变电站二次系统防雷的等电位技术-最新资料

1、变电站二次系统防雷的等电位技术一、引言 变电站雷击产生高电压，首先是雷电通过避雷针或线路入 侵变电站， 然后使避雷器动作并通过地网下地， 最后引起变电站 地网电位升高。 由于水平地网对雷电的压降， 导致变电站各设备 对地电位不相等， 形成地网电位差， 该电位差通过电源中性点相 当于接地，形成回路，导致反击过电压引起设备损坏。通过线路避雷器的一级保护后可以利用等电位技术在电源 点减小或消除地网电位差对设备的伤害，保护二次系统运行。二、雷击中地网电位差、反击倒灌的产生及危害分析（一）地网电位差的产生 二次设备电源是由变电站所用变压器供给，在正常没有雷 击的时候，各二次设备为电源供给的电压。当发生雷

2、击的时候， 由于各二次设备分布在不同位置， 且设备外壳就近接地， 其接地 点与雷击点产生水平距离， 由于各自距离的不同， 各分布点的电 位则不同， 二次设备接地点与电源点的电位差也不同， 这就导致 地网电位差的产生，如图 1 所示。假设雷击点电位 u 0=100kVA、B、C、D 设备 L1、L2、L3、L4 距离分别是 10m 20m30m、40m。水平地网下降率 n =1kV/m雷击中二次设备接地点会产生比电源点高的电位，而且距 离电源点越远电位差越高。另外，雷电袭击建筑物避雷针、金属顶面、女儿墙的避雷 带时，由引下线将雷电流引入大地。由于大地电阻的存在，雷电 电荷不能快速全部地与大地负电

3、荷中和， 同样也会引起局部地电 位升高。（二）地网电位差产生反击倒灌 雷电袭击避雷针，由引下线将雷电流引入大地，必然引起 局部地网电位升高，使地网通过二次设备向电源产生反击倒灌， 并通过电源影响到全站二次设备，使得二次设备内部绝缘被击 穿。二次设备本体在高电压下击穿，导致二次设备损坏。如图2所示，假设雷电入侵100kV,入侵点到设备处L（20m, 根据水平地网下降率计算设备外壳电位 80kV,而电源输出60kV, 设备外壳与设备电源部分电位差达 20kV，造成反击倒灌。三、等电位技术的原理 解决变电站地网电位差的方法是共用接地系统。在同一建 筑物内，将所需接地系统连到一个地网上， 或者把各系统

4、原来的 接地网通过地下或地上的金属连接起来， 使它们之间形成为电气 相通的统一接地网。 当发生雷击时， 雷电流在各系统上产生的高 电压将同时存在各系统的接地线上， 这样就使各接地线之间不存 在高电位差，基本清除了系统之间的击穿问题 （各系统电位相同， 两点间没有电流， 电位差为零） 。共用接地系统是将交流工作地、 直流工作地、安全保护地、防静电地、防雷接地等共用一组接地 装置。但是共用接地系统不能解决由于雷击产生的瞬时高电压带 来的地网电位差，便引出等电位技术解决雷击情况下地网电位 差。等电位技术就是把变电站内所有的金属物， 如设备、 地网、 电力系统的零线、 自来水管及其金属屏蔽层， 用电气

5、连接的方法 连接起来（含截获可靠的导线连接），使整个变电站成为一个良 好的等电位网络。电气和电子设备的金属外壳、机柜、机架、计 算机直流地、防静电接地、屏蔽线外层、安全保护地及各种 SPO （浪涌保护器等） 接地端均应以最短的距离就近与等电位网络可 靠连接。 等电位连接的目的就是为了防止设备与设备之间、 系统 与系统之间危险的电位差，确保设备和操作人员的安全。四、电源系统使用隔离变压器消除反击（一）隔离变压器原理 隔离变压器的原理和普通变压器的原理是一样的，都是利 用电磁感应原理，通过磁场来传递能量。隔离变压器一般是指 1:1的变压器。初级和次级完全分开（隔离），而且次级不和 地相连。次级任一

