電力自動化設(shè)備浪涌防護(hù)技術(shù)的分析

周雪會

（廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣西南寧 530001）

電力自動化設(shè)備浪涌防護(hù)技術(shù)的分析

周雪會

（廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣西南寧 530001）

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展雖然推動了電力自動化設(shè)備的創(chuàng)新和完善，但電力自動化設(shè)備也有諸多缺點(diǎn)，如雷電的影響不僅會使電力系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障，更會影響整個電力系統(tǒng)的運(yùn)行。本文旨在分析電力自動化設(shè)備出現(xiàn)浪涌的原因和浪涌對電力自動化設(shè)備的危害。針對浪涌產(chǎn)生的原因和引起的危害，探討保護(hù)電力自動化設(shè)備的技術(shù)。

電力自動化；原因；危害；保護(hù)技術(shù)

1 概述

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展推動了各種高科技術(shù)的發(fā)展，特別是進(jìn)入21世紀(jì)之后，電力自動化設(shè)備代替了傳統(tǒng)中的人力操作電力設(shè)備。電力自動化設(shè)備不僅提高了生產(chǎn)速度生產(chǎn)效率，更降低了人力物資的消耗。然而電力自動化設(shè)備雖然有諸多優(yōu)點(diǎn)，但也不乏缺點(diǎn)。如雷雨季節(jié)，電力系統(tǒng)自動化設(shè)備常常會遭受雷電襲擊，輕者導(dǎo)致電力系統(tǒng)自動化設(shè)備出現(xiàn)部分故障，嚴(yán)重者直接導(dǎo)致電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失，更影響人們?nèi)粘Ｉ詈徒?jīng)濟(jì)生產(chǎn)活動。當(dāng)前，浪涌電壓已經(jīng)成為破壞電力自動化設(shè)備的主要原因，如何解決電力自動化設(shè)備浪涌問題，是當(dāng)前電力企業(yè)面臨的主要問題之一，本文在分析電力自動化設(shè)備出現(xiàn)浪涌和原因和危害的基礎(chǔ)上，簡單介紹保護(hù)電力自動化設(shè)備的技術(shù)。

2 電力自動化設(shè)備出現(xiàn)浪涌原因及危害

2.1 電力自動化設(shè)備出現(xiàn)浪涌原因

電力企業(yè)電力自動化設(shè)備出現(xiàn)浪涌的原因主要有兩個：①雷電襲擊導(dǎo)致大功率電器斷開和閉合后形成的操作浪涌；②雷電本身襲擊電子自動化設(shè)備后產(chǎn)生的浪涌。而前者稱之為操作浪涌，后者稱之為雷電浪涌[1]。以下作詳細(xì)介紹：

（1）雷電形成的雷電浪涌包括兩種：①雷電直擊；②雷電感應(yīng)。雷電直擊產(chǎn)生的雷電浪涌往往尖波幅度高，且時間短，低頻率明顯。雷電浪涌雖然在總量浪涌中占比很小，但它的危害卻是最大，很小的雷電浪涌可以直接破壞電子設(shè)備的集成芯片和主板，間接的導(dǎo)致整個設(shè)備控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障。除了影響整個運(yùn)行系統(tǒng)正常運(yùn)行，雷電浪涌襲擊電力設(shè)備之后，也會降低電力設(shè)備的使用壽命。而雷電感應(yīng)指的是雷電襲擊電力設(shè)備后周圍大地的電力線路反應(yīng)，連接電力設(shè)備的電力線路往往會感應(yīng)到不同程度的電壓和電流。

（2）大功率電器斷開與閉合形成的操作浪涌占了浪涌總量的大部分，操作浪涌形成后上升和下降時間都比較長，但電流和電壓值卻往往比較低，操作浪涌如雷電浪涌一樣，除了影響電力自動化設(shè)備中的各項(xiàng)組成期間的使用壽命，也會影響整個電力設(shè)備系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.2 電力自動化設(shè)備出現(xiàn)浪涌的危害

上述已提及自動化設(shè)備出現(xiàn)的浪涌包括兩種：①操作浪涌；②雷電浪涌。操作浪涌占了總浪涌中2/3，而雷電浪涌只占其中的1/3。兩者在總浪涌中所占比率雖然相差明顯，但雷電浪涌和操作浪涌相比，雷電浪涌帶來的危害更加嚴(yán)重。而兩者對電力自動化設(shè)備產(chǎn)生的危害，除了會影響電力自動化設(shè)備相關(guān)器件的使用壽命，更會導(dǎo)致連接在電子自動化設(shè)備線路上的機(jī)器出現(xiàn)故障，嚴(yán)重者會導(dǎo)致整個電路的正常通電。

