智能集抄高精度防雷设备的研发与应用研究

（国家电网漳州供电公司 福建省 漳州市 363000）

摘 要：本文分析了现阶段智能集抄设备防雷措施及效果，找出智能集抄系统的防雷薄弱点，进而提出了针对集抄系统的防雷思路与方案，将集抄系统防雷工作划分内外区域防雷，强雷区和弱雷区防雷，信号接口和电源接口防雷等多级防护方式，通过集合式防雷设备的合理配置，实现智能集抄系统的高精、高效防雷。

关键词：集抄系统；防雷；多级防护；集合式防雷设备

一、引言

随着智能集抄设备的不断发展、设备投资费用不断增加，电网对智能集抄业务的依赖性越来越高，智能集抄的的安全性、可靠性顯得越来越重要，智能集抄设备属于微电子的弱电设备，其耐过电压冲击的能力很弱，而由电源线、信号传输线、地线侵入的雷电冲击波强度却很大[1]。通过电源线、信号传输线引入的雷电感应冲击大电流，足以使许多微电子设备遭受不同程度的损坏，并危及人身安全，造成巨额的直接经济损失，甚至会导致局部电网的瘫痪，重要数据丢失，间接经济损失不可估量。

雷电造成的智能集抄设备损坏、数据丢失和工作瘫痪将是灾难性的。即使雷电流强度不足以打坏设备，频繁的雷电冲击也会大大的缩短电子设备的寿命。智能集抄遭受雷击损坏已成为影响电网业务正常开展、安全运行的重要因素。

二、智能集抄设备防雷现状

2.1雷击集抄系统危害方式

2.1.1雷击电力线对集抄系统的危害

由于集抄设备与电力线相连，而电力线暴露于户外，容易遭受雷电直接袭击，因此雷电由电力线入侵电子设备是雷击危害集抄系统的主要方式：

1）雷电远点袭击电力线，从发电线引入智能集抄系统；

2）雷电近点电力线的侵入，所谓雷电近点袭击电力线，实际上是雷电袭击引起的雷电电磁脉冲的保护问题；

3）错相位雷害，即一个高能量雷打在一条电源线上，而另一个低能量雷打在另一条电源上，线线之间就会产生一个电压差，侵入设备。

因此，堵死雷电由电力线入侵电子设备，应该从远点雷击、近点雷击和错相位雷击三种雷击现象入手，实施全方位的保护，才能在发生雷击时，有效的保护设备。

2.1.2雷电侵入集抄设备的方式

不论是直击雷还是感应雷，到达智能集抄设备都可归纳为从以下4个部位侵入的雷电浪涌：

1）外壳端口。可以把集抄系统系统视为一个整体的外壳，如传感器、传输线、信号中继、现场仪表、DCS系统等，它们都有可能完全暴露在环境中受到直接雷击，造成设备损坏。

2）信号线端口。为实现集抄信号与控制中心的连接，连接部位，如过程控制系统的信号交接端的总配线架、数据传输网的终端、微波设备到天线的馈线口等等，那么这些从外界接收信号或发射信号出去的接口都有可能受到雷电浪涌冲击。

3）电源端口。分布最广泛也最容易感应或传导雷电浪涌的部位，从配电箱到电源插座这些电源端口可以处在任何位置。

4）接地端口。在雷电发生时接地端口有可能受到地电位反击、地电位升高影响，或者由于接地不良、接地不当使地阻过大达不到参考电位要求使设备损坏。

综上所述，智能集抄系统的防雷，除做好雷电直击电力线造成的集抄系统损坏工作外，还要重点考虑四个关键的端口的防雷措施，如图1。

2.2集抄系统防雷措施现状

目前，用于配电线路的集抄电表，因设备内部有大量的微电子元器件，其耐雷水平远远低于配网线路自身的耐雷水平，一旦遭受雷击，元器件损坏极其严重，并可导致线路系统性跳闸，存在极大的雷击风险。

一般集抄电表的防雷，是通过在电源、信号采集端口进行SPD过电压防护实现的，对于较小雷电的感应雷，具有良好的防护效果。但由于没有良好的较大功率雷电能量处理通道，一但较强的雷电侵入，集抄电表将被雷电击穿，并导致线路跳闸[2]。

三、智能集抄一体化高精度集合防雷设备

3.1集合防雷设备的研究思路

3.1.1集抄系统集合防雷设备研究思路

针对上述集抄系统防雷措施现状，集抄电表防雷措施仅对电源端口和信号端口进行SPD过电压防护，对于较大功率的雷电侵入，包括SPD及集抄电表都将被击穿。对于外部电力线雷击防护方案中，通常没有考虑集抄系统附近电力输电线路重点防直击雷措施，而是从输电线路其他方面进行考量，并进行针对性的防护措施。因此，集抄系统的防雷设计一直以来都是外部和内部分开进行，并未系统地进行综合设计，防雷效果没有从根本上解决。

