水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)雷電防護(hù)改造

程 林

(國(guó)電大渡河新能源投資有限公司富水水力發(fā)電廠，湖北 黃石 435000)

水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)雷電防護(hù)改造

程 林

(國(guó)電大渡河新能源投資有限公司富水水力發(fā)電廠，湖北 黃石 435000)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在發(fā)電廠廣泛應(yīng)用，發(fā)揮著越來(lái)越大的作用，提高其抗雷電性能是提高系統(tǒng)可靠性的重要環(huán)節(jié)。結(jié)合實(shí)際，提出了提高計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)雷電防護(hù)的具體改造措施，經(jīng)實(shí)施后取得了一定的成效。

水電廠；計(jì)算機(jī)監(jiān)控；雷電；防護(hù)

0 引言

目前，由于科技水平的提高以及計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)的逐步成熟，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)已在發(fā)電廠得到了大量的應(yīng)用，這對(duì)提高發(fā)電廠的自動(dòng)化水平以及運(yùn)行靈活性起了很大的作用，可以說(shuō)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是發(fā)電廠的“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”。然而，一般發(fā)電廠都比較重視計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備選型、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通訊方式以及軟件功能等，卻容易忽略計(jì)算機(jī)監(jiān)控的雷電防護(hù)。

水力發(fā)電廠皆建于依山傍水之地，處于雷擊頻繁的環(huán)境，幾乎每年都要遭受雷電的危害。雷電嚴(yán)重威脅著水力發(fā)電廠各種電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。近年來(lái)，國(guó)電大渡河新能源富水電廠曾多次發(fā)生因雷電造成廠用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的電源模件、開入開出模件故障以及微機(jī)溫度巡檢/保護(hù)裝置故障，造成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)部分癱瘓，影響了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2011年，富水電廠對(duì)歷年來(lái)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的雷害原因進(jìn)行分析、研究，找出了切實(shí)可行的防止雷電危害的措施，并對(duì)該廠的低壓電源系統(tǒng)、二次等電位接地銅排網(wǎng)系統(tǒng)、二次電纜屏蔽等進(jìn)行了改造。2012年，該廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)沒(méi)有發(fā)生類似上述的雷害故障。

1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)雷擊故障原因分析

富水水力發(fā)電廠采用國(guó)電南瑞公司生產(chǎn)的SSJ-3000型水電站EC2000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，于2006年投入運(yùn)行。該系統(tǒng)采用基于Windows?NT操作系統(tǒng)的全分布開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，共分為2層：主控級(jí)(電廠級(jí))和現(xiàn)地控制LCU單元層，主控級(jí)和現(xiàn)地控制單元經(jīng)光纖快速以太網(wǎng)相連。

現(xiàn)地控制單元(下位機(jī))LCU由MB系列PLC和觸摸屏構(gòu)成，共有4套，其中：LCU1、LCU2為機(jī)組現(xiàn)地監(jiān)控屏，LCU3為公用裝置監(jiān)控屏，LCU4為開關(guān)站現(xiàn)地監(jiān)控屏。由于該廠開關(guān)站現(xiàn)地監(jiān)控屏控制室外開關(guān)站設(shè)備，因而成為遭受雷擊故障的重災(zāi)區(qū)。

1.1 雷電通過(guò)低壓電源系統(tǒng)危害監(jiān)控系統(tǒng)

雷電通過(guò)低壓電源系統(tǒng)入侵計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，是最為常見(jiàn)的危害形式，其產(chǎn)生的危害也較大,往往會(huì)造成微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的電源模塊損壞。如2008年7月，該廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的開關(guān)站現(xiàn)地監(jiān)控LCU屏的電源模件因雷擊而損壞，導(dǎo)致開關(guān)站現(xiàn)地監(jiān)控LCU屏退出運(yùn)行，該廠大部分開關(guān)、刀閘只能現(xiàn)地操作。

此次雷電故障的原因?yàn)椋寒?dāng)雷電波侵入時(shí)，由于雷電幅值較低，不足以使線路或母線避雷器動(dòng)作，或避雷器動(dòng)作后的殘壓通過(guò)變壓器的電磁感應(yīng)耦合到低壓側(cè)，使低壓電源系統(tǒng)產(chǎn)生雷電過(guò)電壓，并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。由于該廠低壓電源系統(tǒng)沒(méi)有過(guò)電壓保護(hù)措施，雷電過(guò)電壓得不到有效限制，造成低壓電源系統(tǒng)中的絕緣薄弱處被擊穿。而計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的電源模塊又首當(dāng)其沖，所以造成該廠開關(guān)站現(xiàn)地監(jiān)控LCU屏電源模塊的擊穿、損壞。