3 電力自動化設(shè)備浪涌保護(hù)器和浪涌保護(hù)技術(shù)

3.1 浪涌保護(hù)器

在分析電力自動化設(shè)備浪涌保護(hù)技術(shù)之前，首先介紹浪涌保護(hù)器。浪涌保護(hù)器是防護(hù)浪涌電壓對電子設(shè)備產(chǎn)生損害的一種保護(hù)器件。目前常用的浪涌保護(hù)器主要有壓敏電阻、暫態(tài)抑制二極管以及熔斷器。這三種浪涌保護(hù)器的作用方式不同，因而他們的特點(diǎn)也不盡相同[2]。

（1）壓敏電阻具有通流容量大、無續(xù)流等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是容易老化，使用壽命短。當(dāng)壓敏電阻遇到高于它的電壓時，壓敏電阻可以將高于它的電阻變?yōu)榈妥杩?，最后讓巨大的浪涌釋放到大地中，從而保護(hù)電子自動化設(shè)備中的各種組成器件。

（2）暫態(tài)抑制二極管具有反應(yīng)時間快、寄生電容小等優(yōu)點(diǎn)，但是和壓敏電阻相比，其缺點(diǎn)是非線性特性差，通流能力較差。當(dāng)瞬態(tài)電壓發(fā)生，暫態(tài)抑制二極管就會迅速反應(yīng)，耗散大容量浪涌電流，起到保護(hù)電路的作用。

（3）熔斷器和壓敏電阻和暫態(tài)抑制二極管相比，它的反應(yīng)時間長，不適合使用在靈敏度高和電流流通速度快的浪涌保護(hù)中。

但除了以上提及的三種浪涌保護(hù)器，在電力自動化設(shè)備中所采用的浪涌保護(hù)器分為電源保護(hù)型和信號保護(hù)型。電源保護(hù)型用于電源進(jìn)線端口，該保護(hù)器主要防護(hù)浪涌從電源端口入侵設(shè)備；信號保護(hù)型用于調(diào)度中心通道中，其作用為降低浪涌對線路的傷害。

3.2 浪涌保護(hù)技術(shù)

目前用于保護(hù)電力自動化設(shè)備出現(xiàn)浪涌過電壓的保護(hù)技術(shù)主要有三種：①對連接電力自動化設(shè)備的電子線路進(jìn)行保護(hù)；②根據(jù)不同電力系統(tǒng)的浪涌設(shè)計保護(hù)方案；③對電力設(shè)備的終極保護(hù)。三種保護(hù)技術(shù)是逐層上升的，也是逐層加深保護(hù)的，以下作詳細(xì)介紹。

3.2.1 電子線路保護(hù)

連接電力設(shè)備的電子線路往往比較脆弱，在雷電襲擊中也容易破壞，傳統(tǒng)中單獨(dú)使用一個浪涌保護(hù)器已經(jīng)難以達(dá)到全面的保護(hù)效果，為了提高保護(hù)效果，可以在電子線路中使用多個浪涌保護(hù)器，同時，針對電子線路中連接的各種設(shè)備，設(shè)計不同級別的保護(hù)方式。如在一般的電子線路連接中，主要設(shè)計三級保護(hù)方式?？梢詫⑼髂芰Υ蠛蜌垑核捷^低的壓敏電阻器作為一級保護(hù)。將通流能力小但是反應(yīng)時間較快的暫態(tài)抑制二極管作為二級保護(hù)。將響應(yīng)時間長、對單個浪涌沒有反應(yīng)的熔斷器作為三級保護(hù)[3]。通過這三級防護(hù)，可以將雷電襲擊產(chǎn)生的大流量和高能量浪涌最大程度的分流到大地上，使電力自動化設(shè)備免受大流量和高能量浪涌傷害，如圖1所示。