集抄系统集合防雷设备采用“疏”、“堵”相结合的方式，用多层次的防雷电系统升级已有防雷系统，通过直击防护、系统部署、多层设防、加强接地的措施，并扎实做好外壳、信号、电源、接地四个重点端口的雷电防护，进行多级防雷设计，将集抄系统雷击危害概率降到最低。

3.1.2集抄系统集合防雷设备设计方案

设置一个专用的防雷组合设备，用于隔离线路与集抄电表之间的雷电侵入冲击。集抄电表的采集、控制等信号及电源端口，全部经过防雷组合设备才能与外界连接，确保雷电侵入冲击大幅度降低，有效保护集抄电表。

通过内外双重的防雷方案，解决集抄设备难以解决不同功率雷电袭击的防护问题，不能功率大小的雷电都能防护，同时，不会因集抄设备的雷击损坏导致线路跳闸。

通过内外分级的系统雷电防护措施，解决集抄电表中微电子设备的过电压设备与线路设备绝缘水平差异大的问题，有效保护集抄电表中微电子设备。

3.2集合防雷设备的研究内容

3.2.1系统部署及直击雷防护的研究

首先要对输电线路进行运行情况、地理位置、气候条件、雷电灾害情况进行调查摸底，查找系统的薄弱环节，确定防雷重点位置、区域及对既有防雷系统的再防护重点。

对于集抄系统外部电力线防雷方案的研究，应按照输电线路防雷方案进行研究并规划。具体实施方案如下：

1）对集抄系统外部电力线附近三基杆塔周围环境和雷击特点进行分析，并结合历史雷击数据，找出雷击输电线路薄弱点，进行重点防护。通过增设避雷线、网、带等常规防雷措施，加强雷击防护强度[3]。

2）由于雷电直击外部电力线对集抄系统的危害主要是通过雷电沿电力线传输进入集抄系统并损坏设备。因此，为防止雷电击中电力线并传入集抄系统，采用新型避雷针和避雷器相结合的方式，利用新型避雷针架设塔头，保护杆塔附近电力线不受雷电直击，通过新型避雷针引接至杆塔，通过新型避雷针降低雷电冲击和杆塔接地将雷电流泄放入大地。同时，避雷器进一步防止雷击杆塔远端电力线，在雷电流传入集抄系统前泄放入大地。

通过集抄系统外部防雷措施，避免了大功率雷电进入集抄系统，突破系统内部弱电防雷保护。

3.2.2多级防雷设计的研究

在智能集抄系统、设备的外壳、信号、电源、接地四个防雷薄弱端口，进行有效的多级防雷设计。

经系统外防强过电流装置处理后的信号送入系统内防雷装置，首先经电源/信号变换模块进行电压/信号转换，然后通过箱内防雷装置，确保雷击过电压在信号防雷设备的过电压承受范围以内，如图2。

3.2.3防雷接地设计

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的与大地电荷中和，必然引起局部地电位升高，交流配电地和直流逻辑地将这种高电位引入机房，UPS输出、输入端被击穿，智能集抄设备断口被击穿。这种反击电压少则数千伏，多则数万伏，直接烧坏用电器的绝缘部分。

通过良好的，与原有电力主系统接地一体化的接地设计，将最大程度提供雷击后的能量泄放通道。

3.3集合防雷设备的应用特点

通过上文对集抄系统产生过电压的不同途径分析，会出现多种有害效应，需要给予综合防护。要在智能集抄系统设备上统一安装防雷设备，以便于提高整体抗雷击和过电压的防护能力。

集合防雷设备可广泛地安装于10kV配电网，是一种专门针对10kV配网集抄电表的组合式防雷设备，是防止雷电波侵入集抄电表，防止集抄电表电子元器件损坏甚至造成线路跳闸的新型防雷设备。通过设置箱外大功率防护，首先对大功率雷电冲击进行处理，然后经过箱内功能性和电源、防雷模块的分工雷电防护，實现配网集抄设备全方位、全功率雷电防护。

四、结论

本文论述了一种针对集抄系统的防雷装置，采用多级防雷设计，从大功率雷电冲击到感应雷电冲击实现集抄系统全方位雷电防护。集抄系统遭受雷击损坏，大多是通过电力线传输进入系统，本文采用的组合式防雷设备，从雷击电力线开始就进行有针对的雷电防护，从源头着手，多级防护，实现将雷电危害阻隔在集抄系统外。

参考文献

[1]刘振华，韩冬梅，关亚丽.智能表及集抄终端防雷击措施分析[J].中国电子商务，2014（21）：246.

[2]梁波，邱继超，张拥军.低压集抄系统的防雷击抗干扰措施[J].电世界，2015（4）：198-199.

[3]詹铭，刘捷，曹宁等.高压架空输电线路防雷措施与应用[J].广东电力，2012（25）：95-99，102.

作者简介：林妙玉，国家电网漳州供电公司，363000，电力工程师，从事电力系统工作。