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电力二次系统防雷接地规范化管理创新与实践

编辑:   发布时间:2018-10-19

    广东电网电力调度控制中心(简称调控中心)是广东电网企业的二级机构,按照“统一调度、分级管理”的原则, 公平、公正、公开地安排统调发电厂的发电,组织、指挥、引导和协调东莞、佛山等19个地市供电局的调度机构开展调度业务,负责广东电网安全、优质、经济、环保运行。2011年初,广东电网企业系统运行部成立后,与调控中心合署办公,明确并强化了电网二次专业管理职能。

一、 概述

    长期以来,如何减少和预防雷电过电压对设备的损害,降低对系统运行的影响,是电力行业创新管理的重要方向。电力二次设备和系统等多为低压电子计算机类产品,受雷电过电压影响更为明显,易导致电力监控系统发生控制失灵、误控等严重后果。近年来,电网企业在二次系统大量安装SPD防雷设备,极大程度减少了雷击损坏设备事故的发生,有效的保障了电网的安全稳定运行。

    然而,随着使用年限的增加,前期安装的大量二次防雷设备存在着设备功能配置差异大、工程建设质量管控不足、运行状态不可知、检测维护困难、管理方式粗放等问题,诸多安全隐患问题逐步暴露出来,极大降低了防雷设备对二次系统的保护能力。

    基于上述现状,广东电网有限责任企业电力调度控制中心协同广东电网有限责任企业电力科学研究院,以“标准化、规范化”管理为引导,开展了电力二次防雷规范化管理创新与实践,通过设备配置规范化、工程建设标准化、运维管理一体化、决策支撑智能化四个方面进行二次防雷全生命周期管理提升。创新成果在广东电网1000余座35kV及以上变电站工程应用,全面提升了防雷设备运行管理水平和运维工作效率,有效保障二次系统安全稳定运行。

二、 电力二次系统防雷接地设备现状分析

    目前,国内二次系统按照国家及行业标准技术要求配备了各种防雷保护设备,大幅减少了雷击损坏二次设备事件的发生,有效的保证了电网的可靠运行。但是,由于管理标准不统一,调度主站系统、变电站自动化系统、保护、交直流电源等设备配套的防雷器由系统集成商统一采购,品牌、型号众多,结构、样式多样,产品质量参差不齐,实际的应用过程中引发了一系列新的隐患问题,具体现状和问题如下:

2.1、功能配置差异大

(1)防雷设备结构标准差异大

    在运的的防雷产品多为民用产品或者多行业通用产品,须进行复杂的拆接线才能开展检测,工作效率极低、作业风险极高;多数不具备状态监测功能,难以及时发现防雷设备不正常状态;大部分防雷设备不可在线插拔,导致现场难以按标准要求开展防雷器定期检测工作。

(2)直流防雷设备结构存缺陷

    传统配置的直流电源防雷设备存在的泄漏电流会对站内绝缘监测系统造成误报警情况;同时,防雷器漏电流持续增大可能造成短路起火事故。

(3)后备保护装置配置不规范

    防雷设备没有配备专用后备保护装置,一般的空开在较大雷电流冲击情况下容易发生误跳闸,跳闸后导致后端防雷器还未失效就失去保护作用;同时防雷设备老化短路后,存在配置不合理导致的不跳闸、不动作脱离电网的情况,导致火灾事故频发,存在极大的安全风险。

2.2、工程建设无统一标准

(1)防雷设备安装方式随意

    同类型屏柜内安装的防雷设备安装位置差异性大,不便于日常巡视。有些不具备导轨结构安装,绑扎式结构,交叉走线及其不规范、信号相互干扰,影响信号传输。

(2)安装工艺不规范

    对线材的线径、颜色、接地线长度没有按照规范配置,导致对后期的维护工作造成困难。现有二次接地系统室外部分多数采用普通镀锌材料,存在锈蚀严重、接触不可靠的安全隐患。室内虽多采用铜排做为接地连接排,但亦存在截面积不够、接地点接触不可靠、接地工艺不规范等隐患。

(3)施工安全管控不足

    既有二次接地系统改造施工,多采用钻孔压接或者放热焊接的施工方式,但对于线缆相对较多的狭窄施工场地钻孔时产生的飞溅铜屑以及放热焊接的火焰都可能带来较大的安全隐患。

2.3、运维检修困难

(1)防雷设备状态监测手段不足

    运行的防雷设备很多不具备遥信输出功能,二次系统无法对防雷器状态进行实时监测,导致已失效的二次防雷设备挂网运行、防雷设备已脱开被保护设备等安全隐患不能及时发现、排除。

