蔣 嶸 施 晰 胡 敦

（國網(wǎng)金華供電公司，浙江 金華 321000）

1 試點情況

2012年，國網(wǎng)浙江金華市金東區(qū)永紅村智能抄表系統(tǒng)進行了防雷浪涌保護器安裝試點，主要防雷方案在出線柜安裝B級電源浪涌保護器，在集抄器箱安裝C級電源浪涌保護器，在智能電表終端485端口進行安裝信號浪涌保護設(shè)備（見圖1）。

圖1 農(nóng)村電網(wǎng)智能電表系統(tǒng)防雷災(zāi)示意圖

安裝情況統(tǒng)計：200組三相B電源模塊安裝出線柜，500組單相C級模塊安裝集抄器，7000個電表箱內(nèi)安裝485信號端口浪涌保護器；通過對永紅村智能電表系統(tǒng)防雷實施效果跟蹤分析，2013年整個雷雨季節(jié)仍有760個智能電表不同狀況損壞，不能準(zhǔn)確讀出數(shù)據(jù)。經(jīng)過對損壞途徑現(xiàn)象分析，由智能電表電源端口入侵過來的造成損害電表數(shù)有 515臺，其鐘，通過485端口入侵過來感應(yīng)雷電流造成損壞電表有245臺；2014年整個雷雨季節(jié)有986臺智能電表具有不同狀況的損壞；經(jīng)過分拆電表并根據(jù)其損壞路徑分析，通過智能電表電源端口入侵過來的造成損害電表有624臺，通過485端口入侵過來的感應(yīng)雷電流造成的損壞電表有362臺。

通過兩年來試點情況統(tǒng)計分析，現(xiàn)有智能電表系統(tǒng)防雷方案實施效果不能完全滿足要求：現(xiàn)有防雷方案在總配電柜側(cè)安裝一級電源SPD，大多數(shù)電表集抄器以及終端電表分別安裝少量電源及485信號端口浪涌保護器；由于總配和集抄器在戶外，架空后經(jīng)過一段距離才到戶表?，F(xiàn)有總配設(shè)置B級，C級電源SPD對集抄器或進戶電表起不到很好的防雷保護作用，并且終端智能電表只對485線端口做了電涌保護，而相線或中心線未作電涌保護，這也是無濟于事的。因從同一條電纜中架空過來的相線、中心線以及通信線在發(fā)生閃電時都會感應(yīng)基本相同的過電壓，必須同時限壓，否則，信號SPD將信號線上的電壓限制了，但會造成相線和中心線電位遠(yuǎn)大于485通信線電位，由于電表中距離非常近而發(fā)生放電現(xiàn)象損壞電表。由于沒有考慮綜合采取防雷措施，全面安裝 SPD,電表中的絕緣隔離距離又不夠，很有可能發(fā)生從電源端口竄過來的橫向過電壓（二次放電）損壞485通信接口。針對此現(xiàn)狀，新開發(fā)一款具有電源端口及485信號端口二合一浪涌過壓保護器產(chǎn)品。

2 村鎮(zhèn)智能電表系統(tǒng)防雷新對策

2.1 電涌保護器實現(xiàn)

眾所周知，隨著 21世紀(jì)電子設(shè)備越來越精密化，所用電子器件越來越小，對抗干擾度的能力越來越弱，一般的電子設(shè)備內(nèi)部通信接口在未加裝外置電涌保護設(shè)備的情況下，一般都不能達到ITU組織（國際電信聯(lián)盟）所規(guī)定的的抗擾度要求，極易遭到損壞。同樣，在我們智能電表的RS485信號線路接口以及電源 L，N線路端口一旦線路上感應(yīng)產(chǎn)生雷電過電壓或遭直接雷擊，極容易干擾設(shè)備或損壞設(shè)備。所以需要在智能電表接各進出線路接口處須安裝防雷浪涌保護器，由于SPD的限壓的作用，智能電表系統(tǒng)各設(shè)備的進出線路接口電壓將被限制在耐受沖擊電壓值以下，從而保護智能電氣系統(tǒng)或設(shè)備免遭損壞。

根據(jù)試點情況評估結(jié)果分析，若需要對智能電表設(shè)備進行綜合保護，除了該有的接閃，均壓，屏蔽等措施之外，在每根RS485信號端口及每根相線、中心線和通信線在電表箱內(nèi)設(shè)備前端都要安裝SPD如圖 2所示。為此專門設(shè)計了一款針對入戶表相220V電源加485信號二合一浪涌保護器。此款二合一浪涌保護器安裝智能電表；此外，針對集抄器端浪涌保護設(shè)計了380電源485信號二合一浪涌保護器產(chǎn)品，以達到對采集器的浪涌保護。

