发电厂、变电所380(220)V电源电涌保护配置设计规范.doc

1、DL/T DLICS备案号：中华人民共和国电力行业标准P DL/T 发电厂、变电所380/220V电源电涌保护配置设计规程（试行）Code for Design of Power Plant 、Transformer Substation 380/220 V Power Surge Protection Disposition (try)（征求意见稿）20公布 20实施中华人民共和国发展和改革委员会 公布前 言本标准是根据国家发展和改革委员会关于下达2004年行业标准项目计划的通知发改办工业2004 号文的要求，为减少雷击对电力设施中通过380/220 V供电系统对微电子元件组成的监视、控制、

2、测量、保护、通讯及自动化装置的危害，提高发电厂、变电所运行安全、可靠性，而编制的电力行业标准。本规程由国电电力建设研究所提出并归口管理。 本标准负责起草单位：国电电力建设研究所、华东电力设计院。本标准参加起草单位：中国电力顾问工程公司、华北电力设计院、上海市防雷中心、南通信达电器有限公司。本标准主要起草人：邹昌泉、史有德、马安、何平、刘 津、赵汉祥、蔡振新、曹和生。目 次1范围12 引用标准13 总则14 大中型火力发电厂380/220 V电源电涌保护 15 小型火力发电厂380/220 V电源电涌保护 16 220500 kV变电所380/220 V电源电涌保护 27 35110 kV变电所

3、380/220 V电源电涌保护28 10kV及以下变电所含箱式变电站380/220 V电源电涌保护 29 380/220V配电间电源电涌保护 2附录： 电涌保护器的配置方式与要求31. 范围本规程规定了由交流380/220V供电的低压电源系统中装设有微电子型监视、控制、测量、保护、信号通讯及自动装置电路中装设电涌保护器的配置原则。本规程适用于各类大（中）、小型火力发电厂、变电所包括配电间；也适用燃气轮机电厂、核电厂（常规岛部分）、垃圾焚烧电厂、风力发电厂及装设于户内、外的各种电力设施。对于装设有电子（计算机）设备的各类电力调度所可参照使用。2. 引用标准下列标准所包含的条文，通过在本规程中引用

4、而构成本规程的条文。本规程出版时，所示版本均为有效。由于标准会被修订更新，故使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB 500572000 建筑物防雷设计规范GB 503432004 建筑物电子信息系统防雷技术规范DL/T 6201997 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合CECS2004 建筑物低压电源系统电涌保护器选用、安装、验收和维护规程3. 总则3.1 为了更好地限制雷电电涌，减少雷击情况下通过对微电子设备（计算机）供电的交流380/220 V系统对电子设备的危害，提高微电子（计算机）设备也即装有该类设备的火力发电厂、变电所包括配电间的运行安全可靠性编制本规程。3.2 防

5、雷击危害应贯彻综合防雷原则，应在满足相应防雷击国家标准、行业标准基础上执行本规程。3.3 380/220V电压电源系统装设电源电涌保护器的必要性及雷电防护分级按GB 503432004 第4章、附录A通过雷击风险评估后确定，也可按本规程的规定配置。3.4 380/220V配电线路电涌保护器冲击电流及标称放电电流数值经评估计算后参照GB 503432004 表5.4.1.2选用。电压保护水平与受保护设备耐受过电压水平对应。3.5 变压器380/220V出口处配置的SPD应选择无漏电流，无续流的SPD产品。4. 大（中）型火力发电厂380/220 V电源电涌保护装设大（中）型火力发电厂可在下列38

6、0/220 V电源系统装设电涌保护器（以下简称SPD）。1）每段380/220 V动力中心（简称PC）母线进线段、保安母线段。2）热控380/220 V电源配电箱母线段，或微电子设备的电源入口处。3）交流不间断电源（UPS）380/220V的电源入口处，当电源入口处安装有困难时，也可装在电源引接处。UPS本身已装设的，不再装设。5. 小型火力发电厂380/220 V电源电涌保护小型火力发电厂可在下列380/220 V电源系统装设SPD。1）每段380/220 V动力中心（简称PC）母线进线段。2）供锅炉、汽轮机、发电机及电力系统调度监控用计算机的380/220V交流不间断电源（UPS）的电源侧