(2)定期检测困难

    按照行业标准要求,对安装的防雷设备需要进行定期的检测,变电站二次安装的防雷设备没有实现在线检测,动作或者损坏及性能状态的监测必须靠人工巡视或者经验判断,不能及时知晓,无法及时定位查找,防雷设备的检修、维护带来了工作量巨大,难以有效实施。

2.4、管理决策支撑手段缺乏

(1)管理信息化手段缺乏;

    对防雷设备和防雷工程缺少信息化管理手段,设备台账、状态信息、缺陷信息均无统一管理,导致巡检、维护计划等无法针对性制定。

(2)雷电数据智能分析应用缺乏

    现阶段对侵入二次电源系统的雷电过电压、过电流数据缺少监测手段,导致系统是否有雷电侵入不可知,系统发生的故障后没有实际的分析数据作为支撑,很多问题找不到关键问题点。得不到准确的数据和判断,防雷器参数选择和安装布局将没有准确的依据。

三、广东电网电力二次防雷规范化管理创新与实践

    针对于电力二次防雷接地设备功能配置差异大、工程建设质量管控不足、运行状态不可知、检测维护困难、管理方式粗放的现状,广东电网从要求防雷接地设备的规范配置、安全施工、运维管理等方面开展了规范化、标准化的管理创新研究与实践。

3.1、设备配置规范化

(1)规范二次防雷设备结构

    通过标准化规范,要求防雷设备结构可插拔、可更换,解决便于维护检修的问题;

①规范防雷器结构,采用插拔式结构,信号防雷设备采用标准导轨安装结构,多路信号防雷器采用模块插拔结构;

②创新在线插拔检测维护模式,采用便携的万用表即可检测,无需投入专业检测设备,节省设备费用,提高检测、维护效率;

③多路信号防雷器采用模块插拔结构,无需拆卸整个机架,可轻松实现单个模块的插拔更换,方便现场检修、后续扩容,减少建设成本。

图1 插拔式标准结构,易检测和更换

(2)采用安全直流电源防雷设备

    通过技术创新解决二次系统直流防雷设备存在漏电流的问题,可彻底避免因防雷设备老化、泄露电流增大导致的直流对地绝缘检测系统误报警情况发生,防止防雷设备因温度升高、导致的起火等恶性事件。

(3)配备专用后备保护装置

    明确SPD专用后备保护装置的安装,选用防雷后备专用保护装置,解决过大雷击时误跳闸、防雷设备损坏时不跳闸的问题,线路残压低,增强了防护效果。

3.2、工程建设标准化

(1)防雷设备安装工艺规范

    规范了施工布线工艺,规范作业材料,做到防雷接地工程施工的统一性,便于日常维护及更换;尤其是规范了防雷后备保护装置与防雷器采用铜质汇流排连接工艺,达到布线一致目的,最大限度的减少的线路残压保护设备。

(2)接地工艺规范化

    对变电站二次接地系统采用紫铜(针对室内部分)或者镀铜(针对室外部分)材料,延长二次接地系统使用年限。对于新建变电站及改造变电站二次接地系统空旷的位置采用放热焊接,狭窄的地方创新采用卡盒式全贴接触面压紧工艺,保证二次系统设备和接地可靠性,消除连接不可靠和施工意外带来的安全隐患。

(3)施工安全监管创新

    接地排敷设时做好固定及防误接触措施,二次接地系统连接时对于空旷位置采用放热焊接技术,并需做好安全防护措施。狭窄位置施工时应尽量避免采用钻孔或者放热焊接的施工方式,而采用卡盒式全贴接触面压紧工艺以避免飞溅的铜屑或者火花带来的安全隐患。

3.3、运维管理一体化

(1)防雷设备状态监测

    电源和信号防雷设备均要求具备遥信输出功能,实现现场无需专业的测试人员,无需投入专业检测设备,常用万用表即可检测,提升效率的目的;方便现场检测的同时,为实现远程检测提供技术支撑,可以及时发现隐患,降低检修成本,实现防雷设备管理的智能化。

