電能計量聯(lián)合接線盒防雷措施設計

王 上 馬練哲 彭 昕 周笛青

國網(wǎng)上海嘉定供電公司

0 引言

電力工作人員為了便于帶電校驗、測試、更換電能儀表，為不影響其他表計的正常工作，通常采用電能計量聯(lián)合接線盒進行連接。聯(lián)合接線盒就是指試驗端子，是《電能計量裝置檢驗規(guī)程》中規(guī)定用于測試的接線端子。采用聯(lián)合接線盒可以減少電壓、電流互感器等設備的使用數(shù)量，節(jié)約成本，便于電能表的校驗和調試，方便現(xiàn)場工作人員的操作。聯(lián)合接線盒在電力系統(tǒng)電測計量線路中，起到了連接和隔離的作用，有效地防止接線差錯，提高測量的準確性，得到了廣泛的應用[1]。

電子技術的飛速發(fā)展，計量表計也逐步更新了電子式設備，如電子式電能表、電子式互感器等。電子器件的發(fā)展，使電子計量表計向集成化、小型化、高速化方向不斷發(fā)展，但這些電子器件的耐受過電壓、過電流和抗雷電電磁沖擊的能力較弱。雷電過電壓會造成測量表計不能正確工作，影響電能參數(shù)計量精度，甚至損壞計量表計[2]。本文對電能計量表設計了一種防雷擊措施，可以有效預防因過電壓而對電能表造成的損壞。

1 電能計量裝置遭雷擊的途徑及損壞機理

雷電是一種常見的自然現(xiàn)象，它既有高滲透性的高頻成份，也有高能量的低頻成份[3]。雷電過電壓根據(jù)形成過程的不同，可以分為直擊雷過電壓和感應雷過電壓兩種。雷電對電氣設備的損壞主要有兩種方式：一種是雷直擊輸電線路或電氣設備引起的設備損壞；另一種是雷擊輸電線路地面附件設備時，由于電磁感應引起的過電壓而損壞設備。同時，雷電波沿輸電線路入侵發(fā)電廠或變電所，也會對其中設備造成威脅。

相關統(tǒng)計表明，電能計量表遭受雷電直擊而損毀的概率很低，更多的是雷電電磁感應造成的損壞[4]。如，雷電電磁感應的過電壓通過電源線或金屬管線傳導至電能表，會造成其損壞。雷電直擊線路或在線路上耦合感應產(chǎn)生過電壓可以達到幾百千伏。當雷電過電壓產(chǎn)生時，沿傳輸線路到電能表計裝置，如果電壓幅值大于電能表最大耐受電壓時，便會導致電能表損壞[5]。此外，雷電產(chǎn)生時，所帶來的瞬態(tài)電磁場，會以電磁輻射的方式傳播到周圍空間。電能表的電子元器件對電磁脈沖較為敏感，容易造成元器件輸出波動，甚至永久損壞［6］。

雷擊造成的過電壓，不管是直接擊中，還是間接擊中，都會造成電能表裝置損壞。即使沒有造成電能表的當場損壞，但遭受雷電過電壓沖擊后，其內部的某些電氣器件性能也會受到一定程度的影響，也會使電能表整體性能受到影響，造成計量的不準確和不穩(wěn)定。因此，采取針對性的防雷措施，可以起到保護電能計量表的作用，或者延長電能計量表的安全使用周期。

2 電能計量裝置的一般防雷措施

電力系統(tǒng)是一個龐大的網(wǎng)絡系統(tǒng)。電網(wǎng)上工作使用的各類電子式電能表多達數(shù)億，每逢春夏雷雨多發(fā)季節(jié)因雷擊損壞的電能計量裝置不計其數(shù)。統(tǒng)計表明，夏季的一次雷擊就有可能造成一個供電臺區(qū)所轄區(qū)域的數(shù)千只電能計量表同時損壞，不僅帶來很大的經(jīng)濟損失，也給運行維護增加了很多工作量。電能計量裝置的防雷措施十分必要。目前，電能計量裝置通常從以下方面進行防雷保護。

