低压集抄系统防雷解决方案探讨

2021-11-20 · 阅读115

拟解决问题：

随着经济的快速发展和科技的日益提高,我国电网系统的升级换代也逐渐加速，电网系统发展趋于智能化。其中，低压集抄系统的出现与发展便是集中体现。低压集抄系统在我国电网系统中的成功运行，对于我国电网电能表抄集与采集的智能化发展有重要推动作用，使得电网系统的远程自动抄表成为可能。低压用户集中抄表系统是综合现代计算机与通信网络技术的信息自动化系统，系统通过对低压居民计量表计数据准确及时采集和统计分析，实现对低压用户电量使用情况快速准确地了解，为电网企业营销客户管理提供可靠数据保证。

在实现的应用需求方面，一是实现远程低压居民抄表结算，能够对低压居民计算电量进行冻结抄读，满足计量电费的需要；二是台区的线损统计，根据电网企业的管理要求，对不同电压等级台区线损统计，按月统计每个台区线损，进行统计分析，减少电力损耗；三是重点用户监测，能够对重点用户进行高频率监测；四是低压停复电，能够对安装了带控制功能的电能表进行远程拉闸停电和合闸复电；五是开展营销信息系统接口应用，互换低压居民用户档案资料和结算电量。低压集抄系统从营销系统获取低压居民用户的基础档案信息，同时向营销系统提供低压居民计量点的月冻结电量。

终端，常常会遇到雷击、信号干扰等原因造成的设备损坏、在线率低等问题，特别是在山区，问题尤为严重。主要问题在于：

（1）低压集抄系统的采集终端与智能表之间采用ＲS485 专用线(0.75 mm2 双芯双色带屏蔽)连接;联络线长，线路电容大，雷电和外界高频高压干扰信号很容易窜到联络线路中;

（2）雷电形成的囤积特高压及外界干扰谐振产生的电压值远大于采集终端和智能电表的耐压幅值( 采集终端和智能表通信模块均采用直流12 V 供电电源，电子元件和集成电路的反向耐压仅40-50 V)，很容易将采集终端和智能表击穿损坏。采集终端和智能表通信模块损坏后，低压集抄系统瘫痪。

在配变自动化系统中，其弱电环节中包含大量信息电子设备和新型智能电气设备，由于其基于大规模微电子集成元器件，既敏感又脆弱，使整个设备和系统的冲击耐受强度很低，成为防雷对象中最弱的一个群体。集成电子电路通流能量较电子管低百万倍。微电子芯片的冲击耐受电压约为2-2.5倍工作电压。当然，电子设备中包含了许多保护措施，使其冲击耐受水平大大高于芯片和器件的耐受水平，但是仍然显著低于一般电气设备。当配变自动化终端落雷时，可能瞬间损坏设备，或由于感应过电压而可能损坏通信。

终端的抗雷电干扰能力已经关系到电网能否正常工作。因此，研究终端的雷电电磁干扰防护关键技术，不仅可以有效提高低压集抄系统在复杂环境下的工作稳定性，而且对增强电网自动化系统其在各种复杂环境中工作的适用性具有重要的意义。开发相关的装置，提高生产效率，推动设备运维向数字化转型。

主要研究内容：

1、终端在雷电环境中的电磁特性研究

（1）主要内容：研究低压集抄和配变终端的空间、线路感应及接地系统方案，研究低压集抄和配变终端在雷电环境中的电磁特性模型，研究低压集抄和配变终端的雷电电磁干扰防护方案。

（2）技术路线：本项目将通过分析低压集抄和配变终端频点信号的组成和功率谱密度特性，研究系统接收端天线的电磁干扰模型；研究雷电产生的电磁环境中直击雷以及直击雷发生时附带着的间接效应感应雷的电磁特性模型，研究雷电电磁环境下的低压集抄和配变终端抗电磁干扰防护方案；通过分析避雷针的结构设计方法及其放电原理，研究在低压集抄和配变终端中接收端天线抗雷电电磁干扰的避雷针设计方案；通过采用新型石墨作为放电电极来提高耐腐蚀与耐雷电流能力，同时解决避雷针光污染问题，并结合“针尖形”与“半球形”避雷针的优点设计基于低压集抄和配变终端的双电极避雷针，达到在天线端防护雷电电磁干扰的目的。

2、终端在大功率电磁发生环境下的浪涌保护器研究

（1）主要内容：研究在低压集抄和配变终端在大功率电磁发生环境下的浪涌保护器，建立大功率浪涌保护器结构中放电管对于高频信号的处理模型。

（2）技术路线：

（A）大功率浪涌保护器合成放电元件研究

针对在低压集抄和配变终端中所采用的功率在200W以内和以上的大功率发射设备电磁损耗特性，研究大功率发射时产生的高频交流电压问题及解决方案；研究在大功率电磁发生环境下的大功率浪涌保护器设计；分析大功率浪涌保护器结构中放电管对于高频信号的处理模型，研究高频浪涌保护装置中放电管的设计方案；研究放电元件合成技术与压敏电阻材料改良工艺技术，分析放电管产生续流的问题和压敏芯片的漏流问题，设计小体积高动作电压、低电容值同时与压敏电阻烧接在一起的新型放电管。

