接地方式对变电站自动化系统产生的影响探究

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  【摘 要】 本文主要集中论述了接地方式对变电站自动化系统的影响,具体论述了接地方式的不同种类,及其可以对变电站自动化系统造成的各种影响,以期通过分析可以为变电站的接地方式提供参考。
  【关键词】 接地方式;变电站;自动化系统,影响
  一、前言
  对于变电站来说,其接地的方式并非可以随意,不同的接地方式可以对变电站的自动化系统造成不同的影响,所以,必须要有针对性的进行接地方式的选择。
  二、变电站基本接地方式
  按照实际用途来分,变电站的基本接地方式有工作接地、防雷接地、防静电接地以及保护接地四種,因此变电站的接地方式是否合理至关重要。这四种接地方式的布局是否科学合理,对人身设备乃至整个区域电网都会产生影响。
  1 、工作接地方式
  工作接地,又称配电系统接地,是指在TT和TN-C-S系统中能够使电路和设备符合既定的运行要求的接地方式。工作接地的主要形式包括主变压器中性点和站用变压器中性点的接地。中性点直接接地形式通常被类似110RV—H220kV的大电流接地系统所采用,系统中的变压器中性点往往存在直接接地运行和不直接接地运行的情况。如果系统遭遇雷电或者电压超过频率,变压器中性点会运行不接地模式。而对于系统内中、低压侧有电源上网的情况,变压器中性点则采用直接接地的运行方式。220kV系统变压器中性点采用直接接地和间隙避雷针保护相结合的运行方式。
  2、防雷接地方式
  变电站中的防雷接地,是指当变电站遭遇雷电袭击时,把雷电通过装置引入大地,从而保护系统不被损害的方式。原理是避雷器的其中一端与变电站的设备相接,另一端垂直连接地装置。一旦发生雷击,避雷器直接吸收大量雷电,电流经过接地网和接地装置流入大地。变电站的接地网铺设取决于水平接地体。水平接地体和垂直接地体存在互相干扰的情况, 110kV—220kV的变电站可使接地网与垂直接地极相连接。
  3、防静电接地方式
  防静电接地是变电站静电防护的关键一环。变电站现有的微机装置抗静电干扰能力较弱,因此设计适用于变电站的防静电接地至关重要。在防静电接地方式中,所有防护设备都处于同一个相等的电位接地网上。
  4、保护接地方式
  保护接地,也称安全接地,就是将平时不带电的绝缘金属结构部分通过导线与接地装置可靠相连接的一种安全接地方式。保护接地一般适用于中性点不直接接地的配电变压器系统中,确保设备因为绝缘失败而产生漏电时不会引入或危及整个电网。根据保护对象的性质来划分,变电站内部的设备可分为一次保护接地和二次保护接地。一次保护接地设备包括变压器中心,高压配电设置以及高压电缆外皮等;二次保护接地设备包括二次绕组互感器、低压配电装置、控制屏、二次配置箱以及低压配电金属外壳等。
  三、变电站综合自动化系统介绍
  自从结构模式提出来之后,变电站综合自动化系统两大瓶颈的问题得到了解决(开放式变电站的综合信息的管理与不同协议IED并网),可以根据具 体情况灵活配置自动化系统,来满足不同的类型变电站需求。如对于不同信息管理层中的网络操作系统,可以选择Novell网、UMX网和NT网,而且 IBM05/2系统有可能经过网管设备来实现战备的多网并存。例如对信息管理层现场总线来说,可以选择Pro Fxaus、BIT Bus、 Lo Nwo RKs、eAN、MooBus/Rtu等。另外,对于二次设备的控制层既可以选用基于单片机中的专用的保护设备,又可以选择通用可编程程序逻辑 控制器(Programable Logic Controller, PLC)设备。