2.1 合理安裝防雷裝置

電能計量裝置本身不具有抗擊雷電能力。按照國家規(guī)定，建筑物要安裝相應合理的防雷設備，同時還應當按照電子計量裝置的特點和性能，采取特殊的措施進行重點防護。增設電能計量裝置的防浪涌保護系統(tǒng)，利用浪涌保護裝置把過電流導入地下，保障電能計量裝置的安全運行。

2.2 合理設置接地系統(tǒng)

接地系統(tǒng)就是把設備與電位參照點的地球作電氣上的連接，對地保持一個低的電位差。接地裝置是由埋入土中的金屬接地體（角鋼、扁鋼、鋼管等）和連接用的接地線構成。防雷接地是用來將雷電流順利泄入地下，減小過電壓，保障人身和設備的安全。防雷接地裝置性能好壞將直接影響到被保護設備的耐雷水平和防雷保護的可靠性。室內的電能計量裝置接地線和建筑物的接地線匯流，靜電接地、絕緣接地、防雷接地和安全保護接地連接在一起，對接地電阻進行定期的測量，保證接地電阻值在規(guī)定水平，最大限度地保障電能計量裝置的安全運行[3]。

2.3 完善線路進線段保護

線路進線段保護是指在鄰近變電所1～2km的一段線路上加強防雷措施。運行經(jīng)驗表明：變電所的雷電入侵事故約有50%是由雷擊變電所1km以內的線路引起的；約有71%的雷擊是由3km以內的線路引起的。由于電能計量裝置接于線路一端，一旦發(fā)生雷電入侵事故，電能計量裝置必然會受到?jīng)_擊。因此，要保護電能計量設備，線路進線段加強保護是很重要的。

3 電能計量聯(lián)合接線盒防雷和接地措施設計

電能計量裝置的一般防雷措施雖然可以有效減少雷電沖擊給電能計量裝置帶來的損壞，但不能完全解決問題?，F(xiàn)在的電能表一般采用電子式電能表，通過聯(lián)合接線盒進行電能計量。電能計量裝置如果通過電能計量聯(lián)合接線盒連接防雷擊過電壓的避雷器，可有效解決電能計量裝置使用過程中遇到因雷擊過電壓而造成的損毀問題。

電能計量聯(lián)合接線盒防雷和接地措施工作原理示意如圖1所示，在聯(lián)合接線盒與電能表之間接入防雷擊過電壓的避雷器。三相避雷器及連接地網(wǎng)的導線，通過三刀雙擲開關連接到接線盒的U2（A相）、V2（B相）、W2（C相）三個接線端子。

圖1 工作原理示意圖

電能表正常工作狀態(tài)時，線路電壓互感器通過聯(lián)合接線盒端子U1、V1、W1與電能表連接；處于校驗或檢修狀態(tài)時，通過9個連接片的位置調整，使電能表與互感器隔離開來，即電能表與互感器斷開連接。

當電能表處于工作狀態(tài)時，三刀雙擲開關位于2-4-6位置，聯(lián)合接線盒電壓端子連接到避雷器，起到防雷作用。電能表正常工作時，如果線路受到雷擊，線路過電壓通過互感器、聯(lián)合接線盒電壓端子傳導到避雷器引起放電，起到保護電能表的作用。

當電能表處于校驗或檢修狀態(tài)時，三刀雙擲開關位于1-3-5位置，聯(lián)合接線盒電壓端子連接到接地網(wǎng)，起到防觸電作用。電能表在聯(lián)合接線盒處于校驗狀態(tài)時，電壓接線端子最上面的端子已與電壓互感器二次側斷開，此時將最上面一個端子接地，起到接地保護的作用。電能表在校驗或者更換的過程中，如果發(fā)生誤操作，起到防護電能表和操作人員的作用。

4 結論

電能表是用于電能計量的裝置。目前，電子式電能表廣泛應用于電力系統(tǒng)。聯(lián)合接線盒的使用給電能表的現(xiàn)場校驗和更換帶來了方便，也得到了普遍應用。電能表遭受雷擊過電壓沖擊時，容易使電能表損壞。本文利用聯(lián)合接線盒的接線端子，設計了一套防過電壓措施：利用三刀雙擲開關位的位置變化，對電能表處于工作狀態(tài)、校驗或檢修狀態(tài)遭受的過電壓進行有效防護。電能計量聯(lián)合接線盒防雷和接地措施具有工程應用價值。