7、。6. 35500 kV变电所380/220V电源电涌保护35500kV变电所可在下列所用电380/220 V 电源系统装设SPD。1）每一个所用变压器380/220 V母线进线段。2）交流不间断电源（UPS）380/220V的电源入口处，当电源入口处安装有困难时，也可装在电源引接处。UPS本身已装设的，不再装设。7. 10 kV及以下变电所含箱式变电站380/220 V电源电涌保护10 kV及以下变电所应在下列380/220 V电源上装设SPD。1） 每一个380/220 V所用电母线进线段。2） 每一个380/220 V馈线母线段。注：当380/220V母线的进出线全部在建筑物内时，“应”

8、改为“可”。附录：电涌保护器的配置方式与要求1 电子信息系统应采用外部防雷和内部防雷等措施进行综合防护（图1）图1 建筑物电子信息系统综合防雷系统2 电子信息系统 electronic information system由计算机、有/无线通信设备、处理设备、控制设备及其相关的配套设备、设施（含网络）等的电子设备构成的，按照一定应用目的和规则对信息进行采集、加工、存储、传输、检索等处理的人机系统。3 电涌保护器 surge protective device (SPD)至少应包含一个非线性电压限制元件，用于限制暂态过电压和分流电涌电流的装置。按照电涌保护器在电子信息系统的功能，可分为电源电涌保

9、护器、天馈线路电涌保护器和信号电涌保护器。本规程设置的为电源电涌保护器。4 地区雷暴日等级应根据年平均雷暴日数划分。5 地区雷暴日等级宜划分为少雷区、多雷区、高雷区、强雷区，并符合下列规定：5.1 少雷区：年平均雷暴日在20天及以下的地区；5.2 多雷区：年平均雷暴日大于20天，不超过40天的地区；5.3 高雷区：年平均雷暴日大于40天，不超过60天的地区；5.4 强雷区：年平均雷暴日超过60天以上的地区。6 雷电防护区应划分为：直击雷非防护区、直击雷防护区、第一防护区、第二防护区、后续防护区（图2），并符合下列规定：6.1 直击雷非防护区（LPZ0A）：电磁场没有衰减，各类物体都可能遭到直接

10、雷击，属完全暴露的不设防区。6.2 直击雷防护区（LPZ0B）：电磁场没有衰减，各类物体很少遭受直接雷击，属充分暴露的直击雷防护区。6.3 第一防护区（LPZ1）：由于建筑物的屏蔽措施，流经各类导体的雷电流比直击雷防护区（LPZ0B）减小，电磁场得到了初步的衰件，各类物体不可能遭受直接雷击。6.4 第二防护区（LPZ2）：进一步减小所导引的雷电流或电磁场而引入的后续防护区。6.5 后续防护区（LPZN）：需要进一步减小雷电电磁脉冲，以保护敏感度水平高的设备的后续防护区。图2 建筑物雷电防护区（LPZ）划分本规程的35kV及以下变电所的380/220V配电间的进线与出线有处于直击雷非防护区或直接

11、雷防护区。7 电子信息系统的机房应设等电位连接网络。电气和电子设备的金属外壳、机柜、机架、金属管、槽、屏蔽线缆外层、信息设备防静电接地、安全保护接地、电涌保护器（SPD）接地端等均应以最短的距离与等电位连接网络的接地端子连接。等电位连接网络的结构形式有：S型和M型或两种结构形式的组合（见图3、图4）。图3 电子信息系统等电位连接的基本方法图4 电子信息系统等电位连接方法的组合8 电源线路防雷与接地应符合以下规定：8.1 进、出电子信息系统机房的电源线路不宜采用架空线路。8.2 电子信息系统设备由TN交流配电系统供电时，配电线路必须采用TNS系统的接地方式。8.3 配电线路设备的耐冲击过电压额定

12、值应符合表1规定。电子信息系统设备配电线路电涌保护器安装位置及电子信息系统电源设备分类示意如图5和图6所示。 图5 耐冲击电压类别及电涌保护器安装位置（TNS）图6 电子信息系统电源设备分类 表1 配电线路各种设备耐冲击过电压额定值8.4 在直击雷非防护区（LPZ0A）或直击雷防护区（LPZ0B）与第一防护区（LPZ1）交界处应安装通过级分类试验的电涌保护器或限压型电涌保护器作为第一级保护；第一防护区之后的各分区（含LPZ1区）交界处应安装限压型电涌保护器，使用直流电源的信息设备，视其工作电压要求，宜安装适配的直流电源电涌保护器。8.5 电涌保护器连接导线应平直，其长度不宜大于0.5m。当电压

