电能计量联合接线盒防雷措施设计

王 上 马练哲 彭 昕 周笛青

国网上海嘉定供电公司

0 引言

电力工作人员为了便于带电校验、测试、更换电能仪表，为不影响其他表计的正常工作，通常采用电能计量联合接线盒进行连接。联合接线盒就是指试验端子，是《电能计量装置检验规程》中规定用于测试的接线端子。采用联合接线盒可以减少电压、电流互感器等设备的使用数量，节约成本，便于电能表的校验和调试，方便现场工作人员的操作。联合接线盒在电力系统电测计量线路中，起到了连接和隔离的作用，有效地防止接线差错，提高测量的准确性，得到了广泛的应用[1]。

电子技术的飞速发展，计量表计也逐步更新了电子式设备，如电子式电能表、电子式互感器等。电子器件的发展，使电子计量表计向集成化、小型化、高速化方向不断发展，但这些电子器件的耐受过电压、过电流和抗雷电电磁冲击的能力较弱。雷电过电压会造成测量表计不能正确工作，影响电能参数计量精度，甚至损坏计量表计[2]。本文对电能计量表设计了一种防雷击措施，可以有效预防因过电压而对电能表造成的损坏。

1 电能计量装置遭雷击的途径及损坏机理

雷电是一种常见的自然现象，它既有高渗透性的高频成份，也有高能量的低频成份[3]。雷电过电压根据形成过程的不同，可以分为直击雷过电压和感应雷过电压两种。雷电对电气设备的损坏主要有两种方式：一种是雷直击输电线路或电气设备引起的设备损坏；另一种是雷击输电线路地面附件设备时，由于电磁感应引起的过电压而损坏设备。同时，雷电波沿输电线路入侵发电厂或变电所，也会对其中设备造成威胁。

相关统计表明，电能计量表遭受雷电直击而损毁的概率很低，更多的是雷电电磁感应造成的损坏[4]。如，雷电电磁感应的过电压通过电源线或金属管线传导至电能表，会造成其损坏。雷电直击线路或在线路上耦合感应产生过电压可以达到几百千伏。当雷电过电压产生时，沿传输线路到电能表计装置，如果电压幅值大于电能表最大耐受电压时，便会导致电能表损坏[5]。此外，雷电产生时，所带来的瞬态电磁场，会以电磁辐射的方式传播到周围空间。电能表的电子元器件对电磁脉冲较为敏感，容易造成元器件输出波动，甚至永久损坏［6］。

雷击造成的过电压，不管是直接击中，还是间接击中，都会造成电能表装置损坏。即使没有造成电能表的当场损坏，但遭受雷电过电压冲击后，其内部的某些电气器件性能也会受到一定程度的影响，也会使电能表整体性能受到影响，造成计量的不准确和不稳定。因此，采取针对性的防雷措施，可以起到保护电能计量表的作用，或者延长电能计量表的安全使用周期。

2 电能计量装置的一般防雷措施

电力系统是一个庞大的网络系统。电网上工作使用的各类电子式电能表多达数亿，每逢春夏雷雨多发季节因雷击损坏的电能计量装置不计其数。统计表明，夏季的一次雷击就有可能造成一个供电台区所辖区域的数千只电能计量表同时损坏，不仅带来很大的经济损失，也给运行维护增加了很多工作量。电能计量装置的防雷措施十分必要。目前，电能计量装置通常从以下方面进行防雷保护。

2.1 合理安装防雷装置

电能计量装置本身不具有抗击雷电能力。按照国家规定，建筑物要安装相应合理的防雷设备，同时还应当按照电子计量装置的特点和性能，采取特殊的措施进行重点防护。增设电能计量装置的防浪涌保护系统，利用浪涌保护装置把过电流导入地下，保障电能计量装置的安全运行。

2.2 合理设置接地系统

接地系统就是把设备与电位参照点的地球作电气上的连接，对地保持一个低的电位差。接地装置是由埋入土中的金属接地体（角钢、扁钢、钢管等）和连接用的接地线构成。防雷接地是用来将雷电流顺利泄入地下，减小过电压，保障人身和设备的安全。防雷接地装置性能好坏将直接影响到被保护设备的耐雷水平和防雷保护的可靠性。室内的电能计量装置接地线和建筑物的接地线汇流，静电接地、绝缘接地、防雷接地和安全保护接地连接在一起，对接地电阻进行定期的测量，保证接地电阻值在规定水平，最大限度地保障电能计量装置的安全运行[3]。

2.3 完善线路进线段保护

线路进线段保护是指在邻近变电所1～2km的一段线路上加强防雷措施。运行经验表明：变电所的雷电入侵事故约有50%是由雷击变电所1km以内的线路引起的；约有71%的雷击是由3km以内的线路引起的。由于电能计量装置接于线路一端，一旦发生雷电入侵事故，电能计量装置必然会受到冲击。因此，要保护电能计量设备，线路进线段加强保护是很重要的。

3 电能计量联合接线盒防雷和接地措施设计

电能计量装置的一般防雷措施虽然可以有效减少雷电冲击给电能计量装置带来的损坏，但不能完全解决问题。现在的电能表一般采用电子式电能表，通过联合接线盒进行电能计量。电能计量装置如果通过电能计量联合接线盒连接防雷击过电压的避雷器，可有效解决电能计量装置使用过程中遇到因雷击过电压而造成的损毁问题。

电能计量联合接线盒防雷和接地措施工作原理示意如图1所示，在联合接线盒与电能表之间接入防雷击过电压的避雷器。三相避雷器及连接地网的导线，通过三刀双掷开关连接到接线盒的U2（A相）、V2（B相）、W2（C相）三个接线端子。

图1 工作原理示意图

电能表正常工作状态时，线路电压互感器通过联合接线盒端子U1、V1、W1与电能表连接；处于校验或检修状态时，通过9个连接片的位置调整，使电能表与互感器隔离开来，即电能表与互感器断开连接。

当电能表处于工作状态时，三刀双掷开关位于2-4-6位置，联合接线盒电压端子连接到避雷器，起到防雷作用。电能表正常工作时，如果线路受到雷击，线路过电压通过互感器、联合接线盒电压端子传导到避雷器引起放电，起到保护电能表的作用。

当电能表处于校验或检修状态时，三刀双掷开关位于1-3-5位置，联合接线盒电压端子连接到接地网，起到防触电作用。电能表在联合接线盒处于校验状态时，电压接线端子最上面的端子已与电压互感器二次侧断开，此时将最上面一个端子接地，起到接地保护的作用。电能表在校验或者更换的过程中，如果发生误操作，起到防护电能表和操作人员的作用。

4 结论

电能表是用于电能计量的装置。目前，电子式电能表广泛应用于电力系统。联合接线盒的使用给电能表的现场校验和更换带来了方便，也得到了普遍应用。电能表遭受雷击过电压冲击时，容易使电能表损坏。本文利用联合接线盒的接线端子，设计了一套防过电压措施：利用三刀双掷开关位的位置变化，对电能表处于工作状态、校验或检修状态遭受的过电压进行有效防护。电能计量联合接线盒防雷和接地措施具有工程应用价值。