國(guó)網(wǎng)溫州供電公司 楊橋橋

國(guó)網(wǎng)泰順縣供電公司 田 權(quán)

在智能電網(wǎng)不斷普及的情況下，電能信息的采集就顯得尤為重要，電能計(jì)量裝置分布在電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，如電壓互感器、電流互感器、智能電表等等，這些計(jì)量設(shè)備用以計(jì)量電網(wǎng)中的各種電能數(shù)據(jù)，不僅為電網(wǎng)的可靠運(yùn)行提供了數(shù)據(jù)支撐，也為電力公司提供了實(shí)時(shí)的用電數(shù)據(jù)，還為用電企業(yè)了解自身用電情況、保證智能電網(wǎng)運(yùn)行提供技術(shù)支撐。但是隨著電網(wǎng)智能化發(fā)展的加速，電能計(jì)量裝置越發(fā)小型化、越發(fā)精細(xì)化，也就越容易受到擾動(dòng)的影響。本文在研究雷電對(duì)于電能計(jì)量裝置影響的基礎(chǔ)上研制出一種具有防雷功能的聯(lián)動(dòng)計(jì)量措施，保障電力信息采集的安全穩(wěn)定。

1 雷電影響電能計(jì)量裝置機(jī)理

在電力系統(tǒng)中，以智能電表為例，如不加裝保護(hù)設(shè)備的情況下，無法達(dá)到國(guó)際電信聯(lián)盟所達(dá)到的要求，一旦出現(xiàn)電力系統(tǒng)內(nèi)過電壓或受到直接的雷擊，設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)將要損壞。在各種過電壓的故障中，雷擊過電壓最為隨機(jī)而且難以預(yù)測(cè)。

1.1 雷電影響機(jī)理研究

通常將雷擊分為直擊雷、感應(yīng)雷和雷電入侵波幾種形式：（1）直擊雷。直擊雷是雷云和大地之間的放電，當(dāng)雷云和大地接近時(shí)，由于靜電感應(yīng)作用使得地面最高的電荷聚集的地方和雷云進(jìn)行放點(diǎn)，直擊雷的危害較大，但較好防御。（2）感應(yīng)雷。由于雷電的感應(yīng)而使系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓，根據(jù)感應(yīng)情況不同又可分為靜電感應(yīng)過電壓和電磁感應(yīng)過電壓兩類：靜電感應(yīng)過電壓為當(dāng)雷云接近高壓線時(shí)，形成靜止電荷，當(dāng)雷云對(duì)其它目標(biāo)放電后，導(dǎo)線上原來受到束縛的異性電荷因失去電場(chǎng)束縛而變成自由電子。自由電子沿導(dǎo)線向兩側(cè)移動(dòng)，形成600kV左右的電壓。電磁感應(yīng)過電壓是指雷擊發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的巨大電流感應(yīng)出的變化的磁場(chǎng)從而在電力設(shè)備上感應(yīng)出很高的電壓。（3）雷電侵入波。雷電入侵指的是雷電在架空線路或金屬管道上產(chǎn)生沖擊電壓，并沿線路或管道向兩側(cè)迅速傳播，這種雷電將通過管道進(jìn)入變電站，擊穿絕緣設(shè)備，危及人身安全。

無論是上面哪種情況，都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)逐漸增大的電壓，這種電壓有一定的沖擊性，沖擊頻率高、周期短，當(dāng)上一個(gè)脈沖信號(hào)還沒有消失的時(shí)候，下一個(gè)脈沖信號(hào)就已經(jīng)到來了，這就會(huì)使電路中的結(jié)電容在未將電量放完時(shí)就開始充電，久而久之電壓會(huì)越來越高，最終超過電路的電壓限值，給電路的正常工作帶來?yè)p害。

1.2 主要防雷元件介紹

目前主要防雷原件從工作原理上可以分為氧化鋅元件、氣體放電管、瞬間抑制二極管等元件。

氧化鋅電阻元件、氣體放電管、TVS管（瞬間抑制二極管）三種器件都限壓型的保護(hù)器件，普遍用在電路中用作浪涌保護(hù)，TVS管基于二極管雪崩效應(yīng)；壓敏電阻器基于氧化鋅晶粒間的勢(shì)壘作用；而氣體放電管則是基于氣體擊穿放電。二極管可以很方便地與其它器件集成在一個(gè)芯片上，現(xiàn)階段有很多把過濾和防護(hù)集成到一個(gè)器件上，從而降低成本也保證布線時(shí)安全，防止發(fā)生自感以及短路等情況。