  对变电站的综合系统的标准4层结构的划分,实际上是采用一种模块化功能设计的思想,软件和硬件都可做到通用化以及模块化。并且设计的思想分工 明确、网络信息交换合理、设计思想结构简明清晰,根据各种类别的变电站中的一次接线,可以实现各种系统的配置,这是一种以信息管理与智能设备为核心的变电 站的二次回路的优化整体设计方法。所要求的是对整个系统各设备遵循IS0、IEEE与IEC等有关的国际标准。二次设备的控制层通过接入全开放式总线网 络,可以增减硬件、方便更换,还可以加强各个节点的独立性与自治性;信息管理层是通过工程师工作站、服务器等计算机来组成LAN,这方便和其它网络系统进 行网络互联。由此可知,系统可靠性越高,开放性与可维护性就越好。
  变电站自动化系统主要功能
  变电站自动化系统主要的功能有:
  1、微机的保护功能
  包括母线保护、一次或多次重合闸功能、电容器保护、变压器保护、低周减载、备用电源自投等
  2、数据的采集
  模拟量与采集状态量。
  (一)模拟量的采集
  采样各个进出线回路功率与电流值、各段的母线电压;电网相位和频率等电量的参数以及变压器的压力、瓦斯值以及温度等非电量的参数。目前多数电量的参数普遍采用交流采样在自动化系统当中,对电压互感器以及电流互感器所提供的参数进行直接的采集,常规的变送器的A/D变换的方式仅用于对非电量的参数进行采集。
  (二)状态量的采集
  包括变压器分接头位置、接地刀闸状态、隔离开关状态、断路器状态等,此类信号多数采用光电隔离的方式中的开关量中断的输入。采用双位置节点进行的采集对于一些关键的状态量,用00、11来表示两个状态,确保能准确的来反映短路器的位置,可以防止继电器的触点的抖动和失效所引发的状态的错误报告。
  (三)对时间的记录以及故障的录波
  事件的记录包括保护性的动作序列的记录,以及开关的跳合的记录,事件的分辨率一般为1—3ms,可以存放100个时间的记录顺序。一旦出现故障,像短路的故障,可以把故障的前100ms与故障后的波形,便于事故的分析。   四、接地方式影响变电站自动化系统总论
  1、接地方式的重要性概述
  自变电站自动化系统正式投入使用以来,在改进了旧电站系统的种种缺陷,提高了生产性能的同时也碰到了很多问题,据相关资料显示:雷击等各种外部因素的影响,在不同程度上造成了设备的损坏和影响,严重的危及着设备和人身的安全。例如,广西西湾曾在2002年遭遇雷击,烧毁了电站保护装置,阻碍了电站的正常运行,电站内部主机、接口等设备不得不进行重装。另外,灵峰变电站在2007年遭遇的雷击更是直接烧毁了电站的主控部分,给电站带来了很大的损失。通过分析以上案例我们发现,变电站自动化系统之所以遭遇雷击的主要原因是选用了不恰当的接地方式。从近几年的数据资料上来看,接地方式对变电站的正常运行起着越来越重要的作用,对防止变电站信号中断、死机卡机以及提高变电站运行速度有着积极的影响。
  2、变电站问题及对策分析
  变电站自动化系统在运行过程中遭遇的问题主要来源于两部分:二次弱电和一次电源。存在于二次弱电部分的问题主要是网络通信的堵塞,而存在于一次电源部分的问题是雷电袭击。这两类问题均可以通过改变接地方式解决。
  (一)网络通信阻塞
  通过现场排查,我们可以这样解释网络通信堵塞的原因:在初步安装调试中,分属不同装备的地线是直接接地的,这种单独的接地方式不是把分属不同装置的网卡由一个点连接到一起来一起接地的。与旧电站相比,变电站自动化系统拥有一个特殊的弱电系统,该弱电系统使用低电平,所以,要想防范由低电平引起的电流干扰,在接地时要按照规范的接地原则来设计接地过程。
  网络通信阻塞问题带来的直接后果就是烧毁二次弱电部分,改变接地方式可以把网络通信阻塞的问题减轻到最小化。通过将接地方式进行分离,先进行局部的分装,最后再进行总体的统装,然后将统装起来的网络连接进行电流环流的中断调试,降低了电源电流的数值,避免了网络通信阻塞,在抗干擾能力上使得变电站自动化系统有了安全保障,电流运行平稳,变电站更加安全。
  (二)雷电袭击问题
  经过分析知道雷电是经过安装在变电站避雷针上的照明灯的电源进入到变电站电力系统中从而使得地网电位升高,引起烧毁现象。针对以上问题,可以通过下面的措施预防:利用绝缘子隔离架空地线与龙门架,从而使变电站自动化系统得到最大限度的保护。
  五、抗干扰分析和措施