13、开关型电涌保护器至限压型电涌保护器之间的线路长度小于10m、限压型电涌保护器之间的线路长度小于5m时，在两级电涌保护器之间应加装退耦装置。当电涌保护器具有能量自动配合功能时，电涌保护器之间的线路长度不受限制。电涌保护器应有过电流保护装置，并宜有劣化显示功能。8.6 电涌保护器安装的数量，应根据被保护设备的抗扰度和雷电防护分级确定。8.7 用于电源线路的电涌保护器标称放电电流参数值宜符合表2规定。表2 电源线路电涌保护器标称放电电流参数值9 安全防范系统的防雷与接地应符合下列规定：9.1 系统户外的交流供电线路、视频信号线路、控制信号线路应有金属屏蔽层并穿钢管埋地敷设，屏蔽层及钢管两端应接地，信

14、号线路与供电线路应分开敷设。9.2 系统的接地宜采用共用接地。主机房应设置等电位连接网络，接地线不得形成封闭回路，系统接地干线宜采用截面积不小于16mm2的多股铜芯绝缘导线。10 火灾自动报警及消防联动控制系统的防雷与接地应符合下列规定：10.1 火灾报警控制系统的报警主机、联动控制盘、火警广播、对讲通信等系统的信号传输线缆宜在进出建筑物直击雷非防护区（LPZ0A）或直击雷防护区（LPZ0B）与第一防护区（LPZ1）交界处装设适配的信号电涌保护器。10.2 消防控制室与本地区或城市“119”报警指挥中心之间联网的进出线路端口应装设适配的信号电涌保护器。10.3 消防控制室内，应设置等电位连接网

15、络，室内所有的机架（壳）、配线线槽、设备保护接地、安全保护接地、电涌保护器接地端均应就近接至等电位接地端子板。10.4 区域报警控制器的金属机架（壳）、金属线槽（或钢管）、电气竖井内的接地干线、接线箱的保护接地端等，应就近接至等电位接地端子板。10.5 火灾自动报警及联动控制系统的接地宜采用共用接地。接地干线应采用截面积不小于16mm2的铜芯绝缘线，并宜穿管敷设接至本层（或就近）的等电位接地端子板。11 建筑设备监控系统的防雷与接地应符合下列规定：11.1 系统的各种线路，在建筑物直击雷非防护区（LPZ0A）或直击雷防护区（LPZ0B）与第一防护区（LPZ1）交界处应装设线路适配的电涌保护器。

16、11.2 系统中央控制室内，应设等电位连接网络。室内所有设备金属机架（壳）、金属线槽、保护接地和电涌保护器的接地端等均应做等电位连接并接地。11.3 系统的接地宜采用共用接地，其接地干线应采用截面不小于16mm2的铜芯绝缘导线，并应穿管敷设接至就近的等电位接地端子板。12 铜质接地装置应采用焊接或熔接，钢质和铜质接地装置之间连接应采用熔接或采用搪锡后螺栓连接，连接部位应做防腐处理。13 电源线路电涌保护器（SPD）的安装应符合下列规定：13.1 电源线路的各级电涌保护器（SPD）应分别安装在被保护设备电源线路的前端，电涌保护器各接线端应分别与配电箱内线路的同名端相线连接。电涌保护器的接地端与配

17、电箱的保护接地线（PE）接地端子板连接，配电箱接地端子板应与所处防雷区的等电位接地端子板连接。各级电涌保护器（SPD）连接导线应平直，其长度不宜超过0.5m。13.2 带有接线端子的电源线路电涌保护器应采用压接；带有接线柱的电涌保护器宜采用线鼻子与接线柱连接。13.3 电涌保护器（SPD）的连接导线最小截面积宜符合表3的规定。表3 电涌保护器（SPD）连接线最小截面积14 电源线路防雷与接地14.1 表1数据取自建筑物防雷设计规范GB5005794表6.4.4。电子信息系统设备配电线路耐冲击电压的类别及电涌保护器安装位置示意图是以TNS配电系统为例，如图5。变压器饶阻为-Y接法。图中电涌保护器

18、、退耦器、空气断路器等元件，根据工程的具体要求确定。图6电子信息系统电源设备分类，根据工程具体要求确定。14.2 电源线路多级SPD防护，主要目的是达到分级泄流，避免单级防护随过大的雷击电流而出现损坏概率高和产生高残压。通过合理的多级泄流能量配合，保证SPD有较长的使用寿命和设备电源端口的残压低于设备端口耐雷电冲击电压，确保设备安全。14.3 SPD 一般并联安装在各级配电柜（箱）开关之后的设备侧，它与负载的大小无关。串联型SPD 在设计时，必须考虑负载功率不能超过串联型SPD的额定功率，并留有一定的余量。14.4 SPD连接导线应平直，导线长度不宜大于0.5m，其目的是降低引线上的电压，从而