TVS二極管在三者中的反應(yīng)速度最快，通常用于通信線路的保護(hù)；氧化鋅電阻的反應(yīng)速度介于TVS和氣體放電管之間，通常用于電路元器件的保護(hù)，氧化鋅電阻的保護(hù)原理如圖1所示小電流不動(dòng)作，大電流反應(yīng)極快，保護(hù)電流范圍區(qū)間較廣。

圖1 氧化鋅電阻保護(hù)電流原理圖

2 電力采集系統(tǒng)防雷措施

2.1 裝設(shè)防雷電能計(jì)量裝置

目前電能計(jì)量方面國(guó)內(nèi)主要計(jì)量裝置已經(jīng)有防雷式電子電能表，主要原理是有效防止雷擊入侵電子線路內(nèi)部，通常安裝在電表的入口處，該種設(shè)計(jì)是采用分流的原理防止出現(xiàn)過電壓導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)損壞。

2.2 設(shè)置有效防雷系統(tǒng)

為了應(yīng)對(duì)直擊雷，在電力線路高點(diǎn)應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的直擊雷點(diǎn)，減少設(shè)備的接地電阻，接地系統(tǒng)保證有足夠的安全性，單獨(dú)的電子接地設(shè)備和接地系統(tǒng)間保持足夠的安全距離。可以在不同的接地系統(tǒng)之間連接地電位均衡器，這樣不僅可以在雷擊發(fā)生時(shí)保證不同接地系統(tǒng)之間的電位差減小，以避免電能計(jì)量裝置受到損壞，同時(shí)還能夠確保電能計(jì)量裝置在正常工作的情況下將電能計(jì)量裝置干擾降到最小。

2.3 智能采集系統(tǒng)防雷現(xiàn)狀

由于雷電活動(dòng)導(dǎo)致的過電壓其中產(chǎn)生的電流頻率很高，傳統(tǒng)上的電涌保護(hù)器(Surge Protection Device，SPD)會(huì)因各級(jí)屏蔽層感應(yīng)電阻太大而無效，如加大電涌保護(hù)器的信號(hào)上線，容易導(dǎo)致電源端口二次電壓放電造成的通訊接口損壞。目前很多智能電表在農(nóng)村地區(qū)、接地?zé)o法有效覆蓋，電表計(jì)量裝置防雷措施無法做到100%防護(hù)，需要包括相間、通信等設(shè)備的保護(hù)，保護(hù)動(dòng)作策略亟待完善。

3 具有防雷功能的聯(lián)動(dòng)式計(jì)量聯(lián)合接線盒研究

電能計(jì)量裝置大多都放置在室內(nèi)，對(duì)于雷電抵御能力很低，必須對(duì)依附建筑物的一些電能計(jì)量裝置采取特殊的防護(hù)措施，如使用電能計(jì)量聯(lián)合接線盒，這對(duì)電能計(jì)量的防雷研究至關(guān)重要。電能計(jì)量盒也就是電能計(jì)量裝置檢驗(yàn)規(guī)程中所指的試驗(yàn)端子，電能計(jì)量聯(lián)合接線盒可以減少電流互感器和電壓互感器的數(shù)量，便于帶電校驗(yàn)測(cè)量?jī)x表，并可在帶電情況下調(diào)換所接儀表而不影響其他儀表的正常工作。

為了防止接地線上的反擊電壓對(duì)電能計(jì)量裝置產(chǎn)生危害，聯(lián)動(dòng)式計(jì)量聯(lián)合接線盒的電能計(jì)量裝置接地線必須與建筑物底層的接地總線匯流，將各種安全保護(hù)都接入同一個(gè)線路中，保證雷電發(fā)生時(shí)能量可以直接通過大地釋放，保障用電安全。如圖2所示，保護(hù)中包含相間保護(hù)、中線保護(hù)、通信保護(hù)，保證足夠接地，保證接地電流的通暢。

圖2 綜合型防雷計(jì)量接線裝置示意圖

接線盒的設(shè)置如圖3所示，聯(lián)動(dòng)式計(jì)量接線盒和用戶電表之間設(shè)置防雷擊的設(shè)備，當(dāng)雷電發(fā)生時(shí)，處于雷擊一定范圍內(nèi)的導(dǎo)體由于電磁場(chǎng)的作用而產(chǎn)生過電壓，便可通過聯(lián)動(dòng)式計(jì)量接線盒導(dǎo)通避雷器，將電荷導(dǎo)入到地面，保證設(shè)備的安全。

圖3 聯(lián)動(dòng)式計(jì)量接線盒接入示意圖

結(jié)束語(yǔ)：雷擊對(duì)于智能電表的危害較大，本文對(duì)于極端天氣下的電能表的防雷措施做了全面的分析，提出一種基于聯(lián)動(dòng)式計(jì)量接地線盒從而提高電能計(jì)量裝置的安全運(yùn)行，提高電力的系統(tǒng)安全性。