    在变电站二次系统配置防雷装置专用数据采集装置对在运行二次防雷设备运行状态实现实时集中监测。

图2 防雷设备标配遥信接点

(2)防雷设备集中巡检

    安装“二次防雷在线监测与管理系统”对在运行二次防雷设备运行状态实现防雷设备的远程巡检,解决日常巡检、定期检测的困难,提高时效性,减少维护人力、物力的投入。

图3二次防雷在线监测与管理系统

3.4、决策支撑智能化

(1)二次系统雷电数据采集与储存

    部署二次系统雷电数据采集装置,真实的检测反映二次系统重要线路瞬间的浪涌过电压、防雷器泄放回路雷电流,便于安全维护、维护人员随时随地监测机房的浪涌过电压事件,对整个电力系统过电压环境有全面了解,有利于对防护薄弱的地方进行重点观察。监测数据可为电力系统的事故分析及采取相应的防范措施提供科学依据。

图4二次系统雷电数据采集与分析系统

(2)设备管理智能化

    通过对雷击数据进行智能分析,推动工程改进,设备选型。对二次系统雷电数据的记录管理,积累数据为雷击事故提供分析依据、防雷改进提供数据支撑,制定可行的雷电防护方案。

四、应用成效

    广东电网通过变电站二次系统防雷接地规范化管理创新与实践,有效地规范了二次防雷器(SPD)配置管理工作,从源头上保证了安装在二次系统防雷设备、接地材料工艺的可靠性、消除安全隐患;规范了安装,明确了施工布线工艺要求;实施了变电站二次防雷在线监测管理系统,方便维护、检修,降低运维成本,实现防雷设备运维管理的智能化,达到了电力设备标准化管理、精益化管理的目的。创新内容在在省内全面推广,取得了良好的效果:

(1)实现二次防雷设备准入、安装、运维、管理全生命周期闭环管理

    发布《广东电网二次系统SPD防雷规范配置引导意见(试行)》(广电运【2013】4号)。规范在网运行的二次防雷器(SPD)的配置原则、现场运维和专业管理工作。反措在广东省19个地市,1000余个变电站进行了落地实施。规范了二次防雷设备安装位置、安装结构统一,改变以往基建建设时对防雷比较随意配置的习惯,增强系统的安全防护性能,标准化的配置防雷设备为实现防雷设备在线监测系统的智能化运维管理提供了硬件支撑。

(2)创立二次防雷设备运维管理标准化作业模式

    制定了一系列核心表单、流程、措施,对防雷设备安装、巡视、定检、更换流程进行了标准化,包括:

①制定了《变电站二次系统防雷设备(SPD)运行情况自查表》

②制定了《相互区域之间二次接地系统过渡电阻测试记录表》

③制定了《二次地网结构及外观检查流程》

④编制了《二次地网接地电阻检测流程》

⑤制定了《二次防雷接地施工工艺布线规范》

⑥制定了《二次防雷接地工程安全施工的措施》

⑦制定了《二次防雷安全施工的技术措施》

⑧制定了《二次方雷安全施工的工艺措施》

⑨制定了《二次防雷设备布线工艺引导》

(3)构建智能辅助决策管理支撑系统

①部署“变电站二次防雷在线监测与管理系统”,实现二次系统防雷设备智能化管理,减少人工日常巡视检查工作量,年检防雷设备不需要到现场,节省了人力物力,管理效率大为提升。

②开展二次系统雷电侵入数据的采集存储和分析,实时采集站点雷击数据,对侵入变电站二次系统的雷电及操作过电压数据,进行全面的监测,并捕获到了数据,为二次系统防雷防护理论研究、防雷设备选型提供了数据参考。为管理经验的积累提供了手段。

五、总结

    随着电网规模不断扩大,为了确保电力系统安全稳定运行,有限的设备运维管理人员必须应对不断增加的设备运维管理工作。电网企业对于电力设备运维标准化、精益化管理的要求会越来越高,对于电力技术与管理协同发展的需求会越来越强烈,这是电力设备运维管理工作发展的必然趋势。

    广东电网电力二次防雷规范化管理创新与实践工作,创建了二次系统防雷设备运维管理的新模式,通过规范SPD设备配置、工程安装工艺标准,部署二次防雷在线检测管理系统,推进了标准化、精益化管理理念在作业现场的有效落地。所形成的“设备配置规范化、工程建设标准化、运维管理一体化、决策支撑智能化”管理实践经验具备通用性,在南方电网得到全面推广应用,有效提升了二次防雷设备精益化管理水平,建议进一步扩大推广应用范围,推动全行业二次防雷设备管理水平提升。

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