  1、一次系统接地。一次系统接地的主要目的是防雷击、保安全的,它能够尽可能的减低高频率瞬变电压的幅值,尤其是使得地网中的各个点的瞬间变压电位差减少,以及避免地网中的瞬间变电压的升高。在进行一次系统的接地时要注意以下的几个方面:外面的架空地线不可以直接的连接到变电站的主要接地网中,以此避免瞬间变化的电流引起低电位的升高;设备的接地线要直接连接于地网导体的交叉处;避雷针等避雷设备要采用2根以上的接地线,并且要使接地网络更加的紧密,避雷针等避雷设备的电阻要充分的考虑自动化系统对接地的要求;增加变电站的各个设备的接地处的网络互连线;变电站的变压器的高压侧和低压侧要安装金属氧化物的避雷设备。
  2、二次系统的接地。二次系统的接地一方面是为了保证工作人员的安全和变电站内的设备的安全而安装的接地;另一方面是为了保证变电站的自动化系统的正常运行避免其他干扰而安装的接地。对于这一部分的接地要遵守以下的几点要求;要尽可能的较少阻抗;由于变电站是由多个电子器件构成的,所以要将各个电子器件的接地线连接在一起,使它们通过一点与接地网安全的连接起来;各个接地网点的电位要尽可能的保持一致。
  3、隔离措施。一是在变电站内监控系统设备和自动化设备的电源很容易受到变电站内的交流电的影响,所以,安装隔离变压器和滤波器是避免干扰的最有效的方法。因为安装滤波器能够尽可能的简短使滤波器之前的电源进线。二是为了有效的避免电网的低频正常状态下的干扰,可以通过在线式UPS给监控机供电,利用电力系统的专用逆变电源来给自动化系统供电。三是变电站自动化系统是一个复杂的系统,其各个子系统间的联系是非常紧密的,为此必须在串口通信的接口处安装一个数字化光电隔离以保证设备本身的安全。四是当对二次回路进行布线时,要尽可能的隔离,以减少互感耦合,从而防止互感耦合的干扰。要尽可能的使控制电缆远离高压母线或电缆,减少平行布线的长度。同时,避雷针和避雷针的接地点、电容式电压互感器等都是高频率电流的入地点,所以,在设计安装时要使控制电缆尽量的离开他们,减少耦合干扰。
  六、变电站接地装置的运行与维护
  1、做好接地引下线的防腐工作防止接地引下线受腐蚀的方法有多种,最基本的做法是涂防锈漆或镀锌。但是,这在一定程度上并不能够完全解决装置腐蚀的问题。我们还可以采取一些比较特殊的防腐措施,如:对于酸性土壤可以在接地体的周围洒上适当的石灰,以提高土壤的ph值,降低酸性。另外还可以在接地引下线靠近地面10-20cm处套上绝缘管,以防止其受到腐蚀。
  2、解决地网的断裂、断点的问题要保障变电站接地装置的安全运行问题,就必须解决地网的断裂、断点问题。对于接地装置的连接线必须焊接牢固,有色金属接地线不能焊接时,可用螺栓连接。利用各种金属构件、金属管道等作为接地线时,应保证其全长为完好的电气通路。利用串联的金属构件、金属管道作接地线时,应在其串接部分焊接金属跨接线。
  3、解决接地装置的电阻值不符合要求的问题如果接地装置的电阻值过高时,我们就必须要适当地采取一些降阻措施,来保证设备的正常运行。首先,我们可以依靠增加接地体的数量以及长度来加以解决。其次是将接地体周围的土壤换成电阻率相对较低的黑土或者是黄粘土等方式。
  4、做好接地装置的相关检查由于接地体在运行时,因为外力或者腐蚀的影响会发生损坏,直接影响着变电站设备的正常运行和工作人员的人身安全。因此,我们必须对接地装置进行定期的检查和实验,来确保装置的安全、稳定。首先,保证每年整体的检查一次变电站的接地装置,并根据实际情况,对接地装置的运行情况进行2-3次的检查。尤其注意在雨季来临的时候,各防雷设备的接地装置更是要经常性的进行检查。移动式、手持式电气设备的接地线,在每次使用前都要进行检查。
  七、结束语
  总而言之,接地方式的选择已经成为了影响变电站自动化系统的一个重要因素,所以,今后变电站接地方式的选择一定要更加的科学和合理,以提高变电站自动化系统的运行效果。
  参考文献:
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