电力远程抄表系统如何进行雷电防护

麦友发

广东电网有限责任公司珠海供电局 519000

摘要：随着计算机及通信技术的日益提高，我国的电力系统自动化已经深入到配电、用电领域，如何实现电力用户及居民用户的电表远程抄表系统雷电防护问题已引起业内人士的日益关注。针对实践和应用中遇到的若干问题，提出了采用无线、有线、电力线载波等信道或IC卡等介质将多个电能表电能量的记录值（窗口值）的信息集中抄读的系统，远程抄表系统上有电源线路SPD和信号线路SPD两种，电源线路SPD接在开关电源交流侧或开关电源直流侧，信号线路SPD接在流量计RS485信号线上。从而解决了抄表系统雷电防护在通信及数据处理方面的难题。

关键词：电力；远程抄表系统；雷电防护；实践和应用

引言

随着电力系统改革的深入和计算机技术的不断发展，我国电力系统的建设已取得了巨大的进步，供电系统内部由于大容量设备和变频设备等的使用，带来日益严重的内部浪涌问题。我们将其归结为瞬态过电压（TVS）的影响。任何用电设备都存在供电电源电压的允许范围。有时即便是很窄的过电压冲击也会造成设备的电源或全部损坏。瞬态过电压（TVS）破坏作用就是这样。特别是对一些敏感的微电子设备，有时很小的浪涌冲击就可能造成致命的损坏。

一、电力远程抄表系统概述

1、系统概述

集中抄表系统是指由主站通过传输媒体（无线、有线、电力线载波等信道或IC卡等介质）将多个电能表电能量的记录值（窗口值）的信息集中抄读的系统。该系统主要由采集用户电能表电能量信息的采集终端（或采集模块）、集中器、信道和主站等设备组成。集中器数据可通过信道远距离传送到主站或经IC卡等介质集中抄收后输入到主站计算机。居民小区的所有电表首先连接到电表集中器，居民用户的用电数据由复费率电表通过RS485、RS232传到电表集中器，电表集中器通过RS232、RS485、以太网、电话线等透明数据传输终端连接，电表数据经过协议封装后发送到数据网络，数据网络将数据传送至配电数据中心，实现电表数据和数据中心系统的实时在线连接。

2、远程抄表系统防雷保护

标准包括浪涌保护、跨接和接地3部分。浪涌保护器（SPD）也叫防雷器，是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中GPRS设备和流量计的损害。远程抄表系统上有电源线路SPD和信号线路SPD两种，电源线路SPD接在开关电源交流侧或开关电源直流侧，信号线路SPD接在流量计RS485信号线上。

二、远程抄表系统防雷措施和实践

目前市场上电涌保护器都需要在有接地条件的前提下，进行保护后端的设备。根据众多的现场情况做接地很困难，有的地方并不能做接地，所以对于这样的电涌保护器，很难运用现有电涌保护器而导致设备经常遭受雷击损坏。通过近一年多在国网华东片区部分电表采集器进行线间防雷的试点。针对无法做接地的情况下，开发等无需接地的电涌保护器：线间放电二合一电涌保护器（220V电源和485信号），极间放电安装调试；通过近一年多的观察，测试效果良好，被做试点的电表采集器均无遭受雷击，这证明线间保护防雷器应用针对于很小浪涌冲击造成的雷击损坏效果比较好。所以电源防浪涌的重点是对这部分浪涌能量的吸收和抑制。可在用电设备内部电源部分使用一个电源电涌保器，以达到消除瞬态过电压的目的。该处使用的电源防浪涌保护器要求的最大通流量为10KA，要求的限制电压应小于1500V。如果有信号入口的，那也应该在信号线入口处安装相应的信号防雷器。

通过研究，在接地不好的情况下，必须做好屏蔽，同时在设备入口处的线路间安装线间保护防雷器，使得设备线间达到等电位，消除线路间雷击或操作感应产生瞬态过电压，这样可以很好的起到一定的防雷效果。

通过近一年多的观察，测试效果良好，被做试点的电表采集器均无遭受雷击，线间浪涌防雷器应用针对于很小浪涌冲击造成的雷击损坏效果比较好。证明线间保护防雷器应用是可行的。

三、项目技术具体方案及应用效果

1、分析所在地雷电情况：

根据全国雷暴日数，归属于强雷区域范围

参考《建筑物电子信息系统防雷技术规范》：

1.1地区雷暴日等级应根据年平均雷暴日数划分。

1.2地区雷暴日等级宜划分为少雷区、多雷区、高雷区、强雷区，应符合下列规定：

1 少雷区：年平均雷暴日在20天及以下的地区；

2 多雷区：年平均雷暴日大于20天，不超过40天的地区；

3 高雷区：年平均雷暴日大于 40天，不超过60天的地区；

4 强雷区：年平均雷暴日超过 60天以上的地区。

2、综合分析：

a）分析对应地方雷爆日情区，并电能表装至户外，所以单相电能表极易遭雷击损坏。

b）雷击入侵路径分析，根据电表损坏的数量以及次数，我们得出雷击流是通过电源线入侵到单相电能表上；同时根据雷电特性（当电源线有雷击流通过时，就会产生很强磁场，感应到附近电线或信号线，并在附近电线或信号线产品二次感应雷电流）

c）通信信号易遭雷击损坏原因，根据RS485通信标准定义，RS485信号线最大电压不会正负12V，通信时实测<1.0V，属于低压范围，通信芯片的电压是直流5V直流电压，这些特性决定通信方面更容易遭雷击损坏。

3、对应的解决方案：

a）在电能表电源线进线端安装电源防雷器

主要防止从电源线进来雷电流直接进入单相电能表，装上防雷器以后，会将大部分雷电流通过防雷器流到地线上，降低雷电流的电压与电流，从而保护了电能表。

b）在RS485通信线处安装信号防雷器

信号线与电源的距离受到产品及安装的条件限制，当雷电从电源线进来时，肯定会感应到信号线上，所以我们要安装专门用于485信号的防雷器对电能表进行保护

c）电源线与485通信线尽量分开走线，并保持一定距离，距离越大，感应的雷电流越小。

d）为了更有效的保护设备，在发射机总机处做好接地，并将485通信线上的屏蔽线与地线牢固连接。

4、防雷措施应用效果：

1、防止由于雷击或操作引起过电压对电能表和采集器的损害。

2、主要达到的技术指标和功能

序号 指标名称 数值（量） 备注

1

2 电源：Uc

In

Imax

Up

Ures（2.5kA）

数据：Un

Uc

In

Up

Vs 320

5kA

10kA

<1.2kV

<1.0kV

12V

18V

2.5kA

<80V

2M 电源和数据信号合

为一体方便安装和检查。

四、结语

远程抄表系统由于增加了电表接入和电源接入等环节，在电源环节和485信号源环节采用有效的防雷措施，可以有效地減少雷击事故对供电系统和计量表计的危害，确保用户正常用电。减少供电系统的维护，排查等人力，物力的损失。