19、提高SPD 的保护安全性能。14.5 对于开关型SPD1至限压型SPD2之间的线距应大于10m和SPD2至限压型SPD3之间的线距应大于5m的规定，其目的主要是在电源线路中安装了多级电源SPD，由于各级SPD的标称导通电压和标称导通电流不同、安装方式及接线长短的差异，在设计和安装时如果能量配合不当，将会出现某级SPD不动作，泄流的盲点。为了保证雷电高电压脉冲沿电源线路侵入时，各级SPD都能分级启动泄流，避免多级SPD间出现盲点，根据ITU、K20和IEC613123的规定，两级SPD间必须有一定的线距长度（即一定的感抗或加装退耦元件）来满足避免盲点的要求。同时规定，末级电源SPD的保护水平必须

20、低于被保护设备对电涌电压的耐受能力。各级电源SPD能量配合最终目的是，将总的威胁设备安全的电压电流电涌值减低到被保护设备能耐受的安全范围内，而各级电源SPD泄放的电涌电流不超过自身的标称放电电流。14.6 SPD标称放电电流值应根据雷电威胁的强度和出现的概率来定，国际电工委员会标准IEC61312“雷电电磁脉冲防护”将第1级防护的雷电威胁值定为200kA，波形为10/350s。超过该值的概率为1%，就是说，99%的雷电闪击都包括了。本规范以国际标准规定的第级防护的雷电威胁值200 kA作为制定供电线路SPD标称放电电流的依据，因此，供电线路SPD标称放电电流的参数值如下：IEC613121：1

21、995雷电流分配的有关条文中已假定：全部雷电流i的50%流入LPS的接地装置，i的另一个50%分配于进入建筑物的各种设施，并假定进入建筑物的金属设施，只是变压器低压侧的三相五相制供电线路为TNS接地方式。若第级防护雷电威胁值规定为200 kA，10/350s，则在供电线路中，每线荷载的雷电流为Im=Ig/n=(I/2)/n=(200/2)/5=20 kA。对于LPZ0与LPZ1交界处的第1级防护所使用的标称放电电流波形问题，目前国际国内都有不同意见，争论较大。对此问题，我们对国内外22个厂家的24个型号的产品做了详细的调查研究，其中作为第一级防护的器件，基本上都规定了10/350s和8/20s

22、两种波形的参数值。故此，本标准不作只使用一种波形的规定，宜兼顾各种不同意见，所以推荐等同使用两种波形的参数，不作强制性规定，仅仅作为不同波形条件下的推荐参数而已。当用8/20s波形时，每一线路荷载的雷电流值，如下面推算：计算单位能量的公式是：W/R=（1/2）（1/0.7）I2T2（J/）（来源于IEC61312）式中：W/R为单位能量；I为雷电威胁值，单位为kA；T2为雷电波的半值时间，单位为s在单位能量相同的条件下，则有I2（20）T2（20）=I2（350）T2（350）将上面公式整理得到：I（20）= I（350）T2（350）/T2（20）1/2则：I（20）=20 kA350/20

23、1/2=83.7 kA100 kA第二级标称放电电流的计算：按照SPD能量配合原理，通过选择SPD2使i2降到合理的值（可接受的值），应考虑到两个SPD之间的阻抗进行较好的协调配合（供电线路一般选用电感器作为两个SPD之间的退耦元件）。一般情况下，当两个SPD之间的线路长度大于10m时，就不需要安装实体的电感器，而由传输线导体自身的电感来代替。导体自身感量以最低为每米1H计，10m长导体的电感量为10H。第二级被保护设备的耐冲击电压有图5查得为UP=4kV,在SPD未导通前,电感两端的压降即为第二级被保护设备的耐冲击电压,即UP=UL=4 kV。电感压降的公式为：UL=L（di2/dt2）式中

24、：i2为流过SPD2的雷电电流，即SPD2承受的标称放电电流。t2 为对应的雷电流波头时间。将电感压降公式整理得：i2=UL(T2/L)=4103(2010-6) / (1010-6)=8 kA从安全和可靠角度考虑，应增大SPD2的耐雷电冲击电流的裕度，若系数取5，即SPD2的标称放电电流应不小于40 kA。第三级SPD标称放电电流按确定第二级标称放电电流计算的方法确定为不小于20 kA。残压比一般在33.5之间，对于380V的工作电压，SPD2的导通电压约为900V，于是SPD2的残压介于27003150V之间，小于第二级被保护设备的耐冲击电压值，这样，便取得了良好的能量配合。本规范建议的S