6、根线与地之间没有电位差，都是等电位。二次设备用电源通过1:1隔离变压器向二次设备供电， 使 被保护对象的各部位尽可能构成等电位， 从而杜绝电位差对电子 设备造成的损害。如图 3 所示：（二）隔离变压器的作用1.电位浮动：二次设备用电源通过1 :1隔离变压器向二次设备供电。 实现二次设备局部地网电位“浮动”， 利用“水涨船 高”原理消除反击。2. 雷电波隔离：通过隔离变压器初、次级开路的原理对沿 电源入侵的雷电波实现隔离， 被隔离的雷电能量经隔离变初、 次 级的避雷器入地。（三）隔离变压器的安全保护功能图 4 中隔离变压器 T 的一、二次绕组和二次绕组对地间有 高度的绝缘， 二次回路的两根带电导

7、体则是对地绝缘的。 用电设 备M的金属外壳允许与“地”接触， 但不允许与变压器一次侧的 PE线连接或与单独的接地极连接而人为接地。这样就实现了完 善的变压器一、二次之间的电气隔离。如图4所示，当M的带电导线 L1 发生碰外壳短路时， 故障电流 Id 没有返回电源 T 的金属 通道，它只能经非故障导线 L2 对地的微量电容返回电源，这样 Id几乎可忽略不计。设 M与地面间的接触电阻为 RE其值大约 为数百欧姆，则 M对地的故障电压即人体的预期接触电压Ut =Id X RE<< UL （其中，UL为接触电压限制，干燥场所为 50V，潮 湿场所为25V），电击事故将无法发生。PE 线将可

8、能传导来自别处的危险故障电压而在用电设备处 发生电击事故，但在图4所示的电气分隔回路中，由于M不接其 他回路的PE线，这类电击事故也无从发生。 如果图4中L1碰外 壳故障尚未排除，另一导线 L2 又发生碰外壳故障，这时形成的两根导线间金属性短路将使线路首端的过电流保护器 （如图 4 的 熔断器）瞬间切断电源，其后果是设备停止工作而非电击事故。 当发生碰外壳接地故障时，RCD能瞬间切断故障，使人免于一死， 但人体难免有电击的痛楚。 最好的防间接接触电击措施不是在设 备回路安装RCD而是采用电气分隔防电击措施， 遇到这类故障， 人体连麻电的感觉都没有，故它比装RCD更为安全、可靠。五、隔离变压器的

9、工程应用及效果分析110kV 旺田综合自动化变电站位于海拔高度 1000 米处，最 湿月平均相对湿度为 90，设备位于变电站主控楼二楼，分为 主控室、通信机房、载波室，总配电屏位于主控楼的一楼，工作 环境温度为40+70C，相对湿度小于95%，设备的工作频率 为4060H乙根据等电位技术要求，机房内的所有正常不带电的金属导 体（如电缆屏蔽层、金属管道、金属门窗、设备金属外壳等金属 件）采用金属导线作电气连接， 达到减小各个金属体之间电位差 的目的，使机房内所有设备处于一个整体性的等电位系统之中。 同时主控楼地网电阻接地已符合通信机房的接地电阻的规范要 求。旺田变主控室是 3 层楼高，隔离变压器

10、安装在主控室逆变电源整流柜和各盘柜之间，电源和各盘柜的距离在1020m左右。在没有加上隔离变压器前，根据对地网电位差的分析、计算 结果得到 30kV 到 20kV 的电位差， 可以直接损坏二次设备。 在加 上隔离变压器后， 根据隔离变的性能， 二次绕组的两端电压同时 升高，达到地网点位差的高电压。按照等电位的原理，这将不会 产生高电流，只会有隔离变压器一次绕组传递过来的 220V 低电 压，受保护的二次设备可以承受其电压， 这样就保护好二次设备 不会在雷击时由于地网电位升高而对二次设备产生反击倒灌， 保 护设备自身完整无缺， 保证变电站安全运行和节约设备的维护经 费。六、结论 本文通过对变电站二次系统设备防雷等电位技术的研究， 结合对变电站二次系统防雷存在的问题的分析， 提出了“利用等 电位技术 （隔离变压器） 消除避雷器倒灌与反击”的安全防雷理 念。在强调现有变电站二次设备的接地和屏蔽的重要性的同时又 突出现代防雷设备在综合自动化系统防雷上的应用， 措施是有效 的