1.2 感應(yīng)過(guò)電壓通過(guò)二次傳輸線路危害監(jiān)控系統(tǒng)

雷電對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的危害還有靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)或互感耦合。如雷電在發(fā)電廠附近活動(dòng)時(shí)，雷云所帶的強(qiáng)電場(chǎng)會(huì)以靜電感應(yīng)的方式在二次回路上感應(yīng)出很高的感應(yīng)電壓；雷云向避雷針或附近地面凸出物放電時(shí)，還會(huì)由于電磁感應(yīng)的作用在二次電纜中產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓；當(dāng)雷電流經(jīng)避雷針、避雷線或避雷器的接地引下線進(jìn)入發(fā)電廠的接地網(wǎng)，再經(jīng)接地網(wǎng)流入大地時(shí)，會(huì)造成接地網(wǎng)的局部電位升高，也會(huì)通過(guò)互感耦合在接地網(wǎng)附近的電纜溝內(nèi)的二次電纜上產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓。上述感應(yīng)過(guò)電壓傳輸?shù)接?jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，往往會(huì)造成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開入、開出模件損壞。

如2009年6月，該廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的開關(guān)站現(xiàn)地監(jiān)控LCU屏的開入、開出模件因雷擊而損壞；2010年8月，該廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的開關(guān)站現(xiàn)地監(jiān)控LCU屏的開出模件因雷擊而損壞，導(dǎo)致該廠開關(guān)、刀閘在微機(jī)監(jiān)控上不能正常顯示，只能在現(xiàn)地操作開關(guān)、刀閘。

此2次雷電故障的原因?yàn)椋河捎诶纂娨鸬撵o電感應(yīng)、電磁感應(yīng)或互感耦合，在該廠開關(guān)站現(xiàn)地監(jiān)控LCU屏至開關(guān)站的二次控制電纜上感應(yīng)出感應(yīng)過(guò)電壓，而該廠部分二次控制電纜不是屏蔽電纜，或是屏蔽電纜卻沒(méi)有正確接地，造成感應(yīng)過(guò)電壓入侵該廠開關(guān)站現(xiàn)地監(jiān)控LCU屏的開入、開出模件，導(dǎo)致開入、開出模件擊穿、損壞。

2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)防雷技術(shù)措施

在水電廠中，一次設(shè)備的防雷措施一般在電廠建設(shè)時(shí)就考慮得比較全面，相應(yīng)的技術(shù)也已比較成熟。這里僅探討計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等弱電設(shè)備的防雷技術(shù)，并針對(duì)雷電對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的危害原因，提出在低壓電源部分、開入開出信號(hào)部分以及接地部分應(yīng)采取的措施。

2.1 低壓電源部分

對(duì)于低壓電源部分，應(yīng)裝設(shè)以下3級(jí)保護(hù)：(1)?在廠用變壓器的低壓側(cè)或低壓母線上裝設(shè)相應(yīng)電壓等級(jí)的氧化鋅避雷器進(jìn)行保護(hù)；

(2)?在低壓母線與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)屏之間的配電箱內(nèi)加裝避雷器保護(hù)器；

(3)?在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)屏的電源前端加裝浪涌吸收保護(hù)器進(jìn)行保護(hù)或加裝隔離變壓器進(jìn)行隔離。

其中，選擇合格合適的避雷器至關(guān)重要。

2.2 二次回路部分

對(duì)于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開入、開出、信號(hào)等二次回路部分，應(yīng)采取以下措施：

(1)?二次回路電纜采用屏蔽電纜，盡可能與強(qiáng)電電纜分開排放，屏蔽層在室外、室內(nèi)兩端可靠接地。由于鎧甲電纜容易銹蝕，不建議采用；

(2)?監(jiān)控裝置屏外殼要可靠且正確接地，以防止附近的雷電感應(yīng)；

(3)?監(jiān)控系統(tǒng)的開入、開出、信號(hào)等模件應(yīng)能在高靜電、高噪音環(huán)境下安全運(yùn)行，具有足夠的抗雷電干擾措施。

2.3 接地部分

為了防止雷電導(dǎo)致接地網(wǎng)附近的電纜溝內(nèi)的二次電纜上產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓，應(yīng)采取以下措施：

(1)?接地網(wǎng)的接地電阻應(yīng)在規(guī)定范圍之內(nèi)，接地銅排接地截面積≥100?mm2；

(2)?應(yīng)合理敷設(shè)接地銅排網(wǎng)，且確保各個(gè)接地裝置的泄流分支通道能迅速泄流；

(3)?設(shè)備的外露導(dǎo)電部位應(yīng)進(jìn)行等電位連接，等電位連接導(dǎo)體截面應(yīng)符合規(guī)定要求。

3 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的防雷電改造

經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析研究，該廠于2011年對(duì)低壓電源系統(tǒng)、二次等電位接地銅排網(wǎng)系統(tǒng)以及二次電纜等進(jìn)行了改造，取得了一定的成效。

