将依据国际/国内相关技术标准，例如IEEE367-2002和CECS341：2013，提出电力通信系统高电压危险区域的计算方法，并重点分析影响危险区域大小的要素，以便较好地确定危险区域的范围大小，为工程防护实践提供技术支撑。

一、 基本概念和规定

1、危险区域DZ（Danger Zone）

是指发电厂/变电站接地网为中心，与其周边不同距离处，由特定相等电位的点构成等电位线所围成的高电位区域。

2、280V危险区域边界线

由280V等电位点组成的等电位线，其构成危险区域的边界线。

3、通常，通信系统的过电压保护器的动作电压在280V左右；同时，当地点位<280V时，方便通信设备作接地处理。基于上述原因，可将280V等电位线作为危险区域边界线。

图1.在不均匀土壤中的等电位线所构成的危险区域

二、发电厂/变电站电力通信系统高电压危险区域范围的计算方法

根据国内国际有关规范标准，例如IEEE367-2002和CECS341：2013《电力通信系统防雷技术规程》，结合我国的具体情况，现提出如下计算公式，供参考：

设L（m）为发电厂/变电站接地网几何中心点到地电位为U的点的距离；i为通过大地返回发电厂/变电站接地网的故障电流（A）；ρ为土壤平均电阻率（Ω·m）；η为直流偏置因素，由电力工程技术人员根据X/R的比值确定，典型取值可参考IEEE 67-2002；K为季节系数，取1～1.8不等（与土壤电阻率的变化有关），详见表1；Φ为发电厂/变电站接地网面积等效直径（m）。则：

1、当L≥ Φ时与任一电位对应的距离

L= ………

2、当L< Φ时与任一电位对应的距离

L=

= ………

注：当发电厂/变电站发生故障时，产生的高电压电位梯度是随距离变化呈指数衰减。

三、影响发电厂/变电站电力通信系统高电压危险区域的主要因素。

根据本文计算公式和，我们可以从中分析影响发电厂/变电站电力通信系统高电压危险区域的要素主要包括如下几个方面：

1、发电厂/变电站地网尺寸的大小。若地网面积越大，则Φ值越大，那么当其他变量不变的情况下，L将越大；反之，则L越小。

2、电力系统的X/R值。通常情况下，电力系统的X/R值越大，则η值越大，那么当其他变量不变的情况下，L将越大；反之，则L越小。电力系统X/R比值与系统纯电感和电阻的放电时间常数成正比，若放电时间常数越大，则X/R值越大，若放电时间常数越小，则X/R值越小。

3、流经大地的总故障电流 。 值的大小与发电厂/变电站接地网的阻抗密切相关。在保持地电位U不变的情况下，降低接地网的阻抗将增大故障电流 ，这将导致危险区域的扩大。那么，影响发电厂/变电站接地网阻抗变化的因素有哪些呢？经分析，这些影响因素主要有：接地装置网格数量。根据实践经验，接地装置网格超过16个以后，其接地阻抗变化不大。土壤电阻率 的变化。降阻剂等化学添加物的使用。④接地网面积的大小。

4、平均土壤电阻率 的大小。土壤电阻率 的取值是相当复杂的，其不仅随土壤的类型变化，且随温度、湿度、含盐量和土壤的紧密程度而变化。

通常土壤有若干层，层与层的 是不同的。虽然土壤电阻率存在横向变化，但在大多数的情况下，土壤电阻率 主要是深度 的函数：

=

因此，在求取土壤电阻率的平均值时，既要考虑其横向变化，但主要考虑其纵向变化。

5、季节变化系数K。电厂/变电站接地网的接地阻抗的大小受土壤电阻率 的影响，而 则受季节变化的影响，因此，不同的季节，电厂/变电站电力通信系统危险区域（L）会有所不同。具体的季节变化系数K的取值详见表I。

综上述，当发电厂/变电站因电力系统接地故障或发生雷击而产生高电压危险区域的确定方法是相对繁琐的，且其影响因素众多，因此，在具体的工程实践中，应根据电力/通信设备的运行状况，搜集相关数据修正本文所介绍的危险区域的计算方法，以获取更为精确的危险区域的范围大小，为工程实践提供支撑。