自动化装置如何提高抗雷击抗干扰

摘要：变电站一次设备接线长，运行时极易接收到雷击过电压，运行时亦将产生各种各样的干扰源，自动化装置极易承受感应雷电压、受干扰大，各种干扰可以通过不同的耦合途径作用到二次系统上，感应雷击电压，产生垃圾信息，还可能导致装置死机，影响运行人员工作，严重时还会引起保护装置误动作和设备损坏。

关键词：变电站；自动化装置；抗雷击

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）31-0136-02

1 原因分析

1.1 内部干扰

自动化设备本身的原因，内部布局不合理，如电路板地线设计小；高压侧电源靠近重要电路，电源电路与重要电路距离不足。电解电容器太靠近发热元件。使用年限久，电子元器件质量下降，如电容容量下降造成滤波性能下降。电子元器件选择不当，如耐热、耐压、过流能力。设计不合理，没有很好隔离措施。设计不够完善，如负载能力弱、余量小。抗干扰措施不完善。

1.2 外部原因

1.2.1 感应雷电压、雷电干扰。变电站附近的雷击地面、建筑物、架空线路和雷雨放电时直接形成或雷电感应形成的过电压或干扰。

1.2.2 设备操作干扰。变电站内断路器等一次设备在投切操作或开断故障电流时，由于感性负载的存在，如接通或断开跳、合闸线圈时产生瞬变干扰。

1.2.3 接地不当引起干扰。

1.2.4 电缆选用及敷设方式不合理。如果未选用带屏蔽层的电缆，并且未采取任何防护措施，信号电缆受到干扰的可能性将大大增加。

1.2.5 一次设备接点不良引起的干扰。一次设备接点打火、抖动或接触不良，二次信号继电器性能不良都会引起信号的误动。

2 制定对策

解决抗雷击抗干扰问题，我们就从解决来自自动化装置内部和外部两方面来考虑。

（1）硬件采取接地、屏蔽、光电隔离、数字滤波、软件陷阱、自检等措施抑制或消除干扰。

（2）采用共接地方式，各个功能不同的设备屏柜接地要求相互连接，达到等电位的目的。装置外壳采用导电箱体，改善设备接地性能和防磁能力。

（3）要对元件老化筛选严格把关，保证其性能的稳定。对于自动化设备超期服役，故障高，给予更换升级。

（4）采用不停电源时宜采用在线式UPS或不停电逆变电源。尽可能利用双电源切换装置，充分利用直流220V作备用供电，以提高电源可靠性。

（5）对于保护和外回路直接相连的部分，应采用光耦回路隔离，实现强弱电的分离。这点对于厂家尤其重要，厂家在设计产品时必须考虑采取这些措施，使自己内部大规模芯片与外界隔离。

（6）在硬件设计布局上熟练掌握各种防雷器件应用。如氧化锌压敏电阻（MOV）、气体放电管（GDT）、瞬变抑制二极管（TVS）各功能、特点。目前我公司系统遥信回路采取的是“常开”接点，接点的接入处有压敏电阻保护，输入端采用光耦回路隔离，通过光耦合的输入端施加电压减少电磁场的干扰。

（7）遥信对象状态的采集方面也有采用双触点遥信的处理方法，就是一个遥信量由两个状态信号表示，一个来自开关合闸接点，另一个来自开关的跳闸接点，“10”、“01”为有效代码，这样就可以增强容错能力，目前我公司采用双触点遥信接点方式。

（8）在软件上对遥信的防抖和消噪进行处理。

在设计和运行管理上：

（1）二次回路选用屏蔽电缆，将控制电缆的备用芯接地，增强屏蔽作用。对于重要电缆沟建议采用闭合型钢板或铁板，以减少通过空间电磁场辐射雷电强电感应雷击干扰。电缆尽可能采用镀锌铁管，而不用塑料类材料。

（2）对于来自电源回路的感应电压及干扰，采用电源滤波器，以消除传导和磁场两种形式的电磁干扰。

（3）对模拟量受到的感应电压及干扰，可以采用静电屏蔽的方法消除干扰。将屏蔽体与大地良好地接触，这样就将强电干扰信号导入大地。

（4）对于接点抖动产生的干扰，必要时采取双接点采集的方式。

（5）保证接地网的良好性，降低感应电压及故障电流引起的地电位升高而引起对设备反击。

（6）对于信号弱电线路防雷设计应用原则：通讯信号传输对防雷器的要求较高，总的要求是不影响数据传输，不断线、不掉包。

（7）主控室应设计统一接地母排，接地母排两端应分别设计相应的接地线，连接到电力主地网上。主控室内各设备屏内也必须设置单独的接地母排，并设置屏保持良好的电气连接。在接地线引入（出）设备的端点处，应设标志牌。