25、PD的标称放电电流推荐值是：用作第1级（B级）防护的SPD，标称放电电流20kA，波形为10/350s；如波形为8/20s时，SPD的标称放电电流值宜取80kA用作第2级（C级）防护的SPD，标称放电电流值40kA，波形为8/20s用作第3级（C级）防护的SPD，标称放电电流值20kA，波形为8/20s鉴于以上所述，我们认为本规范制定的SPD的标称放电电流值是具有科学性、合理性的。15 火灾自动报警及消防联动控制系统的防雷与接地火灾自动报警及消防联动控制系统的信号电缆、电源线、控制线均应在设备侧装设适配的SPD。发电厂、变电所380/220V电源电涌保护配置设计规程（试行）Code for D

26、esign of Power Plant 、Transformer Substation 380/220 V Power Surge Protection Disposition (try)（征求意见稿）条 文 说 明主编部门：协作单位：批准部门：前 言理论及半个多世纪的国内外发电厂、变电所及配电间中的运行实践证明，对于由厂（所）用交流380/220V供电的电动机及其他强电一次元件、设备、电磁、电子管、晶体管等型元器件组成的监视、控制、测量、保护、通讯信号、自动装置（以下简称二次及通讯装置）的安装设计中，不需要考虑雷击过电压而配置专门的避雷器（现称电涌保护器，简称SPD）。近年来微电子计算机技

27、术的高速发展，在发电厂、变电所及配电间中微电子二次装置及微电子计算机监控技术的逐步推广，人们担心微电子二次装置的抗雷击过电压能力；而在对华东电力调度中心、上海电力调度中心、上海外高桥电厂二期（2900MW机组，全套引进设计、设备）、山东威海电厂（2300MW+2125MW）外高桥电厂一期（4300MW机组）、宝钢自备电厂（335MW机组全套引进东京电力设计公司、 日本三菱公司设计、设备）较多采用微电子计算机二次装置的重要的电力部门调查发现：运行及其管理部门对发电厂、变电所及配电间用380/220V供电给微电子二次装置配置SPD缺乏经验，而IEC60634-1：1992建筑物电气装置标准中第11

28、.4条应用范围中明确规定“本标准未考虑用于：公用配电系统或公用配电系统的发电和输电。”并加注“若有些国家同意，也可全部或部分地将本标准用于上述系统”。而按该标准我国许多供电条件与电厂变电所相近，重要程度相当的非电力部门已在广泛装设电涌保护器。同时向有关制造部门了解到各种二次装置耐压标准如下：GB7260-87不间断电源设备 输出电压A.C.125250V 工频交流耐压1500V；输出电压A.C.250500V 工频交流耐压2000V。元件保护继电器工频交流耐压2000V、型式试验冲击5000V。因此首先微电子器件组成的二次装置本身必须具备一定的抗过压能力（包括在微电子器件的电源入口装设好相应的

29、SPD）。1 范围明确本导则适用于对由微电子器件组成的二次元件供电的A.C.380/220V电源系统，对A.C.380/220 V强电一次设备，例如电动机、电缆、导线、照明灯具、电气元器件（如开关、闸刀等）供电的电源系统不需要考虑。近年来国内、外较多采用微电子技术组成的智能化380/220 V断路器（开关）的操动机构逐步得到推广、使用；对智能化低压开关其操动机构理应与其强电一次开关具有相适应的抗过电压能力，其耐压试验机构应与本体一起进行。考虑到电力调度所的重要性，其SPD的装设可参照相应大（中）、小型火力发电厂、220500kV或35110kV变电所的配置方法。对于电子信息系统中天馈线路、信息

30、信号线路中电涌保护器的配置不属本规程规定范围。3总则考虑到1 建筑物内的雷电电磁脉冲（LEMP）及因地电位反击引起的低压配电系统电位的升高而可能造成对低压配电系统中微电子设备的损坏。2 更进一步提高对微电子二次设备、计算机供电的可靠性；也即提高电厂、变电所及配电间运行的可靠性。3 民用及其他工业设施已在推广配置SPD且花费不多4 适当配置以积累经验。4 按照电力系统积累多年的经验，已编有相应的大、小电厂、超高压、高压各种类型的变电所设计标准（规范），本规程对发电厂、变电所及配电间的分类与前述各种设计标准（规范）相协调。其SPD配置原则基本按发电厂、变电所及配电间的类别，规模大一点配置多一点，反之少一点。