圖1 電子線路保護(hù)原理圖

3.2.2 不同電力系統(tǒng)浪涌的保護(hù)方案

為了降低雷電浪涌和操作浪涌對電子設(shè)備的損害，在工程施工中需要安裝浪涌保護(hù)器。浪涌保護(hù)器能夠起到保護(hù)電力設(shè)備、儀器儀表以及通訊線路的作用。浪涌保護(hù)器的作用原理為：當(dāng)電氣回路或者通信線路遭受外界干擾出現(xiàn)尖端電流或尖端電壓時，浪涌保護(hù)器就會在第一時間內(nèi)引導(dǎo)和疏通分流，起到保護(hù)電力設(shè)備的作用。和以上電子線路的保護(hù)一樣，電力系統(tǒng)的保護(hù)也劃分為三級保護(hù)方式。第一級保護(hù)主要是為了泄放直接雷擊產(chǎn)生的電流，避免直接雷擊產(chǎn)生的大能量對設(shè)備造成傷害。設(shè)計第二級保護(hù)的目的是為了防護(hù)第一級保護(hù)中剩余的浪涌電壓，利用浪涌保護(hù)器將設(shè)備電壓控制在2kV以下。第三級保護(hù)的目的是為了防護(hù)第一級和第二季剩下的浪涌電壓，將剩下的浪涌電壓控制在1kV以下[4]。

3.2.3 電力設(shè)備的終極保護(hù)

以上提到的兩種防護(hù)技術(shù)雖然能避免浪涌對電路設(shè)備的損害，但難以達(dá)到完全保護(hù)的目的。當(dāng)雷電襲擊電子自動化設(shè)備，雷電產(chǎn)生的雷電浪涌和操作浪涌出現(xiàn)后往往是立體的和多渠道的，耦合產(chǎn)生的相線之間浪涌占了總浪涌的6/10，因此，除了以上兩種保護(hù)技術(shù)，在電子自動化設(shè)備保護(hù)中，為了完全的保護(hù)整個電力自動化設(shè)備，還要啟動終極保護(hù)技術(shù)。

但終極保護(hù)技術(shù)的啟動并非適合所有的電力自動化設(shè)備，它對電力自動化設(shè)備要求較高，主要有四個方面。①保護(hù)器能夠應(yīng)對不同程度的浪涌，浪涌引起的電壓是多變的，為了起到終極保護(hù)的作用，浪涌保護(hù)器必須能夠?qū)Σ煌潭鹊碾妷汉碗娏鞣磻?yīng)。②現(xiàn)今的電子自動化設(shè)備往往體積較小，為了將浪涌保護(hù)器安裝在電子自動化設(shè)備中，就要求浪涌保護(hù)器體積足夠小，并且能夠?qū)Υ竽芰康睦擞窟M(jìn)行泄流。③組成電子自動化設(shè)備的集成電路中安裝有多種電子器件，需要每個電子器件之間能相互兼容。同時，若將浪涌保護(hù)器安裝在電子自動化設(shè)備中，就需要浪涌保護(hù)器對電子自動化設(shè)備內(nèi)的各項(xiàng)電子器件都具有兼容性。④浪涌傳播速度快，需要浪涌保護(hù)器的反應(yīng)也快。以上四點(diǎn)，總結(jié)來說，即要求浪涌保護(hù)器具有體積小、通流性能好、兼容性以及反應(yīng)快等特點(diǎn)。

4 結(jié)語

電力自動化設(shè)備浪涌保護(hù)是目前電力企業(yè)面臨的主要問題之一，在長期的實(shí)踐和研究中不難發(fā)現(xiàn)，電力自動化設(shè)備浪涌保護(hù)是一項(xiàng)復(fù)雜且較為困難的工作。而浪涌保護(hù)器是針對浪涌危害而研發(fā)出來的一種器件，將浪涌保護(hù)器使用在電力自動化設(shè)備中、不僅能有效泄放雷電浪涌和操作浪涌，更能起到保護(hù)組成電子自動化設(shè)備的各種器件，防止設(shè)備器件的損害，延長設(shè)備器件的使用時間，從而維護(hù)電力自動化系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

[1]呂宏偉，覃波，付益.直流電源浪涌電流抑制電路研究[J].廣東通信技術(shù)，2016，3（03）：77～79.

[2]王鴻鈺，陸 紅，劉志強(qiáng).浪涌保護(hù)器在電子設(shè)備中的應(yīng)用[J].電世界，2016，11（11）：29～31.

[3]吳夢可.電子自動化設(shè)備浪涌保護(hù)的技術(shù)分析[J].電工文摘，2014，11（5）：56～58.

[4]韓寧寧.防雷電浪涌防護(hù)在低壓供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].價值工程，2014，5（13）：39.

TM76

A

1004-7344（2016）35-0084-02

2016-11-25

周雪會（1981-），女，河北唐山人，講師，碩士，主要從事電力系統(tǒng)動態(tài)仿真及實(shí)時控制和電力系統(tǒng)防護(hù)方面研究。