（8）电源线路防雷的设计，对每一种可能存在的雷电感应源，均应考虑保护设计。对于短路原理型防雷，防雷器选择应考虑：在正常状态下，防雷器对地绝缘；当雷电流出现时，应立即对地短路，内阻要小，当雷电流消失后，防雷器要立即恢复为开路状态，避免对正常工作电压造成影响。我对机房电源防雷采用空开加压敏电阻，空开的负载为360伏压敏电阻，压敏电阻接地组成。有空开的好处：一是压敏电阻完全击穿，空开可以跳闸，不影响电源运行；二是要检查压敏电阻方便。

（9）对雷电重灾区，电源线路防雷的设计，可用过压保护器（断开型防雷），在雷电前沿波（峰值360V）来时，切断UPS交流供电，由蓄电池逆变供电，雷电过后，由人工或自动投入交流供电。过压保护器（由本人设计、并经过实践检验家庭可用）：采用漏电保护器和360V压敏电阻组成。压敏电阻，一端接地，另一端接火线，且必须在漏电保护器的输出端处，当雷电前沿波来时电压超过260V，压敏电阻对地放电（漏电），引起漏电保护器跳闸，从而保护UPS及UPS所供负载。如果地线没条件拉，也可以一端接零线（在漏电保护器）输入端前面，另一端接火线，在漏电保护器的输出端。只要电压超过260V，漏电保护器立即跳闸。

2 效果检查

通过努力，对各变电站进行了35kV无油化改造，微机保护装置的接入，接地网的加强（如一次设备采用双引下线接地，中控室采用铜排接地等），实施这些措施后，变电站的抗雷击抗干扰能力明显增强，设备可靠性提高。

对比发现，接地网的良好性是变电站抗雷击抗干扰的一个很重要方面，降低接地电阻，信号和电源的接地采用不共地，引线采用屏蔽线，接地方式采用并联接地，适当增大接地线线径，接地线材料采用铜线，直流地、安全保护地、防雷保护地与交流工作地等分开单独形成一个接地系统，并分别接入不同的地桩等。防止电磁干扰，一方面抑制干扰源，在重要生产场所禁止使用无线电设备等，另一方面切断电磁干扰的传输途径，一般采用屏蔽、隔离、接地、滤波等。另外就是更新设备，这样就在硬件和软件上同时实现提高了抗干扰能力。

例如，我公司六甲电站，穿越高山峻岭，变电站处于石山区，接地电阻高。属于雷害重灾区，我看到30米两根线铜芯花线（原来用于接电话机的、后因雷击，电话被打坏而闲置、线跨架于两栋房子之间）一端未接任何东西。而另一端也未接任何东西，只是接于气体避雷器（避雷器损坏未接任何东西）座上，座上接线点距离接地线一厘米左右。某一天雷电过后铜芯花线对地有放电燃烧痕迹。这充分说明闲空线路感应较高雷电压，线路具有天线样的接收能力。而六甲电站的RTU和载波机及UPS更是经常发生雷电损坏，尤其是RTU，每年都有RTU板雷击损坏。多时一年雷电损坏3次，且发生多次一次性损坏4块板，基本上就是通信板、键盘显示板、CPU板、MODEN板。曾经在UPS交流输入前，用小形环形隔离变压器进行隔离，对抗雷击损坏有一定作用，但所串保险丝易烧毁，所以并压敏电阻易烧毁，后来隔离变压器依就被烧毁。RTU有时还会被打坏。2005年6月进行了接地电阻改造措施，接地电阻，由16欧姆降到4.1欧姆。并增加过压保护电路措施（保护电路如上第8条）。在这两种措施作用下，尽管六甲电站遭遇强雷击：一次发生刀闸伤害；一次发生变压器接线头伤害；RTU一改以往状况，安然无恙。

参考文献

[1] 姚洪平.自动化装置抗干扰措施[J].中国新技术新产品，2008，（14）

[2] 何小勉.电力自动化装置的抗干扰措施[J].中小企业管理与科技，2009，（10）.

[3] 张华，张尖.关于自动化装置受干扰及抗干扰措施的分析[J]，才智，2010，（14）.

作者简介：钟德富（1964—），男，国网福建武平县供电有限公司工程师，研究方向：电力通信自动化技术。