圖2 農(nóng)村電網(wǎng)智能電表系統(tǒng)防雷災(zāi)示意圖

2.2 電源信號二合一浪涌保護器產(chǎn)品設(shè)計

智能儀表的通信通道大致分為兩條，一條為電源端口傳輸通道，另一條通道為485信號線路通道。智能電表的電源端口及信號線路端口的微電子器件耐沖擊電壓水平低，極易受到雷電波入侵。因此，有針對性的設(shè)計接口電涌保護電路或加裝線路電涌保護器，減小雷電感應(yīng)過電壓對智能電表系統(tǒng)的干擾和破壞，已成為智能電表電源接口及RS 485接口防雷保護，加強設(shè)備可靠性的必要措施。

根據(jù)GB 18802.1等針對電源浪涌的需進行多級保護分級泄放的防護原則，需要在配電柜集抄器處安裝相對于采集器端上一級的380三相電源浪涌保護器，在入戶端采集器安裝單相的第二級電源浪涌保護，達到電源線路二級浪涌的泄放，使進入到設(shè)備的殘壓達到設(shè)備允許的范圍之內(nèi)；另外針對 485信號通道防雷設(shè)計，產(chǎn)品線路上設(shè)計采購共模差模二級設(shè)計，以滿足泄流和限壓的要求，如圖3所示。

圖3 485控制+單相電源二合一防雷器電氣原理圖

1）產(chǎn)品設(shè)計原理

產(chǎn)品電氣原理圖如圖4所示。

圖4 485控制+三相電源二合一防雷器電氣原理圖

2）實驗分析（1.2/50μs組合波沖擊測試分析）

我們選取波形為 1.2/50μs的開路電壓波和8/20μs短路沖擊電流波（幅值為 4kA）的組合波對試品SPD的L-PE及信號A-B間進行沖擊測試。實驗結(jié)果其殘壓波形及電涌電流波形如圖5所示。

圖5 L-PE間殘壓、電涌電流

圖2中，左邊測試通道為電壓通道波形，右邊測試通道為電流通道波形。殘壓波形前端脈沖是放電管放電導(dǎo)通階段，也叫共模對地放電過程；之后為瞬態(tài)抑制二極管限制電壓的過程，也叫差模保護。圖中可看出實際沖擊電流幅值為4.89kA，殘壓值約為 28.8V。共模保護及差模保護相互配合，依次啟動；共模保護進行大電流的泄放，差模保護進行電壓的鉗制，使流過的過電壓在智能電表保護范圍之內(nèi)。電源 L，N在 5.13kA沖擊電流幅值下，L-PE殘壓值約637V，共模保護（線對地）殘壓值限制在637V左右，一般L-PE的瞬間脈沖電壓的電磁抗擾度遠(yuǎn)大于637V以上，所以L、N電源線接口將受到電涌雷擊的保護。

2.3 新方案實踐結(jié)果分析

在2015年5月期間在國網(wǎng)浙江金華婺城區(qū)金西供電所所轄一小片區(qū)，在集抄器中安裝有200臺三相電源信號二合一浪涌保護器，在智能電表終端安裝有1400臺220V電源信號二合一防雷器；從最近5月，6月，7月的雷雨天氣來分析，效果非常明顯。

1）安裝前后對比。安裝前有被雷擊損壞智能電表及集抄器概率有40%左右，安裝后除了有一個集抄器打壞之外，其它地方無一損壞，直接降至0.1%左右。并且損壞的集抄器主要原因是在高鐵線路雁沿線下面的空曠地帶，其受雷擊的概率非常大，那一片共四個集抄器，沒有安裝浪涌保護器之前每次雷擊，集抄器100%雷擊損壞；安裝后只有一臺出現(xiàn)問題，直接降到25%。

2）安裝片區(qū)與未安裝片區(qū)對比。安裝過片區(qū)跟沒有安裝片區(qū)相差非常大；安裝片區(qū)終端電表沒有一臺受到雷擊損壞，未安裝片區(qū)第一次雷擊打壞400多臺智能電表，在經(jīng)過批量換表后，第二次雷擊又損壞800多臺智能電表；而已安裝片區(qū)二次雷擊未有一臺智能電表損壞。

由此可見，新方案中采用的在總配電柜中安裝一級電源防雷保護器，集線柜中安裝三相電源信號二合一浪涌保護器，智能電表終端安裝 220V電源信號二合一浪涌保護器這種三級保護，并且電源信號同時防護的方案效果是非常明顯的，值得進行推廣實施。

3 結(jié)論

對農(nóng)網(wǎng)電力設(shè)施和智能電表防雷災(zāi)害而言，在具有良好的滿足要求的接地進行等電位連接的情況下，智能電表以及集抄器的雷擊損壞主要是通過RS485信號線路及電源端口的 L、N線路的感應(yīng)雷擊；所以需要通過對電表485線端口做電涌保護，以及相線或中心線也就是電源端口電涌保護將導(dǎo)致橫向放電進行分流及電壓鉗制。本文所述 220V電源信號二合一保護器以前 380V電源信號浪涌保護器正是可以滿足分級保護及電源信號同時保護的要求；總的來說，一個比較完整的防雷保護措施需要將接閃、分壓、屏蔽、接地、等電位、電涌保護等防雷技術(shù)綜合應(yīng)用才能更好衡量防雷效果，確保設(shè)備雷擊系統(tǒng)安全。

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