3.1 廠用母線安裝相應(yīng)電壓等級(jí)的氧化鋅避雷器

該廠開關(guān)站現(xiàn)地監(jiān)控LCU屏的交流電源取自廠用400?V母線，而該廠廠用400?V母線上沒(méi)有裝設(shè)防雷電裝置，且開關(guān)站現(xiàn)地監(jiān)控LCU屏的電源前邊也未串接浪涌吸收保護(hù)器，所以只要雷電通過(guò)低壓電源系統(tǒng)入侵,?開關(guān)站現(xiàn)地監(jiān)控LCU屏的交流電源回路就會(huì)受到威脅，相應(yīng)的交流電源模件就會(huì)被雷擊而損壞。

該廠于2011年在廠用400?VΙ，Ⅱ段母線上裝設(shè)了相應(yīng)電壓等級(jí)的氧化鋅避雷器，經(jīng)過(guò)1年多的運(yùn)行，開關(guān)站現(xiàn)地監(jiān)控LCU屏的電源模件以及其他監(jiān)控、保護(hù)裝置未受到雷擊干擾。為確保安全可靠，該廠準(zhǔn)備在全廠監(jiān)控、保護(hù)、勵(lì)磁等裝置的交流電源前邊串接浪涌吸收保護(hù)器進(jìn)行保護(hù)，或在電源前邊串接隔離變壓器進(jìn)行隔離,并加裝對(duì)地電容進(jìn)行雷電波的吸收。

3.2 對(duì)全廠的二次等電位接地銅排網(wǎng)進(jìn)行改造

為防止雷電流經(jīng)避雷針、避雷線或避雷器的接地引下線進(jìn)入發(fā)電廠的接地網(wǎng)時(shí)，在接地網(wǎng)附近的電纜溝內(nèi)的二次電纜上產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓，該廠對(duì)全廠接地網(wǎng)的接地電阻進(jìn)行測(cè)量，對(duì)全廠接地網(wǎng)的接地銅排網(wǎng)進(jìn)行更換改造：

(1)?對(duì)每塊屏或端子箱制作安裝 3?mm×40?mm銅排；

(2)?銅排用小絕緣瓷瓶固定在屏體或端子箱底部，確保接地銅排與地之間的絕緣；

(3)?將屏內(nèi)或端子箱內(nèi)的屏蔽電纜的屏蔽層接至接地銅排；

(4)?各接地銅排用軟銅電纜首尾相連形成環(huán)網(wǎng),軟銅電纜及接地銅排接地截面積≥100?mm2，但保護(hù)控制屏、就地端子箱、本體端子盒內(nèi)的交流供電電源的中性線(零線)不允許接入二次接地銅排網(wǎng)；

(5)?各二次等電位銅排網(wǎng)，應(yīng)使用截面不小于100?mm2的軟銅電纜與主接地網(wǎng)可靠連接。

3.3 微機(jī)監(jiān)控現(xiàn)地監(jiān)控LCU屏至室外的二次電纜采用屏蔽電纜

為防止雷電活動(dòng)通過(guò)靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)在二次電纜上產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓，該廠準(zhǔn)備將全廠監(jiān)控、保護(hù)等設(shè)備及室外的二次電纜全部更換為屏蔽電纜，并將屏蔽層接地。由于受到實(shí)際運(yùn)行條件的限制，目前只能采用逐步更換的方式進(jìn)行，爭(zhēng)取在2年內(nèi)全部更換完畢。

3.4 購(gòu)買易損壞模件的備品備件

為防止特殊情況發(fā)生，以及確保計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)安全可靠，該廠還同生產(chǎn)廠家聯(lián)系，對(duì)易損壞的模件，購(gòu)買相應(yīng)的備品備件。當(dāng)遇到模件損壞時(shí)，及時(shí)進(jìn)行更換。

4 結(jié)論

當(dāng)前，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在水電廠雖然已普遍應(yīng)用，但由于投資、設(shè)計(jì)等原因，許多電廠對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的雷電防護(hù)有所忽略。雖然計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)備是按照嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的；但事實(shí)上，由于水力發(fā)電廠的特殊地理原因，監(jiān)控設(shè)備因雷電而受損的幾率較大，而且往往一個(gè)關(guān)鍵元件受損，可能會(huì)給水電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)極大的危害。因此，有必要采取有效的雷電防護(hù)措施，來(lái)保護(hù)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備，確保電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1?解廣潤(rùn)．電力系統(tǒng)過(guò)電壓[M]．北京：水利水電出版社，1991.

（

2013-07-02；2013-08-30）