（B）大功率散热结构研究

通过分析大功率射频信号发射时浪涌保护器的结构特点和热量生成及传导模型，研究大功率浪涌保护器的散热解决方案；通过分析连接部分导气槽设计方法，设计新型结构的封闭式大功率浪涌保护器，以达到快速散热及防电磁屏蔽的目的，其采用设计基本方案原理如图1所示。

图1 散热结构设计图

3、终端的快速保护接地技术研究

（1）主要内容：研究终端雷电保护接地电磁场分布模型，研究并建立雷击辐射场分布模型，实现对终端雷电电磁防护。

（2）技术路线：

（A）终端小体积一体化设计

基于当前终端的现状，加入防雷装置后会导致产品的体积过于庞大，特别是低终端的防雷电干扰的浪涌保护器如果都单独放置会大大增加产品体积和重量。因此必须开展终端小体积一体化设计，将浪涌保护器设计于同一外壳内。

（B）终端浪涌保护器设计

针对终端小体积一体化的设计需求，浪涌保护器也必须进行科学设计。采用新型放电管及结构设计，此放电管是串联于内导体之间，区别于传统的并联结构；同时产品采用了三合一设计结构，将终端用浪涌保护器设计于同一外壳内。www.zvspd.com

图2 低压集抄和配变终端浪涌保护器结构

4、集抄系统现场干扰信号的采集与回放测试装置设计

（1）主要内容：设计基于终端的双电极避雷针，设计小体积高动作电压、低电容值同时与压敏电阻烧接在一起的新型放电管，设计机动性低压集抄和配变终端的快速保护接地装置。

（2）技术路线：

（A）保护接地电磁场分布计算与研究

终端运行或移动时也必须考虑雷电防护问题，而其使用环境相对恶劣，同时又有动作快速、使用方便的需求，因此必须根据机动性低压集抄和配变终端的特点开展电磁场分布计算与研究。利用时域有限差分法的基本原理，并将其运用到解决雷击环境下电磁辐射问题的几个关键性技术，得到雷击情况下场量分布的数值计算结果，并在此基础上获得雷击辐射场分布状况及规律，为机动性低压集抄和配变终端的快速保护接地装置设计提供实际参考价值。

（B）带电子点火技术的双层金属宽间隙的电涌保护装置研究

本项目拟将电子点火技术与多层间隙技术相结合，同时实现低触发电压和高额定断开续流能力，设计一种带电子点火技术的双层金属宽间隙的电涌保护装置，该装置在具备低放电电压值的同时将大通流能力与较高的额定断开续流能力相结合。

为了使该装置实现上述功能，首先要解决的是两个2mm以上宽的金属间隙需要实现同时点火（如图3），利用火花导电的特性，使得雷电流从金属电极处泄放。而实现点火功能的主要器件是脉冲变压器，该变压器需要将一个较低的脉冲电压升压为两个高压，在点火电极与主放电电极之间产生电火花。因此对变压器要求比较高。本点火电路中的高频开关（电容）（图3 中c2）是对浪涌的频率进行识别，只有频率大于1kHz的雷电浪涌才能通过，一些电源电路上低频的谐波等将无法造成电涌保护器误动作。点火电路中的气体放电管（图3 中GDT）也是一个关键元件，它的脉冲放电电压决定了整个电涌保护器的放电电压值，当线路浪涌电压峰值高于气体放电管的脉冲放电电压值时，气体放电管启动，然后后续的所有动作开始。非线性电阻（图3中MOV）采用压敏电压在270V-500V的压敏电阻，利用其非线性的特点，可以限制间隙导通后回路中电流的大小。避免变压器被击穿电流烧坏。

图3 带电子点火技术的双层金属宽间隙的电涌保护装置原理图

（C）终端的快速保护接地装置设计

终端的快速保护接地装置要求具有以下特点：固定安装支架为整个受力平面，能够承受钻杆所带来的扭力；固定支架上的支撑杆用于支撑固定支架，且支撑杆与固定支支架均自行收放，从而减少固定支架的占地面积；同时支撑杆的另一个作用是可采用脚踩固定在地面或其它方式固定在地面不动产生一个向下的力，使钻杆通过旋转手柄不断传来的扭力将其钻入地下，当使用完毕后可反转将钻杆从地下退出。

钻头采用专用钻矿硬质合金材料制作，完全满足大部的地理环境，同时钻头与钻杆采用分体式结构设计可以重复拆卸，当钻头受损不能修复时可单独将钻头进行更换，节约成本。本项目将采用螺旋传动结构设计，通过传动座通过手动转动方式将接地体快速打入地下；钻杆采用空心杆，同时钻杆体上有均匀密布的小孔，可以灌注导电液，保证灌入的导电液、降阻剂等材料能够有效的渗透入地，同时钻杆表面电镀铜用以增加钻杆的导电性，从而设计机动性低压集抄和配变终端的快速保护接地装置。

中为防雷器浪涌保护器https://www.zvspd.com/knowledge/1108122.html